微机远动技术微机远动通信规约.ppt

1、第6章 微机远动通信规约,6.1 微机远动常用规约的特点 6.2 远动中信息的帧格式 6.3 微机远动的循环式远动规约简介 6.4 问答式远动规约介绍,本章学习目标,l微机远动的三种通信规约的特点 l微机远动循环式通信规约格式 l重点了解问答式远动规约的报文格式及特点,返回本章首页,6.1 微机远动常用规约的特点,6.1.1 问答式规约 6.1.2 循环式规约 6.1.3 对等方式规约,返回本章首页,6.1.1 问答式规约,问答式规约的特点是： （1）RTU有问必答，当RTU收到主机查询命令后，必须在规定的时间内应答，否则视为本次通信失败。 （2）RTU无问不答，当RTU未收到主机查询命令时，

2、绝对不允许主动上报信,1问答式规约的优点 应答式规约的优点有： （1）应答式规约允许多台RTU以共线的方式共用一个通道，这样有助于节省通道，提高通道占用率。对于区域工作站和为数众多的RTU通信的情形，这种方式是很合适的。 （2）应答式规约采用变化信息传送策略，从而大大压缩了数据块的长度，提高了数据传送速度。 （3）应答式规约既可以采用全双工通道，也可以采用半双工的通道，既可以采用点对点方式，又可以采用一点多址或环形结构，因此通道适应性强。,2应答式规约的缺点 应答式规约的不足表现为： （1）由于不允许主动上报，应答式规约对事故的响应速度慢，尤其是当通道的传输速率较低的情形（如采用配电线载波通信

3、时），这个问题会更突出。 （2）由于采用变化信息传送策略，应答式规约对通道的要求较高，因为一次通信失败会带来比较大的损失。 （3）应答式规约往往来用整帧校验的方式。 （4）SCl801规约的容量较小，Modbus规约的对时间隔太短，这些不足均给使用带来较大困难。 （5）应答式规约一般仅允许多个从站和一个主站间进行数据传输。,返回本节,6.1.2 循环式规约,1循环式规约的特点 2循环式规约的优点 3循环式规约的缺点,返回本节,6.1.3 对等方式规约,DNP3.0规约的特点和优越性有： （1）DNP3.0规约是一种分布式网络协议，适用于要求高度安全、中等速率和中等吞吐量的数据通信领域。 （2）

4、DNP3.0规约以IEC870-5标准为基础，该规约非常灵活，满足目前和未来发展的要求，且与硬件结构无关。 （3）DNP3.0规约采用网络通信方式。 （4）DNP3.0规约支持点对点、一点多址、多点多址和对等的通信方式。,（5）DNP3.0规约支持问答式和自动上报数据传输方式。 （6）DNP3.0规约支持通信冲突碰撞避免检测方式，能保证数据传输的可靠性。 （7）DNP3.0规约支持传送带时标的量，尤其有利于配电自动化系统采集分时电度值和分析事故原因。 （8）灵活采取适当的扫描方式，DNP3.0规约可以在一定程度上实现实时优先级。,返回本节,6.2 远动中信息的帧格式,对于远动帧格式的安排要考虑

5、的基本问题有如下几点： （1）明确区分一帧的首尾，如设置帧分界符、帧的开始标志、帧长信息和帧的结束标志等。 （2）标明源站或目的地址。 （3）明确各种命令/响应帧的功用，规定相应的功能代码。 （4）采用抗干扰保护，确定发生差错后的重发以及防止帧丢失或重复的措施。 （5）保证用户数据的透明性，对用户数据应不加限制。 （6）根据接收站的缓冲器容量，为避免接收的数据过量而造成溢出，设置数据流控制。 （7）规定信息的数据格式。 （8）减少无效信息，提高传输效率。,返回本章首页,6.3 微机远动的循环式远动规约简介,图6.2 帧格式,图6.3 控制字结构,图6.4 控制字节,返回本章首页,表6.1 帧类

6、别代码,图6.5 信息字结构,表6.2 功能码代码,返回本节,6.4 问答式远动规约介绍,6.4.1 总则 6.4.2 由主站至RTU的几种报文类型及格式简介 6.4.3 RTU至主站的几种报文类型及格式简介 6.4.4 模块数据格式,返回本章首页,6.4.1 总则,本规约适用于主站（或称调度端）与一个或多个远方数据终端（英文为Remote Terminal Unit，缩写RTU，或称厂站端）进行通信。通道结构可以是：点对点、星形、分支线和环形等双工和半双工。信息传输为异步方式。报文内容是以字节（8位）为单元，附加启动位和停止位，但不带奇偶校验位，在信道中传送顺序如图6.6所示。,图6.6 信

7、道中传送顺序,报文格式按其校验码不同分为三种类型： 1以HDLC-CRC位校验码的格式 这个格式是本规约最主要的格式，用得较多，其格式如图6.7所示。,图6.7 以HDLC-CRC为校验码的格式,几个主要的概念说明,（1）RTU地址：用来区别各厂站，一般一个厂站用一个RTU地址，若厂站容量特别大，也可以多占用RTU地址，地址范围为00FEH（0254），可任意选用。 （2）报文类型：用来说明报文的不同内容或类型，规定不同码代表不同类型的报文。 （3）数据长度：用来说明本报文数据取的大小，即所传送的数据总字节数N。,（4）类别标志：指RTU数据或信息依其不同扫描周期划分为0，1，2，3，4，5，

8、6，7类，b0位为1表示类别0有效，b7位为1表示类别7有效，其余类推。 （5）校验码 校验码采用国际标准化组织ISO制订的HDLC标准CRC校验码，其生成多项式为： g1（x）=,2. 以一个字节（位）为校验码的格式 这种格式仅仅用来向RTU传送询问报文和重复询问报文，格式如下图6.8所示。,3无校验码的格式 从RTU向主站端传送确认报文或否定确认报文不带校验码，这是因为这两报文本身不带什么重要数据，主站端处于等待确认或否定确认报文中的一个，只需核对RTU地址即可，其格式如下图6.9所示。,返回本节,6.4.2 由主站至RTU的几种报文类型及格式简介,1复位RTU（报文类型码01H） 2.

9、召唤故障模块（报文类型码=0H） 3停止RTU扫描（07H） 4类别更新（0BH） 5设置时钟（0CH） 6数据召唤报文（0DH）,7诊断报文（1DH） 8召唤事件记录（时标）（0FH） 9设置数据区最大长度（10H） 10时钟同步（14H） 11重复询问（1AH） 12带返送校核遥控（1EH）,1复位RTU（报文类型码01H）,（1）格式。格式如右图6.10所示。 （2）功能。 1）此命令使得RTU重新启动程序。 2）使RTU的数据库初始化。 3）用来确认RTU的电源合闸报文。 （3）可能回答的报文类型 1）确认（报文类型码=06H），表示RTU正确接收。 2）否定确认（报文类型码=15H）

10、，表示RTU没有正确接收。,2. 召唤故障模块（报文类型码=0H）,图6.11 召唤故障模块报文格式,3停止RTU扫描（07H）,图6.12 停止RTU扫描报文格式,4类别更新（0BH）,图6.13 类别更新格式,5设置时钟（0CH）,图6.14 设置时钟报文格式,6数据召唤报文（0DH）,图6.15 数据召唤报文报文格式,7诊断报文（1DH）,图6.16 诊断报文格式,8召唤事件记录（时标）（0FH）,图6.17 召唤事件记录报文格式,9设置数据区最大长度（10H）,图6.18 设置数据区最大长度报文格式,10时钟同步（14H）,图6.19 时钟同步报文格式,11重复询问（1AH）,图6.2

11、0 重复询问报文格式,12带返送校核遥控（1EH）,图6.21 带返送校核遥控报文格式,图6.22 返送校核报文格式,返回本节,6.4.3 RTU至主站的几种报文类型及格式简介,1确认（06H） （1）格式。 格式如右图6.23所示。 （2）功能。 1）回答类别询问（05H）的应答信号（当询问的类别没有变化数据时）。 2）回答那些不需要从RTU得到特殊的信息的报文命令的应答信号。,2诊断报文（0EH） （1）格式。 格式如图6.24所示。 （2）功能。 与RTU至主站的诊断报文（0EH）相同。 （3）用以回答主站发送的诊断报文（0EH）。,图6.24 诊断报文格式,3报告事件记录（时标）出现（

12、17H） （1）格式。 格式如下图6.25所示。,（2）功能。 当主站向RTU发送数据类别询问时，RTU主动向主站报告有时间记录数据，第8类别数据有变化，随即主站向RTU发送询问第8类别数据的报文，RTU随机报告时标数据出现的报文，并报告上一次读区数据I/O模块地址，主站即向RTU具体详细询问第8类变化的数据。 （3）回答主站类别询问的报文（05H）或重复询问报文（1AH）。,4模块状态变化（18H）,图6.26 模块状态变化报文格式,5回答类别询问（1BH）,图6.27 回答类别询问报文格式,6回答数据召唤（1CH）,图6.28 回答数据召唤报文格式,返回本节,6.4.4 模块数据格式,在R

13、TU向主站报告的报文是回答类别询问报文（1BH）和回答数据召唤报文（1CH）时，一般数据区以一个I/O模块地址开始，此模块地址为5位，此字节的第5、第6位为模块类型；接着是一个字标志，字标志中某一位置1，表示相应字有数据，若为0，表示相应字无数据；数据传送顺序按07的顺序进行，模块地址，字标志，数据字可重复。,返回本节,THANK YOU VERY MUCH ！,本章到此结束， 谢谢您的光临！,返回本章首页,结束放映,第7章 遥测量的测量,7.1 直流采样和交流采样 7.2 变送器 7.3 电度量采集 7.4 A/D和D/A转换器 7.5 遥测量的标度变换 7.6 电量的计算,本章学习目标,l

14、了解直流采样与交流采样的区别及各自的优缺点 l了解并掌握变送器的类型及工作原理 l了解并掌握交流电压变送器与交流电流变送器的工作原理及异同点 l了解并掌握功率变送器的结构与原理,返回本章首页,l了解并掌握功率电度量的原理及计算 l了解并掌握A/D与D/A转换器的原理及分类 l了解标度变换的内容 l了解并掌握A/D与微机的接口技术 l了解并掌握D/A与微机的接口技术 l了解变送器BS系列,7.1 直流采样和交流采样,7.1.1 直流采样 7.1.2 采用变送器的直流采样系统存在如下问题 7.1.3 交流采样,返回本章首页,7.1.1 直流采样,通常将采用变送器进行的采样称为直流采样。变送器的作用

15、为： （1）将强信号（一般为交流100V，5A）转化为适合于计算机和仪表使用的弱信号（一般为直流5V，1mA）。 （2）将交流信号转化为直流信号。 （3）从瞬时信号获得有效值。 （4）确保输出直流量与输入测量量之间满足线性关系。 （5）实现输入与输出隔离。,返回本节,7.1.2 采用变送器的直流采样系统存在如下问题：,（1）遥测数据的准确性受变送器稳定性的影响，变送器出现不正常的情况时有发生，这样就影响了遥测准确性。 （2）遥测数据的实时性受变送器响应速度的影响。 （3）变送器的维护工作量比较大。 （4）对于变电站来说，需要大量的变送器，增加了工程造价和占地面积。,返回本节,7.1.3 交流采

16、样,不经过变送器，按一定规律直接采样交流量并加以处理，计算出电压、电流有效值以及有功、无功功率的方法称为交流采样。,图7.1 含采样保持器的交流采样电路,返回本节,7.2 变送器,7.2.1 BS系列电量变送器（仪）介绍 7.2.2 交流电流、电压变送器 7.2.3 功率变送器,返回本章首页,7.2.1 BS系列电量变送器（仪）介绍,1BS系列电量变送器（仪）特点 （1）使用安全，不必担心TA开路与TV短路。 （2）线性好，线性范围宽（0120%），0.5级产品基本误差优于0.4%，0.2级优于0.15%。 （3）温度特性好，-10+55C可靠工作，-20+60C不损坏。 （4）绝缘性好，耐高

17、压，工作稳定性好。 （5）密闭性好，抗潮湿，能在相对湿度95%下工作。 （6）输入功耗小于0.25VA，辅助供电功耗小于3VA。,2BS系列电量变送器（仪）分类 BS系列变送器（仪）各系列产品间的区别主要在于结构、外形和安装方式等方面，不同系列同功能变送器内部测量电路完全一样，相同精度等级的技术指标也基本相同。S系列有数字屏显示一次回路实测值，因此又称为变送仪。 BS系列变送器（仪）型号由系列代号、功能代号和脚标三部分组成。,表7.1 脚标含义,表7.2 功能代号含义,返回本节,7.2.2 交流电流、电压变送器,1交流电流变送器 交流电流变送器的主要任务就是将交流电流（由电流互感器次边送来）变

18、换成额定值为5V的直流电压，然后送往远动装置的遥测编码环节，以便统一进行编码，原理接线图如下图7.3所示。,2交流电压变送器 交流电压变送器的主要任务就是将交流电压（由电压互感器次级送来的）变换成额定值为5V的直流电压，原理接线图如下图7.4所示。,返回本节,7.2.3 功率变送器,功率变送器是用来测量工频电路中的有功和无功功率，把被测电功率变换成和它成线性关系的直流电压，每个功率测量部件为一个时间差值乘法器，它由磁饱和振荡器、恒流电路、桥式开关电路、电压互感器以及电流互感器等组成。图7.5为单相功率变送器原理图。,1单相功率测量原理 以图7.6所示的桥式开关电路方案来说明单相功率测量原理。桥

19、式开关S1、和S2、以一定的顺序轮流接通和断开。S1和接通S2和断开，电流I流经仪表A，方向自左向右，延续时间T1后转为S1和断开，S2和接通，于是流经A的电流改变方向，成为自右向左，延续T2时间后又转为S1和接通，S2和断开，如此不断循环，周期为T=T1+T2。流过仪表的电流ia波形如图7.7所示。,图7.6 桥式开关电路,图7.7 桥式开关电路波形图,图7.8 电压改变极性情况,2三相功率的测量 测量三相三线有功功率时，通常采用二瓦法。在三相三线制的系统中，如果电压对称，负荷平衡，用二瓦法也能测量三相无功功率。如图7.9所示。图中瓦特表W1的电流线圈接IA，其电压线圈接UBC；瓦特表W2的

20、电流线圈接IC，其电压线圈接UAB。,（a）接线图,（b）相量图,（b）相量图,图7.9 采用两瓦特计法测量三相三线制无功功率,对于采用三相四线制的情形（即中性点接地系统），应采用三瓦特计法测量有功功率P为： 三相功率的变送器通常是将两个单相功率测量部件安装在一个装置内，用二元件法来测量三相功率的。图7.10为三相功率变送器原理框图。,图7.10 三相功率变送器原理框图,返回本节,7.3 电度量采集,1电度测量原理 电度为一段时间瞬时功率之和，即在一定时间长度内对功率进行积分，由有功、无功功率总和部分得到的直流输出电压是与功率成线性比例且代表功率大小的瞬时值，故只需把此电流输出电压V0变成高度

21、线性比例的脉冲频率，对此脉冲计数，即V0对时间的积分就可以得到电度值。,返回本章首页,2采用脉冲电度表测量电度信息的缺陷 （1）丢脉冲问题。 （2）电磁干扰问题。 上述两个问题导致脉冲计数误差较大，有时偏高，有时偏低，而且无规律性，无法用软件修正。这是目前大多数SCADA系统中电度不能实用化的重要原因之一。另外，还有电度表底值问题。,返回本节,7.4 A/D和D/A转换器,7.4.1 A/D转换器 7.4.2 模拟量输出通道的结构形式 7.4.3 D/A转换器 7.4.4 D/A转换器的接口技术,返回本章首页,遥测采集的输入通道如图7.11所示。它由以下几部分组成：,1模拟信号多路转换器 2数

22、据放大器 3采样保持器，简称S/H 4A/D转换器 5输入/输出接口,图7.11 模拟量输入通道的组成,7.4.1 A/D转换器,1. A/D转换器的分类 （1）直接比较型A/D转换器。 （2）间接比较型A/D转换器。 （3）AD650转换器。,将模拟量转换为数字量（通常为二进制数字）的设备称为A/D转换器，也称编码器。编码调制技术在通讯测量、遥控遥测系统中得到日益广泛的应用，有许多不同类型，按其工作原理可分为两大类：直接比较型和间接比较型。其分类如图7.12所示。,图7.12 A/D转换器分类图,（b）单极性接线方式,图7.13 A/D650电路原理及接线方式,表7.3 一些典型参数,2A/

23、D转换器与微机的接口技术 A/D转换器与微机接口的主要任务硬件连接及控制程序设计。由于A/D转换器类型多，结构复杂，数据输出形式及控制手段各异，因此与微机的连接方法也是多样的，必须根据系统的要求进行设计，尤其要了解A/D的应用特性和时序要求.A/D转换器的引出线从使用的角度出发，主要包括:数据输出线、选通及状态控制线、基准电源线及模拟输入信号线。在与微机的接口中，所关心的是前两种信号线。因此A/D转换器与微机的接口技术主要解决以下四个方面的问题:,（1）数据输出线的连接方式。 （2）选通信号、启动转换及读出控制信号的连接方法。 （3）电源和地线的处理。 （4）与微机信息传递的方法。,返回本节,

24、7.4.2 模拟量输出通道的结构形式,1多通道共享一个D/A转换器 2多路D/A输出的形式 3多通道同时进行D/A转换的形式,1多通道共享一个D/A转换器,图7.14 多输出共享一个D/A的结构形式,2多路D/A输出的形式,图7.15 多路D/A的结构形式,3多通道同时进行D/A转换的形式,图7.16 多通道同步输出系统结构,返回本节,7.4.3 D/A转换器,D/A转换器是将二进制数码转换成相应的模拟电压的部件，D/A转换器，既可作为YC系统中单独作用的部件，又可作为A/D转换器组成部分。 D/A转换器的工作原理 D/A（Digit to Analog）转换器的作用是将二进制的数字量转换为相

25、应的模拟量。它的主要部件是电阻开关网络，主要网络形式为权电阻网络和R-2R“T形”电阻网络，下面介绍其基本的工作原理。,运算放大器的输入电路可以是权电阻网络，如图7.17所示。,图7.17 权电阻输入网络,图7.18是简化了的R-2R“T”形电阻网络原理图。由于这种电阻网络只用两种阻值组成，用集成工艺生产比较容易，精度也容易保证，因此应用比较广泛。 在图7.18中，各位开关的状态由数据锁存器的对应位所决定。,图7.18 R-2R“T”形电阻网络,实际的D/A转换器的原理框图如图7.19所示。,图7.19 D/A转换器原理框图,D/A转换器的输出形式有电压、电流两大类型，如图7.20所示。,（a）电压型,（b）电流型,图7.20 D/A转换器输出的两种形式,在实际应用中，常选用电流输出型的芯片来实现电压输出。现介绍两种常用的电压输出的线路，如图7.21所示。 图（a）是反相电压输出，其输出电压U0=-IR；图（b）是同相电压输出，输出电压U0=IR（1+R2/R1）。,（a）反相输出,（b）同相输出,图7.21