数据通讯及接口程序的基础知识.docx

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数据通讯及接口程序的基础知识

数据通信的基础知识及接口程序介绍

许继电网公司产品维护部

沈鸿彦200811

目录

1、数据通信的基础知识3

1.1：

信号传输3

1.2．硬件基础知识4

2、报文：

5

2.1．简介5

2.2．结构6

3、XWJK-3100系统通讯网络介绍6

3.1．XWJK-3100系统的网络构架6

3.2．LON网络及通讯规约7

3.3．IED设备的通讯7

3.4．内部通讯8

4、CBZ8000系统通讯网络介绍8

4.1．CBZ8000系统的网络构架8

4.2．IED设备的通讯9

5、关于接口程序9

5.1．应用及设置9

5.2．接口程序的编写10

1、数据通信的基础知识

1.1：

信号传输

1.1.1位和字节

二进制中的每一位0或1被称为一位，每8位构成一个字节，其范围0~255。

在一个字节中最右边的位称为0位，最左边的位称为7位，0位是最低有效位，7位是最高有效位；

1.1.2编码

在计算机中，存储器存储的最小单位是字节，信息在计算机中的存储和操作要转换为二进制。

信息的编码方式可以按内容分为文本编码和非文本编码，非文本编码是某些指可执行指令文件和图像，一个数值可以占多个字节，在通讯领域将其称为二进制数据。

1.1.3并行和串行

并行传送表示当数据在计算机之间传送时不是一个一个比特位传送，而是并行方式沿多线同时传送多个位，传送的并行位数一般是八位或八的倍数位。

串行是指数据一位一位传送。

1.1.4同步和异步

同步和异步是将数据转化为串行通信的两种方式。

异步通信方式以字符为传送单位，传送的字符之间有无规律的间隔，这样可能使接受设备不能正确接受数据，因为每接完一个字符后都不能确切知道下一个将被接受的字符从何开始。

这就需要在每个字符头、尾各附加一个比特位，用于指示字符的开始和结束。

这些附加的位称为开始位和停止位，有时也加上奇偶校验位。

同步通讯方式以块为单位发送字符，字符被有规则的分割开来，因此不再需要开始和停止位，因为一旦收到首字符时，接受设备能确切预计接收后续字符的位置，也就是说接受设备能自动与发送计算机同步。

1.1.5帧

异步串行通信情况下，构成一个字节的数据单元称为数据位，在数据位的前后加上起始位、停止位和奇偶校验位。

一个字符所使用的位数根据不同协议而不同，称为字长。

一个包含起始位、数据位、可选奇偶校验位、一个或多个停止位的字符位组称为一帧。

1.1.6起始位和停止位

起始位在每帧开始，提醒接受设备接受数据。

一个起始位是一个0，在直接连接情况下，一个0被当作正电压传输，两帧之间是负电压，因此在每一帧开始，电压从负电压向正电压转变；每个帧末尾要发送一个停止位，停止位可以是1、1.5或者2位，这就保证了每一帧之后都是低电位，而下一帧可以通过开始位的正电位来识别。

1.1.7波特率

对于基波数字信号的传输，用“数据信号传输速率”（B/S，比特/秒）来衡量传输速度，但在采用载波传送的系统中，一般采用“波特率”衡量，波特率是指发送到通信线路上的电脉冲频率，它取决于将基波信号调制成载波信号的设备性能，一般称为“调制速率”。

1.1.8握手

握手信号提供了一种控制数据流的方法，即接收设备可以控制发送设备的数据发送，当接收设备字符处理速度比字符发送速度快时，握手信号可以忽略。

握手信号可以分为硬件握手和软件握手，硬件是使用专门的握手电路（通过信号线）去控制数据的传输。

软件握手信号则是通过TxD和RxD数据线传送的，一般采用专门的标准协议如XON/XOFF和ETX/ACK。

当然也有硬件和软件结合的握手方式。

1.19传输方式

串行通信线路可以按传输方式分为单工、半双工、全双工以及多工传输方式：

单工：

数据只能按一个固定方向传输，且是非交互性的；

半双工：

通信双方既可发送又可接收，但不能同时进行；

全双工：

允许通信双方同时进行发送和接收。

多工：

采用多路复用器或多路集中器专用设备通过将一个信道划分位若干个频带或时间片的复用技术，实现多路信号同时同享信道的功能，称为多工传输方式；

1.2．硬件基础知识

1.2.1DTE与DCE

DTE（DataTerminalEquipment）称为数据终端设备，如有通信功能的保护装置以及计算机等；DCE（DataCommunicationsEquipment）称为数据通信设备，如各种网卡、调制解调器等。

1.2.2RS-232C

RS-232C是一种异步串行通信标准，其正规名称是“数据终端设备和数据通信设备之间串行二进制数据交换的接口”。

它采用一对物理连接器（DB25、DB9等），一般插座一侧为DTE，插针一侧为DCE。

在RS-232C接口数据线中，只有两根数据线2-TXD，3-RXD用于传输数据信息，其他用于控制通信。

RS-232C允许信号的传输率要在0~~20000b/s以内，实际应用中被限制最大为19200b/s；RS-232信号线上的总负载电容不能超过2500pF，由于多芯电缆大概具有“150pF/m”的电容，因此严格说来RS-232C的最大通信距离为15米，当然在减少电缆电容，维持总负载电容的情况下有可能超过此限制。

1.2.3RS-422/485

由于RS-232C标准的信号传输速率以及线路长度都比较小，而且由于其电气特性而易受干扰，因此为了解决以上问题制订了RS-422A标准，它采用平衡驱动和差分接收方法，消除了信号地线，抗干扰能力增强，传输速率和线路长度大大提高。

RS-422A接口采用两对平衡差分信号线，可以实现全双工通信方式，而RS-485属于RS-422的一种变型，它只取一对平衡差分信号线，因此采用半双工通信方式。

RS-485主要应用于要求使用较少信号线的很多工业环境中，特别是多个子站互联，可以节省大量信号线。

由于RS-485是半双工通信方式，因此在多站互联时，某一时刻只有一个站可以发送数据，其他站只能接收，其发送电路必须由使能端加以控制。

对于每一个子站来讲，RS-422和RS-485的驱动/接收电路没有多大差别。

在实际应用中，可以将RS-422的TXD+、RXD+以及TXD-、RXD-短接起来即成为RS-485接口。

1.2.4调制解调器

Modem属于DCE设备，利用它来实现从数字信号到模拟信号之间的相互转换。

定义：

Modem接收DTE设备的串行数据，转化为模拟信号，称为调制，而将模拟信号转化为数字信号的过程称为解调。

调制方法：

对应于波形的幅值、频率、相位三大特征，Modem有三种调制方法：

幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK），Modem通过正弦波在某种特征量的两个值之间变换来表示0和1的变换。

应用：

Modem主要用于计算机信号与载波信号的互相转化，且绝大多数采用全双工通信方式，采用的是RS-232C接口。

2、报文：

2.1．简介

报文是指一组按照一定规则组合在一起的，具有完整意义的字符字节。

报文在传输过程中是按照二进制传输的，而对外是以十六进制表示的。

2.2．结构

一般以“帧”来作为报文的基本单位（与上文中的帧含义不同），脱离了整个组而分析单个字符字节是无意义的。

由于报文是由所采用的通讯规约决定的，因此不同的通讯规约具有不同的报文结构。

一帧报文应当具有的基本和重要的元素包括：

2.2.1同步字

同步字用于界定报文，常放置在报文首端以表示一帧报文的开始。

2.2.2地址信息

地址信息一般用于一对多或多对多通讯，用以区别不同的装置，包括信息源地址和目的地址。

2.2.3报文类型

又称为类型码、帧类别、控制字等，用以表示该帧数据的含义或作用。

2.2.4数据

指一帧报文中包含的具体的遥测、遥信数据以及各种控制命令。

2.2.5校验码

根据不同规约定义了不同数据校验方式，如累加和校验、CRC校验等，以保证数据传输的可靠性。

2.2.6结束码

用以表示一帧报文的结束。

3、XWJK-3100系统通讯网络介绍

3.1．XWJK-3100系统的网络构架

XWJK-3100系统包含了三种通讯网络（或者通讯方式），四种通讯类型的规约。

3.1.1通讯方式：

LON网络：

LON网络用于连接各种保护装置或经过规约转换的智能通讯设备，主要由装置上的小LON网卡、LON网络电缆、计算机上的大LON网卡以及LONWORKS网络管理软件组成。

RS-232、RS-485设备或网络：

是指通过RS-232串口或者RS-485网络与XWJK-3100系统相连的其他厂家的智能通讯设备，如电表、直流监控系统等。

主要由通讯设备、串口通信线、计算机COM口以及相应接口程序组成。

内部通讯网络：

是指XWJK-3100系统的各个组成模块之间相互通讯的网络，它是建立在TCP/IP协议基础上的，遵循内部通讯规约。

3.1.2通讯规约：

许继研究所内部规约：

主要用于公司100、110和150系列的保护测控装置通过本身的小Lon卡和监控系统通讯。

IED厂家自定义规约：

不支持许继研究所内部规约的其他IED设备不能通过Lon网接入监控系统，必须通过编制特殊的通讯接口程序由串口通讯接入，规约类型由各IED设备厂家来确定，通讯方式一般是RS-232或者RS485。

XWJK3100监控系统内部通信规约：

该规约为监控系统内部运行的规约，也就是说所有间隔层设备的通讯规约都必须转化为监控系统内部通信规约才能和监控系统进行通讯。

调度规约：

用于向调度主站传送当地变电站数据，一般由模拟和数字两种传送方式，模拟方式由计算机的RS-232口的数字信号通过MODEM转化为模拟信号与外部载波相连，数字方式则直接通过计算机的RS-232口与对端相连或者通过光纤延长中转。

其通讯规约可以设定，如部颁CDT、Disa、XT9702或者SC1801等。

3.2．LON网络及通讯规约

LON网络简介：

本系统的LON网属于一种总线型网络结构，它采用屏蔽双绞线作为通讯介质。

每一个LON网装置称为一个节点，在每个节点上，装有“神经元芯片”作为控制处理器，在其ROM中固化了一个用于实施LonTalk通讯协议的程序，保证了所有LON网络装置互联的兼容性和简易性。

LON网卡：

在保护装置上的小LON网卡有两个作用：

规约转换和数据通信。

LON网卡通讯芯片中的程序将装置内置的许继研究所规约转换为内部通讯规约，然后按照LONTALK协议发到LON网络上。

在某些特殊装置上，如思达星小电流接地监控装置，也通过由带特殊程序的LON网卡组成的规约转换器而转换为内部通讯规约通过LON网络与XWJK-3100系统相连。

3.3．IED设备的通讯

当XWJK-3100系统需要和外围装置通讯时，一般根据具体装置来确定通讯方式，一般有RS-232（单装置）和RS-485/422（单装置或网络）。

通讯规约由装置的生产厂家来定。

为了和3100系统通讯，需要编写专门的通讯接口程序，将装置的通讯规约转化为监控系统内部规约。

该接口程序具有三种功能，一是管理COM口，接收从COM口传送过来的数据（串口上行数据）以及向COM口发送查询数据（串口下行数据），二是转换规约，将从COM口传送过来的数据转换为内部通讯规约（网络上行数据）以及将从监控系统下发给装置的数据（网络下行数据）转换为装置的通讯规约然后发给COM口（串口下行数据），三是与监控系统（通讯中转）通过以太网协议通讯。

3.4．内部通讯

XWJK-3100系统中，包含以下几个模块：

通讯中转、LON网络管理、后台监控、调度转发、电度表监控、直流或其他监控模块。

其中，除通讯中转外，其他几个模块之间没有任何直接通信联系，它们都是通过通讯中转来传送数据的，基本过程是：

LON网络管理、电表监控、直流或其他监控模块从各自的网络中接收数据，转换为内部通讯规约后传递给通讯中转模块，通讯中转将数据再转发至后台或调度转发模块，而监控后台或调度转发根据数据中包含的节点号地址，结合自身的数据库设置，用于显示或传送至远方调度主站；当在监控后台对装置进行操作如遥控或定值管理等时，监控后台将操作命令以及操作对象组合后形成控制报文，传递给通讯中转，再由通讯中转发送至LON网络管理、电度表监控、直流或其他监控模块中，由它们根据报文中的节点地址以及操作内容转换为各自的网络通讯规约后发送给对应装置；调度转发接收到调度主站传送的操作命令后，转换为内部通讯规约传递给通讯中转，以后的步骤与监控后台相同。

4、CBZ8000系统通讯网络介绍

4.1．CBZ8000系统的网络构架

CBZ8000系统包含了两种通讯网络（或者通讯方式），五种通讯类型的规约。

4.1.1通讯方式：

以太网网络：

以太网网络用于连接各种保护装置或经过网关转换的智能通讯设备，主要由装置上的小LON网卡、LON网络电缆、计算机上的大LON网卡以及LONWORKS网络管理软件组成。

RS-232、RS-485设备或网络：

是指通过RS-232串口或者RS-485网络与XWJK-3100系统相连的其他厂家的智能通讯设备，如电表、直流监控系统等。

主要由通讯设备、串口通信线、计算机COM口以及相应接口程序组成。

4.1.2通讯规约：

许继103：

公司820系列，810系列和800系列保护测控装置所采用的通讯规约。

许继104：

CBZ8000系统操作员站和远动转发站所采用的通讯规约。

TCP103：

CBZ8000系统继保工程师站所采用的通讯规约。

IED厂家自定义规约：

不支持许继103规约的其它厂家IED设备需要编制专门的网关通讯接口程序，已接入监控系统。

这部分就是网关接口程序的主要内容

调度规约：

用于向调度主站传送当地变电站数据，一般由模拟和数字两种传送方式，模拟方式由计算机的RS-232口的数字信号通过MODEM转化为模拟信号与外部载波相连，数字方式则直接通过计算机的RS-232口与对端相连或者通过光纤延长中转。

其通讯规约可以设定，如部颁CDT、Disa、XT9702或者SC1801等。

4.2．IED设备的通讯

当CBZ8000系统需要和外围装置通讯时，一般根据具体装置来确定通讯方式，一般有RS-232（单装置）和RS-485/422（单装置或网络）。

通讯规约由装置的生产厂家来定。

为了和CBZ8000系统通讯，需要编写专门的通讯接口程序，将装置的通讯规约转化为许继104规约和TCP103规约。

该接口程序具有三种功能，一是管理COM口，接收从COM口传送过来的数据（串口上行数据）以及向COM口发送查询数据（串口下行数据）；二是转换规约，将从COM口传送过来的数据转换为CBZ8000系统规约（网络上行数据）以及将从监控系统下发给装置的数据（网络下行数据）转换为装置的通讯规约然后发给COM口（串口下行数据），三是与监控系统通过以太网协议通讯。

5、关于接口程序

5.1．应用及设置

5.1.1应用

接口程序一般用于与其他厂家的智能设备进行通讯，其通讯接口一般采用RS-232或RS422/485。

计算机自带的两个都是RS-232接口，分别为COM1、COM2，CP-114多串口卡上，1、2、3、4分别对应COM3、4、5、6，其中，1和2可以通过跳线选择为RS-232或RS-485/422接口，3和4只能为RS-485\422接口。

具体采用何种接口需要根据装置的实际设定，对于大多数智能通讯装置，其通讯接口可以在相应的通讯设置中选择，而有些装置出厂前已经作死或需要更换通讯芯片来改变。

报文根据规约大致分为两种：

主动上送或主-从查询式，区别的标志是是否有周期下发的串口下行报文。

5.1.2串口设置

一般来讲，根据通讯规约以及装置的实际设置进行串口设置即可，但要注意的是，根据接口的类型要选择对应的COM口，以及根据实际设置装置地址和在数据库中的节点号。

在手边没有通讯规约的情况下，判定装置通讯正常的标志是：

串口上行报文符合一定规律，两帧不同报文之间有相同的部分（同步字、地址、结束码等），与串口下行数据有相同的部分（同步字、地址、类型码、结束码等）。

5.2．接口程序的编写

5.2.1XWJK3100程序编写

由上文的XWJK-3100系统中的网络部分中关于RS-232、RS-485设备或网络部分的介绍可以看出，通讯接口程序的编写重点在三个方面：

与串口的通信、规约的转换和与内部网络（通讯中转）的通信。

编制接口程序的操作系统是Windows2000，编程语言Delphi6.0。

常用的调试工具和软件是：

博士头和Commtest等。

接口程序的编制概括起来可以称之为“两个控件与一个过程”：

两个控件指COM控件（SPCOMM或TCOM32）和SOCKET控件（98版中为BWNB控件），一个过程其实包含了以下几个步骤：

数据查询：

周期性的通过串口向装置发送查询数据命令。

函数名称一般为Querydata（）。

数据接收：

COM控件从COM口接收到数据和SOCKET（BWNB）控件从SOCKETSERVER服务器端接收到控制命令。

函数名称一般为Comm1ReceiveData（）。

数据处理：

根据报文中包含的不同的类型码做不同的处理和转换，主要有遥测、遥信数据和各种控制、设置命令。

函数名称一般为configdata（）。

数据发送：

将转换后的数据通过COM控件发送给装置或通过SOCKET（BWNB）控件发送给通讯中转。

函数名称一般为PrepareToNet（）。

接口程序的编制主要表现为对上述几个函数的处理。

5.2.2网络信息

对于XWJK-3100系统的98版本，其网络信息包含在界面上表示内部通讯状态的五个小灯上，最右边的灯绿色表示与通讯中转连接正常，小灯上方是本接口程序在通讯中转中的注册名，要在\dsp600\proj97\net\sub.txt文件中添加上该注册名才能与通讯中转模块建立正常通讯。

对于XWJK-3100系统的2000版本，与通讯中转的网络通断信息记录在网络信息一栏中，注册名会自动添加在通讯中转（autoserver）的客户列表中。

采用TCP/IP连接，其服务器IP以及端口一般都是作死的，分别为127.0.0.1和1024。

5.2.3CBZ8000网关程序编写

和XWJK-3100系统一样，网关通讯接口程序的编写重点也体现在三个方面：

与串口的通信、规约的转换和与内部网络的通信。

编制接口程序的操作系统是Windows2000或者WindowsXP，编程语言C语言，编译系统为MSC7.0。

常用的调试工具和软件是：

博士头、Commtest和Comview等。

由于编程风格不同，目前我们部门用到的接口程序有城网版和变电版两个版本。

这两个版本的最大不同就是：

城网版把所有监控的报文全部转换为许继103规约进行处理，而变电版是按照正常规约转换进行处理的。

接口程序的编制包含了以下几个步骤：

数据查询：

周期性的通过串口向装置发送查询数据命令。

数据查询的函数名称一般为Polling（）。

数据接收：

包括两个部分的数据，一是从COM口接收到数据，而是从系统接收到控制命令。

串口数据读取的函数为ReadFrame（），控制命令处理的函数又有操作员站、远动站命令处理函数IECCommand_Handle（）和工程师站命令处理函数TCPCommand_Handle（）。

数据处理：

根据报文中包含的不同的类型码做不同的处理和转换，主要有遥测、遥信数据和各种控制、设置命令等，相应的函数包括：

遥测处理函数RSTo104_YcUpdate（）、全遥信处理函数RSTo104_YxState（）、变位遥信处理函数RSTo104_YxUpdate（）

数据发送：

将转换后的数据通过COM控件发送给装置或通过SOCKET（BWNB）控件发送给通讯中转。

相应的函数CONN_Send104Data。

沈鸿彦

2008年11月12日