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P1第六章变电站综合自动化系统的数据通信P2变电站综合自动化通信系统（一）变电站自动化系统的现场级通信主要是自动化系统内部各子系统与上位机（站极监控机）和各子系统之间的数据通信和信息交换问题，其范围是变电站内部。（二）变电站自动化系统与上级调度（控制）完成变电站与远方调度（控制）中心的信息交换。P32019/8/136.1变电站内的信息传输在具有变电站层――间隔层（单元层）――过程层（设备层）的分层分布式自动化系统中，需传输的信息有以下几部分:6.1.1过程层与间隔层的信息交换过程层提供的信息主要有两种：★模拟量★状态信息，主要为断路器或间隔刀闸的辅助触点。6.1.2间隔层内设备间的通信间隔层设备间内部通信，主要解决两个问题：★数据共享★互相闭锁P42019/8/146.1变电站内的信息传输6.1.3间隔层与变电站层的通信间隔层和变电站层的通信内容很丰富，概括起来有以下4类：★测量信息★状态信息★操作信息★参数信息6.1.4变电站层的内部通信变电站层不同设备间的通信，根据各设备任务和功能的特点，传输所需的测量信息、状态信息和操作信息等。P5通信系统的组成信息源和信息接收者发送设备传输介质接收设备信息源编码调制传输介质译码解调接收者发送设备接收设备噪声干扰P6信号的传输方式基带传输（不进行调制，适合短距离通信）载波传输宽带网（2M）异步传输模式ATM（AsynchronousTransferMode）通信方式单工通信半双工通信全双工通信P7通信工作方式通信系统的工作方式按照消息传送的方向和时间，可分为单工通信，半双工通信和全双工通信等三种方式。单工通信是指消息只能按一个方向传送的工作方式。半双工通信是指消息可以双向传输，但两个方向的传输不能同时进行，只能交替进行。全双工通信是指通信双方可同时进行双向传送消息的工作方式。P8串行通信的传输方式单工通信半双工通信全双工通信数据流数据流半双工数据流全双工A发送器B接收器A发送器接收器B发送器接收器A发送器接收器B发送器接收器P9通信方式串行通信与并行通信的对比通信——智能设备之间的信息交换。通信方式——并行通信、串行通信并行通信：数据的各位同时发送或同时接收优点:传送速度快缺点:不便长距离传送串行通信：按照一定的格式一位一位地顺序传送数据。信息在一根信号线上传输。优点:便于长距离传送缺点:传送速度较慢P10并行通信：数据有多少位，就需要多少根传输线，传送速度快。数据位数多、传输距离远时传输成本高。计算机“主机”部件之间，如CPU与存储器、CPU与接口电路，多采用并行方式传输数据。并行通信通常是以“字节”为单位进行信息传输的。计算机计算机或外设●●●D0Dn状态控制并行通信方式并行通信方式连接P11串行通信方式连接串行通信：数据在一根信号线上传输。远距离通信时，可以利用现有的电话线作为传输介质，降低传输线路的成本。串行数据传输主要出现在接口与外部设备、计算机与计算机之间。PC系列机上有两个串行异步通信接口、键盘、鼠标器与主机间采用串行数据传送。需要进行数据格式转换。计算机计算机或外设状态控制串行通信方式在变电站综合自动化系统内部，各种自动装置间或继电保护装置与监控系统间，为了减少连接电缆，简化配线，降低成本，常采用串行通信。P12异步通信和同步通信异步通信依靠起始位、停止位保持通信同步。数据传送按帧传输，一帧数据包含起始位、数据位、校验位和停止位。特点：异步通信对硬件要求较低，实现起来比较简单、灵活，适用于数据的随机发送/接收，但因每个字节都要建立一次同步，即每个字符都要额外附加位，所以工作速度较低，在单片机中主要采用异步通信方式。P13同步通信依靠同步字符保持通信同步。由1～2个同步字符和多字节数据位组成，同步字符作为起始位以触发同步时钟开始发送或接收数据；多字节数据之间不允许有空隙，每位占用的时间相等；空闲位需发送同步字符。同步通信传输速度较快，但要求有准确的时钟来实现收发双方的严格同步，对硬件要求较高，适用于成批数据传送。P14串行通信的一些名词术语发送时钟和接收时钟（1）发送时钟：并行的数据被送入移位寄存器后，通过移位寄存器由发送时钟进行移位（变成串行数据）输出，数据位的时间间隔可由发送时钟周期来划分。（2）接收时钟：将串行数据序列逐位移入移位寄存器而装配为并行数据序列的过程。P15比特率、波特率及时钟频率与波特率的关系（1）数据传输速率也称比特率（BitRate）–每秒传输的二进制数码的位数bps–字符中每个二进制位持续的时间长度都一样，为数据传输速率的倒数（2）波特率（BaudRate）–每秒传输数据信息的个数–当进行二进制数码传输，且每位时间长度相等时，比特率还等于波特率。过去，串行异步通信的数据传输速率限制在50bps到9600bps之间。现在，可以达到115200bps或更高。P16比特率、波特率及时钟频率与波特率的关系（3）波特率因子–接收时钟/发送时钟频率是波特率的倍数。例：波特率=9600bps，波特率因子=16，则接收时钟和发送时钟频率=9600×16=153600HzP17串行通信的同步措施（1）设置波特率。波特率是指单位时间内传送的位数，单位是比特/秒。（2）设置数据的传送格式。一般地串行通信在传送数据时，并不是单纯地传送数据位信息。为了使数据传送可靠，还设定了其他一些辅助位。（3）设置波特率因子。发送时钟和接收时钟的频率可以是波特率的数倍，一般取16倍、32倍或64倍。这个倍数就称为波特率因子。P18信号的调制与解调（1）调制（Modulating）–把数字信号转换为电话线路传送的模拟信号（2）解调（Demodulating）–将电话线路的模拟信号转换为数字信号（3）调制解调器MODEM–具有调制和解调功能的器件合制在一个装置P19基本的调制方法（1）调幅（AM）即载波的振幅随数字信号而变化。例如，0对应于无载波输出，而1对应于有载波输出。（2）调频（FM）即载波的频率随数字信号而变化。例如，0对应于频率f1，而1对应于频率f2。（3）调相（PM）即载波的初始相位随数字信号而变化。例如，0对应于相位0度，而1对应于180度。P20串行通信的检错和纠错1、奇偶校验在所传输的有效数据中附加冗余位（即检验位）。利用冗余位的存在，使整个信息位（包括有效位和检验位）中“1”的个数具有奇数或偶数的特性。这种利用信息位中“1”的个数的奇偶性来达到检验目的的编码称为奇偶校验码。使整个信息位“1”的个数奇数的编码叫奇校验码；而使整个信息位“1”的个数为偶数的编码叫偶校验码。附加的信息位称为奇偶校验位，简称校验位。P212、CRC校验CRC（CyclicRendundancyCheek）是循环冗余校验的缩写字，它是利用编码原理，对传送的二进制码序列以一定的规则产生一定的校验码，并将校验码放在二进制序列之后，形成符合一定规则的新的二进制码序列（称为编码），并将新的二进制码序列发送出去。在接收时，就根据信息和校验码之间所遵循的规则进行检测（称为译码），从而检测出传输过程中是否发生差错。CRC校验是对整个数据块进行校验，所以同步串行通信都采用CRC校验。串行通信的检错和纠错P22串行通信接口P23常见串行总线串行通信的格式及约定（如：同步方式、通讯速率、数据块格式、信号电平……等）不同，形成了多种串行通信的协议与接口标准。常见的有：☞通用异步收发器(UART)☞通用串行总线（USB）☞I2C总线☞CAN总线☞SPI总线☞RS-485，RS-232C，RS422A标准……等等P24常用的串行通信接口一、RS232C美国电子工业协会EIA制定的通用标准串行接口–1962年公布，1969年修订–1987年1月正式改名为EIA-232D设计目的是用于连接调制解调器现已成为数据终端设备DTE（例如计算机）与数据通信设备DCE（例如调制解调器）的标准接口可实现远距离通信，也可近距离连接两台微机属于网络层次结构中的最低层：物理层P251)RS232C的机械特性232C接口标准使用一个25针连接器绝大多数设备只使用其中9个信号，所以就有了9针连接器P262)RS232C的功能引脚及说明引脚定义P272)RS232C的功能引脚及说明引脚定义P283）两智能设备之间串行通信连接电话线MODEM微机2345678202223456782022MODEM23456782022数据装置准备好DSR数据终端准备好DTR发送数据TxD接收数据RxD请求发送RTS允许发送CTS信号地GND载波检测CD振铃指示RI微机23456782022P29示例：微机保护与计算机的通信P30RS232的不足之处接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与TTL电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。传输速率较低，在异步传输时，波特率最高只能达到19200bps。接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。传输距离有限——在微机保护装置之间不易形成网络连接。P31二、RS4851、RS-485具有以下特点：RS-485的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+（2—6）V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-（2—6）V表示。接口信号电平比RS-232降低了，就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL电路连接。RS-485的数据最高传输速率为10Mbps。RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好。RS-485接口的最大传输距离实际上可达3000米，另外RS-232接口在总线上只允许连接1个收发器，即单站能力。而RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器。便于实现微机保护装置的网络连接，从而实现建立在网络基础上的变电站综合自动化系统。P32RS485的网络连接既可以用于一个装置内部多CPU通信，也可以用于微机保护装置之间的网络连接。P33变电站自动化系统的信息传输网络表6-1几种常用的串行通信标准接口的主要性能RS232CRS-422RS-485操作方式单端差分差分最大电缆距离15m1200m1200m最大传输速率(bps)12m20K(15m)10M10M120m-1M1M1200m-100K100KP34三、通用串行总线——USB1、特点：RS422/485的优点：①接口简单，仅需一根信号电缆（双绞线、同轴电缆），便可实现多节点互联。②可采用标准传输规约，例如：IEC60870-5-103协议（我国行标为DL/T667-1999）由于以上优点，间隔层设备间的通信以前常采用RS-232或RS-485串行接口。RS422/485缺点：①能连接的通信点数≤32个。②通信多为查询方式P35三、通用串行总线——USB1、特点：(1)较高的传输速率USB1．1支持全速和低速2种方式。全速速率为12Mb／s，低速速率为1．5Mb／s；USB2．0除支持USB1．1的2种速度方式外，还增加了速率可达480Mb／s的高速方式。(2)使用方便灵活，USB支持即插即用和热插拔，它允许在任何时候连接和断开外设，当外设被连接时，系统会自动检测到外设并准备使用。(3)他易于扩展通过根集线器可携带127个设备，真正实现多个外设共用一个接口。(4)USB还有可靠性高、成本低、功耗小等优点。P362、USB控制器P37四、控制器局域网现场总线——CAN1.现场总线通信网络现场总线定义根据国际电工委员会IEC（InternationalElectro-technicalCommission）标准和现场总线基金会FF（FieldbusFoundation）的定义：现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。以现场总线构成的控制系统，结构上是分散的。从而彻底改变了传统的控制系统的体系结构，提高了控制系统的安全、可靠和经济性能。P38现场总线的优点：现场总线按ISO的OSI标准提供了网络