站控通信规约和IED通信程序设计

《配电网自动化技术》课程设计任务书题目站控通信规约和IED通信程序设计学生姓名学号专业班级设计内容与要求1．背景变电站自动化系统，普遍采用分布式的监视和控制系统。各类IED装置和通信管理机进行通信。通信管理机实现IED信息集结和控制命令的下达。循环冗余校验CRC（CyclicRedundancyCheck）是一种重要的校验方式。编码简单且误判概率低，在电力自动化通信系统中得到了广泛的应用。2.设计内容和要求设计用于通信管理机和IED通信的规约，规约采用召唤式应答方式，实现YC、YX、YK及SOE和越限信息的传送。用循环冗余校验码进行校验。IED中YC量≤12个，YX量≤20。设计IED的通信程序。具体内容如下：1)根据功能要求，确定传输的内容（命令）编码，在此基础上设计出帧结构。2)设计出每一类信息的传送帧格式。3)根据信息的传送重要性确定信息的传送原则。4)校验方式选用CRC-16校验方式。生成多项式g(x)=x16+x15+x5+15)用逐位或查表法实现CRC-16校验码生成和校验。6)设计IED中通信传输和接收的程序流程，并画出流程图。7)设计CRC校验子程序流程图。8)编写程序。9)撰写设计报告。起止时间2010年12月日至2010年12月日指导教师签名年月日系（教研室）主任签名年月日学生签名年月日一、设计的目的与意义变电站自动化系统，普遍采用分布式的监视和控制系统。各类IED装置和通信管理机进行通信。通信管理机实现IED信息集结和控制命令的下达。IED可以用于采集信息和接受命令，在约定的通讯协议下保证和其他智能设备之间正常的的数据通信。在电网调度系统中，调度中心与各厂站端RTU的数据通信每时每刻都在进行。为保证这种数据通信正常有序的进行，双方必须遵守一些共同的约定，即通信规约。通信规约的主要作用是为了保证数据通信正常的有序地进行，通信双方就传送应用数据的格式和过程做出明确的约定，约定包括数据格式、同步方式、传送速度、传送步骤、检纠错方式以及控制字符、编码及信号电平等。本设计通过对站控通信规约和IED通信程序的设计加深了通信原理和通信规约的理解，掌握了通信规约设计的基本方法，对配电网自动化有了更直观的了解，对今后的工作和学习有积极的作用。二、设计内容设计用于通信管理机和IED通信的规约，规约采用召唤式应答方式，实现YC、YX、YK及SOE和越限信息的传送。用循环冗余校验码进行校验。IED中YC量≤12个，YX量≤20。设计IED的通信程序。具体内容如下：（1）根据功能要求，确定传输的内容（命令）编码，在此基础上设计出帧结构。（2）设计出每一类信息的传送帧格式。（3）根据信息的传送重要性确定信息的传送原则。（4）校验方式选用CRC-16校验方式。生成多项式g(x)=x16+x15+x5+1（5）用逐位或查表法实现CRC-16校验码生成和校验。（6）设计IED中通信传输和接收的程序流程，并画出流程图。（7）设计CRC校验子程序流程图。（8）编写程序。（9）撰写设计报告。A.问答式规约问答式规约是一个以通信管理机（控制中心）为主动方的远东数据传输规约。IED（厂站）厂站自动化系统只有在控制中心询问以后，才向发送方回答信息。控制中心按照一定的规则向各个厂站自动化系统的实际状态，向控制中心回答各种报文。控制中心也可按需要对厂站自动化系统发出各种控制报文，厂站自动化系统正确接收控制报文后，按要求输出控制信号。问答式规约只有在需要传送信息时才使用通道，因而允许多个厂站自动化系统分时共享通道资源。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，绝对不允许主动上报信问答式规约的优点有：（1）问答式规约允许多台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）问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）问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。问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）问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）问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。B.帧格式通讯帧格式帧帧头包FCS帧尾包头数据包序号功能码包长度命令（1）帧格式如上图所示。帧由帧头(Frameheader)、包(Packet)、和FCS[16bit](CRC)及帧尾(Flag[8bit])组成。帧头为：0x7E，长度为：1BYTE；帧尾为：0x7C，长度为：1BYTE。FCS为：16bitCRC（即CRC-16），由Packet形成，不包括帧头、FCS和帧尾。帧发送时，高字节在前，低字节在后，例如发送256,先发送0x01，再0x00。帧发送时，包和FCS中出现0x7E、0x7C、0x7D分别转义为：0x7D0x5E、0x7D0x5C、0x7D0x5D（原字节和0x20异或）。(2)包由包头（Packetheader）和数据（data）组成。包头由包序号、包长度(Length[16bit])、命令(Command[8bit])和参数(Parameters[N*8bit])组成。包序号有0xAA和0x55两种。当发送相同内容包数据时，该包的包序号保持0xAA或0x55；当发送不相同内容包数据时，该包的包序号需与）0xFF异或。包长度为命令、参数和数据的字节个数之和。C.循环冗余校验码循环码是一种常用的校验码，是线性分组码中的一个重要子类。它有严格的代数结构，用代数方法可以找出许多编码效率高、检错纠错能力强的循环码来。由于循环码的编码和检错方法简单，而且具有了许多有效的纠错方法，所以得到了广泛的应用。对于一个长度位k的二进制信息码元，用MX)(表示。发送装置将产生一个r位的码元序列，称为监督码序列，，用RX)(表示，附加在k位的信息码元序列后面，组成总长度为n位（n=k+r）的循环序列码CX)(,使得这个n位的循环码序列，可以被某个预定的生成多项式GX)(整除，并把n位的循环码CX)(作为一帧信息发送出去。接收装置对接收到的n位码元的帧，除以同样的生成多项式GX)(。当无余数时，则认为没有错误，这就是循环冗余校验的实质。实现CRC的基本原理，简单的说，就是原始数据通过某种算法，得到一个新的数据，而这个新的数据与原始数据有着固有的内在联系。通过把原始数据和新数据组合在一起，形成新的数据，因此这个新数据具有自我校验的能力。我们把原来的数据表示为P)x(，它是一个n阶的多项式，表示为：P)x(=xaxnnnn2211a…+ax011a式中ai为0或1，x为伪变量，并用xi指明各位间的排列位置。因此，一个8位的二进制数01001001可以表示为：P)x(=x70+x61+x50+x40+x31+x20+x10+x01P)x(通过除以CRC多项式GX)(后，得到一个余数Rx)(和商Qx)(,这个Rx)(就是我们需要的CRC校验值，上述用公式表示：P)x(=Qx)(*GX)(+Rx)(CRC—16校验方式的生成多项式为g(x)=x16+x15+x5+1三、设计过程1.、功能码分配表功能码用途01H连接02H回答连接03H遥控选择04H遥控执行（下行）05H遥控返校（上行）06H遥控撤销07H遥信（下行）08H遥信（上行）09H遥测（下行）0AH遥测（上行）0BHSOE（下行）0CHSOE(上行)0DH越限信息（上行）10H越限信息（下行）12H复位（下行）13H回答复位（上行）2.遥测帧结构的设计（1）下行:帧头目的地址源地址数据长度功能码命令个数编号1……编号n校验码帧尾帧头为：0x7E，一个字节。帧尾为：0x7C，一个字节。目的地址：接收到命令的设备地址，20H—3EH，占一个字节。源地址：发送命令的主站地址，EEH，占一个字节。功能码：见功能表，占一个字节。命令：33H表示采集全部遥测量；22H表示采集某个或某些遥测量。个数：需要采集的遥测量个数。校验码：两个字节。编号：遥测量的编号，1—12号，占一个字节。（2）上行：帧头目的地址源地址数据长度功能码编号1数值……编号n数值校验码帧尾帧头：0x7E，占一个字节。帧尾：0x7C，占一个字节。目的地址：主站地址：EEH，占一个字节。源地址：现场设备地址：20H—3EH，占一个字节。功能码：见功能表，占一个字节。校验码：占两个字节。编号：采集的遥测量编号，占一个字节。数值：采集的遥测量的状态，占一个字节。3.遥信帧结构的设计(1)下行：帧头目的地址源地址数据长度功能码命令个数编号1……编号n校验码帧尾编号：各遥信量的编号，1—20号，占一个字节。命令：55H表示采集全部遥信量；66H表示采集某个或某些遥测量。个数：需要采集的遥信量个数。(2)上行：帧头目的地址源地址数据长度功能码编号1数值……编号n数值校验码帧尾编号：采集的遥信量的编号，1—20号，占一个字节。数值：采集的遥信量的状态信息，占一个字节。4.遥控帧结构设计(1)下行：帧头目的地址源地址数据长度功能码编号状态校验码帧尾状态：99H表示分闸，AAH表示合闸编号：开关量的编号，占一个字节。(2)上行：帧头目的地址源地址数据长度功能码编号状态校验码帧尾编号：需要遥控的开关量的编号，占一个字节。状态：接到遥控命令后，开关改变后的状态。5.SOE帧结构的设计(1)下行：帧头目的地址源地址数据长度功能码个数编号1……编号n校验码帧尾编号：各开关的编号，占一个字节。个数：开关量的个数。(2)上行：帧头目的地址源地址数据长度E编号1状态数值……编号n状态数值校验码帧尾功能码编号：开关的编号，占一个字节。状态：99H表示分闸，AAH表示合闸。数值：反映发生开关变位时的时间，包括年、月、日、时、分、秒，其中年占两个字节，月、日、时、分、秒各占一个字节。特殊标志位：E=1表示有变位，E=0表示无变位。6.越限帧结构的设计(1)下行：帧头目的地址源地址数据长度功能码个数编号1……编号n校验码帧尾编号：各开关量的编号，占一个字节。个数：开关量的个数。(2)上行：帧头目的地址源地址数据长度功能码编号1状态数值…编号n状态数值FCS帧尾编号：发生越限的开关编号，占一个字节。状态：：用来表示越限的状态，40H表示越告警上限，41H表示越告警下限，42H表示越上复位限，43H表示越下复位限，占一个字节。数值：反映开关量发生越限时的时间，包括年、月、日、时、分、秒，其中年占两个字节，月、日、时、分、秒各占一个字节。7.传送原则（1）正常传送信息时，要求快速准确的传递信息，保证信息的实时性。在信息传递过程中，发生开关变位的信息和遥信信息最重要。（2）传递信息发生SOE和开关量越限时，开关量的越限信息最重要。在主站轮询子站时，对重要的信息量的轮询周期应尽量短。（3按照信息的重要性，遥信信息帧为一级帧，询问时间不超过10s；越限信息帧为二级帧，询问时间不超过20s；遥测信息帧，遥控信息帧，SOE信息帧为三级帧，询问时间不超过50s。（4）主机轮询子站时，如果对某一子站的询问次数超过三次后，子站仍然没有回应，则在等待10分钟以后再对其进行询问。8.查表法实现CRC-16校验码生成和校验查表法，是使用预先算好的基本CRC值，直接查出CRC值，因此，它是基于字节或字操作，避免了耗时的位运算。这就决定了它的速度会增加，由此带来功耗降低的好处，可这是以付出存储器为代价的，因为，必须预先在程序中存在一个CRC数据表。以8位数据为例，