6變電站自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信.ppt

1、第6章 變電站自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信,6-1 數(shù)據(jù)通信概述,數(shù)據(jù)通信的內(nèi)容很廣,計算機與計算機、一個系統(tǒng)與另一個系統(tǒng)，計算機內(nèi)部各部件間、CPU與存儲器、磁盤及人機接口設(shè)備之間的信息交換都時數(shù)據(jù)通信的范疇。,變電站自動化系統(tǒng)實質(zhì)上是由多臺微機組成的分層分布式的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)部實現(xiàn)各子系統(tǒng)內(nèi)部和各子系統(tǒng)之間的信息交換和實現(xiàn)信息共享，系統(tǒng)與調(diào)度/控制中心通信。,1、變電站自動化系統(tǒng)與調(diào)度/控制中心的通信,不設(shè)獨立的遠動裝置，由自動化系統(tǒng)的上位機或通信控制機執(zhí)行遠動功能,變電站向控制中心發(fā)送測量和監(jiān)視信息,變電站從控制中心接收數(shù)據(jù)和控制命令,6-2 變電站自動化系統(tǒng)信息傳輸?shù)膬?nèi)容,變電站層(站控層)

2、間隔層(單元層)過程層(設(shè)備層), 過程層與間隔層間的信息交換,間隔層（單元層）的設(shè)備大多數(shù)需要從過程層（設(shè)備層）的電壓和電流互感器采集正常和事故情況下的電壓值和電流值，采集設(shè)備的狀態(tài)信息和故障診斷信息,2、變電站自動化系統(tǒng)內(nèi)部的信息傳輸, 間隔層內(nèi)部的信息交換,多個IED之間的數(shù)據(jù)交換,如，保護、控制、測量之間的數(shù)據(jù)交換, 間隔層和變電站層的通信,測量及狀態(tài)信息,操作信息,參數(shù)信息,正常及事故情況下的測量值和計算值，開關(guān)位置等,開關(guān)的分、合命令 主變分接頭位置調(diào)節(jié),保護和自動裝置的整定值等,變電站層的內(nèi)部通信,變電站層的不同設(shè)備之間的通信,6-3 變電站自動化系統(tǒng)對通信網(wǎng)絡(luò)的要求,1、通信網(wǎng)

3、絡(luò)的要求,快速的實時響應(yīng)能力及時傳輸現(xiàn)場的實時運行信息和操作控制信息,高可靠性電力系統(tǒng)連續(xù)運行，網(wǎng)絡(luò)也連續(xù)運行,優(yōu)良的電磁兼容性能電源、雷擊、跳閘等強電磁干擾和地電位差的干擾, 分層式結(jié)構(gòu)每層都要有合適的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng), 開放性互聯(lián)、擴展、集成,2、信息傳輸響應(yīng)速度和優(yōu)先級,不同類型和特性的信息要求傳送的時間差異很大 經(jīng)常傳輸?shù)谋O(jiān)視信息 如：監(jiān)視、計量 突發(fā)事件產(chǎn)生的信息 如：故障,各層次之間和每層內(nèi)部傳輸信息時間：,過程層和間隔層， 1100ms,間隔內(nèi)各個模塊間，1100ms,間隔層的各個間隔單元之間，1100ms,間隔層和變電站層之間，101000ms,變電站的各個設(shè)備之間1000ms,變電站

4、和控制中心之間 1000ms,6-4 數(shù)據(jù)通信的基本原理,1、數(shù)據(jù)通信方式,并行數(shù)據(jù)傳輸,數(shù)據(jù)的各位同時傳送，同時接收； 8位、16位數(shù)據(jù)總線； 傳輸速度快； 傳輸距離短（10m內(nèi)）。,串行接口 EIS-RS-232C、 EIS-RS-485,串行數(shù)據(jù)傳輸,數(shù)據(jù)一位一位順序傳送； 節(jié)約傳輸線； 適合遠距離傳輸； 傳輸速度慢。,2、串行數(shù)據(jù)通信的方向結(jié)構(gòu),串行傳輸按信息傳輸方向和時間可分為： 單工通信、半雙工通信和全雙工通信三種方式,（1）單工通信 僅能在一個方向傳輸信息，不能反方向傳輸,（2）半雙工通信 信息可以雙向傳輸，但不能同時傳輸，在任一通信時刻，只能向一個方向傳輸。,（3）全雙工通信

5、通信雙方可同時進行雙向傳輸信息。兩個傳輸方向完全獨立。,效率高，造價也高,3、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo),數(shù)據(jù)傳輸速率 比特率S bit/s 波特率B 調(diào)制速率，每秒傳送的波形的個數(shù),信道容量 指物理信道能夠傳輸信息的最大能力，bit/s 帶寬 bandwidth 指傳輸模擬信號的頻帶寬度 誤碼率 指二進制碼元在數(shù)據(jù)傳輸中被傳錯的概率,4、數(shù)據(jù)同步方式,在串行傳輸中要保證發(fā)送信號在接收端能被正確接收，一般須采用數(shù)據(jù)同步技術(shù)。 常用的同步技術(shù)有兩種：異步數(shù)據(jù)傳輸、同步數(shù)據(jù)傳輸 （1）異步數(shù)據(jù)傳輸 異步傳輸方式中，發(fā)送的每一個字符均帶有起始位、停止位和可供選擇的奇偶校驗位。 起始位表示開始，停止位

6、表示字符結(jié)束，構(gòu)成一幀。 傳輸中，每個字符都要用起始位和結(jié)束位，占用時間,異步通信的格式,一般信息幀,ASCII碼幀,（2）同步傳輸 同步傳輸方式中，在數(shù)據(jù)快的開始處集中使用同步字符來作為傳送的開始。 同步字符SYN是特殊的碼元組合，通知接收裝置一個字符塊的開始。 控制字符可包括幀的長度。,同步字符，例如：CDT規(guī)約，同步字符EB90H，連發(fā)3個，占6字節(jié)，低位先發(fā)，高位后發(fā)，每字的低編號字節(jié)先發(fā)，高字節(jié)后發(fā),5、多路復(fù)用（multiplexing）技術(shù),一條物理線路上建立多條通信信道的多路復(fù)用技術(shù),多路復(fù)用方式：,時分多路復(fù)用TDM（time division multiplexing） 將

7、線路用于傳輸?shù)臅r間劃分成若干個時間段，每個用戶對應(yīng)一個時間段,頻分多路復(fù)用FDM（frequency division multiplexing） 將一條具有一定帶寬的線劃分成若干個占有較小帶寬的信道，一用戶一信道,波分多路復(fù)用WDM（wavelength division multiplexing） 將一系列載有信息但波長不同的光信號通過多路復(fù)用器合成一束，光纖傳輸,6、遠距離通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu),由信息源、發(fā)送設(shè)備、傳輸介質(zhì)、接收設(shè)備、接收者等部分組成 單向遠距離數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖,信息源信息的產(chǎn)生者 發(fā)送設(shè)備將信息源與傳輸介質(zhì)匹配，便于傳送 接收設(shè)備完成發(fā)送設(shè)備的反變換 接收者信息接

8、收設(shè)備,傳輸介質(zhì),有線通道：形式 載波、光纖、電話線 介質(zhì) 雙絞線、同軸電纜、光纖,無線通道：形式 微波、無線 擴頻 介質(zhì) 地面微波、衛(wèi)星微波、無線電,信號在通道傳輸過程中，由于干擾，接收端收到的信號可能與發(fā)送端發(fā)出的信號不同，因此需要進行差錯檢查。,調(diào)制解調(diào)器 modem,調(diào)制器 modulator 把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號傳送出去 調(diào)制器是波形變換器,解調(diào)器 demodulator 檢測模擬信號，再把它轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號 解調(diào)器是波形識別器,6-5 變電站自動化系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò),1、通信網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu),網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點的相互連接方式,點對點結(jié)構(gòu),星形結(jié)構(gòu),中央控制型,二節(jié)點之間,總線結(jié)構(gòu),共享一條

9、鏈路,環(huán)形結(jié)構(gòu),中繼器接收一條鏈路的數(shù)據(jù)，并以同樣的速度串行地傳送到另一條鏈路,中央節(jié)點,2、串行總線通信網(wǎng)絡(luò),變電站綜合自動化系統(tǒng)的串行數(shù)據(jù)通信主要是,數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE (Data Terminal Equipment),數(shù)據(jù)電路端接設(shè)備DCE (Data Circuit-terminating Equipment),RTU 計量表 圖形設(shè)備 計算機,直接發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的設(shè)備 如：調(diào)制解調(diào)器,（1）EIA-RS-232C接口,美國電子工業(yè)協(xié)會EIA制定,機械特性,選用DB25的結(jié)構(gòu)，作為其連接器,DTE采用針式結(jié)構(gòu)，DCE采用孔式結(jié)構(gòu),電氣特性,RS-232C采用負邏輯工作 邏輯“1”用負

10、電平（-5-15V）表示 邏輯“0”用正電平（+5+15V）表示 接口信息速率 20 kbps，常用300、600、1200、2400、4800、9600 bps 信號線上總負載電容不超過2500pF，通常多芯電纜具有150pF/m的電容，所以最大傳輸距離是15m.,EIA-RS-422A/423A接口標(biāo)準,RS-232C 發(fā)送和接收公用一根地線 共模信號不可避免進入信號傳輸系統(tǒng),RS-422A 平衡驅(qū)動和差分接收 消除信號地線，抗干擾大大增強,RS-423A 差分接收器，接收器的另一端接發(fā)送信號地,（3）EIA-RS-485接口標(biāo)準,RS-422標(biāo)準的變形，電氣特性相同 RS-422，全雙工

11、，兩對平衡差分線 RS-485，半雙工，一對平衡差分線,點對點遠程通信電氣連接圖,RS-422,RS485,多點互連電氣連接圖 RS485,節(jié)約信號線，便于聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng),（4）EIA-RS-232C、422A/423A、RS-485主要技術(shù)性能,（5）串行總線通信網(wǎng)絡(luò)的局限性,RS-485通信接口，僅32個節(jié)點； 通信方式為查詢方式，效率低； 只能一個主節(jié)點，其余從節(jié)點，主節(jié)點故障成通信的瓶頸； 通信規(guī)約缺乏統(tǒng)一標(biāo)準。,（1）現(xiàn)場總線的定義(四種) 用于現(xiàn)場儀表與控制主機系統(tǒng)之間的一種開放的、全數(shù)字化的、雙向、多站的通信系統(tǒng)。 廣義上是控制系統(tǒng)與現(xiàn)場檢測儀表、執(zhí)行裝置進行雙向數(shù)字通信的串

12、行總線系統(tǒng)。 基于智能化儀表及現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)FCS。 一種數(shù)字化的串行雙向通信系統(tǒng)。,3、現(xiàn)場總線通信網(wǎng)絡(luò),（2）現(xiàn)場總線的分類,總線按照長度分類: 1）毫米級：芯片內(nèi)總線 2）厘米級：芯片間總線、元件總線 3）分米級：機箱內(nèi)總線（Multi-bus、STD、PCL、ISA、PCI等） 4）十米級：機柜間總線（RS232、GPIB、VME、VXI等） 5）千米級：現(xiàn)場總線（FF、Profibus等）,現(xiàn)場總線按照數(shù)據(jù)通信寬度分類,1）傳感器現(xiàn)場總線（數(shù)據(jù)寬度為位）： 適用于簡單的開關(guān)裝置和輸入輸出位的這類通信：Seriplex總線、AS-i總線等。 2）裝置現(xiàn)場總線（數(shù)據(jù)寬度為字節(jié)）： 適

13、用于以字節(jié)為單位的裝置類通信：Interbus總線、DriveNET總線和CAN總線等。,3）全服務(wù)的現(xiàn)場總線（數(shù)據(jù)寬度為數(shù)據(jù)流或模塊Block）： 以報文通信為主，除了對裝置進行讀取數(shù)據(jù)外，還包括一些對裝置的操作和控制功能：FF總線、Lonworks總線、Hart總線等。,現(xiàn)場總線按照應(yīng)用行業(yè)分類,1）過程控制（連續(xù)生產(chǎn)過程）用現(xiàn)場總線：FF的HI、Profibus-PA等 2）離散控制用現(xiàn)場總線：Profibus-DP、Device-NET等 3）樓宇自動化用現(xiàn)場總線：Lonworks等 4）車輛制造業(yè)用現(xiàn)場總線：CAN等 5）飛機制造業(yè)用現(xiàn)場總線：SwiftNet等 6）農(nóng)業(yè)及養(yǎng)殖業(yè)用現(xiàn)

14、場總線：P-Net等,（3）現(xiàn)場總線的技術(shù)特點,1）現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò) 用于過程以及制造自動化的現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表互連的通信網(wǎng)絡(luò)。 2）現(xiàn)場設(shè)備互連 傳感器、變送器和執(zhí)行器等，這些設(shè)備通過一對傳輸線互連。 3）互操作性 現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表種類繁多，互相連接不同制造商的產(chǎn)品是不可避免的。性能價格比最優(yōu)的產(chǎn)品，并將其集成在一起，實現(xiàn) “即接即用”;用戶希望對不同品牌的現(xiàn)場設(shè)備統(tǒng)一組態(tài)，構(gòu)成所需要的控制回路。,現(xiàn)場總線與RS232、RS485的區(qū)別,現(xiàn)場總線與計算機網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別,RS232、RS485只能代表通信的物理介質(zhì)層和鏈路層，編寫應(yīng)用程序，不符合ISO/OSI的規(guī)范，不通用。 現(xiàn)場總線以ISO/OS

15、I模型為基礎(chǔ)，具有完整的軟件支持系統(tǒng)，通用。,現(xiàn)場總線是一種實時控制網(wǎng)絡(luò)，連接自動化最底層的現(xiàn)場控制器和現(xiàn)場智能設(shè)備，傳輸小批量數(shù)據(jù)信息。局域網(wǎng)傳輸大批量的信息，實時性要求不高。 現(xiàn)場總線強調(diào)在惡劣環(huán)境，計算機網(wǎng)絡(luò)在辦公場所。,LonWorks 技術(shù)特點,1）LonWorks 現(xiàn)場總線,（4） 變電站自動化系統(tǒng)中常用的現(xiàn)場總線, 神經(jīng)元芯片 (Neuron Chip) 神經(jīng)元芯片是LonWorks技術(shù)的核心，它不僅是LON總線的通信處理器，而且是具有I/O和控制的通用處理器。神經(jīng)元芯片已提供了LonTalk協(xié)議的第1-6層，開發(fā)者只需用Neuron C語言開發(fā)。 神經(jīng)元芯片包括3個8位微處理器

16、 媒體訪問控制處理器（MAC processor) 網(wǎng)絡(luò)處理器（Network processor） 應(yīng)用處理器 （Application processor） RAM、ROM、EPROM,管理通信,用戶開發(fā), 收發(fā)器模塊 LonWorks收發(fā)器模塊在神經(jīng)元芯片和網(wǎng)絡(luò)之間提供通信接口，有多重介質(zhì)的收發(fā)器模塊可供選擇。網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)有雙絞線、電力線、同軸電纜和光纖等。, LonTalk通信協(xié)議 LonTalk通信協(xié)議支持OSIRM的所有七層模型，是直接面向?qū)ο蟮木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議。 LonTalk協(xié)議通過神經(jīng)元芯片實現(xiàn)，不僅提供介質(zhì)存取、事務(wù)確認和點對點通信服務(wù)；還提供一些如認證、優(yōu)先級傳輸、廣播組播消息等

17、高級服務(wù)。,基于LNS的軟件工具 LNS（LonWorks Network Operating System） LonWorks技術(shù)有多種基于LNS的工具，用于LON網(wǎng)絡(luò)的維護和組態(tài); LonMaker是圖形化工具，用于圖形繪制、系統(tǒng)調(diào)試和網(wǎng)絡(luò)的維修保養(yǎng)； 節(jié)點開發(fā)工具NodeBuilder； 節(jié)點和網(wǎng)絡(luò)安裝工具LonBilder； 網(wǎng)絡(luò)管理工具LonManage以及客戶服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架LNS技術(shù)。, CAN總線的性能特點,總線式結(jié)構(gòu)。一對雙絞線，雙向傳輸，簡單 多主方式工作 點對點、一點對多點及全局廣播方式傳送和接收數(shù)據(jù) 網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點信息分成不同的優(yōu)先級，可滿足不同的實時要求 非破壞性總線仲裁

18、技術(shù)，兩節(jié)點同時發(fā)送，優(yōu)先級低的節(jié)點主動停止數(shù)據(jù)發(fā)送。 節(jié)點數(shù)主要取決于總線驅(qū)動電路 短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為8 CRC校驗及其他檢錯措施，抗干擾能力強,2）CAN 現(xiàn)場總線,CAN Controller Area Net（控制器局域網(wǎng)） 一種支持分布式控制、實時控制的串行通信局域網(wǎng)絡(luò), CAN總線的通信協(xié)議,分為物理層、傳送層和目標(biāo)層 物理層 傳輸介質(zhì)可用差分驅(qū)動平衡雙絞線、光纖 通信協(xié)議層 支持4種報文幀： 數(shù)據(jù)幀攜帶數(shù)據(jù)由發(fā)送器至接收器； 遠程幀通過總線單元發(fā)送，以請求發(fā)送具有相同標(biāo)識符的數(shù)據(jù)幀； 出錯幀由檢測出總線錯誤的任何單元發(fā)送； 超載幀用于提供當(dāng)前的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀的附加延遲

19、。 目標(biāo)層 包括確認哪個信息是要發(fā)送的；確認傳送層接收到的信息；為應(yīng)用提供接口。,IEC61850標(biāo)準選定的通信網(wǎng)絡(luò) 隨機爭用型介質(zhì)訪問控制方法，即CSMA/CD 采用總線型拓撲結(jié)構(gòu) 傳輸媒介為同軸電纜或光線 采用IEEE802-3標(biāo)準,4、以太網(wǎng)（Ethernet）局域網(wǎng)絡(luò),IEEE802各標(biāo)準之間的關(guān)系,IEEE802.3 CSMA/CD訪問控制法,CSMA/CD數(shù)據(jù)發(fā)送原理,載波監(jiān)聽總線 即先聽后發(fā) （Listen Before Talk） 總線沖突檢測 即邊聽邊發(fā) （Listen while Talk）,采用CSMA/CD方法的流程圖,CSMA/CDCarrier Sense Mult

20、iple Access With Collision Detection載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測,一種隨機爭用型介質(zhì)訪問控制方法,（1）標(biāo)準以太網(wǎng)（10 Mbit/s）,早期的10Mbit/s以太網(wǎng) 傳輸媒介：雙絞線或光纖,（2）快速以太網(wǎng)（100 Mbit/s）,保留了10Mbit/s以太網(wǎng)的所有特征 只將每個比特的發(fā)送時間有100ns降低到10ns 物理層100Base-T標(biāo)準 100Base-TX：全雙工，5類數(shù)據(jù)級雙絞線 100Base-FX：全雙工，光纖 100Base-T4：半雙工，4對雙絞線,（3）千兆以太網(wǎng)（1000 Mbit/s）,傳輸媒介：雙絞線或光纖,（4）萬兆以太網(wǎng)（

21、10 Gbit/s）,提供廣域網(wǎng)接口; 全雙工 采用64/66B的線路編碼 傳輸媒介：光纖; 傳輸距離1040km,5、嵌入式以太網(wǎng),實時操作系統(tǒng)（RTOS-Real Time Operating System）是指當(dāng)外界事件或數(shù)據(jù)產(chǎn)生時，能夠接受并以足夠快的速度予以處理，其處理的結(jié)果又能在規(guī)定的時間之內(nèi)來控制生產(chǎn)過程或?qū)μ幚硐到y(tǒng)作出快速響應(yīng)，并控制所有實時任務(wù)協(xié)調(diào)一致運行的操作系統(tǒng)。 提供及時響應(yīng)和高可靠性是其主要特點 實時操作系統(tǒng)有硬實時和軟實時之分，硬實時要求在規(guī)定的時間內(nèi)必須完成操作，這是在操作系統(tǒng)設(shè)計時保證的；軟實時則只要按照任務(wù)的優(yōu)先級，盡可能快地完成操作即可。我們通常使用的操作系

22、統(tǒng)在經(jīng)過一定改變之后就可以變成實時操作系統(tǒng)。,嵌入式系統(tǒng) IEEE（國際電氣和電子工程師協(xié)會）定義： “用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機器和設(shè)備的裝置”。原文為：Devices Used to Control， Monitor or Assist the Operation of Equipment， Machinery or Plants. 國內(nèi)普遍認同的嵌入式系統(tǒng)定義為：以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。,嵌入式以太網(wǎng),嵌入式系統(tǒng)中實現(xiàn)以太網(wǎng)技術(shù) 即基于微處理器、微控制器的軟、硬件環(huán)境，使用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議內(nèi)嵌在R

23、TOS之中,6、工業(yè)以太網(wǎng),適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的需求 采用交換式集線器和全雙工通信,特點 應(yīng)用廣泛: 成本低廉: 通信速率高 軟硬件資源豐富: 可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Υ? 易于與企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)（Intranet）和互聯(lián)網(wǎng)（Internet）連接:能實現(xiàn)辦公自動化網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的信息無縫集成。,6-6 差錯檢測技術(shù),信息在傳輸過程中，由于噪聲或中斷等干擾，使接收端收到的信息發(fā)生差錯造成誤碼。 差錯檢測技術(shù)和糾正技術(shù) 差錯檢測技術(shù)就是采用有效的編碼方法對要傳輸?shù)男畔⑦M行編碼，并按約定的規(guī)則附上若干碼元（稱監(jiān)督碼），作為信息編碼的一部分，傳輸?shù)浇邮斩?。接收端則按約定的規(guī)則對所收到的碼進行檢驗，若所得出的監(jiān)督碼與發(fā)

24、出端傳輸過來的監(jiān)督碼不匹配，則表明接收信息有誤，這就是“檢錯”。,1、奇偶校驗 在幀中每一字末端附上一個奇或偶校驗碼元,2、縱向冗余校驗 把一幀信息看成一個兩維空間排列的字符塊 橫向進行奇偶校驗； 縱向也進行奇偶校驗，產(chǎn)生一個額外的字符，即縱向冗余校驗,3、循環(huán)冗余校驗CRC-cyclic redundancy check CRC對數(shù)據(jù)塊進行校驗,4、累加和校驗,6-7 變電站與控制中心的信息傳輸規(guī)約,變電站向控制中心傳送的信息，稱為“上行信息” 控制中心向變電站發(fā)送的信息，稱為“下行信息” 統(tǒng)稱為“遠傳信息” 1、變電站遠傳的信息 遙測、遙信、遙控、遙調(diào) 2、變電站信息傳輸規(guī)約 循環(huán)式遠動規(guī)

25、約CDT（cyclic digital transmit）; IEC問答式信息傳輸規(guī)約（Polling 規(guī)約）； IEC 60870-5遠動設(shè)備和系統(tǒng)第五部分：傳輸規(guī)約系列規(guī)約; DNP3分布式網(wǎng)絡(luò)規(guī)約（distributed network protocol - 3）,6-8 電力系統(tǒng)的遠動無縫通信傳輸協(xié)議 （IEC 61850協(xié)議）,1、IEC61850標(biāo)準協(xié)議的主要內(nèi)容,IEC 61850-1 基本標(biāo)準 包括適用范圍和目的，定義了變電站內(nèi)IED之間的通信和相關(guān)系統(tǒng)的要求，并論述了制定一個適用標(biāo)準的途徑和如何如何對待通信技術(shù)革新等問題。,(2) IEC 61850-2 術(shù)語 給出了IEC6

26、1850文檔中涉及的關(guān)于變電站自動化系統(tǒng)的特定術(shù)語及其定義。,(3) IEC 61850-3 一般要求 包括質(zhì)量要求（可靠性、可維護性、系統(tǒng)可用性、輕便性、安全性、數(shù)據(jù)完整性）環(huán)境條件（溫度、濕度、大氣壓力、機械振動、電磁干擾等），輔助服務(wù)，并根據(jù)其他標(biāo)準和規(guī)范對相應(yīng)的特定要求提出建議。,(4) IEC 61850-4 系統(tǒng)和工程管理 本部分規(guī)定了對系統(tǒng)和項目管理的要求，包括工程要求（參數(shù)分類、工程工具、文件），系統(tǒng)使用周期（產(chǎn)品版本、工程交接、工程交接后的支持），質(zhì)量保證（責(zé)任、測試設(shè)備、典型測試、系統(tǒng)測試、工廠驗收、現(xiàn)場驗收）等。,(5) IEC 61850-5 功能和裝置模型的通信要求

27、規(guī)范了變電站自動化系統(tǒng)所完成功能的通信要求和設(shè)備模型，包括邏輯節(jié)點概念和分類列表、邏輯節(jié)點應(yīng)用、功能定義和分類、報文類型及性能要求、時間要求、數(shù)據(jù)完整性要求等。,(6) IEC 61850-6 變電站自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)語言 對IED的配置、通信系統(tǒng)的配置、系統(tǒng)參數(shù)配置、設(shè)備和系統(tǒng)屬性的形式語言描述、配置文件描述等進行了詳細的規(guī)范描述。,(7) IEC 61850-7 變電站和饋線設(shè)備的基本通信結(jié)構(gòu) 變電站之間協(xié)調(diào)工作和通信體系的描述 1）IEC 62850-7-1 原理和模型； 2）IEC 62850-7-2 抽象通信服務(wù)接口ACSI，包括抽象通信服務(wù)接口的描述、抽象通信服務(wù)的規(guī)范，以及服務(wù)數(shù)據(jù)庫

28、模型； 3）IEC 62850-7-3 公共數(shù)據(jù)級別和屬性； 4）IEC 62850-7-4 兼容的邏輯節(jié)點類和數(shù)據(jù)類，包括邏輯節(jié)點分類、數(shù)據(jù)對象及其邏輯尋址。,(9) IEC 61850-9 特殊通信服務(wù)映射SCSM 1）IEC 62850-9-1 通過單向多路點對點串行通信鏈路的采樣值傳輸。應(yīng)用于間隔層和過程層內(nèi)以及間隔層與過程層之間的通信映射； 2）IEC 62850-9-2 通過ISO/IEC 8802-3的采樣值傳輸。,(10) IEC 61850-10 一致性測試 規(guī)定了變電站自動化系統(tǒng)和設(shè)備通信方面的一致性測試方法，還給出了設(shè)置測試環(huán)境的準則，規(guī)定了互操作的等級。,(8) IEC

29、 61850-8 特殊通信服務(wù)映射SCSM SCSM-special communication service mapping 映射到制造報文規(guī)范MMS（manufacturing messaging specification），即ISO9506-1、ISO9506-2和ISO/IEC8801-3，包括通信棧、設(shè)備模型的映射，服務(wù)一致性代碼，制造報文規(guī)范一致性。即變電站層和間隔層內(nèi)部，及其變電站層和間隔層之間的通信映射。,總體上，標(biāo)準有四個方面： （ 1）功能建模 從變電站自動化系統(tǒng)邏輯節(jié)點的途徑（access of logical nodes）和通信信息片（piece of inform

30、ation for communication）出發(fā)，定義了變電站自動化的功能建模，即IEC 62850-5。 （2）數(shù)據(jù)建模 采用模型對象的方法，定義了基于服務(wù)器/客戶端結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)模型，即標(biāo)準的IEC61850-7-3、IEC61850-7-4。 （3）通信協(xié)議 定義了數(shù)據(jù)訪問機制和向具有通信協(xié)議棧的映射，如在變電站層和間隔層之間的網(wǎng)絡(luò)采用抽象通信服務(wù)接口ACSI映射到MMS，即IEC61850-8-1。 （4）變電站自動化系統(tǒng)工程和一致性測試 定義了基于結(jié)構(gòu)化語言XML（extended markup language）描述變電站和自動化系統(tǒng)的拓撲，即IEC61850-6。為驗證互操作性，

31、IEC61850-10描述了標(biāo)準的一致性。,三層結(jié)構(gòu),2、 IEC61850標(biāo)準協(xié)議的體系結(jié)構(gòu),站控層網(wǎng)絡(luò)：以太網(wǎng),過程層網(wǎng)絡(luò)： (試驗階段),二層網(wǎng)絡(luò),變電站層,間隔層,過程層,過程層（process level）功能 完成所有與過程接口的功能，即完成開關(guān)量的輸入/輸出、模擬量采集和控制命令的發(fā)送等。 實際上是與一次設(shè)備，如斷路器、互感器接口,間隔層/單元層（bay level）功能 實現(xiàn)使用一個間隔的數(shù)據(jù)并且作用于該間隔一次設(shè)備的功能，即與各種遠方輸入/輸出、傳感器和控制器接口。 設(shè)備有：微機保護、自動控制裝置、測量裝置和RTU等,變電站層（station level）功能 站級的監(jiān)視控制

32、、站域控制、通信系統(tǒng)和對時系統(tǒng)等，實現(xiàn)對全站設(shè)備的監(jiān)視、控制、告警及信息交換功能，完成數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制（SCADA）、操作閉鎖、以及相量采集、電能量采集、保護信息管理等相關(guān)功能,IF1：在間隔層和變電站層之間交換保護數(shù)據(jù),IF2：在間隔層和遠方保護之間交換保護數(shù)據(jù),IF3：在間隔層內(nèi)交換數(shù)據(jù),IF4：在過程層和間隔層之間CT和VT瞬時數(shù)據(jù)交換,IF5：在過程層和間隔層之間交換控制數(shù)據(jù),IF6：在間隔層和變電站層之間交換控制數(shù)據(jù),IF7：在變電站層和遠方工程師工作站之間交換數(shù)據(jù),IF8：在間隔層之間直接交換數(shù)據(jù)，特別快速功能例如互鎖,IF9：在變電站層之間交換數(shù)據(jù),IF10：在變電站層和遠方工

33、程師工作站之間交換控制數(shù)據(jù),接口的意義:,3、 IEC61850標(biāo)準協(xié)議的技術(shù)特征,（1）分布、分層的體系結(jié)構(gòu),（2）應(yīng)用于通信分離的靈活機制,（3）面向?qū)ο?、面向?yīng)用開放的自我描述,（4）數(shù)據(jù)對象統(tǒng)一建模技術(shù),（5）支持不同的和變化的系統(tǒng)原則,4、 變電站采用IEC61850標(biāo)準協(xié)議的優(yōu)越性,（1）實現(xiàn)全球范圍內(nèi)的互操作性,（2）系統(tǒng)獨立于飛速發(fā)展的通信技術(shù),（3）易于擴展和更新,（4）實現(xiàn)更廣泛的系統(tǒng)集成,（5）開放的無縫通信解決方案,5、 IEC61850標(biāo)準協(xié)議的一致性測試,（1）必要性 使不同廠家的設(shè)備之間實現(xiàn)無縫連接,（2）內(nèi)容 配置文件的測試 數(shù)據(jù)模型的測試 ACSI模型和服務(wù)映

34、射測試,（3）類型 靜態(tài)一致性測試 動態(tài)一致性測試,（4）結(jié)果 通過，失敗，未測（無此項功能）,本章結(jié)束,6-4 局域網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用,互連和通信是局域網(wǎng)的核心 網(wǎng)絡(luò)依據(jù)網(wǎng)絡(luò)的屬性分類 拓撲結(jié)構(gòu)：點對點、星型、總線、環(huán)行 軟件：網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)Windows NT、Windows 2000 Server 協(xié)議: 協(xié)議軟件TCP/IP、網(wǎng)卡驅(qū)動程序 網(wǎng)絡(luò)作用范圍： 局域網(wǎng)LANLocal Area Network，直徑小于10km 城域網(wǎng)MANMetropolitan Area Network,城市范圍 廣域網(wǎng)WANWide Area Network，遠程網(wǎng),1、計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議,（1）引例郵政系

35、統(tǒng)模型,分層 用戶、郵局、運輸 層間關(guān)系 相鄰層通過接口聯(lián)系； 下層為上層提供服務(wù)； 具體細節(jié)對上層屏蔽 協(xié)議（約定） 各層均有協(xié)議； 對等層協(xié)議相同 結(jié)構(gòu)體系 各層次及其協(xié)議的集合,（2）計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu), 層次結(jié)構(gòu),計算機網(wǎng)絡(luò)十分復(fù)雜； 分解為若干個容易處理的子系統(tǒng)； 結(jié)構(gòu)化設(shè)計； 分層是系統(tǒng)分解的最好辦法之一。,一般分層結(jié)構(gòu),計算機網(wǎng)絡(luò)的層次模型, 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議, 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),計算機網(wǎng)絡(luò)中，為使計算機之間或計算機與終端之間能正確地傳遞信息，必須在有關(guān)信息傳輸順序、信息格式和信息內(nèi)容等方面有一組約定或規(guī)則，這組約定或規(guī)則就是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議三要素：語義、語法、規(guī)則,計算機網(wǎng)絡(luò)的層

36、次及其協(xié)議的集合,（3）網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參考模型ISO/OSI,OSI參考模型/OSI七層模型,數(shù)據(jù)的實際傳遞過程,（4）OSI基本參考模型各層功能,2、局域網(wǎng)的基本概念,（1）局域網(wǎng)的特點,覆蓋的地理范圍小 以微機為主要對象 通常屬于某個單位或部門 數(shù)據(jù)速率高 管理方便 價格低廉 實用性強，使用廣泛,（2）局域網(wǎng)的分類,按拓撲結(jié)構(gòu)分類; 按傳輸?shù)男盘柗诸? 基帶、寬帶,按網(wǎng)絡(luò)使用的傳輸介質(zhì)分類; 按介質(zhì)訪問的控制方式分類 共享介質(zhì)局域網(wǎng)、交換局域網(wǎng),（3）局域網(wǎng)的組成,硬件,網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器 網(wǎng)絡(luò)工作站 網(wǎng)卡 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 傳輸介質(zhì),軟件,系統(tǒng)軟件 應(yīng)用軟件,3、局域網(wǎng)的參考模型與協(xié)議標(biāo)準,IEEE802

37、提出的 局域網(wǎng)參考模型（LAN/RM）,局域網(wǎng)大多采用共享信道，當(dāng)通信局限于一個局域網(wǎng)內(nèi)部時，任意兩個結(jié)點之間有唯一的鏈路，即網(wǎng)絡(luò)層的功能可由鏈路層來完成，所以局域網(wǎng)中不單獨設(shè)立網(wǎng)絡(luò)層。高層功能由具體的局域網(wǎng)操作系統(tǒng)來實現(xiàn)。, 局域網(wǎng)參考模型,LAN/RM中各層功能,物理層,為物理實體間提供發(fā)送和接收比特的能力，一對物理實體能確認出兩個介質(zhì)訪問控制(MAC)子層實體間同等層比特單元的交換。 實現(xiàn)電氣、機械、功能和規(guī)程的匹配。 提供發(fā)送和接收信號的能力，包括對寬帶的頻帶分配和對基帶的信號調(diào)制。,數(shù)據(jù)鏈路層,負責(zé)把不可靠的傳輸信道轉(zhuǎn)換成可靠的傳輸信道，傳送帶有校驗的數(shù)據(jù)幀，采用差錯控制和幀確認技術(shù)

38、。,兩個子層： 邏輯鏈路控制LLC （Logic Link Control） 介質(zhì)訪問控制MAC （Medium Access Control）,LLC子層向高層提供一個或多個邏輯接口（具有幀發(fā)和幀收功能）。發(fā)送時把要發(fā)送的數(shù)據(jù)加上地址和CRC檢驗字段構(gòu)成幀，介質(zhì)訪問控制時把幀拆開，執(zhí)行地址識別和CRC校驗功能，并具有幀順序控制和流量控制功能。 MAC子層支持數(shù)據(jù)鏈路功能，并為LLC子層提供服務(wù)。支持CSMA/CD、token ring、token bus等介質(zhì)訪問控制方式。具體功能包括：它將上層交下來的數(shù)據(jù)封裝成幀進行發(fā)送（接收時進行相反過程，將幀拆卸）、實現(xiàn)和維護MAC協(xié)議、比特差錯檢驗和

39、尋址等。,CSMA/CDCarrier Sense Multiple Access With Collision Detection, IEEE802標(biāo)準,IEEE802委員會為局域網(wǎng)制定了一系列標(biāo)準，通稱為IEEE802標(biāo)準。,IEEE802.1標(biāo)準 定義了局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)管理和網(wǎng)際互連協(xié)議。 IEEE802.2標(biāo)準 定義了邏輯鏈路控制（LLC）子層功能與服務(wù)。 IEEE802.3標(biāo)準 定義了CSMA/CD總線介質(zhì)訪問控制子層與物理層規(guī)范。 IEEE802.4標(biāo)準 定義了令牌總線（token bus）介質(zhì)訪問控制子層與物理層規(guī)范。 IEEE802.5 標(biāo)準 定義了令牌環(huán)（token ring)介質(zhì)訪問控制子層與物理層規(guī)范。,IEEE802各標(biāo)準之間的關(guān)系,4、共享介質(zhì)局域網(wǎng)（Shared Lan ）,IEEE802.2標(biāo)準定義了三種： 采用CSMA/CD介質(zhì)訪問控制方式的總線形局域網(wǎng)； （ CSMA/CD 載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測） 采用token bus介質(zhì)訪問控制方式的總線形局域網(wǎng)； 采用token ring介質(zhì)訪問控制方式的環(huán)形局域網(wǎng)。,網(wǎng)絡(luò)中所有結(jié)點共享一條公共通信傳輸介質(zhì),（1）IEEE802.3 CSMA/CD訪問控制法, CSMA/CD數(shù)據(jù)發(fā)送