（通信与信息系统专业论文）rtu通信软件的设计.pdf

摘要 摘要 根据c d t 规约，结合硬件结构，本软件采用简单有效的算法，用汇编语言 实现了r t u 的通信，完成了数据的运算、记录、组织和监控，满足了系统实时 性和准确性的要求。r t u 的功能是按规约组织和发送遥信量、遥测量、电度量 及频率等数据到调度端，并接收调度端命令来实现遥控和遥调，使系统安全的 运行。本文阐述了c r c 校验算法，所采用的算法提高了数据的准确性和系统效 率。为了便于安装和调试，系统提供了当地显示功能，这也是本系统的特点之一。 实践证明本系统能够完全按规约的要求，安全可靠的运行，促进了我国电力调度 自动化的发展。 关键词：c d t 规约；c r c 校验；遥信：遥测；遥控；遥调 河北大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t b a s e do nt 1 1 ec d t p r o t o c o la n dt h ea r c h i t e c t u r eo fh a r d w a r e t h es o f t w a r ew h i c h m a k e su s eo fs i m p l e ，e f f e c t u a la l g o r i s ma n da s s e m b l el a n g u a g ei m p l e m e n t st h e c o m m u n i c a t i o no f 删，i tc o m p l e t e st h ed a t a so p e r a t i o n ，m c o r d a t i o n ，o r g a n i z a t i o n a n ds u p e r v i s i o na n di ta l s of u l f i l st h er e q u e s to fr e a l - t i m ea n dv e r a c i t yo ft h es y s t e m r t uh a sm a n yf u n c t i o n s i tn o to n l yo r g a n i z ea n ds e n dt e l e s i g n a ld a t a , t e l e m e t e r i n g d a t a ，p u l s ec o u n t e rd a t aa n df r e q u e n c yd a t ae t ct ot h em a i ns t a t i o nb u ta l s or e c e i v et h e c o m m a n do fm a i ns t a t i o nt oi m p l e m e n tt e l e c o n t r o la n dt e l e a d j u s t i n ga c c o r d i n gt ot h e p r o t o c 0 1 i tm a k e st h es y s t e mr u ns a f e t h i sp a p e rd e s c r i b e st h ea l g o r i s mo fc r c c h e c ka n dt h ea l g o r i s mw ea d o p t e di m p r o v e st h ev e r a c i t yo fd a t aa n dt h ee f f i c i e n c yo f s y s t e m t h es y s t e mp r o v i d e sl o c a ld i s p l a yf u n c t i o nw h i c hm a k ei te a s yt oi n s t a l la n d d e b u g ，a n di ti sa l s o o n eo ft h ec h a r a c t e r so fo u rs y s t e m i tw a sp r o v e dt h a tt h e s y s t e mc a nr u ns a f ea c c o r d i n gt ot h ep r o t o c o la n di tp r o m o t e st h ed e v e l o p m e n to f e l e c t r i cp o w e rs u p e r v i s o r ya u t o m a t i o ni no u rc o u n t r y k e yw o r d ：c d tp r o t o c o l ；c r cc h e c k ；t e l e s i g n a l ；t e l e m e t e r i n g ；t e l e c o n t r o l ； t e l e a d j u s t i n g 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 研究意义及国内外现状 变电站是电力系统的重要组成部分，它的安全可靠运行是电网安全、经济 运行的根本保证。当前变电站正从分项自动化向着综合自动化方向发展，综合 自动化的近期目标是把变电站的保护、测量、监控、远动等融为一体，取得数 据共享，资源共享，大幅度提高自动化的功效。电力系统要进行现代化管理就 要实现电力调度自动化。 电力调度自动化系统的基本组成部分是数据采集和监控系统，即s c a d a 系统( s u p e r v i s o r yc o n t r o la n d d a t aa c q u i s i t i o ns y s t e m ) 。s c a d a 系统的基础是 远动系统。远动即是应用远程通信技术，对远方的运行设备进行监视和控制， 以实现远程测量，远程信号，远程控制和远程调节( 四遥) 等功能。远动系统 的一侧称为调度端、监控端或者主站。另- - n 称为厂站端、被监控端、或者从 站。在从站内按规约采集所在发电厂或变电站电力运行状态的模拟量和状态量， 监视并向调度端传送这些模拟量和状态量，执行调度中心发往所在发电厂或变 电站的控制和调度命令的设备称为远动终端f r t ur e m o t et e r m i n a lu n i t or t u 通常要具有优良的通讯能力和较大的存储容量，适用于恶劣的温度和湿度环境， 提供更多的计算功能。正是由于r t u 完善的功能，使得r t u 产品在s c a d a 系统中得到了大量的应用。 r 丁u 与主站配合可以实现四遥功能，即：遥测、遥信、遥控和遥调。 ( 1 ) 遥测( t e l e m e t e r j n g ) ，即远程测量，它是将采集到的被监控变电站的主要 参数及时编码成遥测信息，按通信规约传送给调度端。遥测量是指变电站的变 压器、母线、馈电线路的电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数及变压 器油温等模拟量的采集与处理。 ( 2 ) 遥信( t e l e s i g n a l ) ，即远程信号，它是将采集到的被监控变电站的设备状 态信号，按规约传送给调度中心。这些设备状态可能是断路器、隔离开关的位 置状态，继电保护与自动装置的动作状态，漏电保护装置的运行状态，模拟操 作中模拟开关器件位置等。这些位置状态，动作状态和运行状态都只取两种状 态值。如开关位置只取“合”或“分”；设各状态只取“运行”或“停止”。因 此，用一位二进制码就可以传递一个遥信对象的状态。 ( 3 ) 遥控( t e l e c o n t r 0 1 ) ，即远程控制命令。它是从调度中心发出改变运行设 备状况的命令。这种命令包括操作变电站各级电压回路的断路器、投切补偿电 河北大学工学母i 士学位论文 容器和电抗器，因此，这种命令只取两种状态命令，如断路器的“合”或“分” 命令。遥控要求有很高的可靠性。在遥控过程中，通常采用“返送校核”的方 法，实现遥控命令的传送。在遥控过程中，调度端发往变电站r t u 的命令有三 种，即遥控选择命令、遥控执行命令和遥控撒消命令。遥控选择命令包括两个 部分：一是选择的对象，用对象码指定对哪一个对象进行操作；另一个是遥控 操作的性质，用操作性质码指示是合闸还是分闸。遥控执行命令指示r t u 按接 收到主站发送的选择命令，执行指定的开关操作。遥控撤消命令指示r t u 撤消 主站已下达的选择命令。r t u 端返校内容：校核遥控选择命令的正确性，即检 查性质码是否正确，检查遥控对象号是否属于本站。 ( 4 ) 遥调( t e l e a d j u s t i n g ) 是调度端直接对被控站某些设备的工作状态和参数 进行调整。 远动系统的主、从站之间通常采取以帧为单位的方式进行通信。按发送通 信传输的模式来划分为三种类型：循环传输模式，自发传输模式，问答( 轮询) 传输模式。 电力系统的迅速发展需要完善、先进和实用的电网调度自动化系统来保证。 目前国调及网、省调3 级调度系统均己配备了电网调度自动化系统，并先于一 次系统实现全国联网。 现我国9 0 的电源和2 2 0k v 以上电网的实时信息得到有效和准确的采集， 调度自动化水平有明显进步和提高，尤其是厂站基础自动化设备可靠性和管理 水平大大提高，其提供的准确而有效的实时信息已成为调度员进行电网安全、 经济调度的主要依据。已有部分网、省局电网调度自动化系统通过实用化验收， 华东、东北、广东电网在电网正常情况下将频率考核指标由原来的( 5 0 o 2 ) h z 提高到f 5 0 o 1 ) h z 。 变电站无人( 或少人) 值班工作成本低，在我国部分地、县级电网中得到 了较好的开展，取得了可喜的成绩。但通道质量差、可靠性低是制约我国变电 站无人值班工作健康发展的一个重要因素。 北美各电力公司安装投运的变电站自动化实验项目可分为3 类：使用传统 r t u 的结构，使用通用设备的结构，网络结构。国外产品在间隔层终端一般采 用多d s p 结构，集保护、滤波、计量、远动功能于一体：专用通信网以光纤为 介质，具有很高的通信速率和质量；站控单元采用高性能工作站或专用硬件， 处理和存储能力较强。国内产品多采用通用单元组合方式来构成间隔层终端， 分担保护、滤波、监控、计量等功能，适应性较好，但单元功能偏弱、同一间 隔内各单元无法共享数据；现场通信多采用r s 串行通信总线和位总线，通信 速率、质量和灵活性不够理想；站控单元多采用工业p c ，安装使用上多数还是 第】章绪论 室内集中组屏，主要应用于1 0 0k v 和3 5k v 及以下电压等级的中、低压变电站。 研究这项课题使电网安全、优质、经济地运行，对于我国现阶段实现电力 调度自动化有着重要的意义，应用前景非常广阔。 1 2r t u 通信软件实现的研究 系统远动转发实时性要求较高，运行次数多，故采用汇编语言编程，它占 用存储空间小，运行速度快，可直接访问硬件部分。研制的基于1 6 位嵌入式 c p u 的新一代r t u 装置，适应了计算机和r t u 的发展，也符合电力自动化的 要求。软件根据硬件结构和c d t 规约完成r t u 和调度端间的通信功能，使系 统性能优越，功能强大。本系统远动通信软件主要包括r t u 转发信息处理程序 和串行口接收发送中断通信服务程序。转发信息处理程序依c d t 规约编程、组 装各类信息帧，并将其送入发送接收通信缓冲区。主要内容： 1 、数据( 模拟量、开关量) 采集与预处理； 2 、串行通信发送和接收( 含数据的打包、拆包、通信命令分析、校验) ； 3 、c r c 校验算法软件实现。 本系统增加了本地显示和调整功能，方便了安装和调试。改变了r t u 仅是一个 远动执行或转发机的局面，这也是编程的一个难点。 结合硬件电路和c d t 规约，软件的编写要保证系统功能的实时性和准确 性，而且代码要简单。这也是本课题研究的方向和侧重点。 河北大学工学硕士学位论文 第2 章c d t 规约简介 循环式远动规约c d t ( c y c l i cd i g i t a lt r a n s m i s s i o n 意即循环数字传送) ，是 能源部于1 9 9 1 年1 1 月4 日发布的，并于1 9 9 2 年5 月4 日实施，正式列为我国 电力行业标准。该标准规定了电网数据采集与监控系统中循环式远动规约的功 能、帧结构、信息字结构和传输规则，它适用于点对点的远动通道结构及循环 字节同步方式传送信息的远动设备和系统，它还适用于调度所之间以循环式远 动规约转发实时远动信息的系统。功能的实现要求我们对统一的行业标准有准 确而深入的了解和理解。其主要内容如下： 2 1 技术要求 1 本规约采用可变帧长度、多种帧类别循环传送、变位遥信优先传送，重 要遥测量更新循环时间较短，区分循环量、随机量和插入量采用不同形式传送 信息，以满足电网调度安全监控系统对远动信息的实时性和可靠性的要求。 2 本规约规定主站与子站间进行以下信息的传送： a 遥信； b 遥测； c 事件顺序记录( s o e ) ： d 电能脉冲记数值； e 遥控命令； f 设定命令； 2 升降命令； h 对时； i 广播命令； 3 信息按其重要性不同的优先级和循环时间，以便实现国家标准地区电 网数据采集与监控系统通用技术条件和远动终端通用技术条件所规定的 要求和指标。 上行( 子站至主站) 信息的优先级排列顺序和传送时间要求如下： ( 1 ) 对时的子站时钟返回信息插入传送： ( 2 ) 变位遥信、子站工作状态变化信息插入传送，要求在1 s 内送到主站； ( 3 ) 遥控、升降命令的返送校核信息插入传送： ( 4 ) 重要遥测安排在a 帧传送，循环时间不大于3 s ； ( 5 1 次要遥测安排在b 帧传送，循环时间一般不大于6 s ； 第2 章c d t 规约简介 f 6 ) 一般遥测安排在c 帧传送，循环时间一般不大于2 0 s ： ( 7 ) 遥信状态信息，包含子站工作状态信息，安排在d 1 帧循环传送； f 8 1 电能脉冲计数值安排在d 2 帧定时传送： f 9 、事件顺序记录安排在e 帧以帧插入方式传送。 下行( 主站至子站) 命令的优先级排列如下： f 1 1 召唤子站时钟，设置子站时钟校正值，设置子站时钟； f 2 1 遥控选择、执行、撤消命令，升降选择、执行、撤消命令，设定命令； f 3 1 广播命令； d 帧传送的遥信状态、电能脉冲计数值是慢变化量，以几分钟至几十分钟循 环传送。 e 帧传送的事件顺序记录是随机量，同一个事件顺序记录应分别在三个e 帧 重复传送，传送规则见2 2 8 条。 变位遥信和遥控、升降命令的返校信息以信息字为单位优先插入传送，连送 三遍。对时的时钟信息字也优先插入传送，并附传送等待时间，但只送遍，传 送规则见2 2 8 条。 2 2 帧 1 帧结构 帧结构如图1 所示。每帧都以同步字开头，并有控制字，除少数帧外均应有 信息字。信息字的数量依实际需要设定，帧长度可变。 2 字、字节、位的排列和发码规则。 帧的同步字、控制字、信息字的排列规则：字节由低b 1 到高b n 上下排列、 字节的位由高b 7 到低b o 左右排列，如图2 所示。 摆 控信信 同 制息息步 字字字 一 干 1n 图1 帧结构图2 字节排列 b ，字节 b ：字节 向通道发码规则。低字节先送，高字节后送；字节内低位先送，高位后送。 3 同步字 同步字按通道传送顺序分为3 组e b 9 0 h ，b 1 1 1 1 1 0 、1 0 1 1 、1 0 0 1 、0 0 0 0 、。 为保证通道中传送顺序，写入串行口的同步字排列格式见图3 。 河北大学工学硕士学位论文 4 控制字 控制字共有b 7 b 1 2 6 个字节，如图4 所示。 ( 1 1 控制字节说明： e ：扩展位 当e = 0 时使用表2 已定义的帧类别； 当e = i 时帧类别可另行定义，以便扩展功能。 l ：帧长定义位 当l = 0 时表示本帧信息字数n 为0 ， 即本帧没有信息字 b 7b n d 7 h ( 1 1 0 1 0 1 1 1 b ) 0 9 h f 0 0 0 0 1 0 0 1 b ) d 7 h ( 1 1 0 1 0 1 1 1 b ) 0 9 h ( 0 0 0 0 1 0 0 1 b ) d t h ( 1 1 0 1 0 1l l b ) 0 9 h ( o o o o i 0 0 1 b ) b 1 b 2 b 3 b 4 b 5 b 6 控制字节 帧类别 信息字数n 源站址 目地站址 校验码 b 3 b 7b o 塞田 ( a ) 控制字组成( b ) 控制字节 图3 同步字排列格式图4 控制字 f 2 ) s 与d 在上行及下行信息中的定义说明： 在上行信息中，s = 1 表示控制字中源站址有内容，源站址字节即代表信息始 发站的站号，即子站站号；d = i ，目的站址字节代表主站站号。 在下行信息中，s = i 表示源站址字节有内容，源站址字节代表主站站号：d = 1 表示目的站址字节有内容，即代表信息到达站的站号；d = 0 表示目的站址字节内 容为f f h ，即代表广播命令，所有站同时接收并执行此命令。 以上所述的上行信息和下行信息中若同时s = 0 ，d = 0 ，则表示源站址和目的 站址无意义。 5 生成多项式和中间余式表 本规约采用c r c 校验，控制字和信息字都是( 1 1 、k ) = ( 4 s ，4 0 ) 码组，生 成多项式为g ( x ) = x 8 + x 2 + x + 1 ，陪集码为f f h 。按2 2 2 条所述发码规则的顺 序以g ( x ) 模2 除前5 个字节，生成余式r ( x ) 。以r 0 ) 作为校验码。若用查表法， 信息字、控制字基本码元的中间余式见表1 。 表1中间余式表 信息字、控制字的码元查表法中间余式 0 1 h 1 1 1 00 0 0 0 b 0 2 h0 1 1 10 0 0 0 b 0 4 h0 0 1 11 0 0 0 b 0 8 h0 0 0 11 1 0 0 b 第2 章c d t 规约简介 1 0 h0 0 0 01 1 1 0 b 2 0 ho o o o0 1 1 1 b 4 0 h1 1 1 00 0 1 1 b 8 0 h1 0 0 10 0 0 1 b 6 帧类别 本规约定义的帧类别码及其含义见表2 。 表2 帧类别代号定义表 帧类定义 别代上行e = 0下行e = 0 6 1 h重要遥测( a 帧) 遥控选择 c 2 h 次要遥测( b 帧)遥控执行 b 3 h一般遥测( c 帧) 遥控撤消 f 4 h 遥信状态( d 1 帧)升降选择 8 5 h 电能脉冲数值( d 2 帧)升降执行 2 6 h 事件顺序记录( e 帧)升降撤消 5 7 h 设定命令 a 8 h d 9 h 7 a h 设置时钟 o b h设置时钟校正值 4 c h召唤子站时钟 3 d h 复归命令 9 e h 广播命令 e f h 7 ，信息字数 信息字数i 1 表示该帧中所含信息字数量，即信息字1 至信息字i l 的总数，n = 0 表示无信息字。e 帧长度不得大于a 帧长度。 8 帧系列及信息字传送规则 ( 1 ) 在规定循环时间的前提下，帧系列可以根据要求任意组织。 f 2 、帧系列采用下列三种方式传送。 a 固定循环传送。用于传送a 、b 、c 、d 1 、d 2 帧。 b 帧插入传送，用于传送e 帧。s o e 可能连续出现，当轮到送e 帧时 用软件指针定好发送界限，后续出现的归下一次再送。 c 信息字随机插入传送，用于传送下列三种信息： 对时的子站时钟返回信息： 变位遥信； 遥控、升降命令的返校信息。 河北大学工学硕上学位论文 ( 3 ) c 条信息一出现就应插入当前帧的信息字传送，但需遵守以下规则： 变位遥信、遥控和升降命令的返校信息连续插送三遍，对时的子站时钟返回 信息才插送一遍。 变位遥信、遥控和升降命令的返校信息、连续插送三遍必须在同一帧内，不 许跨帧。若本帧不够连续插送三遍，全部改到下帧进行。 被插的帧若是a 、b 、c 或d 帧则原信息字被取代，原帧长度不变。若是e 帧 则应在s o e 完整字之间插入，帧长度相应加长。 子站加电或重新复位后，帧系列应从d 1 帧开始传送。 ( 5 1 遥控、设定和升降命令过程中若出现变位遥信则自动取消该命令，并通 过子站工作状态信息通知主站。 ( 6 1 下行通道中不发命令时应连续发送同步码。 2 3 信息宇及功能码 1 信息字结构 每个信息字由b 。b 。6 个字节构成：功能码一个字节、信息、数据码4 个字 节和校验码一个字节，其通用格式如图5 所示。 信息、 数据 b 7b o 功能码 b 7 b o b 7 - b o b 7 b o b 7 b o 校验码 b 。字节 b n + 1 b n 十2 b n + 3 b n + 4 b n + 5 图5 2 、功能码定义 功能码有2 5 6 个( 0 0 h f f h ) ，分别代表不同信息用途，具体分配见表3 表3功能码分配表 功能码代号字数用途信息位数容量 0 0 h 7 h 1 2 8 遥测1 62 5 6 8 0 h 8 1 h2事件顺序记录6 44 0 9 6 8 2 h 8 3 h 备用 8 4 h 8 5 h2 子站时钟返送 6 41 8 6 h 8 9 h 4 总加遥测 1 68 8 a h1频率1 62 8 b h1 复归命令( 下行) 1 61 6 第2 章c d t 规约简介 8 c h1 广播命令( 下行) 1 61 6 8 d h 9 2 h6水位 2 4 6 9 3 h 9 f h各用 a o h d f h6 4电能脉冲计数值3 26 4 e o hl 遥控选择( 下行) 3 22 5 6 e 1 h1 遥控返校 3 22 5 6 e 2 h1 遥控执行( 下行) 3 22 5 6 e 3 h1 遥控撤消( 下行) 3 22 5 6 e 4 h 1 升降选择( 下行) 3 2 2 5 6 e 5 h 1 升降返校 3 2 2 5 6 e 6 h1 升降执行( 下行) 3 22 5 6 e 7 h 升降撤消( 下行) 3 22 5 6 e 8 h1 设定命令( 下行) 3 22 5 6 e 9 h1备用 e a h1备用 e b h1 备用 e c h1 子站状态信息 81 e d h1 设置时钟校正值( 下行) 3 21 e e h e m 2 设置时钟( 下行) 6 41 f o h 册1 6遥信 3 2 5 1 2 2 4 上行信息格式 1 遥测 遥测信息字格式见图6 。 遥测i 遥测 1 + 1 b 7b o 功能码( 0 0 h 7 f h ) b 7b o b 1 5 b 1 4 xx b nb 8 b 7b n b 1 5b 1 4 xxb l l - - - b 8 校验码 b 。字节 b + 1 b n 十2 b n + 3 b n + 4 b n + 5 图6 遥测信息字格式 说明： ( 1 ) 每个信息字传送两路遥测量； ( 2 ) b l l b o 传送一路模拟量，以二进制码表示。b 1 】= o 时为正数，b 1 1 = 1 时为负数，以2 的补码表示负数；b 1 4 = 1 表示溢出，b 1 5 = 1 时表示数无效。 2 遥信 9 河北大学工学硕士学位论文 遥信信息字格式见图7 。 b 7b o 功能码( f o h f f h ) b ， b n b 1 b r b 7 b o b 1 5 b 8 校验码 b 。字节 b n + 1 b n + 2 b n + 3 b n + 4 b n + 5 图7 遥信信息字格式 说明： ( 1 ) 每个遥信位含1 6 个状态位。 ( 2 ) 态位定义：b = 0 表示断路器或刀闸状态为断开、继电保护未动作，b = 1 表示断路器或刀闸状态为闭合继电保护动作。 3 电能脉冲计数值 电能脉冲计数值信息字格式见图8 。 b 7b o 功能码( a o h d f h ) b 7 b o b 1 5 b 8 b z 3 。- b 1 6 b 3 1b 2 9 xxxx ( 有效位)( b c d 码1b 2 7 - - - b 2 4 校验码 b 。字节 b 叶1 b n + 2 b d 十3 b n “ b n + 5 图8电能脉冲计数值信息字格式 说明： ( 1 ) 一个信息字传送一路电能脉冲计数值，定时传送。定时可以是整点， 或3 0 r a i n ，也可以由广播命令决定。 ( 2 ) b 2 3 b o 位代表电能脉冲计数值，推荐用二进制码表示。 ( 3 ) b 3 1 = 1 表示数无效，b 2 9 = 0 表示数为二进制码，b 2 9 = 1 表示数为b c d 码。 ( 4 ) b 2 7 b 2 4 位作为扩展用。 4 频率( 数字式) 频率信息字格式见图9 第2 章c d t 规约简介 b 7b o 功能码( 8 a h ) 1 0 4 ( h z l1 0 。阻z ) 1 0 1 ( h z ) 1 0 0 ( h z ) 1 0 4 ( h z )1 0 。( h z ) 1 0 1 ( h z )1 0 0 ( h z ) 校验码 图9 频率信息字格式 b 。字节 b n + 1 b n + 2 b n + 3 b n + 4 b n + 5 说明：以4 位b c d 码表示频率，如4 9 9 9 h z 。 5 事件顺序记录( s o e ) 事件顺序记录信息字格式见图1 0 6 1 尘b 7b o b 。字节 b n + 1 b n + 2 b n + 3 b n + 4 b n + 5 功能码2 ( 8 1 h 1 时 x xx2 42 32 22 12 0 日 x xx 2 42 32 22 12 0 对象号( 低) b 7b o b 1 5 对象号( 高) f 台分) b 1 1 b 8 校验码 b 。字节 b n + 1 b n + 2 b n + 3 b n + 4 b n + 5 ( a ) 毫秒分( b ) 时日 图1 0 事件顺序记录信息格式 说明： ( 1 ) 功能码1 与功能码2 应成对，前者用8 0 h 、后者用8 1 h 。 ( 2 ) 时间与对象号均用二进制码表示，最后第( b 。+ 1 0 ) 字节中b 1 5 = 1 表示开关 状态为闭合或继电保护动作，b 1 5 = 0 表示开关状态为断开或继电保护未动作。 2 5 命令格式 1 遥控命令 遥控过程及遥控帧结构如图1 1 所示。遥控命令控制字和控制字节格式见图 1 2 。遥控过程的信息字格式见图1 3 。 河北大学工学硕士学位论文 1 主站 1 叼工遥控执行命令上或撤消命令 ( a ) 遥控过程 卜一_ 止e 三字内容相- 一 ( b ) 帧结构 图1 1 遥控过程及帧结构 b 7b o l 控制字节( 7 1 h ) 帧类别( 6 1 h 选择) ( c 2 h 执行) ( b 3 h 撤消、 信息字数( 0 3 h ) 源地址( x x h ) 目的地址( x x h ) 校验码 ( a ) 控制字格式 b ，字节 b 8 b 9 b l o 饕回丑正巨田 1 。 elsd ( b ) 控制字节格式 图1 2 遥控命令和控制字格式 b 7b ob 7b u 功能码( e o h ) 合分 ( c c h 3 3 h ) 开关序号 合分( 重复) 开关序号( 重复) 校验码 b 。字节 b n + i b n 十2 b n + 3 b n + 4 b n + 5 功能码( e 1 h ) 台| 资i 链 ( c c h 3 3 h 仔f h ) 开关序号 合分错( 重复) 开关序号( 重复) 校验码 b 7b o b 7b o 功能码( e 2 h ) 执行( a a h ) 开关序号 执行( 重复) 开关序号( 重复) 校验码 b 。字节 b n + 1 b n + 2 b n 十3 b n + 4 b n + 5 功能码( e 3 h ) 撤消( 5 5 h ) 开关序号 撤消( 重复) 开关序号( 重复) 校验码 ( d ) b 。字节 b 口+ 1 b n + 2 b n + 3 b n 十4 b n + 5 b 。字书 b n + 1 b n + 2 b n + 3 b n 十4 b n + 5 第2 章c d t 规约简介 ( a ) 遥控选择( 下行)( b ) 遥控返校( 上行) ( c ) 遥控执行( 下行)( d ) 遥控撤消( 下行) 图1 3 遥控过程的信息字格式 说明： ( 1 ) 开关序号为二进制码； ( 2 ) 遥控返校字为上行信息，随机插在上行信息中不跨帧地连送三遍； ( 3 ) 图1 3 ( a ) 中开关序号在子站有硬件电路进行检查，若检查结果无效 将b n + 1 字节内容改为f f h ； ( 4 ) 遥控返校信息若超时未收到，本次命令将自动撤消； ( 5 ) 遥控过程中遇变位遥信，本次命令将自动撤消，通过子站工作状态返 回信息。 2 升降命令 升降命令控制字格式同遥控命令，但帧类别应改为f 4 h ，8 5 h ，2 6 h ，其信 息字格式如图1 4 所示。 b 7b o 功能码( e 4 h ) 升 嗨瞒 ( c c h 3 3 h ) 对象号 升降( 重复) l 对象号( 重复) 校验码 h 7b o 功能码( e 6 h ) 执行( a a h ) 对象号 执行( 重复) 对象号( 重复) 校验码 b 。字节 b d + 1 b n + 2 b n + 3 b n + 4 b n + 5 b 。字节 b n + 1 b n + 2 b n + 3 b n 十4 b n + 5 b 7b o 功能码( e 5 h ) 升降错 ( c c h 3 3 h ) 对象号 升降错( 重复) 对象号( 重复) 校验码 ( b ) b 7b o 功能码( e 7 1 - 1 ) 撤消( 5 5 h ) 对象号 撤消( 重复) 对象号( 重复) 校验码 ( a ) 升降选择( 下行)( b ) 升降返校( 上行) ( c ) 升降执行( 下行)( d ) 升降撤消( 下行) 图1 4升降命令 说明：同遥控命令。 b 。字节 b n 十l b n + 2 b n + 3 b n + 4 b n 十5 b 。字节 b n + 1 b n 十2 b n + 3 b n + 4 b n 十5 河北大学工学硕士学位论文 3 设置时钟命令 从主站控制字开始的向子站设置时钟，应在发送该命令控制字开始的时刻 读取主站时钟读数。设置时钟的帧结构、控制字格式及信息字格式，如图1 5 所 不。 b 7b o ( a ) 帧结构 h b o 功能码( e e h ) 毫秒( 低) 2 7 2 6 2 s 2 4 2 3 2 2 2 1 2 0 毫秒( 高) x x x x x x 2 9 2 8 秒 xx2 5 2 4 2 2 2 2 1 2 0 分 yx9 5 ) 4 9 3 9 2 ) 1 ，0 校验码 信息字1 b 1 3 字节 b 1 4 b 1 5 b 1 6 b 17 b 1 8 ( c ) 信息字格式 图1 5 时钟帧结构 控制字节( 7 1 h ) 帧类别( 7 a h ) 信息字数( 0 2 h ) 源站址( x x h ) 目的站址( x x h ) 校验码 ( b ) 控制字格式 b 7b o 功能码( e f h ) 时 x x x 2 4 2 3 2 2 2 1 2 0 口 x x x 2 4 2 3 2 2 2 1 2 0 x x x x 2 3 2 2 2 1 2 0 盆 校验码 信息字2 b ，字节 b 8 b o b 1 0 b n b 1 2 b 1 9 字节 b 2 0 b 2 1 b 2 2 b 2 3 b 2 4 第3 章c d t 中间余式与校验码算法 第3 章c d t 中间余式与校验码算法 c d t 通信规约c r c 校验码的生成是影响c d t 传输效率的一个因素，也是 编程实现的难点和关键。 3 1 校验的基本原理 站端的远程数据终端设备( r t u ) 通过模数转换( a d ) 将实时数据转换 为二进制码传送到接收端( 主站) 。在通道传输过程中，由于线路噪声或者其它 各种干扰，极易使这些编排好的信息码产生错误。接收端识别错误的信息码， 在c d t 规约中，它将这些误码舍弃。那么，它是如何识别这些错码并将其舍弃 的呢? 这就用到了校验。在发端，由r t u 按照规约，根据所传送的具体信息计 算出一个称为c r c 的值，附加在数据的尾部一并传送。在接收端，用同样的方 法生成一个c r c 值，与收到的c r c 值进行比较，若两个值相同，则认为信息 传输是正确的，若不同，则可认为信息传输过程中有错误，于是将该错误信息 字舍弃。 信道编码的方法很多，常用的有奇偶校验码、奇偶加正反校验码、b c h 码、 等比码、卷积码等，部颁c d t 规约中采用的是b c h 码，校验方法是c r c ( c y c l i c r e d u n d a n c yc h e c k ) 校验。 部颁c d t 规约中的c r c 校验我国微机远动系统中循环传送方式的码制是 ( 4 8 ，4 0 ) 码，这种码有两个特点：( a ) n k = 8 ，比较小；( 2 ) k = 4 0 ，是n k 的整数 倍。这样，编码和算法会相对容易实现一些。 根据c d t 规约我们知道，无论是控制字，还是信息字，它们的字结构是一 样的，后8 位均为校验码。按照规约，这种f 4 8 ，4 0 ) 码组的生成多项式为 g f x 、= x 8 + x 2 + x + 1 或g ( x ) = 1 0 7 h ，陪集码为f f h 。部颁c d t 规约中，字节和 位的排列规则是：字节由低到高上下排列，字节的位由高到低左右排列。按照 这个规则，假设有一个k 位的信息字，对应多项式为k ( x ) ，它的c r c 值的计 算方法是：用一个r ( r = 8 1 次的多项式即g ( x ) 做除数，把在信息字尾部增加r ( r = 8 、个o 所构成的新信息字对应的多项式作为被除数，二者做模2 除法，最后得 到的r 位余数，即余式r ( x ) ，就是k ( x ) 的c r c 值校验码。 河北大学工学硕士学位论文 3 2o r c 原理 c r c 检验实际上就是在一个p 位二进制数据序列之后附加一个r 位二进制 检验码，从而构成一个总长为n = p + r 位的二进制序列。例如，p 位二进制数据 序列d = d p 1 d p 2 d d o ，r 位二进制检验码r = r r - 1 r r - 2 r l t o ，所得到的这个1 1 位二进制序列就是m = 【d v l d p 2 d i d o 。i f r 2 2 。r lr o ；附加在数据序列之后的这 个检验码与数据序列的内容之间存在着某种特定的关系。如果因干扰等原因使 数据序列中的某一位或某些位发生错误，这种特定关系就会被破坏，因此，通 过检查这一关系，就可以实现对数据正确性的检验。校验码r 是通过对数据序 列d 进行二进制除法( 模2 除法) 取余式运算得到的，它被一个称为生成多项式 的( r + 1 ) 位二进制序列g = g r g + 1 g l g o 来除，用多项式形式表示为 等删+ 器 其中，x d ( x ) 表示将数据序列d 左移r 位，q ( x ) 代表这一除法所得的商， r ( x ) 就是所需的余式。这一运算关系还可以用式( 2 ) 来表达 瞰叫鬻 式中，r e 口表示对括号内的式子进行取余式运算。 检验码的编码计算如上所述，而检验过程则是对m 序列直接进行除法取余 式运算，即 哿删+ 器 p ， 或表示为 脚 酱 所得到的余式r ( x ) 若为零，则表示数据正确，否则认为发生错误。 3 3 算法原理 c d t 的生成多项式g = 1 0 0 0 0 0 1 1 1 ，用多项式形式表示为g ( x ) = x 8 + x 2 + x + 1 ， 由它产生的检验码r 的二进制位数是8 位( 1 个字节) 。 这里将把用字节构成的二进制序列称为“字节序列”，显然，数据序列、校 验码以及二者组成的序列m 都是字节序列，或者说是“多字节序列”。 第3 章c d t 中间余式与校验码算法 1 多字节序列运算规律 首先设一个由i 个字节m l 、r i f t 2 、i l l j 1 、i n 构成的8 i 位二进制序列， 并用字节形式表示它为m i = m l m 2 m i 1 m i 】，然后，再截取m i 的前( j 一1 ) 个字 节构成一个m _ _ 1 序列，即m i 1 = 1 t i l l l l 2 m i 1 ，这两序列间的关系可用多项式 表示为m i ( x ) = x 8 m i 1 ( x ) + m i ( x ) ，其中m i ( x ) 是字节m i 的二进制多项式的表示形式， 而x 8 m 。( x ) 表示将m i - 1 序列左移一个字节。对于序列m j - 1 来说 酉m i i ( x ) = q ”鬻 ( 5 ) 而对于m i 序列来说，可得 等= 垫篆掣= x 8 q i 1 g( x ) + 垫甓盟 ( 6 ) g 伍)( x 1 一 g ( x ) 这一结果的前一项为一整数，所以它与余式无关，这样，余式只可能出现 在后一项中。因此，对x s r i j l ( x ) + m t ( x ) 取余式运算就等价于对m 。( x ) 取余式运算， 用式f 4 1 的形式表示为 肛r e 哿h 警 对c d t 的c r c 而言。x s r 。1 ( x ) + m i ( x ) 代表一个由r 和m i 共同组成的两字 节序列 m i ，而且对这个两字节序列的取余式运算就等于对m i 序列的取余式运 算，其结果就是m i 序列的余式r i 。显然，这反映出一种如图1 6 所示的递推运 算的规律。可见，每一次递推运算都是对一个两字节序列的计算，所以，如何 简单快捷地对两字节序列进行计算是这种算法的又一个关键。 2 两节序列计算 设一个两字节序列t 。b = 【a b 】、一个t 。o = 【a o 和一个字节序列t b = b 。可以用 多项式形式表示它们之间的关系为t 。b ( x ) = t a o ( x ) + t b ( x ) ，因此，对t 。0 来说， 河北大学工学硕士学位论文 筹= q a o ( x ) + 端2 ( 8 - 1 ) 而对t a b 来说， 鬻= l o ”焉一。舯墨产 p z ， 其中，q 。o 是整数，与余式无关：而r 。o 和t b 都是二字节序列，因而，它们 的和( 模2 加法，即异或运算) 仍然是二字节序列( 二进制8 位，小于生成多项式 的9 位1 ，因此，它就是t a b 的余式r a b ，即 一 等 = r e 【毯富q 图1 6 表示递推计算的步骤。我们可以把两字节序列t a b = 【a b 的运算分解成 两个步骤来进行： 第一步：通过查余式表( 表1 ) ，读取t a 0 = a o 的余式r 。o ； 第二步：将r 。o 与【b 进行异或运算，从而查表得到i a b 的余式r 。b 3 4 两种算法 根据上面的基本原理，并结合c d t 规约本身的特点，下面提出两种有效的 生成c r c 校验码的算法。 1 ) 查表法 由基本字节余式( 表1 ) 可以组合计算出其他字节的余式： b y t e 0 = o o o o0 0 0 1 = x o 一一一余式为0 7 h ： b y t e l = 0 0 0 00 0 1 0 = x 1 一一一余式为0 e h ； b y t e 2 = 0 0 0 00 1 0 0 = x 2 一一一余式为1 c h ： b y t e 3 = o o o o1 0 0 0 = x 3 一一一余式为3 8 h ； b y t e 4 = 0 0 0 10 0 0 0 = x 4 - 一一余式为7 0 h ； b y t e 5 = 0 0 1 0o o o o ：x 一一一余式为e o h ； b y t e 6 = 0 1 0 0o o o o = x 6 一一一余式为c 7 h ； b y t e 7 = 1 0 0 00 0 0 0 l = x7 一一一余式为8 9 h ： 而且 b y t e = d t r e b y t e 7 + d 6 r e b y t e 6 + d s r e b y t e 5 + d 4 r e b y t e 4 + d 3 r e b y t e 3 + d 2 r e b y t e 2 + d a r e b y t e l + d o r e b y t e 0 ； 亦即b y t e 的余式为b y t e 7 至b y t e 0 的余式分别乘以系数d 7 至d o 然后求和( 模2 和) 。 第3 章c d t 中间余式与校验码算法 把所有o o h 至f f h 这2 5 6 个中间余式的校验码罗列出来，建立一个有2 5 6 个元素的数据表，按算法原理计算： a 将4 0 个码字分为5 个8 位消息段i i l l ，m 2 ，m 3 ，m 4 ，m 5 ； b 查出m l 对应的部分余式r l l c 用第二段m 2 + r 1 = m 2 再查出m 2 对应的部分余式r 2 ； d 以此类推得出r 5 ； e 1 5 再与陪集码f f h 相加即可得到最后的r 仁) 。 2 ) 直接利用模2 除法的算法 a 首先将信息字写成二进制码形式并补加8 个0 。 b 用上述二进制码除以生成多项式g f x ) = x 8 + x 2 + x + 1 即1 0 0 0 0 0 1 1 1 。 c 用模2 加法( 即不进位加法，相同出0 ，相异出1 ) 计算余式。 d 得余式后，加陪集码f f h ，即逐位取反，所