（控制理论与控制工程专业论文）基于iec+608705103规约的变电站内部通信系统的研究与实现.pdf

山东科技大学硕士学位论文 摘要 摘要 本文以一个变电站通信系统软件开发为目的，介绍了我国变电站自动化通信系统中 远动传输规约的应用现状，对目前正在应用的几种常用的电力远动规约进行分析与比较， 着重研究了电力行业标准：i e c 6 0 8 7 0 - 5 - 1 0 3 远动传输规约( 以下简称1 0 3 规约) 的特点 和实现。 目前1 0 3 规约用于变电站自动化通信系统中的大部分是基于主从式r s 一4 8 5 总线的网 络结构这种通信方式设备简单，成本低，但其速率低( 一般在2 4 0 0 9 6 0 0 b p , ；) ，而且通 信网上只有一个主节点对通信进行管理和控制，其余皆为从节点，受主节点管理和控制， 这样，对较小规模系统，实时性可以得到保证，但随着系统规模的扩大，系统性能急剧 降低。 在分析和研究国内外变电站自动化通信系统的基础上，将嵌入式以太网技术应用到 变电站通信系统中，在这种变电站自动化系统中，间隔层设备通过串n 以太网设备转换 器与变电站层以太网连接。在此基础上，将1 0 3 规约与t c p i p 协议结合，设计了种基 于1 0 3 规约的网络传输协议。分别用面向对象编语言v 口+ 6 0 和c 语言开发变电站层主 控单元和间隔层单元的通信软件，完成了变电站层与间隔层的通信软件的开发与设计。 实现了间隔层与变电站层之间传送遥测、遥信、遥控、事件、电量、操作、故障录波、 以及参数整定等功能。 关键词；变电站自动化通信系统1 0 3 规约r s 一4 8 5 总线嵌入式以太网t c p i p 协议 串口以太网设备转换器可靠u d p ! 查型垫查兰婴主堂丝堡奎垒! 竺堕 a b s t r a c t a i m i n ga td e v e l o p i n gak i n do f c o m m u n i c a t i n gs o f t w a r ei ns u b s t a t i o na u t o m a t i o ns y s t e m ， t h ep a p e ri n t r o d u c e st h ea p p l i c a t i o ns t a t u so f t e l e c o n t r o lt r a n s m i s s i o np r o t o c o l si no u rc o u n t r y s e v e r a lt e l e e o n t r o lt r a n s m i s s i o no n e si np o w e ri n d u s t r ya r ea n a l y z e da n dc o m p a r e d t h e ni t e m p h a s i z e so nc h a r a c t e r sa n di m p l e m e n t a t i o no fp o w e ri n d u s t r ys t a n d a r d ：i e c 6 0 8 7 0 _ - 5 10 3 t e l e c o n t r o lt r a n s m i s s i o np r o t o c 0 1 p r e s e n t l y , n e t w o r k s ，i nw h i c h1 0 3 p r o t o c o li su s e di ns u b s t a t i o na u t o m a t i o n ，a r em o s t l y b a s e do nn e t w o r ks t r u c t u r eo fr s - 4 8 5b u so fm a s t e r - s l a v em o d e lt h ec o m m u n i c a t i o ns t y t e h a s t h ec h a r a c t e ro fs i m p l ee q u i p m e n t sa n dl o w e rc o s t ，b u ti t ss p e e di ss l o w ( a b o u t 2 4 0 0 b p s - 9 6 0 0 b p s ) i nc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，t h e r ei so n l yau n i q u em a s t e rn o d e ，w h i c h m a n a g e sa n dc o n t r o l st h ec o m m u n i c a t i o np r o c e s s t h er e s t a r es l a v en o d e s ，w h i c ha r e m a n a g e da n dc o n t r o l l e db ym a s t e rn o d e t h u s ，r e q u i r e m e n to f r e a l t i m ec h a r a c t e r i s t i c sc a nb e m e tf o rs m a l l s c a l es y s t e m h o w e v e r , w i t l lt h ee x p a n d i n go fs y s t e m i t sp e r f o r m a n c e , , v i i i d e c r e a s er a p i d l y a f t e ra n a l y z i n ga n ds t u d y i n gt o d a y ss u b s t a t i o na u t o m a t i o n ，t h ep a p e ri n t r o d u c e st h e e m b e d d e de t h e m e ti nc o m m u n i c a t i o nn e t w o r ko fs u b s t a t i o n i nt h en e t w o r k d e v i c e so fb a y l a y e ra r ec o n n e c t e dw i t he t h e m e to f s u b s t a t i o nl a y e rb ys e r i a lp o r t e t h e m e tc o n v e n e rd e v i c e o nt h eb a s eo fi t ，t h ep a p e rc o m b i n e s1 0 3 p r o t o c o lw i t ht c w i p t h e nat r a n s m i s s i o np r o t o c o l o fn e t w o r kb a s e do n1 0 3 一p r o t o c o li sd e s i g n e d t h ed e s i g no fc o m m u n i c a t i n gs o f t w a r eh a s b e e ni m p l e m e n t e db e t w e e ns u b s t a t i o n - c o n t r o ll a y e ra n db a yl a y e rb yo b j e c to r i e n t e dp r o g r a m t e c h n o l o g ya n dcl a n g u a g es e p a r a t e l y f a n a t i o n s ，s u c ha sf a i r sp a s s e l e c t r i c i t yq u a n t i t y , p e r f o r m a n c e ，f a u l t ，w a v e r e c o r d e da n dp a r a m e t e ra d j u s t i n g ，h a v eb e e ni m p l e m e n t e d k e y w a r d s ：c o m m u n i c a t i o ns y s t e m o fs u b s t a t i o n a u t o m a t i o n ，1 0 3 - p r o t o c o l ，r s - 4 8 5b u s t c p i p , e m b e d d e de t h e m e t ，s e r i a lp o r t e t h e m e tc o n v e g e rd e v i c e ，r e l i a b l eu d p 2 声明 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所 公认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交 于其它任何学术机关作鉴定。 硕士生签名：闽丽 日期：2 0 0 5 年1 月 a f f i r m a t i o n id e c l a r et h a tt h i sd i s s e r t a t i o n ，s u b m i t t e di nf u l f i l l m e n to f t h er e q u i r e m e n t sf o rt h e a w a r do fm a s t e ro f p h i l o s o p h yi ns h a n d o n gu n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y , i sw h o l l ym yo w nw o r ku n l e s sr e f e r e n c e do fa c k n o w l e d g e t h ed o c u m e n th a sn o t b e e ns u b m i t t e df o rq u a l i f i c a t i o na ta n yo t h e ra c a d e m i ci n s t i t u t e s i g n a t u r e ：z 舰上 d a t e ：2 0 0 5 1 山东科技大学硕士学位论文 1 绪论 1 、绪论 本章首先介绍了目前流行的变电站自动化系统的分层分布式结构，对变电站内所使 用的远动传输规约和通信网络做了简要的论述，阐明其发展前景、优缺点，最后指出论 文的特色，作者所傲的实际工作以及论文的组织结构。 1 分层分孝式变电站自动化系统结构n 一日 变电站自动化是将变电站中的微机保护、微机靛控簿装置通过计算机网络和现代遴 信技术集成为一体化的自动化系统。变电站自动化系统已经由集中式自动化系统、分布 式自动化系统发展为现在普遍应用的分层分布式的自动化系统。按照i e c t c 5 7 国际电 工委员会电力系统控制与通信技术委员会的划分，变电站内设备可以划分成三个层次。 其结构觅图1 。 远方拉制中心技术服务 图1 1 变电站自动化系统的一般结构 f i g a 1g e n e r a la r c h i t e c t u r eo f s u b s t a t i o na u t o m a t i o ns y s t e m 层2 层1 层0 层0 ：生产过程层，包括开关、变压器、c t p t 等一次设备。 层1 ：分散控制设备层( 也称间隔层) ，包括保护设备、数据采集与控制设备、指示 仪表等智能电予设备。 生查型垫查兰塑主兰堡堕兰 ! 笪垒 层2 ：变电站层( 也称站控层) ，通常由后台机、工程师站以及远动站等站级计算机 组成，实现变电站级的协调、优化控制，并实现与远方调控中心的通信。 对于分布式变电站自动化系统系统中各装置之间的通信方式十分重要，因为变电 站层( 站控层) 与各间隔层设备之间的所有控制命令、数据传递、信息交换都是通过数 字通信实现的，对通信的实时性要求强，可靠性要求高，事件顺序记录信息和用于保护 动作的信息要求传送速度为毫秒级，数据的海明距离要求不小于4 。 1 2 我国远动规约的应用现状“- s ，t t ” 变电站自动化系统中，为了正确地传送和接收信息，必须有一套关于信息传输顺序、 信息格式和信息内容等的约定，这一套约定称为规约或协议。变电站自动化系统的传输 规约，对实现变电站自动化达到标准化起着重要作用。只有实现传输规约的标准化，才 能实现变电站自动化系统内设备的互换性。这一点对于制造厂和用户都是非常有利的， 对于变电站自动化技术的发展也是非常重要的。 目前在我国应用的电力系统通讯规约主要有部颁c d t 、d i s a 、s c l 8 0 1 、d l t 6 3 4 1 9 9 7 、d l t 6 6 7 - 1 9 9 9 和在北美地区应用较广的d n p 3 0 等。s c l 8 0 1 是主站计算机和 r t u ( 远程终端单元) 中央控制单元( c c u ) 间通信所用的问答式( p o l l i n g ) 规约，根 据美国s c i 公司s c - r t u 通信规约，结合c s c 2 0 0 0 综合自动化系统的特点编译而成。 d n p 30 是美国i e e e 的电力工程协会( p e s ) 在i e c 的基础上制定的美国国家标准。d n p 为d i s t r i b u t e dn e t w o r kp r o t o c o l ( 分稚网络规约) 的缩写。d l t6 3 4 一1 9 9 7 是电力工业部于 1 9 9 7 年颁布行业标准“基本远动任务配套标准”，此标准非等效选择采用i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 1 ，i e c6 0 8 7 0 5 1 0 1 由i e c5 7 技术委员会的0 3 工作组于1 9 9 5 年制定的。 d l t 6 6 7 - 1 9 9 9 来源于1 9 9 7 年国际电工委员会t c 一5 7 技术委员会为实现变电站自动化系 统内保护装置和其它智能设备间进行数据交换。制定的i e c6 0 8 7 0 5 1 0 3 规约，即继电 保护设备信息接口配套标准。该规约对继电保护信息的传输做了详细的定义。我国己将 其等同采用作为电力行业标准。 1 0 1 、d n p 30 两者都是面向s c a d a 系统，提供低速( 最高达6 4k b i t s ) 连接上的高 效和可靠的数据传输和控制功能，并能适应不同的拓扑结构。它们实现的基本应用功能 也相同，包括数据查询、时钟同步、控制和设点输出、文件传输等。而c d t 、s c l 8 0 1 、 也相同，包括数据查询、时钟同步、控制和设点输出、文件传输等。而c d t 、s c l 8 0 1 、 生查型垫盔堂堕主兰垡鲨苎! 壁篓 1 0 3 通常作为变电站站内通信的传输规约。 变电站自动化系统的智能终端荤元数量多、安装分散。循环式舰约c d t 要求有上下 行两个通道，投资大，而每一点需传输的信息置少，通道利用率低。变电站自动化系统 主控单元与智能终端之间一般采用多点共线的通信通道配曼方式，当智熊终蠛较多时， 使用查询式规约( 如s c l 8 0 1 ) 采取问答方式把所有的智能终端访问一遍所用时间往往很 长，会影响重要信息( 如开关变位、故障信息等) 的及时上传。 随着我国电力行业与擞雾同行的技术交流不断增加，i e c 8 7 0 5 1 0 3 规约在我国的应 用越来越广泛，近年来，由于我翻采用1 0 3 规约作为电力行监标准，国内已有不少变电 站自动化系统采用1 0 3 舰约。如嘉兴1 1 0k v 河山变电站的保护系统、株渊水电段岳阳配 电所、苏州地区2 2 0k v 变电站计算机集中监控系统等。因我国已将其等同采用体为电力 行业标准，所以使用1 0 3 擒约作为变电站内部的通信瓶约己成为一种趋势。 由于以太网在变电站内通信系统中的应用，t c p i p 协议也被应用到变电站自动化通 信系统中。t c p i p 协议是不基于任何特定硬件平台的鼹络协议，既霹用于局域网( l a n ) ， 又可用于广域网( w a n ) 。对应子i s o o s i 七层通信模型，以太网技术规范只映射为其中 的物理层和数据链路层；而在其之上的网络层和传输层协议，目前以t c p i p 协议为主 ( t c p i p 已成为以太网之上传输层和网络屡“事实上的”标准) 。焉对较高的屡次妇会 话层、表示层、应用层等没有作技术规定。t c p i p 有许多优点，它是一种已经成为国际 标准且应用十分广泛的协议，采用t c p i p 协议的系统可以具有良好的可扩展性，t c p i p 还提供了一系列功能不同的协议，可以根据不同的需要来选择合适的协议来进行通信。 1 。3 变电蛙内通信网络的发展状况“2 - m u “， 通信网络是连接站内各种智能电子设备( i e d ) 的纽带，是变电站垂动化系统的命 脉，其霹靠性与信息传输的快速性决定了系统的可用幢。 随着变电站的无人化以及自动化信息量的不断增加，通信网络必须有足够的空间和 速度来存储和传送事件、电量、操作、故障以及录波等数据。 早期的变电站肉部通信方式多采阁r s 4 2 2 4 8 5 方式，这种方式的优点是通信设备 简单，成本低，但也存在一些不足。如所连接的节点数一般不超过3 2 个，通信速率低( 一 般在2 4 0 0 9 6 0 0 b p s ) ，难以满足较高的实时性要求。蒋者，整个通信测上只能有一个主 山东科技大学碗士学位论文 1宝 论 节点砖通信进行控制和管理，主节点工作繁忙时影响系统的性能和可靠性，一旦主节点 出现故障，懿个网络通信就无法进行。 现场总线悬二十世纪8 0 年代末以来工业控制领域中出现的一项重要技术，现场总线 技术的应用，无疑为分散式变电站囊动化系统的实现提供了很好的技术支持。按照国际 电工委员会i e c 标准积现场憨线基金会f f ( f i e l d b u sf o u n d a t i o n ) 的定义：现场总线是 连接钾能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。 现场总线均以豳栎标准化组织( i s o ) 的开放系统曩连( o s i ) 的参考模型为基础。 支持多种遥信介质，满足高遽可靠豹技术要求，在具体技术实现上各存在优势，弱前国 内使用较多的现场总线有：基金会现场总线f f 、p r o f i b u s 总线、l o n w o r k s 总线、c a n 总线。 现场总线的特点是接口简单，传输速率比传统的r s 4 8 5 高，传输可靠性高。c a n 总线的通信速率可达1 m b p s ( 通信距离4 0 m ) ，l o nw o r k s 的最高通信速率1 2 5 m b p s ( 通 信距离不超过1 3 0 m ) 。但到目前为止现场总线仍没有一个完全统一的国际标准，国内变 电站自动化系统设计，由予侧重点的不同，总线的选用也不一致。 局域网技术的发展也逐渐渗透到变电站自动化领域里。以太网是目前应用最为广泛 的局域网，以太网是一种流行的分组交换岗域网，由x e r o x 公司的p a r c ( p a l o h l t o 研究 中一1 1 , ) 在7 0 年代早期发明，x e r o x 公司、i n t e l 公司和d e c 公司子1 9 7 8 年把以太嗣标准 化，i e e e 用号码8 0 2 3 发布了与这个标准兼容的版本，即“i e e e 8 0 2 3c s m a c d ”。之后 i e e e 8 0 2 3 以太阚标准被图际标准化组织( i s 0 ) 接收为国际标准。目前在所有的网络连 接中8 0 是基于以太网的，以太网的销量比其它局域网的销量要多得多，以太嗣是目前 使用最广泛的局域网技术。其特点是：硬件支持标准，硬件成本低，支持软件较多，速 率高，网络据扑结构可复杂可箍单，这些已为大家艨熟悉。由于以太网( e t h e r n e t ) 采 用c s m a c d 碰攘检测方式，当网络负荷较大时，网络传输的不确定性不能满足工业控制 的实时要求，因此传统以太网技术难以满足控制系统要求准确定时通信的实时性要求。 随着以太网逶信速率的提高、全双工通信、交换技术的发展，为以太网的逶信确定 性的解决提供了技术基础，从而消除了以太嘲直接应用于正业现场设备间通信的主要障 碍，为以太网直接应用于工业现场设备间通信提供了技术可能。 嵌入式技术也随蔫计算机软、硬件技术的发展，在工业控制领域出现了，利用嵌入 式软、硬件，人们可以在单片机协同系统上实现以太嘲技术即嵌入式以太网。嵌入式畎 太网的出现为数字化变电站综含自动化系统的设计者提供了实现站内网络通信的新途 4 尘塞登茎查堂塑兰兰望鎏塞 径。 l 靖论 霹翦国外塑著名丈公嗣已晕j 瘸嵌入式技术将敷太阚接a 罐在保护装登中，这样务 保护装置就可敬用跌太阙连成一个鑫动纯系统了。叛太阏具有网络速度莰，带宽较宽， 与螽台箍控笼壤、z 终壤等接目方便麴特赢，戆够瀵是丈鍪蠢嚣交逛蛞基动佬系绞对逶 售瘸懿要求。在交邀蛄鑫动键疆域串骞美蓬g e - h a r r i s 公司敬p o w e r c o r 疆n 系统、美国醴 公司戆g e s a 变泡筵爨动纯系统、曩本东芝公司兹离悉变奄楚势毒式测控系统，嚣肉鹃产 品奄托京四方继保公司觞c s c 2 0 0 0 交电站鑫动证系统，南瑞集团的i s a - i 弱d i s a 系统等。 变电站崮动佬系统间隔层竣餐蛊接圭鼓太网蜀经变电蛄端取瀵传缝静蓠鬟系统，突 凌囊歪意义上缒一发多浚，瓷淫共事，莛诗冀瓤薅络邋嵇技零霹传统遘魏模式薛一次荤 会，警褥藏为今螽弱发袋方囱。 i 。4 论文耱主要特色蠲磺瓷工作 i 。4 。 谂交戆塞簧特色 交电站童动传系统漪站内鼹域耀的遗售舞藏幢是衡蕊个变态站盎动毽蓉绞静佳能 先进幢弱重癸捂标之一，也一誊鑫为它是磅定帮讨论静重要漾逛殴及锚定有关标准载重 要基蠢之一露广受关注。瞧是爨霆蓊蠢壹，在实际运行懿交宅楚鬓裁张蓉统孛，由于凄 多鞭因，不鞠匏厂家采霆懿瘸终结椽，蓑镑霹校验芋羧苓嚣，逶壤耱议燹楚琏毒系绫瓣 不同露不霹，缓多厂家采爰鸯若瓣内部渗谈，这绘变蠢瓣蠡动往系统的站内局蠛鼷豹逶 信开放性带来不好盼影镌，增加了撮多通信协议嬲转抉工作，严重的时候逐会造成通信 不霹靠。本文蔫毙选用聚焉电力行数据准i e c 6 0 8 7 0 5 一i 0 3 趣终终兔骜远程终端单元与 变毫蘩之阑熬逅麓逶露魏终，对瓣约熬应鲻屡功能、链鼹黉簸筑麓避霉亍了落囊瓣疆突。 1 0 3 蔑约鼬物理接目定义为r s ，4 8 5 接日，壶r s o s 5 总线缀袋戆疆痿嬲主要存在嚣 韩缺陷；通信速率低，对变霞数据响应蠖整个通信网上只寄一个主肇点对通信进行 管瑾程控裁，显主节点出褒敲骧，整个系统的懑信便无法进程。锋对这种情况，本文 对变毫瑟逶穰礴终 乍了深入翁磺究，在交电筵叁动纯遵嵇系统孛雩l 入嵌入式以太瓣技术， 将各警装终端尊元逶遘事n l 星太灏设备转换饕塞谈与变毫斌罄夔鞋太瓣连接，一方嚣聪 嗣以太网鹣离僚输速率援薅了信惠传输靛速度，提离了变位数据的响应速度；另一方嚣， 可以实现敝枫冗余，傈诞通信系统可靠运行。并在戴基础上，将1 0 3 勰约与t c p i p 协议 些查型垫奎堂望主堂垡丝壅! 丝丝 相结合，形成了一种基于1 0 3 规约的网络传输协议，既可以实现1 0 3 规约的应用层功能， 又能在以太网上传输数据。 变电站层主控单元与间隔层单元的通信软件的实现是本论文的重点，研究了主控单 元的各层协议以及协议接口的实现，对间隔层单元的通信软件的实现也做了深入的研究。 1 4 2 主要研究工作 ( 1 ) 对1 0 3 规约和t c p i p 协议进行了详细的分析和研究。 ( 2 ) 将嵌入式以太网技术应用到变电站自动化通信系统中去，实现了串口以太网设 备转换器的转换功能。 ( 3 ) 将1 0 3 规约与t c p i p 协议相结合，设计了一种能实现1 0 3 规约的应用层和链路 层的功能，又能在以太网上传输数据的网络通信协议。 ( 4 ) 以v c + + 语言为工具开发变电站层主控单元的通信软件，完成初始化、总召唤、 时钟同步、文件传输以及对智能终端的控制等功能。 ( 5 ) 以c 语言开发智能终端的通信软件，完成和主站通信的功能。 1 5 论文的主要结构 第一章绪论 介绍了通信在变电站自动化系统中的重要地位，回顾了通信系统中的网络结构和远 动传输规约的发展状况。 第二章变电站内部通信远动规约的比较和分析 介绍了目前变电站自动化系统中内部通信系统所使用的各种规约，深入研究了各规 约的优点和缺点以及所适用的网络结构。重点对1 0 3 规约的应用规约数据单元、传输帧 格式、应用层功能以及链路传输规则进行了研究。 第三章变电站自动化系统的通信网络 介绍了目前变电站自动化系统中的所使用的网络结构，对各种网络结构的特点、适 用的场合进行了详细的研究，着重对嵌入式以太网进行了研究。在此基础上，将1 0 3 规 约和t c p i p 相结合形成了一种既能实现1 0 3 规约的功能，又能在以太网上传输数据的通 信协议。 第四章利用1 0 3 规约实现变电站自动化系统的通信 些查翌垫查堂缝杰堂堡丝塞 ! 竺兰 将1 0 3 嫂终应翅子其锌的变惫站塞凌往系统中，续合嚣兹变毫站囊幼他系绞豹现实 情鬣，裂瘸第三章蹶研究豹嵌入式戬太嘲技术籁蒸予1 0 3 援翡豹瓣络传输谚议，霞 v c + + 6 0 开靛变电站层主站通信软件，完成初始化、总召唤、时钟同步、文件传输端以 及对现场设铸的控制等功能。 研究了枣d 以太网设备转换糕的数据格式转换功能的实现。 震c 语囊遴行窝疆屡设备邂穆模袭弱设诗冬调试，宠成阅黼瑟设器酾戍蟮豹请求， 商主蛄传输电阏运行的数据，并接收交电站层主蛞下达的命令，完成遥控、参数整定等 功能。 第五章，总结 对论文懿辑究涤题窥主要王弦进行慧续，并对谖越存在豹趣题遴霉亍分毫蓐；对漾题豹 下一步懿王露逡行7 震羹。 山东科技大学碗士学也论文 2 电力远动规约的分析与研究 2 电力远潞规约的分新冬研究 本章对几种常用的电力运动规约的优缺点进行分板与研究，重点研究论文所实现的 1 0 3 规约，对其参考模型、帧格式、数据单元、链路传输规则以及收集事件的方式进行 研究。最后，对网络传输协议t c p f i p 协议作简要的介绍。 2 。10 b t 规约n 日 2 1 1e d t 烧约凝述 循环式远动规约( c d t 规约) 适用于点对点的远动通道结构及以循环字节间步方式 传送远动信息的远动设备和系统。 c d t 痰约篷义了基本瓣远动传翰功麓：遥信、遥测、遥控、遥调、对对、复归、广 播、设定命令、复归命令、传送电能脉冲计数值和事件顺序记录和予站工作状态。 c d t 规约聚用可变帧长度、多种帧类别循环传送，变位遥信优先传送，重要遥测量 嚣耨循环对餐袋短，区分，嬷强量、随机羹联插入量采用不同形式传送信息，潋满足电溺 调度安全监控系统对远动信息的实时性和可靠性的要求。信息按其黧要性有不同的优先 级和循环时间。 c d t 怒约的赖结构絮闰2 。l 新示，每枣赉都良弱步字开头，并有控制字，夔螽怒信惑 字。信息字的数量依实际需要设定，帧长度可变。向通道发码规则：低字节先送，高字 节厩送；字节内低位先送，赢位后送。 图2 1 帧结构 f i 9 2 1t h es 仃u c n l j eo f f r a m e c d t 规约采用c r c 校骏，控制字和信息字都是( n ，k ) = ( 4 8 ，4 0 ) 码组，生成多习 式 为g ( x ) = x g + x 2 + x + l ，陪集码为f 硪。以规约所述的发码顺序以g ( x ) 横2 除前5 个字节， 生成余式r ( x ) 。以g ( x ) 作为校验码。 2 。1 。2c d t 瓣约豹特瞧分橇 c d t 规约传输方式简单、功能单一、易懂，便于实现，这是它的优点。但它仅仅能 尘查篓垫查鲎塑圭堂垒鎏塞 ! 查查墨垫堡望整坌堑耋璧壅 适用于点对点的通邋结构，这对于电网调度来说矛盾还不怒那么突出，瓶对站控端越来 越复杂的系统来说，显然不能满足疆求，因为每一个r t u 都耍独占一条到站控端的信道， 为了保证毒靠性还要蠢主、蛋两种信道，信遴投资较大。 传输的速度慢，该协议一般采用标准的计算机串行口进行数据传输，波特率一般为 3 0 0 6 0 0 b s 。 该艘约只传送5 t 2 路遥熔爨鞠2 5 6 路遥浏薰，信息容量小，难跌遥波变电站鑫动 化技术的发展。 另外，c d t 属于一种循环式传输规约，通信线路中总是在传送信息，而这些信息主 涎并不定需要。这裁造或了极大的信遂资源浪费，有翅倍惑的传簸效率也就很低。 2 。2s c l 8 0 1 规约n 7 1 2 2 1s c l 8 0 1 规约概述 s c l 8 0 1 规约属于闯答式( p o l l 玳g ) 规约，适用于点对点和多点共线的远动通道结 构。 规约定义了遥信、遥测、遥控、遥调、对时、广播、传送电能脉冲计数值和事件顺 序记录等基本的远动传输功能。 麓约的帧结构按其先后顺序包括信患头、数据和校验码。其中主机葶l 】r t u 之橱焦憨 传送的基本格式是1 1 位的字格式如下图2 2 所示。 l o0 e 叵 e 正工工 丑丑 卫 图2 2 字格式 f i 9 2 2t h ef o r m a to f w o r d m = 停止经；p = 奄偶位；0 7 - - 数据位( 字苇) ；s = 起始位 位的传送在通道中是从右到左( 先传送低位) ，每个字有一个起始位，8 位数据和一位 停止饿，奇偶校验位置奇校验。 信息犊头包含图2 3 所示靼个字节： 9 山东科技大学硕士学位论文 2 电力远动规约的分析与研究 70 站号 rd 命令 字节数( 高位) 字节数( 低位) r = 通讯错误重复发送标志；d = 通讯方同位 图2 3 信息帧头 f i g 2 3t h eh e a do f i n f o r m a t i o nf r a m e s 信息数据因其功能的不同而长度、格式均不同，在此不一一列出，完整的帧格式如图2 4 所示。 站号 r d命令 字节数( 高位) 字节数( 低位) 信息数据 i 信息数据 l p c 校验 图2 4 帧格式 f i g 2 4f r a m ef o r m a t s 纵向奇偶校验字节( l p c ) 总是在有效信息的最后一个字节。纵向奇偶校验字节加 上每个字的奇偶校验，形成一个矩阵保护。l p c 是对信息所有节包括信息头进行“异或”， 其结果是垂直奇偶，l p c 用来对信息进行整体校验，当信息校验出错时，抛弃这个信息， 然后r t u 响应一个n a k 命令，主站重复上次这个信息。 2 2 2s c l 8 0 1 规约的特性分析 s c l 8 0 1 规约与c d t 规约相比，己有了较大的进步，它属于问答式规约。对子站来 讲，主站问什么，就回答什么：而且通信线路中往主站传送的都是变化的数据，没有变 化的数据不传送。这点与c d t 不同，c d t 规约的线路中传送的是真正的即时数据，不 管数据有没有变化。 s c l 8 0 1 的校验采用每个字节的奇校验和每帧的纵向奇偶校验组成双重保护，其海明 生查型苎奎堂堡主兰些丝兰 距离达到4 ，具有较高的数据完整性。 2 电力远动规约的分析与研究 但它的数据校验( 保护) 码过于简单，当通道通信质量不好时，会使校验码失去应有 的保护作用，造成接收方将误码的数据当作正常数据处理。 2 3 ie c 6 0 8 7 0 - 5 - 1 0 3 规约“2 “2 2 ”_ “2 5 。“”1 1 0 3 规约属于问答式( p o l l i n g ) 规约，是i e ct c 5 7 技术委员会在i e c 6 0 8 7 0 5 系列 标准的基础上，根据各种应用情况下的不同要求制定的配套标准。其目的是为了在变电 站或厂站中，不同继电保护设备和控制系统之间达到互换。规约采用非平衡传输，控制 系统组成主站，继电保护设备( 或间隔单元) 为从站( 子站) 。配套标准描述了两种信息 交换方法：一种方法是基于严格规定的应用服务数据单元( a s d u s ) 和“标准化”提出 报文的传输应用过程、方法；另一种方法是使用通用分类服务可以传输几乎所有可能信 息的方法。 该协议的特点是详细地描述了遥测、遥信、遥脉、遥控、保护事件信息、保护定值、 录波等数据传输格式和传输规则，可以满足变电站传输保护和监控的信息。 2 3 11 0 3 规约的三屡参考模型 1 0 3 规约使用的参考模型源出于开放式系统互连的i s o o s i 参考模型，如图2 5 所示。 由于远动系统在有限传输带宽下要求特别短的反应时间，故1 0 3 规约采用增强性能结构 ( e p a ) ，这种模型仅用三层，如图2 6 所示，从i e c 6 0 8 7 0 5 系列选用了部分标准定义，见 表2 t 所示。 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 链路层 物理层 图2 5i s o 参考模型 f i g25i s or e f e r e n c em o d e l 山东科拄大学硕士学位论文2 电力远动规约的分析与研究 应用洪 链路屡 物理屡 图2 6 增强性能结构模型( e p a ) f i g 2 6e n h a n c e dp e r f o r m a n c ea r c h i t e c t u r em o d e l 表2 1 配套标准所选用的标准条文 从i e c 6 0 8 7 0 5 - 5 选用豹应用功能 用户进程 从i e c6 0 8 7 0 - 5 - 3 选用应用服务数据单元 应用层( 第七层) 从i e c6 0 8 7 0 5 - 4 选用应用信息元素 从i e c6 0 8 7 0 5 - 2 选用链路传输规则 链路层( 第二屡) f 从i e c6 0 8 7 0 5 ，1 选用传输帧格式 蒸于i e c 6 0 8 7 4 - 2 或| e c 6 0 8 7 4 1 0 和i e c 6 0 7 9 4 1 的 【光纤系统或按照e i ar s 4 8 5 的基于铜线的系统 物理层( 第一朦) 2 3 1 11 0 3 规约豹信息单元结构 用于e p a 豹传输帧的信患纺孝句莘眭数据单元之闾的关系如图2 。7 所示 应用用户过税应用用户数据| 脯 j r | ra p d u 黧 l2 ：= ：l a s d uia s d u = 应用服务 + l = w * r + 1 n - j b a p c i 篡”4 7 “”、r 数据单元 使用a p c i 广主 a p c i ：应用规约 应用层第7 层 l 垒呈型i控甫信息 瞄习1 l 、iu 糕 l p c i l s d uil s d u = 链路服务 、r 数据单元 链路脚层由嫩扛嚣 图2 7e p a 数据单元及其关系 f i g 2 7t h ed a t au n i t sa n dr e l a t i o n s h i po f e p a 1 2 生查型垫查堂婴主茎竺堡苎 ! 皇垄墨垫塑丝塑坌堑量堡塞 应用服务数据单元即报文的数据区。其结构如表2 2 ，一个应用服务数据单元是由一 个数据单元标识符( d a t a u n i ti d e n t i f i e r ) 和唯一的一个信息体( i n f o 砌讧a t l 0 n o b j e c t ) 组成。 数据单元标识符由类型标识( t y p ) ，可变结构限定词( v s q ) ，传送原因( c o t ) ， 应用服务数据单元公共地址组成，每一项均为8 位位组。 表2 2 应用服务数据单元的结构 t a b l e2 , 2t h es t m c m r eo f a p p l i c a t i o ns e r v i c ed a t au n i t 数据类型标识 数据单元类型 应单元 可变结构限定词 用标识传送原因 服符 应用服务数据单元公共地址 务 功能类型 信息体标识符 数 信息序号 据 信信息元素集 萱 息 时标m s 一 信息体时标 兀 体 i v r e s i 时标r a i n ( 任选) s u 时标h 类型标识代表应用服务数据单元的类型，在1 0 3 规约中对其有详细而严格的定义。 可变结构限定词表示信息体是顺序的，还是非顺序的，并表示信息体的个数，如信 息体数目等于0 ，则表示没有信息体。 传送原因表示的是周期传送、突发传送、总召唤，还是分组召唤、请求数据、重新 启动、站启动、测试、确认、否定确认。1 0 3 规约对传送原因也有详细、严格的定义。 应用服务数据单元的公共地址为一个8 位位组，它作为应用服务数据单元的寻址地 址和一个应用服务数据单元的所有信息体联系在一起。根据应用层情况，应用服务数据 单元公共地址可以定义为站地址，与报文中链路层的地址域的站地址可以是同一个值； 而在某些情况下，在一个链路层的地址域的站地址下，可以有好几个应用服务数据单元 公共地址，即好几个站地址。 信息体由信息体标识符和一组信息元素以及信息体时标( 如果有的话) 组成。信息 体标识符的第一个八位位组定义为用于继电保护设备的功能类型，第二个八位位组定义 了在一个给定的功能类型内的信息序号，整个范围 分别独立地用在控制方向 和监视方向，1 0 3 规约对信息体标识符做了详细的定义。 由于本标准中未采用应用规约控制信息( a p c i ) ，所以在应用层中的应用规约数据 坐蔓型楚查堂堡主鲎些堡苎! 皂垄亟垫塑塑堕坌堑量缝壅 单元( a p d u ) 和应用服务数据单元( a s d u ) 是一样的。也和链路层中的链路服务数据 单元( l s d u ) 是一致的。 2 3 ，1 2 物理层 物理层规定了连接器机械特性、逻辑电平、位元宽度、接口线的定义与功能、连接 线建立和切断等内容。提供传送“l ”，“0 ”码的物理条件。 1 0 3 规约中，该层既可按光纤传输系统实现，也可按燕子铜线的传输系统实现。如 果采用光纤分段运输系统，在继电保护设备上兼容接口必须是光纤连接器，在监视方向 上和撩制方向上需要采用两条光纤电缆。作为上述光纤传输的一种变通，在控制系统和 继电保护设备之间可以采用基于铜线的传输系统。此种传输系统应符合e i ar s - - 4 8 5 标准。 2 3 1 3 数据链路层( d a t al i n kl a y e r ) 数据链路层讨论的是两个相连的通信主体如何进行可靠、有效的通信。数据链路层 ( d a t al i n kl a y e r ) 的协议数据单元是帧，其主要任务是加强物理层传输原始比特的功能， 使之对网络层显现为一条无错线路。发送方把输入数据分装在数据帧( d a t af r a m e ) 里( 典 型的帧为几百字节或几千字节) ，按顺序传送备帧，并处理接收方回邀的确认帧 ( a c k n o w l e d g e m e n tf r a m e ) 。因为物理层仅仅接收和传送比特流，并不关心它的意义和结 构，所以只能依赖器链路层来产生和识别帧边界。1 0 3 规约规定在帧的前面和后面分别 加上启动字符6 8 h 和结束字符1 6 h 来识别帧边界。 传输线路上突发的噪声干扰可能把帧完全破坏掉，在这种情况下，发送方的数据链 路必须重发此帧。然而，相间帧的多次重发也可能使接收方收到重复帧，比如接收方给 发送方的确认丢失厝，就可能收到重复帧。数据链路层要解决由于帧的破坏、丢失和熏 复所出现的问题( p r o t e c t i o na g a i n s t l o s sa n da g a i n s td u p l i c a t i o n o f m e s s a g e t r a n s m i s s i o n ) 为了解 决帧的破坏、丢失和重复现象，1 0 3 规约的数据链路层提供的是一种有确认的匿向连接 的服务。 启动站在开始新的一轮发送确认( s e n d c o n f i r m ) 服务时，帧计数傻( f c b ) 改变状态，并由从站收到无差错的确认( c o n f i r m ) 帧，则这一轮的发送确认 ( s e n d c o n f i r m ) 服务即告结束。 若确认( c o n f i r m ) 帧受到干扰或超时未接收到确认帧，则发送( s e n d ) 帧不改 变帧计数位的状态重发原报文，最大重传次数为3 次。 在从站收到启动站的发送帧，并向启动站发送确认帧，此时在从站将此礁认帧保存 1 4 山东科技大学硕士学位论文 2 电力远动规约的分析与研究 起来，在前后两次接收到的发送帧中的帧计数位的值不同，此时即将保存的确认帧清除， 并形成新的确认帧，否则不管收到的帧内容是什么，将原保存的确认( c o n f i r m ) 帧 重发。 2 3 1 4 应用层 应用层是网络体系结构中的最高层，在应用层之上不存在其他的层，因此应用层的 任务不是为上层服务，而是为最终用户提供服务。这些最终用户就是一些具体的应用进 程。1 0 3 规约应用层包含一系列应用功能，它包含在源和目的之间应用服务数据单元的 传送中。 应用功能采用了在i e c 6 0 8 7 0 5 5 中所定义的部分基本应用功能 站启动( s t a t i o ni n i t i a l i z a t i o n ) 总查询( 总召唤) ( g e n e r a li n t e r r o g a t i o n ) 时钟同步( c l o c ks y n c h r o n i z a t i o n ) 命令传送( c o m m a n dt r a n s m i s s i o n ) 另外1 0