配电网自动化技术课程设计-站控通信规约和通信管理机通信程序设计 (1).doc

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1、目 录一、意义及设计背景3二、设计目的3三、设计内容和要求3四、设计内容分析4五、设计原理41、召唤式应答规约42、越限43、遥测54、遥信55、遥控56、SOE57、通信帧的格式58、循环码校验6六、详细设计71、功能码72、下行报文帧结构设计，即主站对子站的命令。83、上行报文帧结构设计，即子站对主站的响应。9 4、全报文数据结构的设计. 125、信息的传送原则126、查表法137、CRC表的产生158、IED通信传输和接受的流程图16七、设计总结17参考文献：18一、设计目的及背景 电力系统：是由大量的发电机、变压器、电力线路和负荷等设备有机的构成，由生产、传输、分配、消费电能的各种电气

2、设备按照一定方式连接的整体。也即：发电变电输电配电用户五个部分构成。而本课程设计就是配电网系统里所研究的内容里的一个方面，即：站控通信规约和IED通信程序设计。IED(Intelligent Electronic Device)智能电子设备：由一个或多个微处理器组成，完成特定的功能，能向外部装置发送信息，并能接受外部指令的装置。特征：微处理器和，具有通信接口，具有独立时钟。现代自动化系统普遍采用现场分布式的结构，IED设备是最重要的设备之一。实现现场信息的采集、命令执行、当地功能。数据通信是各类智慧设备之间的通信，为了保证通信的正常进行，和其它通信方式一样，应该在通信系统中规定一个统一的通信标

3、准，即通信的内容是什么、如何通信、何时通信，都必须在通信的实体之间达成大家都能接受的协议，这些协议就被称为通信协议，规约。本次课程设计的目的是通过对设计用于通信管理机和IED通信的规约来熟悉变电站自动化系统的信息的通信方式的原理。通过对规约中队通信信息的流的帧结构和信息字(遥测信息字、遥信信息字、遥控信息字、SOE)的结构的设计、 以及根据信息的传送重要性确定信息的传送原则、校验方式的选择和程序流程图的设计。配电自动化系统结构 变电站综合自动化系统分为两层：变电站层和现场层。低电压等级的变电站：智能电子设备保护和监控合二为一。而我们所要研究的就是通信网路之间的通信规约和IED的信息采集和控制命

4、令的下达。这就相当于人的神经中枢、如血管如淋巴，所以对于一个网络来说有着不言而喻的作用。一个网络若是通信规约出现了混乱出现了二意，则相当于十字路口没有了交通灯，将会混乱不堪。设计目的1、加深对配电网自动化课程中基本概念和计算方法的掌握和理解。2、掌握信息传送帧结构的设计。3、理解掌握循环码监督码的计算方法，循环码的生成多项式。4、掌握用查表法实现CRC-16校验码生成和校验。5、了解主机规约传输和接收的程序流程，并画出流程图。三、设计内容和要求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

5、、校验方式选用CRC-16校验方式。生成多项式g(x)=x16+x15+x5+15、用查表法实现CRC-16校验码生成和校验。6、设计主机规约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。8、编写程序9、撰写设计报告。四、设计内容分析1、根据题目要求，IED和通信管理机之间的通信时通过RS485总线或CAN总线进行串行通信。2、IED和通信管理机之间进行通信时采用的通信规约是召唤式应答规约。3、需要设计遥测帧结构、遥信帧结构、遥控帧结构、事件顺序记录（SOE）帧结构以及越限信息的帧结构。4、校验方式为CRC16，用查表法实现校验码生成和实现，需要设计校验子程序的流程图。5、

6、根据信息传送的重要性区别确定出信息的传送原则。6、设计主机规约传输和接收的流程图。五、设计原理1、召唤式应答规约问答通信方式由主站掌握遥测、遥信通信的主动权，主站轮流询问IED设备，各IED设备只有在接到主站询问后才可以回答（报送数据），主站主动，依此轮流询问各个子站。如被询问的子站无数据传送，就转向询问下一子站。如被询问的子站又数据发送，一般就在数据送完后再转向询问下一个子站。为了提高效率，通常遥信采用变位传送，遥测采用越阈值传送。2、越限 电力系统运行时，各种电气参数受约束条件的限制，不能超过一定得现值，母线的电压不能太高或太低，功率传送不能太高，当电气量超过一定的范围时，对其参数应及时进

7、行检查，如超越限值，应进行警告。告警上限：当模拟量变化超过此值时，进行告警并记录。告警下线：当模拟量变化低于此值时，进行告警并记录。上复位限：低于告警上限的一个值，当值低于此值时，认为模拟量恢复正常。下复位限：高于告警下限的一个值，当值高于此值时，认为模拟量恢复正常。如果运行参数由于某些原因在限值附近波动时，就会出限越限和复限不断交替，频繁告警，为了减少这种情况，通过设置“越限呆滞区”来缓解。当运行参数超越上限， 图中的a点时，判为越上限，可发出越上限告警信号。此后当运行参数回落到b 点以下，才判为复限，而两外的1、2两点不作撤警和重新告警处理。同理c、d段被判为连续地越下限状态。越限呆滞区:

8、给定的一个量值，即上限和上复位限的差值或下复位限和下限的差值。3、遥测：将远方厂、站需要测量的被测量，应用FTU中的微机采样并预处理后，利用通信技术经通信通道送到调度端的MS，储存并显示。遥测量包括母线电压，功率、线路电流、主变有功、无功、油温、频率及一些需要了解的非电量等各种模拟量。根据被测信息的重要性，可将YC量分为重要遥测、次要遥测、一般遥测。4、遥信：将远方厂、站的设备运行状态信号、保护信号、应用FTU采集后，利用通信技术经通信通道送到调度端的MS，储存并显示。5、遥控：调度端MS应用通信技术，通过通信通道对远方厂、站的FTU管理的设备发送状态控制命令，相应的设备接受命令并执行。6、S

9、OE：记录状态量发生变化的时刻的先后顺序。7、通信帧的格式帧的格式如下图所示。帧帧头 信息包 FCS 帧尾包头 数据 目的地址 源地址 包长度 功能码（1）帧由帧头、信息包和FCS16bit(CRC)及帧尾组成。帧头：0x7E，长度为：1BYTE； 帧尾：0x7C，长度为：1BYTE；FCS：16bit CRC（即CRC-16），由Packet形成。 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，信息包和FCS中出现0x7E、0x7C、0x7D分别转义为：0x7D 0x5E、0x7D 0x5C、0x7D 0x5D（原字节和0x20异或）。（2）信息包

10、由包头和数据组成。包头由目的地址，源地址，功能码和包长度组成。8、循环码校验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,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整除，并把n位的循环码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

11、以同样的生成多项式。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。我们把原来的资料表示为，它是一个n阶的多项式，表示为：=+式中为0或1 ，x为伪变数，并用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：=+通过除以CRC多项式后，得到一个余数和商,这个就是我们需要的CRC校验值，上述用公式表示：=*+ CRC16校验方式的生成多项式为g(x)=+ +1六、详细

12、设计1、功能码功能码(H) 下行功能码上行0x04发送YX命令0x14发送YX信息0x05发送YC命令0x15发送YC信息0x06发送YK预令0x16发送YK预令信息0x07发送YK动令0x08发送报告越限命令0x18发送越限信息0x09发送SOE命令0x19发送SOE信息2、下行报文帧结构设计，即主站对子站的命令。帧头目的地址源地址包长度功能码数据FCS帧尾帧头为：0x7E，长度为：1BYTE；目的地址即主站地址为EEH，占1BYTE；源地址即现场设备地址为20H3EH，占1BYTE；包长度：整个帧字数之和，根据实际要求确定其长度的大小；FCS：CRC-16，占2 BYTE；帧尾为：0x7C

13、，长度为：1BYTE；由于遥信量、遥控量、遥测量、越限、SOE、全报文帧结构中帧头、帧尾、目的地址、源地址、FCS均相同（功能码上表已给出），区别只在于数据和包长度（根据实际要求确定其大小），故只要设计各自帧结构中的数据结构，以下是详细帧结构中数据结构的设计。（1）遥测帧结构的设计方式个数编号1编号n个数：主站所要采集的信息量的数目，数目为12个；占1BYTE；编号：遥信信息量的编号，编号为112；1BYTE；方式：表示发送的遥测量是全部遥测量、所需要的n个遥测量还是分段遥测量；11表示选取全部遥测量，10表示选取n个量，并标明各个量的编号；00表示选取一定范围内按顺序的遥测量。（2）遥控帧结

14、构的设计方式个数编号1状态编号n状态个数：开关量的个数；占1BYTE；编号：开关量的编号；占1BYTE；方式：表示发送的是全部开关量、所需要的n个开关量还是分段开关量；11表示选取全部开关量，10表示选取所需要的n个开关量，并标明各个量的编号；00表示选取一定范围内按顺序的开关量；占1BYTE。状态：反映各开关状态的改变； 00表示开关由合到分，11表示开关由分到合，占1BYTE； 下行遥控动令数据结构设计下行遥控动令帧结构中无数据。 (3) 下行遥信数据结构设计方式个数编号1编号n个数：主站所要采集的信息量的数目，数目为20；占1BYTE；编号：采集量的编号，编号为120；1BYTE； 方式

15、：表示发送的遥信量是全部遥信量、所需要的n个遥信量还是分段遥信量；11表示选取全部遥信量，10表示选取n个量，并标明各个量的编号；00表示选取一定范围内按顺序的遥信量。（4）SOE下行帧结构中无数据。（5）下行越限帧结构中无数据。3、上行报文帧结构设计，即子站对主站的响应。帧头目的地址源地址包长度功能码数据FCS帧尾帧头为：0x7E，长度为：1BYTE；目的地址即主站地址为EEH，占1BYTE；源地址即现场设备地址为20H3EH，占1BYTE；包长度：整个帧字数之和，根据实际要求确定其长度的大小；FCS：CRC-16，占2 BYTE；帧尾为：0x7C，长度为：1BYTE；由于遥信量、遥控量、遥

16、测量、越限、SOE、全报文帧结构中帧头、帧尾、目的地址、源地址、FCS均相同（功能码上表已给出），区别只在于数据和包长度（根据实际要求确定其大小），故只要设计各自帧结构中的数据结构，以下是详细帧结构中数据结构的设计。（1）遥信帧结构的设计方式个数编号1数值编号n数值个数：主站所要采集的信息量的数目，占1BYTE；编号：开关量的编号；1BYTE； 数值：反映各个开关的状态，11表示开关合，00表示开关分； 方式：表示发送的遥信量是全部遥信量、所需要的n个遥信量还是分段遥信量；11表示选取全部遥信量，10表示选取所需要的n个量，并标明各个量的编号；00表示选取一定范围内按顺序的遥信量；占1BYTE

17、。（2）遥测帧结构的设计方式个数编号1数值编号n数值个数：主站所要采集的信息量的数目；占1BYTE；编号：信息量的编号；占1BYTE；数值：反映测得各个信息量的值，占1BYTE；方式：表示发送的遥测量是全部遥测量、所需要的n个遥测量还是分段遥测量；11表示选取全部遥测量，10表示选取n个量，并标明各个量的编号；00表示选取一定范围内按顺序的遥测量。（3）遥控帧结构的设计方式个数编号1状态编号n状态个数：现场设备开关的个数；占1BYTE；编号：开关量的编号；占1BYTE；方式：表示发送的是全部开关量、所需要的n个开关量还是分段开关量；11表示选取全部开关量，10表示选取所需要的n个开关量，并标明

18、各个量的编号；00表示选取一定范围内按顺序的开关量；占1BYTE。状态：反映各开的状态的改变；00表示开关由合到分，11表示开关由分到合；占1BYTE。（4）SOE帧结构的设计方式个数编号1状态时间编号n状态时间个数：发生变位的开关的个数，占1BYTE；编号：发生变位的开关的编号，占1BYTE；方式：表示发送的是全部开关量、所需要的n个开关量还是分段开关量；11表示选取全部开关量，10表示选取所需要的n个开关量，并标明各个量的编号；00表示选取一定范围内按顺序的开关量；占1BYTE。状态：反映开关状态的改变；00表示开关由合到分，11表示开关由分到合；占1BYTE；时间：反映发生开关变位时的时

19、间；包括年、月、日、时、分、秒，其中年占2BYTE；月、日、时、分、秒各占1BYTE；共占7 BYTE；（5）越限帧结构的设计方式个数编号1状态时间编号n状态时间个数：发生越限报警的开关的数目；占1BYTE；编号：发生越限报警的开关的编号；占1BYTE；方式：表示发送的是全部开关量、所需要的n个开关量还是分段开关量；11表示选取全部开关量，10表示选取所需要的n个开关量，并标明各个量的编号；00表示选取一定范围内按顺序的开关量；占1BYTE。状态：反映开关越限的种类；20H表示越告警上限，21H表示越告警下限，22H表示越上复位限，23H表示越下复位限。时间：反映开关量发生越限时的时间；包括年

20、、月、日、时、分、秒，其中年占2BYTE；月、日、时、分、秒各占1BYTE；共占7 BYTE；.4、全报文数据结构的设计 下行全报文数据的设计YX量个数YX量编号1.YX量个数nYC量个数YC量编号1.YC量编号nYX量个数YX量编号1YX量个数nYC量编号1YC量编号n特殊标志位上行全报文数据设计特殊标志位：开关位发生异常时的标志，即发生SOE和越限 ；有SOE时，用F1H 表示，无SOE时，用F2H表示；发生开关量越限时，用F3H表示，无开关量越限时，用F4H表示；既有SOE又有越限时，用FFH表示；两个都没有时，用F0H表示；占1BYT.5、信息的传送原则（1）正常传送信息时，要求快速准

21、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，子站仍然没有响应，则在等待10分钟以后再对其进行询问。6、查表法 查表法，是使用预先算好的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

22、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，可这是以付出内存为代价的，因为，必须预先在程序中存在一个CRC值与其索引值有一个一一对应的关系。不像逐位法那样，每次移入一个位，就进行运算，查表法师每次移入一个位元组，得到索引值，然后，与这个索引值做异或运算。粗略的看起来，所用的时间为逐位法的1/5（具体根据计算机的指令周期而定）左右。 以下是八位数据CRC查表流程图如下初始化CRC寄存器产生CRC表索引CRC左移N位CRC与表数据作异或运算数据结束吗结束开始最后异或运算（可选）演示代码如下：Void CRC16_Table(unsigned char *pMsg,unsigned ch

23、ar len)Unsigned char j;Unsigned int CRCindex;.For(j=0:j8)*pMsg;CRC16Temp=8; CRC16Temp=CRC16TableCRCindex; . 7、CRC表的产生 由于数据通常以字节（当然也可以字的形式）形式出现，因此以8位数据产生所需要的CRC表，共计256个，以便在提高速度的同时可以节约内存。产生表的过程就是分别求出从0x00-0xFF的CRC值，然后按照这个影射关系构成的一个数据表。当然，有两种办法来实现，一个是在运行时，通过调用CRC表程序来产生。其次，是用工具预先形成数据表，然后将其放在ROM中。 CRC校验的子

24、程序流程 程序为： void GenCRC16Table( ) unsigned int i,j; for(i=0;i256;i+) CRC16Temp=I; CRC16Temp=8; for(j=0;j8;j+) if(CRC16Temp&0x8000) CRC16Temp=1; CRC16Temp=CRCPOLY16; else CRC16Temp=1; CRC16Tablei= CRC16Temp; 8、IED通信传输和接受的流程图七、设计总结课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到

25、这句千古名言的真正含义我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础 本次的课程设计是要设计用于变电站自动化系统的通信规约，主要是通信管理机和IED通信的规约，主要内容为设计帧结构，涉及每一类信息的传送帧格式及所采用的校验码的选择。本次课程设计，对我来说很有难度的，刚开始不知该怎么弄，但是经过向董老师请教和与同学的讨论，以及查阅相关专业书籍，上网搜集资料，我顺利的完成了这次的课程设计任务，锻炼了独立解决问题的能力，使我感到真正的进步和自我满足。通过本次课程设计，使我懂得了要将平时的理论知识应用到实际中去并非易事，是需要很多的努力的，通过这次课程设计使我对通信规约中的“四遥”及整个IED系统有了更深刻的了解和掌握，为以后在工作岗位上更好的应用专业技能奠定了基础，除此之外，还让我明白了如何积极主动的学习以及通过自学的一些方法，培养了自学的兴趣。参考文献：【1】 王世政，李靖霞电网调度自动化与配网自动化技术北京：中国水利水电出版社，2006【2】 付周兴，王清亮，董张卓电力系统自动化北京：中国电力出版社，2006【3】 许克明，熊炜配电网自动化系统重庆：重庆大学出版社，2007【4】 柳永智，刘晓川电力系统远动北京中国电力出版社，2006【5】 张永健电网监控与调度自动化北京中国电力出版社，2007