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摘要 通信规约对变电站综合自动化系统安全且可靠地运行起着极其重要的作用， 但由于规约种类繁多，致使众多厂商的产品不能很好的兼容，给通信的双方造成 极大困难。为改变这种局势，i e c 逐步提出了一系列通信规约技术标准。但由于 这些标准的制定周期较长，各方面对该系列标准的理解与应用情况也存在较大差 异，导致国内变电站综合自动化系统中不同厂家或同一厂家在不同时期内对同一 种通信规约的实现有所不同，从而使变电站综合自动化系统即使接入使用同一通 信规约的电力设备也要修改程序才能实现互操作，这给现场维护带来极大不便， 同时也浪费了大量的人力、物力和财力。 针对上述情况，本文在对各种标准及流行规约进行查阅、收集和整理的基础 上，深入分析并总结了使用相同规约和使用不同规约时分别存在的问题，提出基 于编译器和基于模板的通信规约自动解析思想。接着系统学习了部颁c d t 规约 和i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 3 规约，并以这两种规约为例，对两种思想进行设计和实现。 其中基于模板思想实现的规约程序在我们自主设计的变电站综合自动化软件系 统中得到应用，经测试，具有良好的实用性。 本文首次将基于编译器和基于模板的规约自动解析思想引入变电站综合自 动化系统，方便了使用同一标准规约的不同电力设备接入变电站综合自动化系 统，使现场的调试与维护更加容易，特别是基于编译器的程序代码易于修改和扩 充。 这两种思想的提出对变电站综合自动化系统的规约自动解析有一定的理论 和现实意义。 关键词：规约；编译器；模板 a b s t r a c t c o m m u n i c a t i o np r o t o c o lo nt r a n s f o r m e rs u b s t a t i o ns y n t h e s i sa u t o m a t i o ns y s t e m s a f ea n dr e l i a b l eo p e r a t i o np l a y sa l le x t r e m e l yi m p o r t a n tr o l e ，b u ta sar e s u l to fag r e a t v a r i e t yo fp r o t o c o l s ，c a u s e st h en u m e r o u sm a n u f a c t u r e r s p r o d u c t sn o tt ob ea b l et h e v e r yg o o dc o m p a t i b i l i t y , c a u s e st h ee n o r m o u sd i f f i c u l t yf o rb o t hs i d e s i no r d e rt o c h a n g et h i sk i n do fs i t u a t i o n ，i e cg r a d u a l l yp u tf o r w a r das e r i e s o ft e c h n i c a l s t a n d a r d sf o rc o m m u n i c a t i o np r o t o c o l s b u tb e c a u s et h e s es e r i e ss t a n d a r d s f o r m u l a t i o nc y c l ei sl o n g , a l la s p e c t sa r en o tv e r yb a l a n c e do nt h i ss e r i e ss t a n d a r d s u n d e r s t a n d i n ga n da p p l i c a t i o ns i t u a t i o n ，r e s u l t i n gi nt r a n s f o r m e rs u b s t a t i o ns y n t h e s i s a u t o m a t i o ns y s t e md i f f e r e n tm a n u f a c t u r e r so rs a m em a n u f a c t u r e r si nt h ed i f f e r e n t p e r i o do nt h es a m ec o m m u n i c a t i o np r o t o c o lt ot h er e a l i z a t i o nd i f f e r e n t l y , s ot h a te v e n i fi ti sh a sb e e ni n p u tp r o d u c t sw i t hs a m es t a n d a r dp r o t o c o l ，m u s tr e v i s et h ep r o c e d u r e f o rt r a n s f o r m e rs u b s t a t i o ns y s t e m ，w h i c hb r i n g st ot h eg r e a ti n c o n v e n i e n c ef o ro n s i t e m a i n t e n a n c e ，a n da l s ow a s t eal o to fm a n p o w e r , m a t e r i a lr e s o u r c e sa n df i n a n c i a l i nv i e wo ft h ea b o v es i t u a t i o n s ，o nt h eb a s i so fv a r i o u ss t a n d a r d sa n dp o p p r o t o c o l s r e f e r e n c e ，c o l l e c t i o na n dc o l l a t i o n , t h i s t h e s i ss e p a r a t e l ya n a l y z e sa n d s u m m a r i z e sq u e s t i o n sw h e nu s es a m ep r o t o c o la n du s ed i f f e r e n tp r o t o c o l ，p r o p o s e s c o m m u n i c a t i o np r o t o c o la u t o m a t i cp a r s i n gm e t h o db a s e do nt h ec o m p i l e ra n db a s e d o nt e m p l a t e t h e nl e a r nt h ec d ta n dt h ei e c 6 0 8 7 0 5 - 10 3p r o t o c o l sb yt h en u m b e r s ， a n dt a k et h e s et w ok i n d so fp r o t o c o l sa st h ee x a m p l e ，h a sd e s i g n e da n dc a r r i e do u t t w ot h o u g h t s ，a n dc o m b i n i n gi e c 6 0 8 7 0 5 - 10 3p r o t o c o la p p l y i n gf o rt r a n s f o r m e r s u b s t a t i o ns y n t h e s i sa u t o m a t e ds o f t w a r es y s t e m ，h a si m p l e m e n t e dt h i si d e a , a f t e rt h e t e s t ，h a sav e r yg o o du t i l i t y f o rt h ef i r s tt i m e ，t h i st h e s i si n t r o d u c e st h o u g h t sb a s e do nt h ec o m p i l e ra n d t e m p l a t ei n t ot r a n s f o r m e rs u b s t a t i o ns y n t h e s i sa u t o m a t i o ns y s t e m , f a c i l i t a t e dt h e d i f f e r e n te q u i p m e n t sw h i c hu s es a m es t a n d a r dp r o t o c o lt ot u r no nt h et r a n s f o r m e r s u b s t a t i o ns y n t h e s i sa u t o m a t i o ns y s t e m ，c a u s e dt h eo n s i t et h em a i n t e n a n c ea n dt h e d e b u g g i n g8 r ee a s i e r , s p e c i a l l ye a s yt or e v i s ea n dt h ee x p a n db a s e do nc o m p i l e r s p r o c e d u r ec o d e t h e s et w ok i n d so fp l a n sp r o p o s i t i o nh a v ec e r t a i nt h e o r ya n dt h ep r a c t i c a l s i g n i f i c a n c et ot h et r a n s f o m e rs u b s t a t i o ns y n t h e s i sa u t o m a t i o ns y s t e m sp r o t o c o l a u t o m a t i ca n a l y s i s k e yw o r d s ：p r o t o c o l ；c o m p i l e r ；t e m p l a t e 厦门大学学位论文原创性声明 兹呈交的学位论文，是本人在导师指导下独立完成的研究成果。 本人在论文写作中参考的其他个人或集体的研究成果，均在文中以明 确方式标明。本人依法享有和承担由此论文产生的权利和责任。 声明人( 签名) ：强拓扶 俳，月3 咿e l 厦门大学学位论文著作权使用声明 本人完全了解厦门大学有关保留、使用学位论文的规定。厦门大 学有权保留并向国家主管部门或其指定机构送交论文的纸质版和电 子版，有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学 校图书馆被查阅，有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索， 有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适 用本规定。 本学位论文属于 1 保密() ，在年解密后适用本授权书。 2 不保密( ) ( 请在以上相应括号内打“”) 作者签名： 导师签名： 日期：矽。占年夕月如日 日期：2 ，。口后年乡月z 日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 规约在变电站综合自动化系统中的重要性及其应用 在变电站综合自动化系统中，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。 1 1 1 规约的重要性 变电站是输配电系统中的重要环节，是电网的主要监控点。随着计算机技术 在电力系统的应用和发展，越来越多的新建变电站采用综合自动化。另外微电子 技术的迅速发展，又使变电站自动化从常规式一集中式一分散式逐步向单元化发 展【1 1 【2 】。这些都导致变电站综合自动化系统的结构也随之发生了较大的变化，在 现场控制系统中采用分层分布式结构，己显示出强大的优势。目前国内外新开发 的自动化系统，几乎无一例外地采用分层分布式的基本结构【3 】。在物理结构上 均是由站控层和间隔层组成，绝大多数系统在站控层和间隔层的通信采用光纤或 双绞线连接。 实现变电站自动化的主要目的不仅仅是用以微机为核心的保护和控制装置 来替代变电站内常规的保护和控制装置，更关键的是充分发挥这种新技术的优 势，提高变电站的保护和控制性能从而提高整个电网的自动化水平。而要充分发 挥变电站自动化这种新技术的优势，关键在于信息交换。变电站综合自动化系统 通过信息交换，允许数据在各功能块之间互相流动，实现控制和保护相互协调， 以提高它们的性能。由于很容易就能获得所有的系统数据，因而同常规变电站系 统相比，可提供更多的正常状态及事故状态下的信息。由于变电站运行监视的基 本数据分散存于各开关间隔单元之中，只有借助于有效、可靠和实时的通信手段 才能将间隔层数据传输至变电站层。通过信息交换，实现信息共享，有可能减少 常规变电站设备的重复配置，也简化设备之间的互连，从整体上提高了变电站综 合自动化系统的安全性和经济性。 变电站综合自动化系统在结构上是分布式的。对任何分布式结构而言，为保 基于编译器和模板的通信规约自动解析研究 证其功能的实现和保证系统运行的稳定，信息交换的实时性和可靠性是必不可少 的条件。其技术关键在于处理不同层次之间，以及在把地理上分散的设备进行组 合的层次里的通信问题的方法。变电站综合自动化系统信息交换的目标是在适当 的时间内，将有关的和准确的信息送到信息需要者处。变电站自动化的迅速发展 和应用的不断成熟，明确告诉了我们变电站基本单元及系统通信结构与通信规约 的重要性。 在自动化变电站中，信息交换的最基本要求是准确和畅通、无阻塞以及无死 机发生，这对通信的规约选择以及各设备之间规约的转换且相容就显得尤为重 要。目前信息交换在上下通信和站内通信主要是通过现场总线及网络来实现的。 现在已有的变电站综合自动化系统还未能很好地实现很多节点间信息的可靠、准 确和实时交换，从而影响了这些综合自动化变电站和各种通信网络结构的功能充 分发挥。因此，对变电站综合自动化系统通信结构和通信规约的研究具有非常重 要的意义。 1 1 2 规约的应用 通信规约对变电站综合自动化系统的重要性是通过变电站的远动系统体现 出来的。电力远动系统的主要任务是将表征电力系统运行状态和各发电厂以及变 电站的有关实时信息采集到调度控制中心，把调度控制中心的命令发往发电厂和 变电站，对设备进行控制和调节。遥测、遥信、遥调和遥控是远动系统要完成的 基本任判4 1 。随着科学技术尤其是信息技术的进步，远动系统的功能随着变电站 综合自动化系统的实际需要还在不断的扩展。 远动系统中最基本的是数据采集和监控( s c a d a ) 系统，主要实现数据采集、 信息显示、监视控制、告警处理、事件顺序记录和事故追忆等功能。远动系统的 通常结构如图1 1 所示。 2 第一章绪论 图1 1 远动系统结构图 数据采集单元通过远程通信与变电站或发电厂的现场装置相连接，接收从现 场上传的数据。 前置机是缓冲和处理输入和输出数据的处理机。它接收从r t u ( r e i n o t e t e r m i n a lu n i t 远程控制装置单元) 送来的实时远动信息，然后经规约处理模块把 接收来的数据经过规约解包处理变成工程量，即还原出被测量的实际大小值和被 监控对象的实际状态后，显示在调度室的c r t 上或调度模拟屏上，并可以按要 求打印输出。这些信息还要向主计算机传送，供其它工作站对系统运行情况进行 分析、计算和评价。另外调度员通过键盘或鼠标操作，可以向前置机输入遥控、 遥调或其他命令，前置机规约处理模块按规约组装出遥控信息字、遥调信息字或 其他命令信息字，并向r t u 传趔习。 工作站可以包括数据处理工作站、图形工作站和g i s 工作站等，负责对收 到的数据以适当的形式进行处理和保存，如图形或声音，并将采集到的数据显示 给用户，以达到监视的目的。当操作人员在工作站发出遥控指令时，工作站将控 制信息发到前置机，经前置机转换后发给现场装置【6 l 。 1 2 国内外研究现状及存在的问题 1 2 1 国内外研究现状 目前变电站综合自动化系统在远动通讯中使用的规约多种多样，国内外普遍 采用的规约有部颁c d t 循环通信规约、u 4 f 通信规约、m o d b u s 通信规约、 s c l8 0 1 通信规约、d n p 3 0 通信规约、u c a 通信规约、t a s e 2 通信规约和d l 4 7 6 3 基于编译器和模板的通信规约自动解析研究 通信规约，以及各r t u 厂家的专用规约，如c s n 0 2 x 四方通信规约、d f l 0 0 0 东方电子规约、l f p 保护通信规约以及威胜电能表通信规约等忉，致使众多的厂 商的产品不能很好的兼容，需要进行费时又费力的规约转换引，给通信双方互 联造成极大困难。所以，无论是国际电工委员会i e c ，还是我国，都十分重视电 力系统通信规约的标准化问题【9 1 。只有先实现通信规约的标准化，才能实现变电 站综合自动化系统和电力设备通信的无缝性。这一点对于厂家和用户都是非常有 利的，对于变电站自动化技术的发展也是非常重要的。因此，为适应这种形势的 发展，i e c 逐步提出了通信规约技术标准【1 0 】。 1 变电站和调度中心之间的通信规约 变电站和调度中心之间的信息传输采用各种形式的规约，如部颁c d t 、 s c 1 8 0 1 、d n p 3 0 等。 1 9 9 5 年i e c 为了在兼容的设备之间达到互换的目的，颁布了i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 1 通信规约。为了使我国尽快采用远动传输的国际标准，1 9 9 7 年原电力部颁布了 国际1 0 1 规约的国内版本d l t 6 3 4 1 9 9 7 ，并在1 9 9 8 年的桂林会议上进行了发布。 该规约为调度端和站端之间的信息传输制定了标准。 2 站内局域网的通信规约 现在许多生产厂家各自为政，造成不同厂家设备通信连接的困难和以后维护 的隐患。 1 9 9 7 年i e c 颁布了i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 3 规约，国家经贸委在1 9 9 9 年颁布了国际 1 0 3 规约的国内版本d l t 6 6 7 1 9 9 9 ，并在2 0 0 0 年的南昌会议上进行了发布。1 0 3 规约为继电保护和间隔层设备与变电站层设备间的数据通信传输规定了标准。 3 电力系统的电能计量通信规约 对于电能计量采集传输系统，i e c 在1 9 9 6 年颁布了i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 2 标准， 即我国电力行业标准d l t 7 1 9 2 0 0 0 。 上述的三个标准即常说的1 0 1 、1 0 2 和1 0 3 协议，运用于三层网络参考模型 ( e p a ) 臣p 物理层、链路层、应用层结构之上。这三个标准是相当一段时间里指导 变电站自动化技术发展的三个重要标准。 这些国际标准按照非平衡式和平衡式传输运动信息的需要制定，完全能满足 电力系统中各种网络拓扑结构，因此得到了广泛应用。 4 第一章绪论 现在各个公司使用的标准尚不统一，系统互联和互操作性差，因此，在变电 站综合自动化系统建设和设备选型上应考虑通信规约问题，即在变电站和控制中 心之间应使用1 0 1 规约，在变电站内部应使用1 0 3 规约，电能量计量计费系统应 使用1 0 2 规约。 2 0 0 0 年6 月，i e c t c 5 7s p a g 会议决定以i e c 6 1 8 5 0 标准作为制定电力系统无 缝通信系统体系标准的基础，实现将来的统一传输协议。该协议将是变电站( r t u 或变电站综合自动化系统) 到控制中心的唯一通信协议，也是变电站综合自动化 系统甚至控制中心的唯一的通信协议。国际电工委员会i e ct c 5 7 ( 电力系统管理 及其信息交换委员会) 制定的国际标淮i e c 6 1 8 5 0 系列标准己于2 0 0 4 年全部出版。 我国的对口单位“全国电力系统控制及其通信技术委员会 负责将此国际标准转 换为国家标准，标准的名称为“d l t 8 6 0 变电站通信网络和系统，等同采用 i e c 6 1 8 5 0 国际标淮。整个标准共十大部分，十四个分册，已由电力出版社正式 出版发行。 这样看来，通信规约的统一似乎是不可避免的事情，但是我们也要清楚的认 识到，统一的过程将会相当长。首先，电力设备的投资是一个巨大的数目，已经 在运行的设备不会仅仅为了跟踪新的技术或标准，就退出运行。其次，新的标准 从理论上成熟，到变成真正的商品投入使用，本身也需要一个相当长的时期。比 如i e c 6 0 8 7 0 5 系列规约经历了l o 年才被除北美外全世界所接受。从i e c 6 0 8 7 0 5 系列的发展可以发现，i e c 6 1 8 5 0 和其它规约一样，肯定需要一个现场证明、改 进和用户接受的过程。 另外i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 1 经过了7 年才有了修订补偿的第二版。虽然6 1 8 5 0 的 国内第一版已成功发行，目前i e ct c 5 7 正在进行第2 版的修订工作。 所以在这个过程中，仍然会有一定数量的规约同时存在，不同规约的解析是 不可避免的工作。 1 2 2 存在的问题 从2 0 世纪9 0 年代开始，i e ct c 5 7 就致力于i e c 6 0 8 7 0 系列标准的制定，时 至今日，虽然变电站综合自动化系统通信协议逐步趋于标准化。但由于i e c 6 0 8 7 0 系列标准的制定周期较长，超过了1 0 年l i 】，各方面对该系列标准的理解与应用 5 基于编译器和模板的通信规约自动解析研究 情况存在很大差异。就我国而言，各用户与厂家对应用i e c 6 0 8 7 0 系列标准都很 积极，在很多地区已成为主导性通信标准，但对标准的理解特别是对通信过程的 理解不完全相同，从而给设备选型、系统集成和运行维护等带来诸多不便。 1 使用不同规约导致的兼容性问题 对国内和国际现存规约百花齐放的局面，g r e e n 于1 9 8 6 年最早指出有必要 开发一种规约转换器( p r o t o c o lc o n v e r t e r ) ，其他人在这方面也有许多类似研究 【1 2 - - 1 4 0 现以1 0 1 和1 0 4 的转换为例简要说明。两种标准通信规约转换模型如图1 2 所示。 l o l 转换 1 0 4 图1 21 0 1 与1 0 4 转换模型 这种转换要首先知道互联双方所采用规约的类型，然后根据双方具体的规约 文本( 一般为某种规约子集的具体化) 来做规约转换工作。这种方法是面向具体工 程的具体互联对象的，所做的工作只能满足一次工程的局部要求，做新工程时甚 至在同一工程中还需要重复相同的工作，浪费了大量人力物力。而且只能要求厂 家之间将主要的一些功能完成，对于一些没有把握的辅助功能则不敢贸然使用， 主要是担心这些功能不但没有实现，还会影响系统正常功能的使用。这些因素的 存在，大大限制了变电站自动化技术的发展，致使技术的发展和生产实践严重脱 钩。 2 使用相同的标准规约仍然存在的兼容性问题 一些大的厂家，大多使用国际标准规约，如i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 1 1 0 3 1 0 4 等。 一般保护设备使用1 0 3 规约，测控及其他设备采用1 0 1 或1 0 4 规约。采用标准规 约提高了系统开放性，方便其他厂家的设备接入系统。但是在使用这些标准规约 的过程中也发现许多问题，如每个工程都需要在现场进行一些修改程序的工作， 主要原因是虽然大部分功能都能够顺利调试通过，但总有一些地方因规约制定的 周期太长等原因使双方理解不一致，需要临时协调修改。这种情况的存在给工程 的安全性和可靠性留下了很大的隐患。 6 第一章绪论 普遍存在的问题有： ( 1 ) 对规约解释不一致； ( 2 ) 规约实现选项不一致。例如1 0 3 规约遥测的上传，南自用通用分类服务来 实现，可是有的厂家用a s d u 3 、9 、1 0 或5 0 实现； ( 3 ) 规约参数选集不一致。例如许继1 0 3 中的信息序号除基本全部采用专用标 准范围外【b 】，还有一些是自己扩展的，比如继电保护功能的控制操作命令的信 息序号i n f 7 7 的语义是过负荷投退；而南瑞虽然大部分是按照标准完成【1 6 1 ，可 也有部分是自己扩展的，比如r c s 系列的保护设备信息序号i n f 4 2 的语义是监视 方向闭锁【7 】； ( 4 ) 通信过程不一致。由于对规约不同的理解，导致了不同的通信过程，例如 在1 0 3 规约s e n d c o n f i r m 服务中，有的厂家不遵守链路层过程，而直接进行应 用层的确认，致使许多使用s e n d c o n f i r m 服务的命令功能无法实现； ( 5 ) 采用的数据结构不一致。 这些情况都对变电站设备间的互操作性和设备与变电站控制系统间的无缝 通信带来极大的不便 1 8 1 ，特别是现场仓促修改规约接口而可能引入的程序b u g ， 会严重影响设备的持续运行，使现场维护费时费力费财。 因此研究国内外各种流行规约及标准规约的智能识别方法，进而实现远动设 备的即插即用，具有较大的实用价值和一定的理论意义。 1 3 本文的工作 因为国际i e c 6 0 8 7 0 标准规约及国内等同的标准规约制定周期长，还有许多 厂家为满足自己产品的测量或控制需要而对标准规约有所扩充或局部修改，而导 致不同厂家同一时期或同一厂家不同时期对这些标准规约的理解和应用各不相 同。这大大限制了接入变电站综合自动化系统的电力远动设备的互换性。 因此本文研究的目的就是让使用同一标准规约的所有电力远动设备，在不修 改自动化系统规约主站端程序的前提下，都能很容易加入现有系统并可立即投入 使用，即实现远动电力设备的即插即用。 本文重点研究使用相同规约时依然存在兼容性的问题，主要完成了以下几方 面的工作： 7 基于编译器和模板的通信规约自动解析研究 介绍了国内外对通信规约研究的现状，并深入分析了使用不同规约和使 用相同规约时分别存在的问题，其中使用同一种规约时的实现选项不一 致和参数选集不一致问题是本文要解决的关键问题。 查阅、收集和整理了各种标准及流行规约，重点系统学习了部颁c d t 规 约和i e c 6 0 8 7 0 一5 一1 0 3 规约，并分析了它们的特点。 提出了基于编译器的标准规约设计思想，并结合部颁c d t 规约的一般技 术要求进行了设计和实现。 提出了基于模板的标准规约设计思想，并结合i e c 6 0 8 7 0 - 5 - 1 0 3 规约的一 般技术要求进行了设计和实现。 本文的创新点如下： 首次将基于编译器的规约解析思想引入变电站综合自动化系统。 首次将基于模板的规约解析思想引入变电站综合自动化系统。 采用基于编译器和模板的方法来实现标准规约的自动解析，方便了使用同一 标准规约的不同厂家和同一厂家不同时期的电力远动设备接入变电站综合自动 化系统，使现场的调试和维护更加容易，也可避免因频繁修改规约程序接口而可 能引入的程序b u g ，从而减少了可能给系统带来的运行不稳定因素，更重要的是 省掉了去现场修改程序而浪费的大量人力物力和财力。 这两种规约解析设计方法是国内外的首次案例，具有一定的现实和理论意 义。 1 4 本文的组织结构 本文的工作主要围绕对电力系统中同一种规约的不同版本如何实现自动解 析展开，全文共分为五章，安排如下： 第一章介绍了本文的研究背景、意义及国内外研究现状，提出了基于编译 器和基于模板的规约自动解析思想，并对本文的内容安排进行了介绍。 第二章对c d t 循环式远动规约和i e c l 0 3 规约进行简单介绍。 第三章结合c d t 规约，先简单介绍了编译原理的相关知识，然后详细叙述 了基于编译器的规约自动解析思想的设计和实现。 第四章先提出了基于模板的解析思想，并进行了可行性分析，接着结合 8 第一章绪论 i e c l 0 3 规约，详细叙述了基于模板的规约自动解析思想的设计和实现。 第五章是本文工作的总结与展望。总结了论文所做的工作与设计中还存在 的不足之处，指明了下一阶段需要进行的工作。 9 基于编译器和模板的通信规约自动解析研究 第二章通信规约简介 按照传输控制规则的不同，可以把通信规约分成三大类：循环式、问答式和 对等式。循环式通信规约典型的有c d t 和d i s a 等；问答式通信规约典型的有1 0 1 、 1 0 3 和m o d b u s 等；对等式通信规约典型的有d n p 等。 出于本论文的研究需要，下面着重介绍循环式c d t 和问答式1 0 3 通信规约。 2 1 c d t 规约简介【1 9 】【2 0 】 1 9 9 1 年电力部颁布了循环式通信规约，不只适用于点对点远动通道结构 和以循环字节同步方式传送信息的远动设备与系统，还适合于调度所问以循环 式通信规约转发实时远动信息的系统。该规约标准对电网数据采集与监控系统中 循环式远动的功能、帧结构、信息字结构和传输规则等作了具体规定，并规定主 站与子站间如何进行遥信等信息的传送。 为了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，规约 根据远动信息的特性将其划分为多种帧类别，按帧传送。并且为了满足实时性的 要求，规约对各类远动信息的优先级和传送时间作了具体安排。 2 1 1 帧结构 帧结构如图2 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。信息字的数量可按实际需要设定，故帧的长度是可变的。规约对发码 规则也作了具体规定：向通道发码时，低字节先送，高字节后送；字节内低位先 送，高位后送。 l 刚步7 -i 控制，l 信息字ll i 信息字ni 同步字i l 图2 1 帧结构 同步字按通道传送顺序为3 组e b 9 0 h ，即3 组1 1 1 0 、1 0 1 1 、1 0 0 1 、0 0 0 0 ( 个 别厂家是三组d 7 0 9 h ，即l1 0 1 、0 111 、0 0 0 0 、1 0 0 1 ) 。控制字是对本帧信息的说 明，共有b 7 一b 1 2 六个字节，如图2 2 所示。 i o 第二章通信规约简介 b 7b 0 控制字节 帧类别 信息字数r l 源站址 目的站址 校验码 b 7 字节 b 8 眇 b l o b l l b 1 2 b 7 b o ( a ) 图2 2 控制字( a ) 控制字组成( b ) 控制字节 规约定义的各种帧类别代号及其含义见附录表1 。 2 1 2 信息字结构 每个信息字由b n b n + 5 六个字节构成：功能码一个字节，信息数据码四个 字节，c r c 校验码一个字节，其通用格式如图2 3 所示。功能码有2 5 6 个 ( 0 0 h - f f h ) ，分别代表信息的不同用途，具体分配见附录表2 。 信 功能码 b 7 b o r b 7 b 0 女据码 b 7 b 0 i l b 7 b 0 校验码 b n 字节 b r l + l b n + 2 b i r 卜3 b n + 4 b n + 5 图2 3 信息字通用格式 上行信息字( 子站主站) 包括遥测信息字、遥信信息字和事件顺序记录信息 字( s o e ) 。 下行信息字( 主站_ 子站) 包括遥控命令信息字等。 2 1 3 帧系列和信息字的传送规则 帧系列和信息字的传送顺序只要满足规定的循环时间和优先级的要求，可以 任意组织。 帧系列采用下列三种方式传送： ( 1 ) 固定循环传送，用于传送对实时性要求不是太高的遥测信息帧； 基于编译器和模板的通信规约自动解析研究 ( 2 ) 帧插入传送，用于传送需要高实时性的s o e 信息帧； ( 3 ) 信息字随机插入传送，用于传送变位遥信和遥控的返校信息帧。 2 210 3 规约简介【2 1 h 3 3 l i e c6 0 8 7 0 - 5 - 1 0 3 通信规约( 简称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，实现不同继电保 护设备和控制系统之间的互换。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 议详细地描述了遥测、遥信、遥脉、遥控、保护事件信息、保护定值和录波等数 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 2 11 0 3 规约的结构 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，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，如表2 1 所示，物理层采用光纤系统或基于铜线 的系统，它提供一个二进制对称和无记忆传输。链路层由一系列采用明确的链路 规约控制信息( l p c i ) 的传输过程所组成，此链路规约控制信息可将一些应用服务 数据单元( a s d u s ) 当作链路用户数据，链路层采用能保证所需的数据完整性、效 率以及方便传输的帧格式的选集。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输中。i e c 6 0 8 7 0 - 5 系列选用的部分标准定义，如 表2 1 所示。 表2 1 增强性能结构模型( e p a ) 和配套标准所选用的标准定义 从i e c6 0 8 7 0 5 5 选用的应用功能用户进程 从i e c6 0 8 7 0 5 3 选用应用服务数据单元a s d u 应用层( 第7 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2 层) 1 2 第二章通信规约简介 从i e c6 0 8 7 0 - 5 i 选用的传输帧格式 基于i e c6 0 8 7 4 - 2 或i e c 6 0 8 7 4 1 0 和i e c 6 0 8 7 4 1 的光纤系统或按照e 1 a 物理层( 第l 层) r s - 4 8 5 的基于铜线的系统 2 2 21 0 3 规约物理层说明 本规约既可以支持基于光纤的传输系统，也可以支持基于铜线的传输系统。 采用光纤传输系统，在继电保护设备上须提供光纤连接器兼容接口，在监视方向 上和控制方向上需采用两条光纤电缆。作为光纤传输的一种变通，在主控单元和 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 a r s - 4 8 5 标准。由于r s - 4 8 5 标准的特性，在一个物理线路上最多能连接3 2 个单 元，实际应用中由于部分继电保护设备使用了转换头和受现场电磁干扰的影响， 所能接的单元数要少于3 2 。 2 2 31 0 3 规约链路层说明 1 传输方式 本规约采用非平衡传输。主控单元组成主站，继电保护设备为从站( 子站) ， 即主控单元常常是始发站( 启动站) ，继电保护设备常常是从动站。按照一主多从 的严格p o l li n g 方式进行通信。 2 传输规定和重复帧传输的超时时间间隔 传输速率可以为9 6 k b i t s 或1 9 2 k b i t s ( 可调) 。每个字符一个启动位， 八位数据位，一位停止位，一位偶校验位。每个字符间无需线路空闲间隔，两帧 之间的线路空闲间隔最少需3 3 位。报文各字节在线路上传输顺序为低字节低位 先发送。当确认帧或响应帧受到干扰或超时没收到，则重发原报文，重复帧传输 的超时时间间隔为5 0 m s ，最大重传次数为3 次。 3 帧格式 1 0 3 规约有3 种帧格式：固定帧长帧格式、可变帧长帧格式和单个控制字符 e 5 h 。最常用的两种格式为固定帧长帧格式和可变帧长帧格式。 ( 1 ) 固定帧长帧格式 固定帧长帧格式用于保护设备( 或间隔单元) 向控制系统传输的确认帧，或控 1 3 基于编译器和模板的通信规约自动解析研究 制系统向保护设备( 或间隔单元) 传输的询问帧，具体格式如表2 2 所示。 表2 2 固定帧长帧格式 d 7d o 启动符( 1 0 h ) 控制域( c ) 地址域( a ) 帧校验和( c s ) 结束! ，符( 1 6 h ) ( 2 ) 可变帧长帧格式 可变帧长帧格式用于控制系统向保护设备( 或间隔单元) 传输数据，或由保护 设备( 或间隔单元) 向控制系统传输数据，具体格式如表2 3 所示。 表2 3 可变帧长帧格式 d 7 d o 启动宁符( 6 8 h ) j l报文头 l ( 蕈复) 启动字符( 6 8 h ) 控制域( c ) 地址域( a ) l 个八位在 链路用户数据( 可变长度) 帧校验和( c s ) 结束：，符( 1 6 h ) 组 4 传输报文中控制域的定义 无论是固定帧还是可变帧都包含控制域，它的定义如表2 4 所示。 控制系统- 保护设备 ( 或测控设备) 保护设备- 控制系统 ( 或测控设备) ( 1 ) 启动报文位 表2 4 控制域( c ) 的定义 d 7d 6d 5 d 4d 3d 2d 1d o l帧计数位帧计数有效位 备p r m 启动报文位f c bf c v 2 32 22 i2 0 用o要求访问侣数据流控制位功能码 a c d d f c 1 4 第二章通信规约简介 p r m = i 表示是由控制系统向继电保护设备传输，控制系统为启动站；p r m = o 表示由继电保护设备向控制系统传输，继电保护设备为从动站。 ( 2 ) 帧计数位f c b 控制系统向同一个继电保护设备传输新一轮的发送确认或请求响应传输 服务时，将帧计数位f c b 取反。 ( 3 ) 帧计数有效位f c v f c v = o 表示帧计数位f c b 变化无效；f c v = i 表示帧计数位f c b 变化有效。 ( 4 ) 要求访问位a c d a c d = i 表示继电保护设备有1 级用户数据要向控制系统传送。 ( 5 ) 数据流控制位d f c d f c = o 表示继电保护设备可以接受数据；d f c = i 表示继电保护设备的缓冲区 已满，无法接受新数据。 ( 6 ) 功能码 具体分配及含义见附录表3 和4 。 5 链路传输规则 本规约采用非平衡式传输的链路传输规则，即由主控单元向继电保护设备触 发一次传输服务，或成功的完成，或报告产生差错，之后才能开始下一轮的传输 服务。如果发送确认、请求响应传输服务在传输过程中受到干扰，用等待一超 时一重发的方式发送下一帧。发送确认和请求响应这两种服务由一系列在请求 站和响应站之问的不可分割的对话要素所组成。本规约采用的链路服务级别为3 级：发送无回答、发送确认和请求响应。发送无回答由主控单元向继电保护 设备发送广播命令；发送确认由主控单元向保护设备设置参数等；请求响应由 主控单元向继电保护设备召唤数据或事件。 2 2 41 0 3 规约应用层说明 1 1 0 3 规约应用层传输规则 ( 1 ) 采用严格的p o l l i n g 规约，按照非平衡方式传输，主控单元为主站，继电 保护设备为子站( 或从站) 。 ( 2 ) 主控单元启动时向继电保护设备发送复位通信单元命令，使主控单元和所 基于编译器和模板的通信规约自动解析研究 有继电保护设备的通信过程恢复正常，紧接着是对继电保护设备进行广播 校时和总查询，然后主控单元和继电保护设备进入正常情况下的基本链路 传输过程。 ( 3 ) 主控单元平时的链路传输过程是向继电保护设备召唤2 级数据，继电保护 设备以被测值v i i 帧( a s d u 5 0 ) 响应，继电保护设备如果没有遥测值，就以 无所请求数据的响应帧回答。如果各个继电保护设备无l 级用户数据，主 控单元定期依次循环地召唤2 级用户数据，各个继电保护设备分别以响应 帧回答。 ( 4 ) 如果在召唤某一继电保护设备2 级用户数据之前，此继电保护设备发生l 级用户数据，当主控单元向该继电保护设备召唤2 级用户数据时，继电保 护设备的响应帧中的a c d = i ，主控单元接受完2 级用户数据( 或接受完无所 请求数据的响应) 后，接下去立即召唤一次该继电保护设备的1 级用户数 据，主控单元在接受完此次1 级用户数据响应帧后，且响应帧中的a c d = i ， 如果该1 级用户数据响应帧为非总查询或扰动数据传输所形成的一级数 据，则应对此继电保护设备连续召唤1 级用户数据，直到该继电保护设备 的l 级用户数据响应帧a c d = o ；如果该1 级用户数据响应帧是总查询或扰 动数据传输所形成的一级数据，则不管响应帧中的a c d 是否为1 ，接下去 继续向下一个循环继电保护设备召唤2 级用户数据。再次轮到此继电保护 设备时，主站仍旧先召唤2 级用户数据，然后根据响应帧中的a c d 标志位 为1 才召唤1 级用户数据。 2 1 0 3 应用服务数据单元的一般结构 链路规约数据单元( l p d u ) 不得包含多于一个的应用服务数据单元( a s d u ) 。如 表2 5 所示，一个应用服务数据单元是由一个数据单元标识符和唯一的一个信息 体组成。对于所有应用服务数据单元，其数据单元标识符有相同的结构，它由四 个8 位位组所组成，它们是类型标识、可变结构限定词、传送原因和应用服务数 据单元公共地址。 表2 5 应用服务数据单元的结构 1 6 第二章通信规约简介 数据单元类型 类型标识 数据单元标识 可变结构限定词 应传送原因 用 服 公共地址 务 功能类型 数 信息体标识 据 信息序吁 单 信息体 元 信息兀素集 信息体时标( 任选) 可变结构限定词规定了信息体中的信息元素集是由一