站控通信规约和IED通信程序设计Word文件下载.docx
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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
学生签名
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。
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
（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。
（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
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。
我们把原来的数据表示为
，它是一个n阶的多项式，表示为：
=
…+
式中
为0或1，x为伪变量，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：
*
CRC—16校验方式的生成多项式为
g（x）=
+
+1
三、设计过程
1.、功能码分配表
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）
0BH
SOE（下行）
0CH
SOE（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:
目的地址
源地址
数据长度
个数
编号1
……
编号n
校验码
0x7E，一个字节。
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：
数值
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。
现场设备地址：
20H—3EH，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：
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。
采集的遥信量的编号，1—20号，占一个字节。
采集的遥信量的状态信息，占一个字节。
4.遥控帧结构设计
编号
状态
状态：
99H表示分闸，AAH表示合闸
开关量的编号，占一个字节。
需要遥控的开关量的编号，占一个字节。
接到遥控命令后，开关改变后的状态。
5.SOE帧结构的设计
各开关的编号，占一个字节。
开关量的个数。
E
开关的编号，占一个字节。
99H表示分闸，AAH表示合闸。
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
各开关量的编号，占一个字节。
1
…
n
发生越限的开关编号，占一个字节。
：
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。
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，每一个字节仅需要作一次异或操作。
表中的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，查表法是每次移入一个字节，得到其索引值，然后，与这个缩影值做异或运
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。
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存储器。
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校验的子程序流程
程序为：
voidGenCRC16Table（）//Calculation256CRCvalueswithoutbitreflection
{
unsignedinti,j;
for（i=0;
i<
256;
i++）
CRC16Temp=i;
CRC16Temp<
<
=8;
for（j=0;
j<
8;
j++）
if（CRC16Temp&
0x8000）
=1;
CRC16Temp^=CRCPOLY16;
}
elseCRC16Temp<
CRC16Table[i]=CRC16Temp;
下图是CRC查表程序流程图
9.IED中通信传输和接收的程序流程
主站向子站发送信息编码，子站中的IED装置接受后，要经过CRC校验，如果校验结果是正确的，那么子站会根据发送的编码信息解析分析，取得命令，再由子站将主站所需的数据传输给IED，然后发送给主站。
四、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，通过这次课程设计，综合运用本课所学的理论知识进行站控通信规约和IED通信程序的设计，提高了我独立学习的能力，掌握了通信规约设计的基本方法，帧结构的设计，以及用查表法对信息进行校验。
在本次课程设计中，也遇到了很多问题，对配电网系统整体认识不够，对帧结构的了解不够深刻等等。
通过老师和同学的帮助，我基本解决了遇到的问题，对这些问题有了更深刻的了解与认识。
将所学的知识用到实际中，去解决实际的问题，这是我们学习的根本目的，要牢记学以致用。
要学会分析问题的方法，要独立的思考，而不能总是依赖别人，要“敢做”，这是我本次课程设计的最大收获。
最后十分感谢帮助过我的同学和董张卓老师，这次课程设计将会对我以后的学习和生活产生积极的作用。
五、参考文献
[1]王士政．电网调度自动化与配网自动化技术．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.中国水利水电出版社，2006.
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