遠動監(jiān)控技術

遠動監(jiān)控技術西南交通大學電氣工程學院

第五章遠動通訊規(guī)約第一節(jié)傳輸控制規(guī)約第二節(jié)遠動通信規(guī)約概述第三節(jié)CDT遠動規(guī)約第四節(jié)IEC60870－5-101遠動規(guī)約第五節(jié)遠動調試遙測信息：各種運行參數(shù)，分為電量和非電量兩類。遙信信息：斷路器、隔離開關等的狀態(tài)信號。遙調信息：改變運行設備狀態(tài)的命令。必須進行返送校核。無誤才能發(fā)送執(zhí)行命令。遙控信息：傳送改變運行設備參數(shù)的命令?！b視遠動信息上行信息：遙測和遙信信息。事件順序記錄，返送時鐘報文和遙控返送校核信息等。下行信息：遙調信息遙控信息。對時功能中設置時鐘召喚時鐘命令，裝置復歸，廣播命令等。

計算機網絡的通信規(guī)約：通信雙方是計算機和計算機，或者是計算機和終端設備。為保證雙方進行有效、自動地數(shù)據通信，在發(fā)送端和接收端之間需要有一系列的約定和順序，這種約定和順序叫做通信控制規(guī)程（或協(xié)議），簡稱通信規(guī)約（或規(guī)程），也叫傳輸控制規(guī)程。通信協(xié)議分：面向數(shù)據鏈路的底層協(xié)議和面向應用的高層協(xié)議。一、數(shù)據鏈路控制線路規(guī)程：現(xiàn)在該誰發(fā)送？流量控制：可以發(fā)送多少數(shù)據？差錯控制：如何檢錯及糾錯？1、線路規(guī)程（1）詢問/確認：兩個設備之間存在一條專用鏈路（2）輪詢/選擇一個設備為主站，其它設備為從站設備是否就緒？（選擇）哪個節(jié)點使用信道？（地址）（3）主動發(fā)送設備主動發(fā)送數(shù)據（如果有多個設備，則對信道有要求）

循環(huán)傳輸模式－CDT方式：以被控端為主，被控站的遠動信息按規(guī)約規(guī)定組成幀，再編排幀的順序，周期性地以循環(huán)方式向調度端傳送。信息傳送是周期性的、發(fā)端不顧及收端的需要，也不需收端給以回答。問答（查詢）傳輸模式－Polling方式：調度端必須主動向被控端發(fā)送查詢報文，被控端按調度端的查詢要求發(fā)送回答報文。要保證調度端發(fā)問后收到正確的回答，必須保證有上下行信道。自發(fā)工作方式：只有當被控端有監(jiān)控信息的變化需要傳輸時，才向調度端發(fā)送信息。為避免信道擁擠—按優(yōu)先級發(fā)?；旌瞎ぷ鞣绞剑鹤园l(fā)工作方式常與CDT、Polling結合使用。遠動信息的傳輸模式2、流量控制告訴發(fā)送方在等待接收方的確認信號之前最多可以傳送多少數(shù)據，數(shù)據流不能使接收方過載。（1）停止、等待發(fā)送方每發(fā)送一幀就等待一個確認幀（2）滑動窗口發(fā)送方在需要確認前可以發(fā)送若干幀，接收方使用一個ACK幀來對多個數(shù)據幀進行接收確認

——（報文給出數(shù)據長度）3、差錯控制在數(shù)據鏈路層，差錯控制主要指檢錯和重傳的方法。自動請求重傳（ARQ）循環(huán)傳送檢錯前向糾錯FEC混合糾錯HEC二、數(shù)據鏈路協(xié)議除去線路規(guī)程、流量控制、差錯控制以外的其它的規(guī)范，也叫鏈路控制規(guī)程?？煞譃椋寒惒絽f(xié)議（速率較低）

同步協(xié)議（1）異步協(xié)議主要用在調制解調器中，引入了起始位、停止位及字符間變長的空隙。

XMODEM、YMODEM、ZMODEM、Kermit、阻塞異步傳輸?shù)龋?）同步協(xié)議面向字符的協(xié)議：將傳輸幀看作是連續(xù)的字符，每個字符通信包含一個字節(jié)（8比特），所有控制信息以現(xiàn)有字符編碼（如ASCII）的形式出現(xiàn)面向比特的協(xié)議：將傳輸幀看作是單個比特的連續(xù)流，通過它們在幀中的位置和與其它比特的組合模式來表達意義面向字符的協(xié)議

面向字符的協(xié)議不如面向比特的協(xié)議效率高，現(xiàn)在已不太采用。最著名的是IBM公司的二進制同步通信BSC－BinarySynchronousCommunication采用停等ARQ半雙工傳輸三、面向比特的協(xié)議

面向比特的協(xié)議將傳輸幀看作是單個比特的連續(xù)流，通過它們在幀中的位置和與其它比特的組合模式來表達意義。1975年IBM研究開發(fā)了面向比特的協(xié)議：同步數(shù)據鏈路控制（SDLC）。1979年ISO基于SDLC提出了高級數(shù)據鏈路控制（HDLC），HDLC協(xié)議逐漸被其他組織所接受和擴展?，F(xiàn)在使用的所有面向比特的協(xié)議要么是從HDLC派生出來的，要么是HDLC協(xié)議的改進。因此，通過了解HDLC，就有了了解其他協(xié)議的基礎。

HDLC（High-LevelDataLinkControl），即高級數(shù)據鏈路控制規(guī)程；

SDLC（SynchronousDataLinkControl），即同步數(shù)據鏈路控制規(guī)程等。1、HDLC簡介高級數(shù)據鏈路控制（HDLC）是為支持在點對點和多點鏈路上的半雙工和全雙工通信而設計的，采用HDLC的系統(tǒng)可以通過它們的站點類型、配置及響應模式進行描述。（1）站點類型三種不同類型的站點：主站點、從站點、復合站點。主站點是在點對點或多點線路配置中對鏈路具有完全控制的設備。主站點發(fā)送命令給從站點，從站點進行響應。復合站點既可以發(fā)送命令，也可以進行響應。

（2）配置非平衡式配置（也稱為主從配置）：有一個設備為主站點，其余設備均為從站點的配置方式對稱式配置：每一個物理設備在邏輯上分為兩個站點，即主站點和從站點。從物理連接上說，一個物理站點的邏輯主站點和另一個物理站點的邏輯從站點用獨立的線路鏈接在一起。平衡式配置：在點對點的連接中兩個站點都是復合型的站點，站點間由一條線路連接，并且該鏈路可以由任何一方控制。（3）通信方式正常響應方式（NRM）：標準的主從關系，從站點只有獲得許可才能發(fā)起一次具有一幀或多幀數(shù)據的傳輸響應。異步響應方式（ARM)：只要信道空閑，從站點就可以在沒有得到許可的情況下發(fā)起一次傳輸。異步響應方式在其他方面沒有改變主從關系，從一個從站點發(fā)出的所有傳輸也必須經過主設備中繼再轉發(fā)到最終目的地。異步平衡方式（ABM)：所有站點都是平等的，因此只有復合站點使用。任何一個復合站點可以在未獲許可時發(fā)起一次到另一個復合站點的傳輸。

主站和RTU間的操作原理

主站控制整個通信網絡的工作，向RTU發(fā)各種控制命令，RTU只能按來自主站的命令動作，并作出響應回答。主站可選擇任意一個RTU交換數(shù)據，構成通信雙方。RTU一旦被選中，既可接收來自主站信息，也可發(fā)送信息。

HDLC是基于在公共通信鏈路上，主站和一個或多個RTU之間進行數(shù)據交換的規(guī)約。

主站和RTU之間采用幀格式傳送，幀結束時采用CRC校驗和幀序列號校驗。在接收端，對收到的信息進行校驗，如發(fā)現(xiàn)錯誤，將其作廢，并請求重發(fā)；在發(fā)送端，如逾期收不到接收端的“確認”響應，也自動重發(fā)。如接收到正確信息，則給予“確認”響應。當發(fā)送端由于某種原因（如遙信優(yōu)先插入）在一幀的結束前需中止現(xiàn)行的信息發(fā)送時，可發(fā)送一個“提前終止”符號(ABORT)。接收端一旦收到ABORT符號，把該幀中已收到的信息作廢。一幀內信息不允許間斷，幀與幀之間的間隔可用標志符（FLAG）或ABORT符來填充。信息傳送結束時，發(fā)送端用傳送“拆除”鏈接命令的方法，表示它希望結束信息傳送轉入“空閑”（IDLE）狀態(tài)。當接收端收到連續(xù)的15個“1”時，自動進入空閑狀態(tài)。2.HDLC的幀結構011111108位8位長度可變16位01111110標志F地址A控制C信息I幀檢測FCS標志F

HDLC規(guī)程是面向比特（或位）的規(guī)程，即能傳送任意比特的信息，信息長度不必是字符的整數(shù)倍，（與基本規(guī)程面向字符不同）。規(guī)程中用一幀表示一組完整信息，既可用于通信的控制，也可用于數(shù)據的傳輸。一幀信息用標志序列包封起來。標志序列F（Flag）。固定形式的8位序列，用來劃分一幀的開始和結束，可作為一幀的同步碼。兩幀之間用標志序列來填充，一幀內不允許用標志序列填充。011111108位8位長度可變16位01111110標志F地址A控制C信息I幀檢測FCS標志F

幀標志序列必須與一幀中的其他序列形式不同，但數(shù)字序列是隨機的，若出現(xiàn)相同，為假同步。

“0”比特插入法實現(xiàn)：

發(fā)送端：有監(jiān)控電路，對信息碼：出現(xiàn)連續(xù)5個“1”時，自動在第五個“1”的后面插一個“0”；

接收端：收到5個連續(xù)“1”，自動刪除第五個“1”后的一個“0”。若傳輸中發(fā)生錯碼、使第六位“0”變成“1”，繼續(xù)判下一位，若仍為“1”，則判出錯。若下一位是“0”則判為幀標志序列，幀結束。地址字段A：共8位，可擴充。發(fā)送時先發(fā)低位，最低位是地址擴展位，其他7位表示RTU的地址（128個）?！?”擴展，“1”無擴展。“FFH”為廣播令、“00H”用于系統(tǒng)故障查尋，非RTU地址。011111108位8位長度可變16位01111110標志F地址A控制C信息I幀檢測FCS標志F控制字段C：8位可擴，說明幀的格式和幀的序號，幀的格式由b1、b0兩位編碼確定。幀格式分：（b1b0

）

信息格式：用來傳送數(shù)據（×0

）

管理格式：用來表示接收端狀況（01

）

非順序格式：用于附加的鏈路控制功能（11

）幀序號指主站和某RTU通信中，在連續(xù)進行幀的傳送時，對各幀的順序編號，由Nr=b7b6b5

表示下次希望接收的幀號、Ns=b3b2b1表示發(fā)送的幀號。

b4為詢問/停止(P/F)位。

b7b6b5b4b3b2b1b03.HDLC的控制字段格式幀類別位序號1(b0)2345678(b7)信息幀（I）0NsP/FNr管理幀（S）10SP/FNr非順序幀（U）11MP/FM信息幀(I)：第1位：為“0”，即該幀中的信息字段用于傳輸數(shù)據信息

第2、3、4位：用Ns表示，Ns為發(fā)送幀的順序編號，范圍是0～7。第5位：P/F表示詢問/終止。P是詢問位，主站使用。

P=1表示主站請求RTU響應；0不要求回答；

F是終止位，由RTU使用，F(xiàn)=1表示該幀是傳輸?shù)淖詈笠粠?，RTU將停止再傳送。希望回答幀類別位序號1(b0)2345678(b7)信息幀（I）0NsP/FNr管理幀（S）10SP/FNr非順序幀（U）11MP/FM

管理幀(S)：控制字段中第1、2位為10。其一般作為響應幀，用于表示接收端的狀態(tài)，如準備好接收、拒收等。第3、4位S是不同管理功能的編碼。第5位P/F用于詢問和響應。在確認和要求重發(fā)時需指明幀序號，所以該幀中也有順序編號Nr。

非順序幀(U)：控制字段中第1、2位為11。用于傳輸鏈路的建立或拆除，以及報告特殊情況等。第3、4、6、7、8位M編碼最多可定義32種命令或響應功能?？梢栽谛蛄谐鲥e后使用，使鏈路置于初始狀態(tài)，它不受幀順序編號檢驗的限制，其控制字段不包含幀序號。

管理幀、非順序幀的具體編碼格式，見書P.88,89頁。011111108位8位長度可變16位01111110標志F地址A控制C信息I幀檢測FCS標志F信息字段I：字長度任意，一般長度不超過255個字符。用于傳輸一個完整的數(shù)據，只在由控制字段表示的信息幀及個別非順序幀中才有信息字段，管理幀沒有該字段。幀校驗段FCS：每一幀應有FCS字段，采用CRC16位校驗。標志序列F不參加校驗。第五章遠動通訊規(guī)約第一節(jié)傳輸控制規(guī)約第二節(jié)遠動通信規(guī)約概述第三節(jié)CDT遠動規(guī)約第四節(jié)IEC60870－5-101遠動規(guī)約第五節(jié)遠動調試一、概述

所謂通信協(xié)議是指通信雙方的一種約定.約定包括對數(shù)據格式、同步方式、傳送速度、傳送步驟、檢糾錯方式以及控制字符定義等問題做出統(tǒng)一規(guī)定，通信雙方必須共同遵守。通信協(xié)議應由下列三部分組成：(1)語法：規(guī)定通信雙方彼此“如何講”，即確定協(xié)議元素的格式，如數(shù)據控制信息的結構或格式(2)語義：規(guī)定通信雙方彼此“講什么”，即確定協(xié)議元素的類型，如規(guī)定通信雙方要發(fā)出何種控制信息，執(zhí)行什么動作和返回什么應答等(3)定時關系：規(guī)定事件執(zhí)行的顧序，即確定通信過程中通信狀態(tài)的變化。如規(guī)定正確的應答關系等

以往，由于沒有一個統(tǒng)一的國際標準，各個設備廠家各自制定一套自己的通信規(guī)約。這些規(guī)約無法通用，使得各個廠家的監(jiān)控系統(tǒng)只能配套自己的設備，各廠家設備間的互換性差，

導致：系統(tǒng)集成難、維護難（維護成本高）、升級難、擴展難、使用難、投資大。要使不同廠家的計算機能夠連成網絡互相通信、資源共享、更加充分的發(fā)揮計算機網絡的效益，就需要一個國際范圍內的標準。國際標準化組織ISO提出了開放系統(tǒng)互連參考模型OSI。所謂開放，就是指只要遵循OSI標準，一個系統(tǒng)就可以和世界上任何一個地方也遵守OSI這一標準的其它任何系統(tǒng)進行通信。OSI參考模型共分為7層。7層次協(xié)議分為低層協(xié)議及高層協(xié)議，低層協(xié)議是面向通信功能的協(xié)議，物理層、鏈路層及網絡層為低層協(xié)議，其余為高層協(xié)議。

近年來制定了相應的國際標準和國內標準。與遠動系統(tǒng)相關的國際標準包括：IEC60870-5-101、103、104和IEC61850。

傳統(tǒng)的遠動通信規(guī)約一般不分層。國際電工委員會IEC定義了一套分層的遠動通信協(xié)議，分以下兩層（物理層外）：

鏈路層：由IEC60870-5-l和IEC60870-5-2詳細描述；

應用層：基礎部分由IEC60870-5-3，IEC60870-5-4，IEC60870-5-5詳細描述。網絡層、傳輸層、會話層、表示層都為空層。應用層直接映射到鏈路層。根據不同的應用領域，采用不同的標準：

IEC60870-5-101用于常規(guī)遠動系統(tǒng)—低速；

IEC60870-5-102用于電能計量信息的接入；

IEC60870-5-103用于繼電保護信號的接入；

IEC60870-5-104將101用在TCP/IP網絡協(xié)議上—高速；

IEC61850用于變電站自動化系統(tǒng)。國內：

1998年，制訂了電力行業(yè)標準《DL/T634-1997基本遠動任務的配套標準》；

2002年將DL634-1997版改版為《DL/T634.5101-2002/IEC60870-5-101.2002》。并于2002年12月1日起實施。這次改版等同采用IEC101標準，這無疑大大加快了101標準在我國的推廣和應用。

101遠動通信協(xié)議有其適應范圍，其主要應用于發(fā)電廠、變電站與調度控制中心的生產調度數(shù)據的實時交換。

IEC101規(guī)約基于POLLNG方式的順序處理機制，一般采用順序巡測同時穿插請求數(shù)據傳送的通信方式，即通信雙方一問一答的通信方式。

101規(guī)約可采用非平衡點到點方式和平衡方式。在使用非平衡點到點方式的通信系統(tǒng)中，通信雙方一端為主站，負責通信的發(fā)起及控制命令的下發(fā)，另外一端為子站，負責響應主站。為了保證正常的通信，子站側必須能正確響應主站要求，以保證通信過程的順利。

101規(guī)約采用異步式字節(jié)幀格式傳輸，包括可變幀和固定幀兩種?？勺儙糜跀?shù)據傳送，固定幀用于確認或詢問等通信問答。

101規(guī)約規(guī)定的主要通信過程包括：鏈路狀態(tài)應答復位遠方鏈路應答總召喚應答背景掃描變化數(shù)據傳送接受遙控以及設定點命令傳送初始化等

二、常用遠動通信規(guī)約1、N4FN4F系列RTU采用問答式(polling方式)的通訊規(guī)約，它與u4F-RTU完全相同

報文根據校驗碼分為3類：16字節(jié)校驗碼報文8字節(jié)校驗碼報文無校驗報文U4F規(guī)約的容量規(guī)定2、SC18013、DNP3.04、MODBUS5、其它規(guī)約

WISP+，I2033，RP570第五章遠動通訊規(guī)約第一節(jié)傳輸控制規(guī)約第二節(jié)遠動通信規(guī)約概述第三節(jié)CDT遠動規(guī)約第四節(jié)IEC60870－5-101遠動規(guī)約第五節(jié)遠動調試一、數(shù)據鏈路層1、幀格式向通道發(fā)碼規(guī)則：低字節(jié)先送，高字節(jié)后送；字節(jié)內低位先送，高位后送（1）同步字同步字按通道傳送順序分為3組EB90H（2）控制字控制字節(jié)：對控制字進行描述幀類別：說明信息字的內容信息字數(shù)n：該幀中包含的信息字總數(shù)控制字節(jié)：E：擴展位

E=0：使用已定義的幀類別；

E=1：幀類別可另行定義,以便擴展功能。L：幀長定義位

L=0：本幀信息字數(shù)n為0；L=1：本幀有信息字S：源站址定義位

S=1：控制字中源站址有內容，對上行信息，源站址字節(jié)表示始發(fā)站站號，對下行信息，源站址表示主站站號D：目的站址定義位

D=1：控制字中目的站址有內容，即代表信息到達站的站號；D=0表示目的站址字節(jié)內容為FFH,即代表廣播命令，所有站同時接收并執(zhí)行此命令。若同時S=0,D=0,則表示源站址和目的站址無意義幀類別：（3）信息字由功能碼決定傳送信息數(shù)據的具體內容2、數(shù)據鏈路控制規(guī)約采用可變幀長度、多種幀類別循環(huán)傳送、變位遙信優(yōu)先傳送，重要遙測量更新循環(huán)時間較短，區(qū)分循環(huán)量、隨機量和插入量采用不同形式傳送信息，以滿足電網調度安全監(jiān)控系統(tǒng)對遠動信息的實時性和可靠性的要求。適用于點對點的遠動通道結構及以循環(huán)字節(jié)同步方式傳送遠動設備與系統(tǒng)

差錯控制：規(guī)約采用CRC校驗，控制字和信息字都是：（n、k）=(48，40)碼組

生成多項式為：G(X)=X8+X2+X+1

陪集碼為FFH幀傳送方式：為保證實時性，遙測分為重要、一般、次要幾類，用不同的循環(huán)周期傳送。對應為：A、B、C幀。正常遙信D1幀、電度D2幀、事件順序記錄(SOE)E幀（1）固定循環(huán)傳送用于傳送A、B、C、D1、D2幀（2）幀插入傳送

用于傳送E幀。如下圖，無C幀，D1幀循環(huán)次數(shù)為D2幀的2倍，E幀取代A幀。（3）信息字隨機插入傳送對時的子站時鐘返回信息變位遙信遙控、升降命令的返校信息3、CDT規(guī)約傳送的信息遙信遙測事件順序記錄（SOE）電能脈沖記數(shù)值遙控命令設定命令升降命令對時廣播命令復歸命令子站工作狀態(tài)4、信息的優(yōu)先級排列順序和傳送時間要求上行信息的優(yōu)先級排列順序和傳送時間要求如下：對時的子站時鐘返回信息插入傳送；變位遙信、子站工作狀態(tài)變化信息插入傳送，要求在

1s內送到主站；遙控、升降命令的返送校核信息插入傳送；重要遙測安排在A幀傳送,循環(huán)時間不大于3s；次要遙測安排在B幀傳送,循環(huán)時間一般不大于6s；一般遙測安排在C幀傳送,循環(huán)時間一般不大