通信管理機(jī)和IED通信規(guī)約及通信管理機(jī)通信程序模塊設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上配電網(wǎng)自動化技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書題 目通信管理機(jī)和IED通信規(guī)約及通信管理機(jī)通信程序模塊設(shè)計姓名學(xué)號專業(yè)班級設(shè)計內(nèi)容與要求1 背景變電站自動化系統(tǒng)，普遍采用分布式的監(jiān)視和控制系統(tǒng)。各類IED裝置和通信管理機(jī)進(jìn)行通信。通信管理機(jī)實(shí)現(xiàn)IED信息集結(jié)和控制命令的下達(dá)。 環(huán)冗余校驗(yàn)CRC（Cyclic Redundancy Check）是一種重要的校驗(yàn)方式。編碼簡單且誤判概率很低，在電力自動化通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。2 設(shè)計內(nèi)容和要求設(shè)計用于實(shí)現(xiàn)IED和通信管理機(jī)的通信規(guī)約，規(guī)約采用召喚式應(yīng)答規(guī)約，實(shí)現(xiàn)YC、YX、YK及SOE和越限信息的傳送。用循環(huán)冗余校驗(yàn)碼進(jìn)行校驗(yàn)。每個

2、IED YC量12個，YX量20。設(shè)計IED的通信程序 具體內(nèi)容如下：1) 根據(jù)功能要求，確定傳輸?shù)膬?nèi)容（命令）編碼，在此基礎(chǔ)上設(shè)計出幀結(jié)構(gòu)。2) 設(shè)計出每一類信息的傳送幀格式。3) 根據(jù)信息的傳送重要性確定信息的傳送原則。，4) 校驗(yàn)方式選用CRC-16校驗(yàn)方式。生成多項(xiàng)式g(x)=x16+x15+x5+15) 設(shè)計通信管理機(jī)傳輸和接收數(shù)據(jù)的程序流程，并畫出流程圖。6）設(shè)計CRC-16校驗(yàn)碼生成和校驗(yàn)流程圖。7）撰寫設(shè)計報告。起止時間 2015 年 12 月 14 至 2015 年12月 25 日指導(dǎo)教師簽名 2015 年12 月 20日 系（教研室）主任簽名年 月 日 學(xué)生簽名 2015

3、年 12 月 20 日 目 錄1、 前言1、設(shè)計背景電力系統(tǒng)：是由大量的發(fā)電機(jī)、變壓器、電力線路和負(fù)荷等設(shè)備有機(jī)的構(gòu)成，由生產(chǎn)、傳輸、分配、消費(fèi)電能的各種電氣設(shè)備按照一定方式連接的整體。也即：發(fā)電變電輸電配電用戶五個部分構(gòu)成。而本課程設(shè)計就是配電網(wǎng)系統(tǒng)里所研究的內(nèi)容里的一個方面，即：站控通信規(guī)約和IED通信程序設(shè)計。IED智能電子設(shè)備：由一個或多個微處理器組成，完成特定的功能，能向外部裝置發(fā)送信息，并能接受外部指令的裝置。特征：微處理器和，具有通信接口，具有獨(dú)立時鐘?，F(xiàn)代自動化系統(tǒng)普遍采用現(xiàn)場分布式的結(jié)構(gòu)，IED設(shè)備是最重要的設(shè)備之一。實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場信息的采集、命令執(zhí)行、當(dāng)?shù)毓δ?。?shù)據(jù)通信是各類智慧

4、設(shè)備之間的通信，為了保證通信的正常進(jìn)行，和其它通信方式一樣，應(yīng)該在通信系統(tǒng)中規(guī)定一個統(tǒng)一的通信標(biāo)準(zhǔn)，即通信的內(nèi)容是什么、如何通信、何時通信，都必須在通信的實(shí)體之間達(dá)成大家都能接受的協(xié)議，這些協(xié)議就被稱為通信協(xié)議，規(guī)約。變電站綜合自動化分為兩層：變電站層和現(xiàn)場層。低電壓等級的變電站：智能電子設(shè)備保護(hù)和監(jiān)控合二為一，而我們所要研究的就是通信網(wǎng)路之間的通信規(guī)約和IED的信息采集和控制命令的下達(dá)，對于一個網(wǎng)絡(luò)來說有著重要的作用，一個網(wǎng)絡(luò)若是通信規(guī)約出現(xiàn)了錯誤，將會混亂不堪。本次課程設(shè)計的目的是通過對設(shè)計用于通信管理機(jī)和IED通信的規(guī)約來熟悉變電站自動化系統(tǒng)的信息的通信方式的原理。通過對規(guī)約中隊(duì)通信信息

5、的流的幀結(jié)構(gòu)和信息字(遙測信息字、遙信信息字、遙控信息字、SOE)的結(jié)構(gòu)的設(shè)計、 以及根據(jù)信息的傳送重要性確定信息的傳送原則、校驗(yàn)方式的選擇和程序流程圖的設(shè)計。2、設(shè)計目的1）、加深對配電網(wǎng)自動化課程中基本概念和計算方法的掌握和理解。2）、掌握信息傳送幀結(jié)構(gòu)的設(shè)計。3）、理解掌握循環(huán)碼監(jiān)督碼的計算方法，循環(huán)碼的生成多項(xiàng)式。4）、掌握用查表法實(shí)現(xiàn)CRC-16校驗(yàn)碼生成和校驗(yàn)。5）、了解主機(jī)規(guī)約傳輸和接收的程序流程，并畫出流程圖。二、設(shè)計內(nèi)容及思路2.1設(shè)計內(nèi)容：設(shè)計用于實(shí)現(xiàn)IED和通信管理機(jī)的通信規(guī)約，規(guī)約采用召喚式應(yīng)答規(guī)約，實(shí)現(xiàn)YC、YX、YK及SOE和越限信息的傳送，并用循環(huán)冗余校驗(yàn)碼進(jìn)行校

6、驗(yàn)。每個IED YC量12個，YX量20。設(shè)計通信管理機(jī)中的通信主控程序流程圖，通信管理機(jī)能同時和n（n30）個IED進(jìn)行通信。具體內(nèi)容如下： 根據(jù)功能要求，確定傳輸?shù)膬?nèi)容（命令）編碼，在此基礎(chǔ)上設(shè)計出幀結(jié)構(gòu)。 設(shè)計出每一類信息的傳送幀格式。 根據(jù)信息的傳送重要性確定信息的傳送原則。， 校驗(yàn)方式選用CRC-16校驗(yàn)方式。生成多項(xiàng)式g(x)=x16+x15+x5+1。 用查表法實(shí)現(xiàn)CRC-16校驗(yàn)碼生成和校驗(yàn)，并設(shè)計CRC校驗(yàn)子程序流程圖。 設(shè)計主機(jī)規(guī)約傳輸和接收的程序流程圖。2.2設(shè)計思路及原理1、 召喚式應(yīng)答規(guī)約問答通信方式由主站掌握遙測、遙信通信的主動權(quán)，主站輪流詢問IED設(shè)備，各IED設(shè)

7、備只有在接到主站詢問后才可以回答（報送數(shù)據(jù)），主站主動，依此輪流詢問各個子站。如被詢問的子站無數(shù)據(jù)傳送，就轉(zhuǎn)向詢問下一子站。如被詢問的子站又?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)送，一般就在數(shù)據(jù)送完后再轉(zhuǎn)向詢問下一個子站應(yīng)答式規(guī)約的特點(diǎn)是：RTU有問必答，當(dāng)RTU收到主機(jī)查詢命令后，必須在規(guī)定的時間內(nèi)應(yīng)答，否則視為本次通信失敗。RTU無問不答，當(dāng)RTU未收到主機(jī)查詢命令時，絕對不允許主動上報信應(yīng)答規(guī)約的優(yōu)點(diǎn)：允許多臺RTU以供線的方式共用一個通道，有助于節(jié)省通道，提高通道占用率，應(yīng)答式規(guī)約的采用變化信息傳送策略，從而大大壓縮了數(shù)據(jù)塊的長度，提高了傳送速度，應(yīng)答式規(guī)約既可以采用全雙工通信，又可以采用半雙工通信，既可以采用點(diǎn)對點(diǎn)

8、方式，又可以采用一點(diǎn)多址或環(huán)形結(jié)構(gòu)，因此通道適應(yīng)性強(qiáng)。2、遙控：調(diào)度端MS應(yīng)用通信技術(shù)，通過通信通道對遠(yuǎn)方廠、站的FTU管理的設(shè)備發(fā)送狀態(tài)控制命令，相應(yīng)的設(shè)備接受命令并執(zhí)行。3、遙測：將遠(yuǎn)方廠、站需要測量的被測量，應(yīng)用FTU中的微機(jī)采樣并預(yù)處理后，利用通信技術(shù)經(jīng)通信通道送到調(diào)度端的MS，儲存并顯示。遙測量包括母線電壓，功率、線路電流、主變有功、無功、油溫、頻率及一些需要了解的非電量等各種模擬量。根據(jù)被測信息的重要性，可將YC量分為重要遙測、次要遙測、一般遙測。4、遙信：將遠(yuǎn)方廠、站的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信號、保護(hù)信號、應(yīng)用FTU采集后，利用通信技術(shù)經(jīng)通信通道送到調(diào)度端的MS，儲存并顯示。5、越限 電力

9、系統(tǒng)運(yùn)行時，各種電氣參數(shù)受約束條件的限制，不能超過一定得現(xiàn)值，母線的電壓不能太高或太低，功率傳送不能太高，當(dāng)電氣量超過一定的范圍時，對其參數(shù)應(yīng)及時進(jìn)行檢查，如超越限值，應(yīng)進(jìn)行警告。告警上限：當(dāng)模擬量變化超過此值時，進(jìn)行告警并記錄。告警下線：當(dāng)模擬量變化低于此值時，進(jìn)行告警并記錄。上復(fù)位限：低于告警上限的一個值，當(dāng)值低于此值時，認(rèn)為模擬量恢復(fù)正常。下復(fù)位限：高于告警下限的一個值，當(dāng)值高于此值時，認(rèn)為模擬量恢復(fù)正常。如果運(yùn)行參數(shù)由于某些原因在限值附近波動時，就會出限越限和復(fù)限不斷交替，頻繁告警，為了減少這種情況，通過設(shè)置“越限呆滯區(qū)”來緩解。當(dāng)運(yùn)行參數(shù)超越上限， 圖中的a點(diǎn)時，判為越上限，可發(fā)出越

10、上限告警信號。此后當(dāng)運(yùn)行參數(shù)回落到b 點(diǎn)以下，才判為復(fù)限，而兩外的1、2兩點(diǎn)不作撤警和重新告警處理。同理c、d段被判為連續(xù)地越下限狀態(tài)。越限呆滯區(qū):給定的一個量值，即上限和上復(fù)位限的差值或下復(fù)位限和下限的差值。6、SOE：記錄狀態(tài)量發(fā)生變化的時刻的先后順序。7、循環(huán)碼校驗(yàn)循環(huán)碼是一種特殊的線性分組碼，它有嚴(yán)格的代數(shù)結(jié)構(gòu)，用代數(shù)方法可以找出許多編碼效率高、檢錯糾錯能力強(qiáng)的循環(huán)碼來。由于循環(huán)碼的編碼和檢錯方法簡單，而且具有了許多有效的糾錯方法，所以得到了廣泛的應(yīng)用。生成CRC碼的基本原理：任意一個二進(jìn)制位串組成的代碼都可以和一個系數(shù)僅為?0和?1取值的多項(xiàng)式一一對應(yīng)。實(shí)現(xiàn)CRC的基本原理，簡單的說

11、，就是原始數(shù)據(jù)通過某種算法，得到一個新的數(shù)據(jù)，而這個新的數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)有著固有的內(nèi)在聯(lián)系。通過把原始數(shù)據(jù)和新數(shù)據(jù)組合在一起，形成新的數(shù)據(jù)，因此這個新數(shù)據(jù)具有自我校驗(yàn)的能力。三、通信規(guī)約設(shè)計3.1通信幀格式設(shè)計幀的定義幀格式如下圖所示。幀由幀頭、包、和FCS及幀尾組成。幀頭為：0x9E，長度為：1BYTE；幀尾為：0x9C，長度為：1BYTE。FCS為：16bit CRC（即CRC-16），由Packet形成，不包括幀頭、FCS和幀尾。幀發(fā)送時，高字節(jié)在前，低字節(jié)在后，例如發(fā)送256, 先發(fā)送0x01，再0x00。幀幀頭包FCS幀尾包頭數(shù)據(jù)目的地址源地址包長度功能碼幀頭源地址目的地址包長度功能碼

12、數(shù)據(jù)FCS幀尾信息包的定義:包由包頭和數(shù)據(jù)組成。包頭：目的地址、源地址、包長度和功能碼組成。3.2通信的過程功能碼下行用途功能碼上行用途01H發(fā)出連接命令02H回答連接03H遙控選擇04H遙控執(zhí)行05H遙控反校06H遙控撤銷07H遙信08H遙信09H遙測0AH遙測0BHSOE0CHSOE0DH越限信息10H越限信息12H復(fù)位命令13H回答復(fù)位命令14H遙測、遙信15H遙測、遙信幀頭目的地址源地址包長度功能碼數(shù)據(jù)FCS幀尾源地址為主站號：0x00，長度為：1BYTE；目的地址為現(xiàn)場IED設(shè)備編號對應(yīng)地址代碼，由于要求通信管理機(jī)能同時和n（n30）個IED進(jìn)行通信，即IED編號030，對應(yīng)地址代碼

13、為0x100x2E，長度為1BYTE。由于遙信量、遙控量、遙測量、越限、SOE、全報文幀結(jié)構(gòu)中幀頭、幀尾、目的地址、源地址、FCS均相同（功能碼上表已給出），區(qū)別只在于數(shù)據(jù)和包長度（根據(jù)實(shí)際要求確定其大?。手灰O(shè)計各自幀結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以下是詳細(xì)幀結(jié)構(gòu)中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計。（1）遙測幀結(jié)構(gòu)的設(shè)計方式個數(shù)編號1編號n個數(shù)：主站所要采集的信息量的數(shù)目，數(shù)目為12個；占1BYTE；編號：遙信信息量的編號，編號為112；1BYTE；方式：表示發(fā)送的遙測量是按照默認(rèn)順序依次發(fā)送的遙測量。（2）遙控幀結(jié)構(gòu)的設(shè)計方式個數(shù)編號1狀態(tài)編號n狀態(tài)個數(shù)：開關(guān)量的個數(shù)；占1BYTE；編號：開關(guān)量的編號；占1BYTE

14、；方式：表示發(fā)送的開關(guān)量是按順序依次發(fā)送全部；占1BYTE。狀態(tài)：反映各開關(guān)狀態(tài)的改變； 00表示開關(guān)由合到分，01表示開關(guān)由分到合，占1BYTE； (3) 下行遙信數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計方式個數(shù)編號1編號n個數(shù)：主站所要采集的信息量的數(shù)目，數(shù)目為20；占1BYTE；編號：采集量的編號，編號為120；1BYTE； 方式：表示發(fā)送的遙信量是按順序依次發(fā)送的遙信量?？赡苁侨?，也可能是一定范圍內(nèi)的；占1BYTE。（4）SOE下行幀結(jié)構(gòu)中無數(shù)據(jù)。（5）下行越限幀結(jié)構(gòu)中無數(shù)據(jù)。；目的地址即主站地址為00H，占1BYTE；源地址即現(xiàn)場設(shè)備地址為10H2EH，占1BYTE；（1）遙信幀結(jié)構(gòu)的設(shè)計方式個數(shù)編號1數(shù)值.

15、編號n數(shù)值個數(shù)：主站所要采集的信息量的數(shù)目，占1BYTE；編號：開關(guān)量的編號；1BYTE； 數(shù)值：反映各個開關(guān)的狀態(tài)，00H表示開關(guān)由合到分，01H表示開關(guān)由分到合； 方式：表示發(fā)送的遙信量是全部按默認(rèn)順序依次傳送的遙信量；占1BYTE。（2）遙測幀結(jié)構(gòu)的設(shè)計方式個數(shù)編號1數(shù)值.編號n數(shù)值個數(shù)：主站所要采集的信息量的數(shù)目；占1BYTE；編號：信息量的編號；占1BYTE；數(shù)值：反映測得各個信息量的值，占1BYTE；方式：表示發(fā)送的遙測量是全部按默認(rèn)順序依次發(fā)送的，占1BYTE。（3）遙控幀結(jié)構(gòu)的設(shè)計方式個數(shù)編號1狀態(tài).編號n狀態(tài)個數(shù)：現(xiàn)場設(shè)備開關(guān)的個數(shù)；占1BYTE；編號：開關(guān)量的編號；占1BY

16、TE；方式：表示發(fā)送的開關(guān)量按照默認(rèn)順序依次傳送，但有可能是所有，也有可能是全部范圍內(nèi)；占1BYTE。狀態(tài)：反映各開的狀態(tài)的改變；00表示開關(guān)由合到分，01表示開關(guān)由分到合；占1BYTE。（4）SOE幀結(jié)構(gòu)的設(shè)計方式個數(shù)編號1狀態(tài)時間.編號n狀態(tài)時間個數(shù)：發(fā)生變位的開關(guān)的個數(shù)，占1BYTE；編號：發(fā)生變位的開關(guān)的編號，占1BYTE；方式：表示發(fā)送的開關(guān)量是按默認(rèn)順序依次發(fā)送的；占1BYTE。狀態(tài)：反映開關(guān)狀態(tài)的改變；00表示開關(guān)由合到分，01表示開關(guān)由分到合；占1BYTE；時間：反映發(fā)生開關(guān)變位時的時間；包括年、月、日、時、分、秒，其中年占2BYTE；月、日、時、分、秒各占1BYTE；共占7

17、BYTE；（5）越限幀結(jié)構(gòu)的設(shè)計方式個數(shù)編號1狀態(tài)時間編號n狀態(tài)時間個數(shù)：發(fā)生越限報警的開關(guān)的數(shù)目；占1BYTE；編號：發(fā)生越限報警的開關(guān)的編號；占1BYTE；方式：表示發(fā)送的開關(guān)量是按默認(rèn)順序依次發(fā)送的；占1BYTE。狀態(tài)：反映開關(guān)越限的種類；40H表示越告警上限，41H表示越告警下限，42H表示越上復(fù)位限，43H表示越下復(fù)位限。時間：反映開關(guān)量發(fā)生越限時的時間；包括年、月、日、時、分、秒，其中年占2BYTE；月、日、時、分、秒各占1BYTE；共占7 BYTE；.下行全報文數(shù)據(jù)的設(shè)計YX量個數(shù)YX量編號1.YX量編號nYC量個數(shù) YC量編號1.YC量編號n上行全報文數(shù)據(jù)設(shè)計：YX量個數(shù)YX量

18、編號1狀 態(tài)YX量編號n狀態(tài)YC量個數(shù) YC量編號1數(shù)值YC量編號n數(shù) 值特殊標(biāo)志位特殊標(biāo)志位：開關(guān)位發(fā)生異常時的標(biāo)志，即發(fā)生SOE和越限 ；有SOE時，用E1H 表示，無SOE時，用E2H表示；發(fā)生開關(guān)量越限時，用E3H表示，無開關(guān)量越限時，用E4H表示；既有SOE又有越限時，用EEH表示；兩個都沒有時，用E0H表示；占1BYT.四、程序流程圖的設(shè)計1、IED通信傳輸和接受的流程圖接收數(shù)據(jù)校驗(yàn)結(jié)果=？讀取命令解析執(zhí)行命令 組幀傳輸數(shù)據(jù)2. CRC校驗(yàn)子程序圖查表法，是使用預(yù)先算好的CRC值，直接查出CRC值，因此，它是基于字節(jié)或字操作，避免了耗時的位運(yùn)算。這就決定了它的速度會增加，由此帶來功耗降低的好處，可這是以付出內(nèi)存為代價的，因?yàn)?，必須預(yù)先在程序中存在一個CRC值與其索引值有一個一一對應(yīng)的關(guān)系。不像逐位法那樣，每次移入一個位，就進(jìn)行運(yùn)算，查表法師每次移入一個位元組，得到索引值，然后，與這個索引值做異或運(yùn)算。粗略的看起來，所用的時間為逐位法的1/5（具體根據(jù)計算機(jī)的指令周期而定）左右。八位數(shù)據(jù)CRC查表流程圖如下：初始化C