自動(dòng)化通信傳輸課件

自動(dòng)化通信的基礎(chǔ)知識(shí)自動(dòng)化通道的基礎(chǔ)知識(shí)【模塊描述】本模塊介紹自動(dòng)化通道的基礎(chǔ)知識(shí)。通過概念介紹、圖文釋義，掌握模擬通信和數(shù)字通信的概念，掌握數(shù)據(jù)通信的基本概念及其系統(tǒng)組成，熟悉自動(dòng)化通道的工作模式和接口?！菊摹恳弧⑼ㄐ诺幕痉诸愋畔⒖偸峭ㄟ^一定形式的信號(hào)進(jìn)行傳遞的。信號(hào)根據(jù)其隨時(shí)間變化的狀況，可分為連續(xù)信號(hào)和離散信號(hào)兩種形式。連續(xù)信號(hào)是隨時(shí)間而連續(xù)變化的，它是時(shí)間的函數(shù)；離散信號(hào)不隨時(shí)間連續(xù)變化，而是每隔一段時(shí)間取某一個(gè)值。通常把可以在一個(gè)范圍內(nèi)連續(xù)取值的連續(xù)信號(hào)稱為模擬信號(hào)，而把只能取有限個(gè)值的離散信號(hào)稱為數(shù)字信號(hào)。按數(shù)據(jù)傳輸形式的不同，數(shù)據(jù)傳輸可分為模擬通信和數(shù)字通信兩類。(一)模擬通信模擬通信就是在通道上傳遞某種連續(xù)的模擬信號(hào)，模擬通信所需設(shè)備比較簡單，但是這種通信方法抗干擾能力差，容易產(chǎn)生失真，失真后又無法恢復(fù)原來的信號(hào)，因此通信質(zhì)量較差。(二)數(shù)字通信數(shù)字通信就是在通道上傳遞某種離散的數(shù)字信號(hào)，數(shù)字通信設(shè)備比模擬通信設(shè)備復(fù)雜很多，但因其具有模擬通信無法比擬的許多優(yōu)點(diǎn)，因此得到了迅速的發(fā)展。與模擬通信相比，數(shù)字通信更能適應(yīng)對(duì)通信技術(shù)越來越高的要求，其原因如下：(1)數(shù)字傳輸抗干擾能力強(qiáng)，尤其在中繼端，數(shù)字信號(hào)可以再生而消除噪聲的積累。(2)傳輸差錯(cuò)可以控制，從而改善了傳輸質(zhì)量。(3)便于使用現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)對(duì)數(shù)字信息進(jìn)行處理。(4)數(shù)字信息易于做高保密性的加密處理。(5)數(shù)字通信可以綜合傳遞各種消息，使通信系統(tǒng)功能增強(qiáng)。一般來說，數(shù)字通信的許多優(yōu)點(diǎn)都是用比模擬通信占據(jù)更寬的系統(tǒng)頻帶而換得的。在系統(tǒng)頻帶緊張的場合，數(shù)字通信的這一缺點(diǎn)顯得很突出，但是在系統(tǒng)頻帶富裕的場合(如毫米波通信、光通信等場合)，數(shù)字通信幾乎成了唯一的選擇?？紤]到現(xiàn)有大量模擬通信系統(tǒng)這一事實(shí)，目前還常常需要利用它來傳輸數(shù)字信號(hào)，這就需要對(duì)其做些改造，或者加裝數(shù)字終端設(shè)備。二、數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是組成電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)和配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分。在發(fā)電廠，由各種計(jì)算機(jī)設(shè)備構(gòu)成內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，通過設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)發(fā)電的協(xié)調(diào)控制。在變電站，由數(shù)據(jù)信息采集裝置采集本站內(nèi)電氣設(shè)備以及高壓輸電線的運(yùn)行情況，形成遙測(cè)、遙信信息，借助于數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，發(fā)電廠和變電站的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)信息被傳送至調(diào)度控制中心。同時(shí)，控制中心形成的遙控、遙調(diào)命令，也通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)傳送到遠(yuǎn)方終端，實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)設(shè)備的遠(yuǎn)方控制、對(duì)控制裝置的遠(yuǎn)方調(diào)整和定值設(shè)置。此外，一個(gè)具有強(qiáng)有力功能的配電管理系統(tǒng)對(duì)通信系統(tǒng)的依賴更是明顯的。雖然發(fā)電輸電系統(tǒng)數(shù)據(jù)集中，配電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集的范圍相對(duì)分散，但是對(duì)數(shù)據(jù)通信的總的要求是一致的，只是在采用的通信系統(tǒng)的構(gòu)成和通信方式有所不同，因此一個(gè)可靠性高的、功能強(qiáng)大的、無處不在的、方便實(shí)用的通信系統(tǒng)是現(xiàn)代電力系統(tǒng)十分重要、不可或缺的部分。數(shù)據(jù)通信的定義可以簡單的表述為：數(shù)據(jù)通信是在兩臺(tái)設(shè)備之間通過某種形式的傳輸介質(zhì)進(jìn)行的數(shù)據(jù)交換。’簡單的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)由數(shù)據(jù)終端、調(diào)制解調(diào)器、通信線路、通信處理機(jī)和主計(jì)算機(jī)組成，1．?dāng)?shù)據(jù)終端電力系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備與數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)之間的接口，能夠把電氣模擬信號(hào)或狀態(tài)量轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制信息向數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)送出，也能夠把從數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)中接收到的控制調(diào)節(jié)指令(或經(jīng)轉(zhuǎn)換)向受控對(duì)象發(fā)出。2．調(diào)制解調(diào)器較遠(yuǎn)距離的通信線路往往采用模擬信道。調(diào)制解調(diào)器的作用是將二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列調(diào)制成模擬信號(hào)，或把模擬信號(hào)解調(diào)成二進(jìn)制數(shù)據(jù)，是計(jì)算機(jī)與模擬信道之間的連接橋梁。對(duì)近距離的通信，可直接采用數(shù)字式通信。3．通信線路通信線路可以是采用公用通信線路或?qū)Ｓ猛ㄐ啪€路，可以是直接連接，也可以是經(jīng)過通信處理機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接。4．通信處理機(jī)通信處理機(jī)承擔(dān)通信控制任務(wù)，完成計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理速度與通信線路傳輸速度問的匹配緩沖，對(duì)傳輸信道產(chǎn)生的誤碼和故障進(jìn)行檢測(cè)控制，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)流向與密度根據(jù)要求進(jìn)行路由選擇和邏輯信道的建立與拆除。5．主計(jì)算機(jī)t主計(jì)算機(jī)集中數(shù)據(jù)終端采集到的電力系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)行判別、分析與控制。三、自動(dòng)化通道自動(dòng)化系統(tǒng)是指對(duì)廣闊地區(qū)的生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視和控制的系統(tǒng)，它包括對(duì)必需的過程信息的采集、處理、傳輸、執(zhí)行等全部的設(shè)備與功能。構(gòu)成自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)備包括廠站端子站設(shè)備、調(diào)度端主站設(shè)備和自動(dòng)化通道。本模塊主要介紹自動(dòng)化通道的自動(dòng)化信息的傳送過程。(一)自動(dòng)化信息的傳送目前，自動(dòng)化系統(tǒng)一般都是數(shù)字式系統(tǒng)，自動(dòng)化信息以數(shù)字信號(hào)方式進(jìn)行傳送。自動(dòng)化系統(tǒng)中傳送的各種自動(dòng)化信息，在進(jìn)入自動(dòng)化通道之前已經(jīng)由自動(dòng)化裝置將它們?nèi)孔兂啥M(jìn)制的數(shù)字信號(hào)，所以傳輸自動(dòng)化信息的傳輸系統(tǒng)屬數(shù)字通信系統(tǒng)。自動(dòng)化系統(tǒng)中的廠站設(shè)備實(shí)現(xiàn)廠、站現(xiàn)場的各類信息的采集和處理，并將各類信息按照特定的規(guī)約進(jìn)行組幀，對(duì)組幀的信息進(jìn)行二進(jìn)制編碼，發(fā)送到通道。通道信息通過調(diào)制進(jìn)入信道，在調(diào)度主站端，前置機(jī)的通道接收到已解調(diào)的信息按照信道編碼進(jìn)行解析，得到信息字，對(duì)此信息字進(jìn)行解幀，得到現(xiàn)場上送主站的各類信息。主站下發(fā)命令的過程和上行信息的傳遞類似。1．信源信源是通信信息的來源。自動(dòng)化設(shè)備的信息源為終端設(shè)備采集的各類數(shù)字量，是存儲(chǔ)在自動(dòng)化終端各類需上送的信息的集合，是離散的數(shù)字量，用S表示。2．信源編碼‘信源編碼是對(duì)從信息源取出的信息進(jìn)行編碼，對(duì)應(yīng)在自動(dòng)化系統(tǒng)的終端設(shè)備中，是對(duì)從存儲(chǔ)器中得到的各類數(shù)字進(jìn)行組幀。發(fā)送到信道的緩沖區(qū)。它是二進(jìn)制的數(shù)字信息序列，記為m。序列中的每一位“l(fā)”或“0”稱為一位碼元。3．信道編碼信道編碼的作用是按照一定的規(guī)則，在信息序列m中添加一些冗余碼元，將信息序列m變成較原來更長的二進(jìn)制數(shù)字序列c，稱它為碼字。因?yàn)樾旁淳幋a產(chǎn)生的信息序列m不具有抗干擾能力，所以通過信道編碼是為了提高信息序列m的抗干擾能力，也就是提高數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)目煽啃?。信道編碼也稱差錯(cuò)控制編碼。4．調(diào)制調(diào)制的作用是將用數(shù)字序列表示的碼字c，變換成適合于在信道中傳輸?shù)男盘?hào)形式，送入信道。電力系統(tǒng)自動(dòng)化中，常采用數(shù)字調(diào)頻或數(shù)字調(diào)相的方法，將碼字c中的“0”或“l(fā)”碼元變成兩種不同頻率或兩種不同相位的正弦交流信號(hào)?！?”或“1”基帶數(shù)字信號(hào)的波形是一系列方形脈沖，這種信號(hào)直接在一般的線路上傳輸時(shí)會(huì)產(chǎn)生失真，方形脈沖的直角變成圓角。傳輸距離越遠(yuǎn)，或者傳輸速率越高，這種失真現(xiàn)象也越嚴(yán)重，可能使接收端無法正確識(shí)別。為了解決這個(gè)問題，需將基帶數(shù)字信號(hào)變換成適合于遠(yuǎn)距離傳輸?shù)男盘?hào)——正弦波信號(hào)，這種正弦波信號(hào)攜帶了原基帶信號(hào)的數(shù)字信息，通過線路傳輸?shù)浇邮斩撕螅賹y帶的數(shù)字信息取出來，這就是調(diào)制和解調(diào)的過程。攜帶數(shù)字信息的正弦波稱為“載波”。一個(gè)正弦波電壓z‘可表示為u（t）=Umsin（ωt+φ）(GYZD00102001—1)從式中可知，振幅Um、頻率f(或角頻率∞)和相位角φ是確定一個(gè)正弦波的三個(gè)參量，當(dāng)其中一個(gè)參量變化后，就變成了另一個(gè)不同的正弦波。這樣，調(diào)制方式也就分為三種，即調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相。將基帶數(shù)字信號(hào)作為離散的數(shù)字信號(hào)來改變正弦波的參量，稱為“數(shù)字調(diào)制”，數(shù)字調(diào)制有時(shí)又稱為“鍵控”。下面簡要介紹三種調(diào)制方式。(1)數(shù)字調(diào)幅。數(shù)字調(diào)幅又稱振幅鍵控，記為ASK。數(shù)字調(diào)幅是使正弦波的振幅隨數(shù)碼的不同而變化，但頻率和相位保持不變。(2)數(shù)字調(diào)頻。數(shù)字調(diào)頻又稱頻率鍵控，記作FSK。它是使正弦波的頻率隨數(shù)碼不同而變化，而振幅和相位保持不變。采用二元碼制時(shí)，用一個(gè)高些的頻率，f1=f0+Δf來表示數(shù)碼“1”，而用一個(gè)低些的頻率f2=f0-Δf來表示數(shù)碼“0”。(3)數(shù)字調(diào)相。數(shù)字調(diào)相又叫移相鍵控，它是使正弦波的相位隨數(shù)碼而變化，而振幅和頻率保持不變。數(shù)字調(diào)相分兩種方法；1)二元絕對(duì)調(diào)相(PSK)。就是用一種固定相位值代表不同的數(shù)碼，稱為二元絕對(duì)調(diào)相。例如用初相位為0的正弦波代表數(shù)碼“0”，而用初相位為7c的正弦波代表數(shù)碼“1”。2)二元相對(duì)調(diào)相(。DPSK)。二元相對(duì)調(diào)相是用相鄰兩個(gè)波形的相位變化量△∞來代表不同的數(shù)碼。例如用△ω=π來代表數(shù)碼“l(fā)”，而用△ω=0來代表數(shù)碼“0”。調(diào)幅波由于容易受通道電平變動(dòng)和噪聲的影響，抗幅度干擾能力較差，因此較少采用。在電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中，采用最多的是數(shù)字調(diào)頻方式，這是因?yàn)樗苓m合于在多種信道上運(yùn)行，且設(shè)備比較簡單，抗干擾能力也較好，在低速(1200Bd以下)傳輸系統(tǒng)中得到廣泛采用。而中速(2400～4800Bd)傳輸系統(tǒng)多采用數(shù)字調(diào)相方式，這是因?yàn)檎{(diào)相方式抗干擾能力更強(qiáng)，所占帶寬更窄。5．信道信道是傳輸信號(hào)的通道。自動(dòng)化信道可以有復(fù)用電力載波信道、微波信道、光纖信道等。信道中存在著各種類型的干擾，如雷、電、電弧、無線電臺(tái)頻率干擾等，不同的信道有不同的干擾源。碼字在信道中傳送時(shí)受到干擾的情況可以用錯(cuò)誤圖樣描述。錯(cuò)誤圖樣用一串二進(jìn)制數(shù)字序列表示，序列的長度與發(fā)送碼字相同。凡是發(fā)送碼字在信道中受到干擾的碼元，在錯(cuò)誤圖樣的對(duì)應(yīng)位置上表示為“1”；未受干擾的碼元，在錯(cuò)誤圖樣的對(duì)應(yīng)位置上表示為“O”。6．解調(diào)解調(diào)的作用是把從信道接收到的兩種不同頻率或兩種不同相位的正弦交流信號(hào)，還原成數(shù)字序列。解調(diào)后輸出的數(shù)字序列稱為接收碼字，記作R。解調(diào)是調(diào)制的逆過程。各種不同的調(diào)制波，要用不同的解調(diào)電路。常用的數(shù)字調(diào)頻(FSK)的解調(diào)方法是零交點(diǎn)檢測(cè)法。數(shù)字調(diào)頻施以兩個(gè)不同的頻率．，i和．正來分別代表數(shù)碼“1”和“O”，鑒別這兩種不同的頻率可以用檢查單位時(shí)間內(nèi)調(diào)制波(正弦波)與時(shí)間軸的零交點(diǎn)數(shù)的方法，這就是零交點(diǎn)檢測(cè)法。正弦波信號(hào)在單位時(shí)問內(nèi)經(jīng)過零點(diǎn)的次數(shù)可用來衡量頻率的高低。頻率高的，過零的交點(diǎn)數(shù)多；頻率低的，過零的交點(diǎn)數(shù)少。用不同的過零交點(diǎn)數(shù)產(chǎn)生兩種不同的電壓，以代表“1”與“0”，就實(shí)現(xiàn)了解調(diào)，這就是零交點(diǎn)檢測(cè)法的原理。7．信道譯碼前置機(jī)系統(tǒng)的信道得到信息，對(duì)此信息進(jìn)行信道譯碼，是根據(jù)信道編碼規(guī)則，對(duì)接收碼字進(jìn)行譯碼校驗(yàn)，達(dá)到檢出或糾正接收碼字R中錯(cuò)誤碼元的目的。8．信宿譯碼前置機(jī)系統(tǒng)從信道譯碼的緩沖區(qū)得到碼字，對(duì)碼字進(jìn)行解幀，可得到現(xiàn)場傳送的各類信息。(二)串行傳輸串行傳輸示意圖如圖GYZD00102001．3所示。串行傳輸僅需要一回傳輸線(2根)，是根據(jù)一個(gè)字節(jié)中各碼元的順序一位一位地傳過去。接收端逐位收齊8位后，CP[J會(huì)將這個(gè)字節(jié)取走。顯然串行傳輸速度較慢，且通信軟件也復(fù)雜一些。但最大優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約了傳輸線，成本低，因此適合于遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)通信。目前電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中各廠站到調(diào)度中心的通信都是串行通信(上行信息用2根芯線，下行信息也用2根芯線，用一根4芯線纜即可)。(三)傳輸速率和誤碼率1．?dāng)?shù)據(jù)傳輸速率’傳輸速率是衡量數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸能力的主要指標(biāo)，主要有兩種：(1)碼元傳輸速率。每秒鐘通過信道的碼元數(shù)稱為碼元傳輸速率，單位是波特(Baud)，通稱波特率，簡記為Bd。(2)比特傳輸速率。每秒鐘通過信道傳輸?shù)男畔⒘浚Q為比特傳輸速率，單位是比特／秒(b／s)，通稱比特率，簡記為db。在用二進(jìn)制碼元傳輸信息時(shí)，每秒鐘傳送的信息量也就等于每秒鐘傳送的碼元數(shù)，因此，上述兩種速率在數(shù)值上是相等的。信息傳輸?shù)目煽啃耘c傳輸速率有密切關(guān)系。傳輸速率越高，每秒鐘傳送的碼元越多，每個(gè)碼元所占的時(shí)間就越短，其波形就越狹窄，受到干擾就越易出錯(cuò)，傳輸?shù)目煽啃跃驮降汀７粗?，傳輸速率低則可靠性就高。但傳輸速率低不能滿足電力系統(tǒng)運(yùn)行控制與調(diào)度自動(dòng)化的需要。為實(shí)現(xiàn)高速傳輸，需要采用各種專門的抗干擾措施。在串行通信中，常用的有300、600、1200Bd等。而在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中，常用每秒傳送的字節(jié)數(shù)表示，如10、100Mbit／s等。2．誤碼率誤碼率又稱碼元差錯(cuò)率，是指在傳輸?shù)拇a元總數(shù)中發(fā)生差錯(cuò)的碼元所占的比例。電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)要求誤碼率不大于10-5，即表示傳輸10萬個(gè)碼元時(shí)僅錯(cuò)1個(gè)碼元。這樣高的要求是實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)所必須達(dá)到的。(四)工作模式按照信息傳送的方向和時(shí)間，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)有單工方式、半雙工方式和全雙工方式三種工作模式。單工方式只能向一個(gè)方向傳送數(shù)據(jù)。最簡單的終端在采集數(shù)據(jù)后按既定程序自動(dòng)地傳送給調(diào)度中心，而不能接收調(diào)度端的指令，就屬于單工方式。串行傳輸時(shí)單工方式只需要一回傳輸線(2根)。半雙工方式也只需一回傳輸線，但可以互為發(fā)、收端，采用切換方式分時(shí)交替進(jìn)行。全雙工方式則需2回傳輸線(4根)，雙方均可同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。(五)異步通信和同步通信在串行傳輸中，信息是以幀為單位傳輸?shù)?，每一幀包含若干碼元，具體格式又分為異步通信和同步通信兩種。1．異步通信格式異步通信格式如圖GYZD00102001．5所示。每幀以“起始位”(低電平)開頭，接著傳送信息碼元，最后附加一位“奇偶校驗(yàn)位”和“停止位”(高電平)。不傳送信息時(shí)用“空閑位”(高電平)填充，直到下一幀的“起始位”到來。當(dāng)然，也可以無空閑位而直接發(fā)送第2幀。異步通信方式實(shí)質(zhì)上僅是在傳送一個(gè)字符的較短時(shí)段內(nèi)保持著收、發(fā)兩端時(shí)序的同步，而在空閑時(shí)段內(nèi)則可以是異步的。這樣對(duì)兩端時(shí)鐘的精度和穩(wěn)定性要求不高。但異步通信時(shí)，發(fā)送每個(gè)字符都加了起始位和終止位，使有效信息位比例降低了。由于異步通信對(duì)時(shí)鐘要求不高，且每個(gè)數(shù)據(jù)幀長度都較短，對(duì)其他設(shè)備要求也低，故被廣泛地應(yīng)用。2．同步通信格式同步通信格式如圖GYZD00102001．6所示。同步通信方式的發(fā)、收兩端必須嚴(yán)格保持同步，這與異步方式不同。同步格式以“同步字”為一幀的開頭。同步字是一種很特別的碼元組合，幀內(nèi)后續(xù)信息序列極難和同步字序列雷同，所以同步字可以成為識(shí)別一幀開始的明確標(biāo)志。同步字后面是“控制字”，對(duì)本幀長度、發(fā)送地址、目的地址、信息類別等加以說明。再后面就是“信息字”。同步字雖然也占了時(shí)間，但因一幀信息很長，一幀中有效信息所占比例仍比異步傳輸時(shí)大，因此傳輸效率提高了。異步通信的最大優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單，易于實(shí)現(xiàn)。但它的效率很低，一個(gè)數(shù)據(jù)幀中數(shù)據(jù)碼元較少，數(shù)據(jù)有時(shí)效率較低，使線路利用率降低。同步通信的最大特點(diǎn)是收發(fā)兩端的時(shí)鐘嚴(yán)格保持一致，從而使接收時(shí)鐘與接收數(shù)據(jù)碼元之間無誤差積累問題，能正確地接收每一位數(shù)據(jù)碼元，省去了傳送時(shí)所附加的碼元，允許采取數(shù)據(jù)幀長度變動(dòng)的方式，使多個(gè)數(shù)據(jù)碼的有效數(shù)位緊密排列構(gòu)成數(shù)據(jù)幀，形成數(shù)據(jù)流，在接收端再把這些數(shù)據(jù)碼分離出來。四、串行通信接口RS-232是美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)1973年制定的一種串行數(shù)據(jù)傳輸接口標(biāo)準(zhǔn)，已被廣泛地應(yīng)用于計(jì)算機(jī)與各終端以及計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的就近連接。RS-232C所定義的內(nèi)容，屬于國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)所制定的開放式結(jié)構(gòu)互聯(lián)所建議的七層結(jié)構(gòu)中的最低層——物理層所定義的內(nèi)容，包括機(jī)械特性、電氣特性和功能特性三個(gè)方面的規(guī)范。(一)RS-232C串行接口-1．RS一232C的機(jī)械特性RS一232C規(guī)定選擇DB25結(jié)構(gòu)作為其連接器。DB25由一個(gè)25針的插頭和一個(gè)25孔插座組成。通常，RTI_J(DTE)方面采用DB25針式插頭，Modem方面(DCE)則采用DB25孔式插座。2．RS-232C的電氣特性RS-232C采用負(fù)邏輯工作，即邏輯“1”用負(fù)電平(范圍為一5—一15V)表示，邏輯“O”用正電平(范圍為5～15V)表示。通常使用時(shí)，門限電平是士3V，因此許多RS-232C接口采用士8V電源。由于大部分設(shè)備內(nèi)部使用TTL電平，因此RS-232C還需通過專門的線路驅(qū)動(dòng)器MCl488和線路接收器：MCl489來完成兩者之間的電平轉(zhuǎn)換。RS-232C串行接口的信息速率小于20kbit／s。常用的速率有300、600、1200、2400、4800、9600bit／s。RS一232C信號(hào)線上總負(fù)載電容不得超過2500pF。通常使用的多芯電纜每米具有電容150pF，故采用RS-232C的最大傳輸距離僅有15m。3．RS一232C的功能特性RS-232C的信號(hào)線分為數(shù)據(jù)線、控制線、定時(shí)線、地線四類?？刂瓶偩€通常稱為握手線，其主要功能是實(shí)現(xiàn)DTE(數(shù)據(jù)終端設(shè)備，如RTu、PC等)和DCE(數(shù)據(jù)電路端設(shè)備，如Modem等)之間的互相聯(lián)系，表示它們的工作狀態(tài)。定時(shí)線一般在同步通信方式時(shí)使用。4．RS-232C的優(yōu)缺點(diǎn)(1)優(yōu)點(diǎn)：RS一232C采用單端驅(qū)動(dòng)、單端接收電路，傳送每一種信號(hào)只用l根信號(hào)線，所有信號(hào)公用l根信號(hào)地線，電路簡單，應(yīng)用廣泛。(2)缺點(diǎn)：1)數(shù)據(jù)傳輸速率不高(20kbit／s以內(nèi))，傳輸距離不遠(yuǎn)(15m以內(nèi))。2)因有公共地線，較易受噪聲干擾。(二)RS-422A串行接口RS-422A是RS-232C的改進(jìn)型，為解決RS一232C發(fā)送和接收共用一根地線易受共模干擾問題，在全雙工方式下，RS-422A采用兩對(duì)平衡差分信號(hào)線(共4根)，實(shí)現(xiàn)平衡驅(qū)動(dòng)和差分接收，從根本上取消了信號(hào)線，使抗干擾能力大為加強(qiáng)，傳輸速率和傳輸距離也明顯增加。例如傳輸距離為1200m時(shí)，傳輸速率可達(dá)100kbit／s。自動(dòng)化通信的常見規(guī)約簡介【模塊描述】本模塊介紹自動(dòng)化通信常見規(guī)約。通過概念介紹，掌握循環(huán)式傳送規(guī)約和應(yīng)答式規(guī)約的概念及其特點(diǎn)，熟悉自動(dòng)化通信常見規(guī)約及其應(yīng)用情況。【正文】在電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中，調(diào)度端與廠站端之間為了有效地實(shí)現(xiàn)信息傳輸，收發(fā)兩端需預(yù)先對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、同步方式等進(jìn)行約定，將這些約定稱為數(shù)據(jù)傳輸控制規(guī)程，簡稱為通信規(guī)約。一、數(shù)據(jù)通信規(guī)約目前主要使用的通信規(guī)約可分為循環(huán)傳送式規(guī)約和應(yīng)答式規(guī)約兩種。(一)循環(huán)傳送式規(guī)約循環(huán)傳送式規(guī)約是一種以廠站端RIu為主動(dòng)端，自發(fā)地不斷循環(huán)向調(diào)度中心上報(bào)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約。在廠站端與調(diào)度中心的遠(yuǎn)動(dòng)通信中，RT[J周而復(fù)始地按一定規(guī)則向調(diào)度中心傳送各種遙測(cè)、遙信、電能量、事件記錄等信息。調(diào)度中心也可以向RTU傳送遙控、遙調(diào)命令以及時(shí)鐘對(duì)時(shí)等信息。在循環(huán)傳送方式下，RTU無論采集到的數(shù)據(jù)是否變化，都以一定的周期周而復(fù)始地向主站傳送。循環(huán)方式獨(dú)占整個(gè)通道(稱點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式)，調(diào)度中心與各RTU皆由放射式線路相連。為保證可靠性，循環(huán)傳送方式還要有主、備兩種信道，信道投資較大。循環(huán)式規(guī)約的主要特點(diǎn)如下：(1)數(shù)據(jù)傳送以現(xiàn)場為主，由于采用循環(huán)式規(guī)約的RTLT不斷循環(huán)上報(bào)現(xiàn)場數(shù)據(jù)給主站，而主站祛動(dòng)接收，即使發(fā)生暫時(shí)通信失敗丟失一些數(shù)據(jù)，當(dāng)通信恢復(fù)正常后，被丟失的信息仍有機(jī)會(huì)上報(bào)，幣不至于造成顯著危害，因此這種方式對(duì)通道的要求不高，適合于在質(zhì)量比較差的通道環(huán)境下使用。(2)數(shù)據(jù)格式在發(fā)送端與接收端事先約定好，按時(shí)間順序首先發(fā)送起始SYN同步字，然后依次發(fā)送以8位的字節(jié)作為基本單位的控制字和信息字，如此周而復(fù)始，連續(xù)循環(huán)發(fā)送。(3)循環(huán)式規(guī)約采用信息字校驗(yàn)的方式，將整檢信息化整為零，當(dāng)某個(gè)字符出錯(cuò)時(shí)，只需丟棄相應(yīng)的信息字即可，而其他校驗(yàn)正確的信息字就可以接收處理，大大提高了傳輸數(shù)據(jù)的利用率，從而要加適合于在質(zhì)量比較差的通道環(huán)境下使用。(4)循環(huán)式規(guī)約采用遙信變位優(yōu)先插入傳送的方式，重要數(shù)據(jù)發(fā)送周期短，大大提高了事故信后傳送的響應(yīng)速度，實(shí)時(shí)性強(qiáng)。由于采用現(xiàn)場數(shù)據(jù)不斷循環(huán)上報(bào)的策略，一般數(shù)據(jù)發(fā)送周期長，實(shí)時(shí)性較差，主站對(duì)一般遙測(cè)量變化的響應(yīng)速度慢。(5)循環(huán)式規(guī)約允許多個(gè)子站和多個(gè)主站間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，由于采用循環(huán)式規(guī)約的RTU自發(fā)地不斷循環(huán)上報(bào)現(xiàn)場數(shù)據(jù)，因此通道必須采用全雙工通道，并且不允許多臺(tái)RTI．J共線連接，而只能采用一對(duì)點(diǎn)的方式連接。循環(huán)式規(guī)約中以幀長度是否可變分為可變幀長度和固定幀長度兩種形式。(二)應(yīng)答式規(guī)約應(yīng)答式規(guī)約適用于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫屈c(diǎn)對(duì)點(diǎn)、多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、多點(diǎn)共線、多點(diǎn)環(huán)形或多點(diǎn)星形的遠(yuǎn)動(dòng)通信系統(tǒng)，以及調(diào)度中心與一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)動(dòng)終端進(jìn)行通信。通道可以是雙工或半雙工，信息傳輸為異步方式，允許多臺(tái)RTIJ共線一個(gè)通道。在問答方式下，主站查詢RTu是否有新的數(shù)據(jù)報(bào)告，如果有，主站請(qǐng)求RTU發(fā)送更新的數(shù)據(jù)，RTU以新的數(shù)據(jù)應(yīng)答。通常RTU對(duì)于數(shù)字量變化(遙信變位)優(yōu)先傳送，對(duì)于模擬量，采用變化量超過預(yù)定范圍時(shí)傳送。應(yīng)答式規(guī)約是一個(gè)以調(diào)度中心為主動(dòng)的遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約。RTU只有在調(diào)度中心主站發(fā)出查詢命令以后，才向調(diào)度中心發(fā)送回答信息。調(diào)度中心主站按照一定規(guī)則向各個(gè)RFU發(fā)出各種詢問報(bào)文。RTU按詢問報(bào)文的要求以及RTU的實(shí)際狀態(tài)，向調(diào)度中心回答各種報(bào)文。調(diào)度中心也可以按需要習(xí)RTU發(fā)出各種控制RTU運(yùn)行狀態(tài)的報(bào)文。RTU正確接收調(diào)度中心的報(bào)文后，按要求輸出控制信號(hào)，并向調(diào)度中心回答相應(yīng)報(bào)文。在應(yīng)答式規(guī)約中，唧有問必答，當(dāng)RTU收到主機(jī)查詢命令后，必；在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)應(yīng)答，否則視為本次通信失敗。對(duì)于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和多個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，廠站端產(chǎn)生事件時(shí)(例如斷路器跳閘，形成遙信狀態(tài)變位信息)，RTtJ可觸發(fā)啟動(dòng)傳輸，主動(dòng)向調(diào)度中心報(bào)告事件信息，以滿足實(shí)時(shí)性要求。當(dāng)RTU未收到主機(jī)查詢命令且無事件時(shí)，絕對(duì)不允許主動(dòng)上報(bào)信息。1．應(yīng)答式規(guī)約的優(yōu)點(diǎn)(1)應(yīng)答式規(guī)約允許多臺(tái)RTU以共線的方式共用一個(gè)通道。這樣有助于節(jié)省通道，提高通道占用率，對(duì)于區(qū)域控制站和有較多數(shù)量的RTI．J通信場合，這種方式是很適合的。(2)應(yīng)答式規(guī)約可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，提高了數(shù)據(jù)傳送速度。(3)應(yīng)答式規(guī)約既可以采用全雙工通道，也可以采用半雙工通道，既可以采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)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．應(yīng)答式規(guī)約的不足(1)由于應(yīng)答式規(guī)約為非主動(dòng)上報(bào)規(guī)約，主站對(duì)數(shù)據(jù)的采集速度慢，尤其是當(dāng)通道的傳輸速率較低的情形。(2)由于采用變化信息傳送策略，應(yīng)答式規(guī)約對(duì)信道的要求較高，因?yàn)橐淮瓮ㄐ攀?huì)帶來比較大的損失，雖然可以采用通信失敗后補(bǔ)發(fā)的方法解決上述問題，但補(bǔ)發(fā)次數(shù)有限，在通道質(zhì)量較差時(shí)，仍會(huì)發(fā)生重要信息(如SOE)丟失的現(xiàn)象。(3)應(yīng)答式規(guī)約往往采用整幀校驗(yàn)的方式，由于一幀信息量較大，因此出錯(cuò)的概率較大，校驗(yàn)出錯(cuò)后就必須整幀丟棄，并阻止重發(fā)幀，出現(xiàn)由于出錯(cuò)棄幀的情況時(shí)，必須經(jīng)過重新詢問，RTIJ才重發(fā)前面由于出錯(cuò)而被丟棄的數(shù)據(jù)幀，從而更加降低了實(shí)時(shí)性。(4)規(guī)約一般適用于多個(gè)子站和一個(gè)主站間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。二、電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信協(xié)議體系及協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化體系由廠站內(nèi)系統(tǒng)、主站與廠站之間、主站側(cè)系統(tǒng)三個(gè)層次組成。(一)基本遠(yuǎn)動(dòng)任務(wù)配套標(biāo)準(zhǔn)IEC60870-5．101簡介從20世紀(jì)90年代以來，國際電工委員會(huì)’FC．57技術(shù)委員會(huì)為適應(yīng)電力系統(tǒng)及其他公用事業(yè)的需要，制定了一系列遠(yuǎn)動(dòng)傳輸規(guī)約的基本標(biāo)準(zhǔn)，這些規(guī)約共分5篇，即：IEC60870-5-1遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng)第5部分傳輸規(guī)約第一篇傳輸幀格式(1990年)IEC60870-5-2遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng)第5部分傳輸規(guī)約第二篇鏈路傳輸規(guī)則(1992年)IEC60870-5-3遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng)第5部分傳輸規(guī)約第三篇應(yīng)用數(shù)據(jù)的一般結(jié)構(gòu)(1992年)IEC60870-5-4遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng)第5部分傳輸規(guī)約第四篇應(yīng)用數(shù)據(jù)的定義和編碼(1993年)IEC60870-5-5遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng)第5部分傳輸規(guī)約第五篇基本應(yīng)用功能(1995年)IEC60870-5-101(基本遠(yuǎn)動(dòng)任務(wù)配套標(biāo)準(zhǔn))針對(duì)IEC60870—5基本標(biāo)準(zhǔn)中的FTl．2異步式字節(jié)傳輸(。Asynchronousbytetransmission)幀格式，對(duì)物理層、鏈路層、應(yīng)用層、用戶進(jìn)程做了大量具體的規(guī)定和定義。IEC60870-5-101所定義的基本應(yīng)用功能允許在其定義的范圍內(nèi)根據(jù)具體情況和要求作適當(dāng)選擇。為了使兼容遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備之間能進(jìn)行互換，IEC60870-5-101還對(duì)類型標(biāo)識(shí)和傳送原因等規(guī)定了嚴(yán)格的定義，也允許在其定義之外由制造廠和用戶另行定義，但對(duì)其嚴(yán)格定義的內(nèi)容，兼容遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備不得違反。DL／T634-5-10l一2002《遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng)第510l部分：傳輸規(guī)約基本遠(yuǎn)動(dòng)任務(wù)配套標(biāo)準(zhǔn)》(IEC60870-5-101：2002V．2)標(biāo)準(zhǔn)等同采用IEC60870-5-101《遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng)第5部分傳輸規(guī)約第101篇基本遠(yuǎn)動(dòng)任務(wù)配套標(biāo)準(zhǔn)》(2002)。在編寫過程中，經(jīng)廣泛征求意見，并結(jié)合我國國情對(duì)IEC60870-5-10l主要在以下方面進(jìn)行了選擇：(1)全部采用。IEC60870-5-101中對(duì)物理層、鏈路層、非平衡傳輸規(guī)則、基本應(yīng)用功能