变电站自动化系统的数据通信

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,6,章 变电站自动化系统的数据通信,6-1,数据通信概述,数据通信的内容很广,计算机与计算机、一个系统与另一个系统，计算机内部各部件间、,CPU,与存储器、磁盘及人机接口设备之间的信息交换都时数据通信的范畴。,变电站自动化系统实质上是由多台微机组成的分层分布式的控制系统，系统内部实现各子系统内部和各子系统之间的信息交换和实现信息共享，系统与调度,/,控制中心通信。,1,、变电站自动化系统与调度,/,控制中心的通信,不设独立的远动装置，由自动化系统的上位机或通信控制机执行远动功能,变电站向控制中心发送测量和监视信息,变电站从控制中心接收数据和控制命令,6-2,变电站自动化系统信息传输的内容,变电站层,(,站控层,),间隔层,(,单元层,),过程层,(,设备层,),过程层与间隔层间的信息交换,间隔层（单元层）的设备大多数需要从过程层（设备层）的电压和电流互感器采集正常和事故情况下的电压值和电流值，采集设备的状态信息和故障诊断信息,2,、变电站自动化系统内部的信息传输,间隔层内部的信息交换,多个,IED,之间的数据交换,如，保护、控制、测量之间的数据交换,间隔层和变电站层的通信,测量及状态信息,操作信息,参数信息,正常及事故情况下的测量值和计算值，开关位置等,开关的分、合命令,主变分接头位置调节,保护和自动装置的整定值等,变电站层的内部通信,变电站层的不同设备之间的通信,6-3,变电站自动化系统对通信网络的要求,1,、通信网络的要求,快速的实时响应能力,及时传输现场的实时运行信息和操作控制信息,高可靠性,电力系统连续运行，网络也连续运行,优良的电磁兼容性能,电源、雷击、跳闸等强电磁干扰和地电位差的干扰,分层式结构,每层都要有合适的网络系统,开放性,互联、扩展、集成,2,、信息传输响应速度和优先级,不同类型和特性的信息要求传送的时间差异很大,经常传输的监视信息,如：监视、计量,突发事件产生的信息,如：故障,各层次之间和每层内部传输信息时间：,过程层和间隔层，,1100ms,间隔内各个模块间，,1100ms,间隔层的各个间隔单元之间，,1100ms,间隔层和变电站层之间，,101000ms,变电站的各个设备之间,1000ms,变电站和控制中心之间 ,1000ms,6-4,数据通信的基本原理,1,、数据通信方式,并行数据传输,数据的各位同时传送，同时接收；,8,位、,16,位数据总线；,传输速度快；,传输距离短（,10m,内）。,串行接口,EIS-RS-232C,、,EIS-RS-485,串行数据传输,数据一位一位顺序传送；,节约传输线；,适合远距离传输；,传输速度慢。,2,、串行,数,数据通,信,信的方,向,向结构,串行传,输,输按信息传,输,输方向,和,和时间可分为,：,：,单工通,信,信、半,双,双工通,信,信和全,双,双工通,信,信三种方,式,式,（,1,）单工,通,通信,仅能在,一,一个方,向,向传输,信,信息，,不,不能反,方,方向传,输,输,（,2,）半双,工,工通信,信息可,以,以双向,传,传输，,但,但不能,同,同时传,输,输，在,任,任一通,信,信时刻,，,，只能,向,向一个,方,方向传,输,输。,（,3,）全双,工,工通信,通信双,方,方可同,时,时进行,双,双向传,输,输信息,。,。两个,传,传输方,向,向完全,独,独立。,效率高,，,，造价,也,也高,3,、数据,通,通信系,统,统的主,要,要技术,指,指标,数据传,输,输速率,比特率,Sbit/s,波特率,B,调制速,率,率，每,秒,秒传送,的,的波形,的,的个数,信道容,量,量,指物理,信,信道能,够,够传输,信,信息的,最,最大能,力,力，,bit/s,带宽,bandwidth,指传输模拟,信,信号的频带,宽,宽度,误码率,指二进制码,元,元在数据传,输,输中被传错,的,的概率,4,、数据同步,方,方式,在串行传输,中,中要保证发,送,送信号在接,收,收端能被正,确,确接收，一,般,般须采用数,据,据同步技术,。,。,常用的同步技术有两种：异步数据传,输,输、同步数,据,据传输,（,1,）异步数据,传,传输,异步传输方,式,式中，发送,的,的每一个字,符,符均带有起,始,始位、停止,位,位和可供选,择,择的奇偶校,验,验位。,起始位表示,开,开始，停止,位,位表示字符,结,结束，构成,一,一帧。,传输中，每,个,个字符都要,用,用起始位和,结,结束位，占,用,用时间,异步通信的,格,格式,一般信息帧,ASCII,码帧,（,2,）同步传输,同步传输方,式,式中，在数,据,据快的开始,处,处集中使用,同,同步字符来,作,作为传送的,开,开始。,同步字符,SYN,是特殊的码,元,元组合，通,知,知接收装置,一,一个字符块,的,的开始。,控制字符可,包,包括帧的长,度,度。,同步字符，,例,例如：,CDT,规约，同步,字,字符,EB90H,，连发,3,个，占,6,字节，低位,先,先发，高位,后,后发，每字,的,的低编号字,节,节先发，高,字,字节后发,5,、多路复用,（,multiplexing,）,技术,一条物理线,路,路上建立多,条,条通信信道,的,的多路复用,技,技术,多路复用方,式,式：,时分多路复,用,用,TDM,（,timedivision multiplexing,）,将线路用于,传,传输的时间,划,划分成若干,个,个时间段，,每,每个用户对,应,应一个时间,段,段,频分多路复,用,用,FDM,（,frequencydivision multiplexing,）,将一条具有,一,一定带宽的,线,线划分成若,干,干个占有较,小,小带宽的信,道,道，一用户,一,一信道,波分多路复,用,用,WDM,（,wavelengthdivisionmultiplexing,）,将一系列载,有,有信息但波,长,长不同的光,信,信号通过多,路,路复用器合,成,成一束，光,纤,纤传输,6,、远距离通,信,信系统的基,本,本结构,由信息源、,发,发送设备、,传,传输介质、,接,接收设备、,接,接收者等部,分,分组成,单向远距离,数,数据通信系,统,统的基本结,构,构图,信息源,信息的产生,者,者,发送设备,将信息源与,传,传输介质匹,配,配，便于传,送,送,接收设备,完成发送设,备,备的反变换,接收者,信息接收设,备,备,传输介质,有线通道：形式载波、光纤,、,、电话线,介质双绞线、同,轴,轴电缆、光,纤,纤,无线通道：形式微波、无线,扩,扩频,介质地面微波、,卫,卫星微波、,无,无线电,信号在通道,传,传输过程中,，,，由于干扰,，,，接收端收,到,到的信号可,能,能与发送端,发,发出的信号,不,不同，因此,需,需要进行差,错,错检查。,调制解调器,modem,调制器,modulator,把数字信号,转,转换成模拟,信,信号传送出,去,去,调制器是波,形,形变换器,解调器,demodulator,检测模拟信,号,号，再把它,转,转换成数字,信,信号,解调器是波,形,形识别器,6-5,变电站自动,化,化系统的通,信,信网络,1,、通信网络,的,的拓扑结构,网络中各个,节,节点的相互,连,连接方式,点对点结构,星形结构,中央控制型,二节点之间,总线结构,共享一条链,路,路,环形结构,中继器,接收一条链,路,路的数据，,并,并以同样的,速,速度串行地,传,传送到另一,条,条链路,中央节点,2,、串行总线,通,通信网络,变电站综合,自,自动化系统,的,的串行数据,通,通信主要是,数据终端设,备,备,DTE,(DataTerminalEquipment),数据电路端,接,接设备,DCE,(DataCircuit-terminatingEquipment),RTU,计量表,图形设备,计算机,直接发送和,接,接收数据的,设,设备,如：调制解,调,调器,（,1,）,EIA-RS-232C,接口,美国电子工,业,业协会,EIA,制定,机械特性,选用,DB25,的结构，作,为,为其连接器,DTE,采用针式结,构,构，,DCE,采用孔式结,构,构,电气特性,RS-232C,采用负逻辑,工,工作,逻辑“,1”,用负电平（,-5-15V,）表示,逻辑“,0”,用正电平（,+5+15V,）表示,接口信息速,率,率, 20kbps,，常用,300,、,600,、,1200,、,2400,、,4800,、,9600bps,信号线上总,负,负载电容不超过,2500pF,，通常多芯,电,电缆具有,150pF/m,的电容，所,以,以最大传输,距,距离是,15m.,EIA-RS-422A/423A,接口标准,RS-232C,发送和接收,公,公用一根地,线,线,共模信号不,可,可避免进入,信,信号传输系,统,统,RS-422A,平衡驱动和,差,差分接收,消除信号地,线,线，抗干扰,大,大大增强,RS-423A,差分接收器,，,，接收器的,另,另一端接发,送,送信号地,（,3,）,EIA-RS-485,接口标准,RS-422,标准的变形,，,，电气特性,相,相同,RS-422,，全双工，,两,两对平衡差,分,分线,RS-485,，半双工，,一,一对平衡差,分,分线,点对点远程,通,通信电气连,接,接图,RS-422,RS485,多点互连电,气,气连接图,RS485,节约信号线,，,，便于联网,构,构成分布式,系,系统,（,4,）,EIA-RS-232C,、,422A/423A,、,RS-485,主要技术性,能,能,（,5,）串行总线,通,通信网络的,局,局限性,RS-485,通信接口，,仅,仅,32,个节点；,通信方式为,查,查询方式，,效,效率低；,只能一个主,节,节点，其余,从,从节点，主,节,节点故障成,通,通信的瓶颈,；,；,通信规约缺,乏,乏统一标准,。,。,（,1,）现场总线,的,的定义,(,四种,),用于现场仪,表,表与控制主,机,机系统之间,的,的一种开放,的,的、全数字,化,化的、双向,、,、多站的通,信,信系统。,广义上是控,制,制系统与现,场,场检测仪表,、,、执行装置,进,进行双向数,字,字通信的串,行,行总线系统,。,。,基于智能化,仪,仪表及现场,总,总线的控制,系,系统,FCS,。,一种数字化,的,的串行双向,通,通信系统。,3,、现场总线,通,通信网络,（,2,）现场总线,的,的分类,总线,按照,长度分类,:,1,）毫米级：,芯,芯片内总线,2,）厘米级：,芯,芯片间总线,、,、元件总线,3,）分米级：,机,机箱内总线,（,（,Multi-bus,、,STD,、,PCL,、,ISA,、,PCI,等）,4,）十米级：,机,机柜间总线,（,（,RS232,、,GPIB,、,VME,、,VXI,等）,5,）千米级：,现场总线,（,FF,、,Profibus,等）,现场总线按,照,照数据通信,宽,宽度分类,1,）传感器现,场,场总线（数,据,据宽度为位,）,）：,适用于简单,的,的开关装置,和,和输入输出,位,位的这类通,信,信：,Seriplex,总线、,AS-i,总线等。,2,）装置现场,总,总线（数据,宽,宽度为字节,）,）：,适用于以字,节,节为单位的,装,装置类通信,：,：,Interbus,总线、,DriveNET,总线和,CAN,总线等。,3,）全服务的,现,现场总线（,数,数据宽度为,数,数据流或模,块,块,Block,）：,以报文通信,为,为主，除了,对,对装置进行,读,读取数据外,，,，还包括一,些,些对装置的,操,操作和控制,功,功能：,FF,总线、,Lonworks,总线、,Hart,总线等。,现场总线按,照,照应用行业,分,分类,1,）过程控制,（,（连续生产,过,过程）用现,场,场总线：,FF,的,HI,、,Profibus-PA,等,2,）离散控制,用,用现场总线,：,：,Profibus-DP,、,Device-NET,等,3,）楼宇自动,化,化用现场总,线,线：,Lonworks,等,4,）车辆制造,业,业用现场总,线,线：,CAN,等,5,）飞机制造,业,业用现场总,线,线：,SwiftNet,等,6,）农业及养,殖,殖业用现场,总,总线：,P-Net,等,（,3,）现场总,线,线的技术,特,特点,1,）现场通,信,信网络,用于过程,以,以及制造,自,自动化的,现,现场设备,或,或现场仪,表,表互连的,通,通信网络,。,。,2,）现场设,备,备互连,传感器、,变,变送器和,执,执行器等,，,，这些设,备,备通过一,对,对传输线,互,互连。,3,）互操作,性,性,现场设备,或,或现场仪,表,表种类繁,多,多，互相,连,连接不同,制,制造商的,产,产品是不,可,可避免的,。,。性能价,格,格比最优,的,的产品，,并,并将其集,成,成在一起,，,，实现,“,“即接即用”,;,用户希望,对,对不同品,牌,牌的现场,设,设备统一,组,组态，构,成,成所需要,的,的控制回,路,路。,现场总线,与,与,RS232,、,RS485,的区别,现场总线,与,与计算机,网,网络的区,别,别,RS232,、,RS485,只能代表,通,通信的物,理,理介质层,和,和链路层,，,，编写应,用,用程序，,不,不符合,ISO/OSI,的规范，,不,不通用。,现场总线,以,以,ISO/OSI,模型为基,础,础，具有,完,完整的软,件,件支持系,统,统，通用,。,。,现场总线,是,是一种实,时,时控制网,络,络，连接,自,自动化最,底,底层的现,场,场控制器,和,和现场智,能,能设备，,传,传输小批,量,量数据信,息,息。局域,网,网传输大,批,批量的信,息,息，实时,性,性要求不,高,高。,现场总线,强,强调在恶,劣,劣环境，,计,计算机网,络,络在办公,场,场所。,LonWorks,技术特点,1,）,LonWorks,现场总线,（,4,） 变电,站,站自动化,系,系统中常,用,用的现场,总,总线,神经元芯,片,片,(NeuronChip),神经元芯,片,片是,LonWorks,技术的核,心,心，它不,仅,仅是,LON,总线的通,信,信处理器,，,，而且是,具,具有,I/O,和控制的,通,通用处理,器,器。神经,元,元芯片已,提,提供了,LonTalk,协议的第,1-6,层，开发,者,者只需用,Neuron C,语言开发,。,。,神经元芯,片,片包括,3,个,8,位微处理,器,器,媒体访问,控,控制处理,器,器（,MACprocessor),网络处理,器,器（,Networkprocessor,）,应用处理,器,器 （,Applicationprocessor,）,RAM,、,ROM,、,EPROM,管理通信,用户开发,收发器模,块,块,LonWorks,收发器模,块,块在神经,元,元芯片和,网,网络之间,提,提供通信,接,接口，有,多,多重介质,的,的收发器,模,模块可供,选,选择。网,络,络传输介,质,质有双绞,线,线、电力,线,线、同轴,电,电缆和光,纤,纤等。, LonTalk,通信协议,LonTalk,通信协议,支,支持,OSI,RM,的所有七,层,层模型，,是,是直接面,向,向对象的,网,网络协议,。,。,LonTalk,协议通过,神,神经元芯,片,片实现，,不,不仅提供,介,介质存取,、,、事务确,认,认和点对,点,点通信服,务,务；还提,供,供一些如,认,认证、优,先,先级传输,、,、广播,组,组播消息,等,等高级服,务,务。,基于,LNS,的软件工,具,具,LNS,（,LonWorksNetworkOperating System,）,LonWorks,技术有多,种,种基于,LNS,的工具，,用,用于,LON,网络的维,护,护和组态,;,LonMaker,是图形化,工,工具，用,于,于图形绘,制,制、系统,调,调试和网,络,络的维修,保,保养；,节点开发,工,工具,NodeBuilder,；,节点和网,络,络安装工,具,具,LonBilder,；,网络管理,工,工具,LonManage,以及客户,服务器,网,网络构架,LNS,技术。,CAN,总线的性,能,能特点,总线式结,构,构。一对,双,双绞线，,双,双向传输,，,，简单,多主方式,工,工作,点对点、,一,一点对多,点,点及全局,广,广播方式,传,传送和接,收,收数据,网络上的,节,节点信息,分,分成不同,的,的优先级,，,，可满足,不,不同的实,时,时要求,非破坏性,总,总线仲裁,技,技术，两,节,节点同时,发,发送，优,先,先级低的,节,节点主动,停,停止数据,发,发送。,节点数主,要,要取决于,总,总线驱动,电,电路,短帧结构,，,，每一帧,的,的有效字,节,节数为,8,CRC,校验及其,他,他检错措,施,施，抗干,扰,扰能力强,2,）,CAN,现场总线,CAN, ControllerArea Net,（控制器,局,局域网）,一种支持,分,分布式控,制,制、实时,控,控制的串,行,行通信局,域,域网络,CAN,总线的通,信,信协议,分为物理,层,层、传送,层,层和目标,层,层,物理层,传输介质,可,可用差分,驱,驱动平衡,双,双绞线、,光,光纤,通信协议,层,层,支持,4,种报文帧,：,：,数据帧携带数据,由,由发送器,至,至接收器,；,；,远程帧通过总线,单,单元发送,，,，以请求,发,发送具有,相,相同标识,符,符的数据,帧,帧；,出错帧由检测出,总,总线错误,的,的任何单,元,元发送；,超载帧用于提供,当,当前的和,后,后续的数,据,据帧的附,加,加延迟,。,目标层,包括确认,哪,哪个信息,是,是要发送,的,的；确认,传,传送层接,收,收到的信,息,息；为应,用,用提供接,口,口。,IEC61850,标准选定,的,的通信网,络,络,随机争用,型,型介质访,问,问控制方,法,法，即,CSMA/CD,采用总线,型,型拓扑结,构,构,传输媒介,为,为同轴电,缆,缆或光线,采用,IEEE802-3,标准,4,、以太网,（,（,Ethernet,）局域网,络,络,IEEE802,各标准之,间,间的关系,IEEE802.3 CSMA/CD,访问控制,法,法,CSMA/CD,数据发送,原,原理,载波监听,总,总线,即先听后,发,发,（,Listen Before Talk,）,总线冲突,检,检测,即边听边,发,发,（,Listen whileTalk,）,采用,CSMA/CD,方法的流,程,程图,CSMA/CDCarrierSense Multiple Access With CollisionDetection,载波监听,多,多路访问,/,冲突检测,一种随机,争,争用型介,质,质访问控,制,制方法,（,1,）标准以,太,太网（,10 Mbit/s,）,早期的,10Mbit/s,以太网,传输媒介,：,：双绞线,或,或光纤,（,2,）快速以,太,太网（,100Mbit/s,）,保,留,留,了,了,10Mbit/s,以,太,太,网,网,的,的,所,所,有,有,特,特,征,征,只,将,将,每,每,个,个,比,比,特,特,的,的,发,发,送,送,时,时,间,间,有,有,100ns,降,低,低,到,到,10ns,物,理,理,层,层,100Base-T,标,准,准,100Base-TX,：,全,全,双,双,工,工,，,，,5,类,数,数,据,据,级,级,双,双,绞,绞,线,线,100Base-FX,：,全,全,双,双,工,工,，,，,光,光,纤,纤,100Base-T4,：,半,半,双,双,工,工,，,，,4,对,双,双,绞,绞,线,线,（,3,）,千,千,兆,兆,以,以,太,太,网,网,（,（,1000Mbit/s,）,传,输,输,媒,媒,介,介,：,：,双,双,绞,绞,线,线,或,或,光,光,纤,纤,（,4,）,万,万,兆,兆,以,以,太,太,网,网,（,（,10Gbit/s,）,提,供,供,广,广,域,域,网,网,接,接,口,口,;,全,双,双,工,工,采,用,用,64/66B,的,线,线,路,路,编,编,码,码,传,输,输,媒,媒,介,介,：,：,光,光,纤,纤,;,传,输,输,距,距,离,离,1040km,5,、,嵌,嵌,入,入,式,式,以,以,太,太,网,网,实,时,时,操,操,作,作,系,系,统,统（,RTOS-RealTimeOperatingSystem,）,是,是,指,指,当,当,外,外,界,界,事,事,件,件,或,或,数,数,据,据,产,产,生,生,时,时,，,，,能,能,够,够,接,接,受,受,并,并,以,以,足,足,够,够,快,快,的,的,速,速,度,度,予,予,以,以,处,处,理,理,，,，,其,其,处,处,理,理,的,的,结,结,果,果,又,又,能,能,在,在,规,规,定,定,的,的,时,时,间,间,之,之,内,内,来,来,控,控,制,制,生,生,产,产,过,过,程,程,或,或,对,对,处,处,理,理,系,系,统,统,作,作,出,出,快,快,速,速,响,响,应,应,，,，,并,并,控,控,制,制,所,所,有,有,实,实,时,时,任,任,务,务,协,协,调,调,一,一,致,致,运,运,行,行,的,的,操,操,作,作,系,系,统,统,。,。,提供及时响,应,应和高可靠,性,性是其主要,特,特点,实时操作系,统,统有硬实时,和,和软实时之,分,分，硬实时,要,要求在规定,的,的时间内必,须,须完成操作,，,，这是在操,作,作系统设计,时,时保证的；,软,软实时则只,要,要按照任务,的,的优先级，,尽,尽可能快地,完,完成操作即,可,可。我们通,常,常使用的操,作,作系统在经,过,过一定改变,之,之后就可以,变,变成实时操,作,作系统。,嵌入式系统,IEEE（,国际电气和,电,电子工程师,协,协会）定义,：,：,“用于控制,、,、监视或者,辅,辅助操作机,器,器和设备的,装,装置”。原,文,文为：,Devices Used toControl，Monitor orAssist the Operation ofEquipment，Machineryor Plants.,国内普遍认,同,同的嵌入式,系,系统定义为,：,：以应用为,中,中心，以计,算,算机技术为,基,基础，软硬,件,件可裁剪，,适,适应应用系,统,统对功能、,可,可靠性、成,本,本、体积、,功,功耗等严格,要,要求的专用,计,计算机系统,。,。,嵌入式以太,网,网,嵌入式系统,中,中实现以太,网,网技术,即基于微处,理,理器、微控,制,制器的软、,硬,硬件环境，,使,使用的网络,协,协议内嵌在,RTOS,之中,6,、工业以太,网,网,适应工业现,场,场的需求,采用交换式,集,集线器和全,双,双工通信,特点,应用广泛,:,成本低廉,:,通信速率高,软硬件资源,丰,丰富,:,可持续发展,潜,潜力大,:,易于与企业,内,内部网（,Intranet,）和互联网,（,（,Internet,）连接,:,能实现办公,自,自动化网络,与,与工业控制,网,网络的信息,无,无缝集成。,6-6,差错检测技,术,术,信息在传输,过,过程中，由,于,于噪声或中,断,断等干扰，,使,使接收端收,到,到的信息发,生,生差错造成,误,误码。,差错检测技,术,术和纠正技,术,术,差错检测技,术,术就是采用,有,有效的编码,方,方法对要传,输,输的信息进,行,行编码，并,按,按约定的规,则,则附上若干,码,码元（称监,督,督码），作,为,为信息编码,的,的一部分，,传,传输到接收,端,端。接收端,则,则按约定的,规,规则对所收,到,到的码进行,检,检验，若所,得,得出的监督,码,码与发出端,传,传输过来的,监,监督码不匹,配,配，则表明,接,接收信息有,误,误，这就是,“,“检错”。,1,、奇偶校验,在帧中每一,字,字末端附上,一,一个奇或偶,校,校验码元,2,、纵向冗余,校,校验,把一帧信息,看,看成一个两,维,维空间排列,的,的字符块,横向进行奇,偶,偶校验；,纵向也进行,奇,奇偶校验，,产,产生一个额,外,外的字符，,即,即纵向冗余,校,校验,3,、循环冗余,校,校验,CRC-cyclicredundancy check,CRC,对数据块进,行,行校验,4,、累加和校,验,验,6-7,变电站与控,制,制中心的信,息,息传输规约,变电站向控,制,制中心传送,的,的信息，称,为,为“上行信,息,息”,控制中心向,变,变电站发送,的,的信息，称,为,为“下行信,息,息”,统称为“远,传,传信息”,1,、变电站远,传,传的信息,遥测、遥信,、,、遥控、遥,调,调,2,、变电站信,息,息传输规约,循环式远动,规,规约,CDT,（,cyclic digitaltransmit,）,;,IEC,问答式信息,传,传输规约（,Polling,规约）；,IEC 60870-5,远动设备和,系,系统第五部,分,分：传输规,约,约,系列规约,;,DNP3,分布式网络,规,规约,（,distributed networkprotocol -3,）,6-8,电力系统的,远,远动无缝通,信,信传输协议,（,IEC 61850,协议）,1,、,IEC61850,标准协议的,主,主要内容,IEC 61850-1,基本标准,包括适用范,围,围和目的，,定,定义了变电,站,站内,IED,之间的通信,和,和相关系统,的,的要求，并,论,论述了制定,一,一个适用标,准,准的途径和,如,如何如何对,待,待通信技术,革,革新等问题,。,。,(2) IEC 61850-2,术语,给出,了,IEC61850,文档中涉及,的,的关于变电,站,站自动化系,统,统的特定术,语,语及其定义,。,。,(3) IEC 61850-3,一般要求,包括质量要,求,求（可靠性,、,、可维护性,、,、系统可用,性,性、轻便性,、,、安全性、,数,数据完整性,）,）环境条件,（,（温度、湿,度,度、大气压,力,力、机械振,动,动、电磁干,扰,扰等），辅,助,助服务，并,根,根据其他标,准,准和规范对,相,相应的特定,要,要求提出建,议,议。,(4) IEC 61850-4,系统和工程,管,管理,本部分规定,了,了对系统和,项,项目管理的,要,要求，包括,工,工程要求（,参,参数分类、,工,工程工具、,文,文件），系,统,统使用周期,（,（产品版本,、,、工程交接,、,、工程交接,后,后的支持）,，,，质量保证,（,（责任、测,试,试设备、典,型,型测试、系,统,统测试、工,厂,厂验收、现,场,场验收）等,。,。,(5) IEC 61850-5,功能和装置,模,模型的通信,要,要求,规范了变电,站,站自动化系,统,统所完成功,能,能的通信要,求,求和设备模,型,型，包括逻,辑,辑节点概念,和,和分类列表,、,、逻辑节点,应,应用、功能,定,定义和分类,、,、报文类型,及,及性能要求,、,、时间要求,、,、数据完整,性,性要求等。,(6) IEC 61850-6,变电站自动,化,化系统结构,语,语言,对,IED,的配置、通,信,信系统的配,置,置、系统参,数,数配置、设,备,备和系统属,性,性的形式语,言,言描述、配,置,置文件描述,等,等进行了详,细,细的规范描,述,述。,(7) IEC 61850-7,变电站和馈,线,线设备的基,本,本通信结构,变电,站,站之,间,间协,调,调工,作,作和,通,通信,体,体系,的,的描,述,述,1,）,IEC62850-7-1,原理,和,和模,型,型；,2,）,IEC62850-7-2,抽象,通,通信,服,服务,接,接口,ACSI,，包,括,括抽,象,象通,信,信服,务,务接,口,口的,描,描述,、,、抽,象,象通,信,信服,务,务的,规,规范,，,，以,及,及服,务,务数,据,据库,模,模型,；,；,3,）,IEC62850-7-3,公共,数,数据,级,级别,和,和属,性,性；,4,）,IEC62850-7-4,兼容,的,的逻,辑,辑节,点,点类,和,和数,据,据类,，,，包,括,括逻,辑,辑节,点,点分,类,类、,数,数据,对,对象,及,及其,逻,逻辑,寻,寻址,。,。,(9)IEC61850-9,特殊,通,通信,服,服务,映,映射,SCSM,1,）,IEC62850-9-1,通过,单,单向,多,多路,点,点对,点,点串,行,行通,信,信链,路,路的,采,采样,值,值传,输,输。,应,应用,于,于间,隔,隔层,和,和过,程,程层,内,内以,及,及间,隔,隔层,与,与过,程,程层,之,之间,的,的通,信,信映,射,射；,2,）,IEC62850-9-2,通过,ISO/IEC8802-3,的采,样,样值,传,传输,。,。,(10)IEC61850-10,一致,性,性测,试,试,规定,了,了变,电,电站,自,自动,化,化系,统,统和,设,设备,通,通信,方,方面,的,的一,致,致性,测,测试,方,方法,，,，还,给,给出,了,了设,置,置测,试,试环,境,境的,准,准则,，,，规,定,定了,互,互操,作,作的,等,等级,。,。,(8)IEC61850-8,特殊,通,通信,服,服务,映,映射,SCSM,SCSM-specialcommunicationservicemapping,映射,到,到制,造,造报,文,文规,范,范,MMS,（,manufacturingmessagingspecification,）,，即,ISO9506-1,、,ISO9506-2,和,ISO/IEC8801-3,，包,括,括通,信,信栈,、,、设,备,备模,型,型的,映,映射,，,，服,务,务一,致,致性,代,代码,，,，制,造,造报,文,文规,范,范一,致,致性,。,。即,变,变电,站,站层,和,和间,隔,隔层,内,内部,，,，及,其,其变,电,电站,层,层和,间,间隔,层,层之,间,间的,通,通信,映,映射,。,。,总体,上,上，,标,标准,有,有四,个,个方,面,面：,（,1,）功,能,能建,模,模,从变,电,电站,自,自动,化,化系,统,统逻,辑,辑节,点,点的,途,途径,（,（,access of logical nodes,）和通信,信,信息片（,piece ofinformationforcommunication,）出发，,定,定义了变,电,电站自动,化,化的功能,建,建模，即,IEC62850-5,。,（,2,）数据建,模,模,采用模型,对,对象的方,法,法，定义,了,了基于服,务,务器,/,客户端结,构,构的数据,模,模型，即,标,标准的,IEC61850-7-3,、,IEC61850-7-4,。,（,3,）通信协,议,议,定义了数,据,据访问机,制,制和向具,有,有通信协,议,议栈的映,射,射，如在,变,变电站层,和,和间隔层,之,之间的网,络,络采用抽,象,象通信服,务,务接口,ACSI,映射到,MMS,，即,IEC61850-8-1,。,（,4,）变电站,自,自动化系,统,统工程和,一,一致性测,试,试,定义了基,于,于结构化,语,语言,XML,（,extendedmarkuplanguage,）描述变,电,电站和自,动,动化系统,的,的拓扑，,即,即,IEC61850-6,。为验证,互,互操作性,，,，,IEC61850-10,描述了标,准,准的一致,性,性。,三层结构,2,、,IEC61850,标准协议,的,的体系结,构,构,站控层网,络,络：以太,网,网,过程层网,络,络：,(,试验阶段,),二层网络,变电站层,间隔层,过程层,过程层（,processlevel,）功能,完成所有,与,与过程接,口,口的功能,，,，即完成,开,开关量的,输,输入,/,输出、模,拟,拟量采集,和,和控制命,令,令的发送,等,等。,实际上是,与,与一次设,备,备，如断,路,路器、互,感,感器接口,间隔层,/,单元层（,baylevel,）功能,实现使用,一,一个间隔,的,的数据并,且,且作用于,该,该间隔一,次,次设备的,功,功能，即,与,与各种远,方,方输入,/,输出、传,感,感器和控,制,制器接口,。,。,设备有：,微,微机保护,、,、自动控,制,制装置、,测,测量装置,和,和,RTU,等,变电站层,（,（,stationlevel,）功能,站级的监,视,视控制、,站,站域控制,、,、通信系,统,统和对时,系,系统等，,实,实现对全,站,站设备的,监,监视、控,制,制、告警,及,及信息交,换,换功能，,完,完成数据,采,采集和监,视,视控制（,SCADA,）、操作,闭,闭锁、以,及,及相量采,集,集、电能,量,量采集、,保,保护信息,管,管理等相,关,关功能,IF1,：,在间隔层,和,和变电站,层,层之间交,换,换保护数,据,据,IF2,：,在间隔层,和,和远方保,护,护之间交,换,换保护数,据,据,IF3,：,在间隔层,内,内交换数,据,据,IF4,：,在过程层,和,和间隔层,之,之间,CT,和,VT,瞬时数据,交,交换,IF5,：,在过程层,和,和间隔层,之,之间交换,控,控制数据,IF6,：,在间隔层,和,和变电站,层,层之间交,换,换控制数,据,据,IF7,：,在变电站,层,层和远方,工,工程师工,作,作站之间,交,交换数据,IF8,：,在间隔层,之,之间直接,交,交换数据,，,，特别快,速,速功能例,如,如互锁,IF9,：,在变电站,层,层之间交,换,换数据,IF10,：,在变电站,层,层和远方,工,工程师工,作,作站之间,交,交换控制,数,数据,接口的意,义,义,:,3,、,IEC61850,标准协议,的,的技术特,征,征,（,1,）分布、,分,分层的体,系,系结构,（,2,）应用于,通,通信分离,的,的灵活机,制,制,（,3,）面向对,象,象、面向,应,应用开放,的,的自我描,述,述,（,4,）数据对,象,象统一建,模,模技术,（,5,）支持不,同,同的和变,化,化的系统,原,原则,4,、变电站采,用,用,IEC61850,标准协议,的,的优越性,（,1,）实现全,球,球范围内,的,的互操作,性,性,（,2,）系统独,立,立于飞速,发,发展的通,信,信技术,（,3,）易于扩,展,展和更新,（,4,）实现更,广,广泛的系,统,统集成,（,5,）开放的,无,无缝通信,解,解决方案,5,、,IEC61850,标准协,议,议的一,致,致性测,试,试,（,1,）必要,性,性,使不同,厂,厂家的,设,设备之,间,间实现,无,无缝连,接,接,（,2,）内容,配置文,件,件的测,试,试,数据模,型,型的测,试,试,ACSI,模型和,服,服务映,射,射测试,（,3,）类型,静态一,致,致性测,试,试,动态一,致,致性测,试,试,（,4,）结果,通过，,失,失败，,未,未测（,无,无此项,功,功能）,本章结,束,束,6-4,局域网,技,技术应,用,用,互连和,通,通信是局域,网,网的核,心,心,网络依据网,络,络的属,性,性分类,拓扑结,构,构：点对点,、,、星型,、,、总线,、,、环行,软件：网络操,作,作系统,Windows NT,、,Windows 2000Server,协议,:,协议软,件,件,TCP/IP,、网卡,驱,驱动程,序,序,网络作,用,用范围,：,：,局域网,LAN,LocalArea Network,，直径,小,小于,10km,城域网,MAN,MetropolitanAreaNetwork,城市范,围,围,广域网,WAN,Wide AreaNetwork,，远程,网,网,1,、计算,机,机网络,体,体系结,构,构与协,议,议,（,1,）引例,邮政系,统,统模型,分层,用户、,邮,邮局、,运,运输,层间关,系,系,相邻层,通,通过接,口,口联系,；,；,下层为,上,上层提,供,供服务,；,；,具体细,节,节对上,层,层屏蔽,协议（,约,约定）,各层均,有,有协议,；,；,对等层,协,协议相,同,同,结构体,系,系,各层次,及,及其协,议,议的集,合,合,（,2,）计算,机,机网络,系,系统的,体,体系结,构,构,层次结,构,构,计算机,网,网络十,分,分复杂,；,；,分解为,若,若干个,容,容易处,理,理的子,系,系统；,结构化,设,设计；,分层是系统,分,分解的,最,最好办,法,法之一,。,。,一般分,层,层结构,计算机,网,网络的,层,层次模,型,型,网络协,议,议,网络体,系,系结构,计算机,网,网络中,，,，为使,计,计算机,之,之间或,计,计算机,与,与终端,之,之间能,正,正确地,传,传递信,息,息，必,须,须在有,关,关信息,传,传输顺,序,序、信,息,息格式,和,和信息,内,内容等,方,方面有,一,一组约,定,定或规,则,则，这,组,组约定,或,或规则,就,就是网,络,络协议,。,。,网络协,议,议三要,素,素：语,义,义、语,法,法、规,则,则,计算机,网,网络的,层,层次及,其,其协议,的,的集合,（,3,）网络,系,系统结,构,构参考,模,模型,ISO/OSI,OSI,参考模,型,型,/OSI,七层模,型,型,数据的,实,实际传,递,递过程,（,4,）,OSI,基本参,考,考模型,各,各层功,能,能,2,、局域,网,网的基,本,本概念,（,1,）局域,网,网的特,点,点,覆盖的,地,地理范,围,围小,以微机,为,为主要,对,对象,通常属,于,于某个,单,单位或,部,部门,数据速,率,率高,管理方,便,便,价格低,廉,廉,实用性,强,强，使,用,用广泛,（,2,）局域,网,网的分,类,类,按拓扑,结,结构分,类,类,;,按传输,的,的信号,分,分类,:,基带、,宽,宽带,按网络,使,使用的,传,传输介,质,质分类,;,按介质,访,访问的,控,控制方,式,式分类,共享介,质,质局域,网,网、交,换,换局域,网,网,（,3,）局域,网,网的组,成,成,硬件,网络服,务,务器,网络工,作,作站,网卡,网络设,备,备,传输介,质,质,软件,系统软,件,件,应用软,件,件,3,、局域,网,网的参,考,考模型,与,与协议,标,标准,IEEE802,提出的,局域网,参,参考模,型,型,（,LAN/RM,）,局域网,大,大多采,用,用共享,信,信道，,当,当通信,局,局限于,一,一个局,域,域网内,部,部时，,任,任意两,个,个结点,之,之间有,唯,唯一的,链,链路，,即,即网络,层,层的功,能,能可由,链,链路层,来,来完成,，,，所以,局,局域网,中,中不单,独,独设立,网,网络层,。,。高层,功,功能由,具,具体的,局,局域网,操,操作系,统,统来实,现,现。,局域网,参,参考模,型,型,LAN/RM,中各层,功,功能,物理层,为物理,实,实体间,提,提供发,送,送和接,收,收比特,的,的能力,，,，一对,物,物理实,体,体能确,认,认出两,个,个介质,访,访问控,制,制,(,MAC,),子层实,体,体间同,等,等层比,特,特单元,的,的交换,。,。,实现电,气,气、机,械,械、功,能,能和规,程,程的匹,配,配。,提供发,送,送和接,收,收信号,的,的能力,，,，包括,对,对宽带,的,的频带,分,分配和,对,对基带,的,的信号,调,调制。,数据链,路,路层,负责把,不,不可靠,的,的传输,信,信道转,换,换成可,靠,靠的传,输,输信道,，,，传送,带,带有校,验,验的数,据,据帧，,采,采用差,错,错控制,和,和帧确,认,认技术,。,。,两个子,层,层：,逻辑链,路,路控制,LLC,（,LogicLink Control,）,介质访,问,问控制,MAC,（,MediumAccess Control,）,LLC,子层向高层,提,提供一,个,个或多,个,个逻辑,接,接口（,具,具有帧,发,发和帧,收,收功能,）,）。发,送,送时把,要,要发送,的,的数据,加,加上地,址,址和,CRC,检验字,段,段构成,帧,帧，介,质,质访问,控,控制时,把,把帧拆,开,开，执,行,行地址,识,识别和,CRC,校验功,能,能，并,具,具有帧,顺,顺序控,制,制和流,量,量控制,功,功能。,MAC,子层支持数,据,据链路,功,功能，,并,并为,LLC,子层提,供,供服务,。,。支持,CSMA/CD,、,tokenring,、,tokenbus,等介质,访,访问控,制,制方式,。,。具体,功,功能包,括,括：它,将,将上层,交,交下来,的,的数据,封,封装成,帧,帧进行,发,发送（,接,接收时,进,进行相,反,反过程,，,，将帧,拆,拆卸）,、,、实现,和,和维护,MAC,协议、,比,比特差,错,错检验,和,和寻址,等,等。,CSMA/CDCarrierSenseMultipleAccess WithCollision Detection,IEEE802,标准,IEEE802,委员会,为,为局域,网,网制定,了,了一系,列,列标准,，,，通称,为,为,IEEE802,标准。,IEEE802.1,标准定义了,局,局域网,的,的体系,结,结构、,网,网络管,理,理和网,际,际互连,协,协议。,IEEE802.2,标准定义了,逻,逻辑链,路,路控制,（,（,LLC,）子层,功,功能与,服,服务。,IEEE802.3,标准定义了,CSMA/CD,总线介,质,质访问,控,控制子,层,层与物,理,理层规,范,范。,IEEE802.4,标准定义了,令,令牌总,线,线（,tokenbus,）介质,访,访问控,制,制子层,与,与物理,层,层规范,。,。,IEEE802.5,标准定义了,令,令牌环,（,（,tokenring),介质访,问,问控制,子,子层与,物,物理层,规,规范。,IEEE802,各标准,之,之间的,关,关系,4,、共享,介,介质局,域,域网,（,SharedLan,）,IEEE802.2,标准定,义,义了三,种,种：,采用,CSMA/CD,介质访,问,问控制,方,方式的,总,总线形,局,局域网,；,；,（,CSMA/CD ,载波监,听,听多路,访,访问,/,冲突检,测,测）,采用,tokenbus,介质访,问,问控制,方,方式的,总,总线形,局,局域网,；,；,采用,tokenring,介质访,问,问控制,方,方式的,环,环形局,域,域网。,网络中,所,所有结,点,点共享,一,一条公,共,共通信,传,传输介,质,质,（,1,）,IEEE802.3,CSMA/CD,访问控,制,制法,CSMA/CD,数据发,送,送原理,载波监,听,听总线,即先听,后,后发,（,ListenBefore Talk,）,总线冲,突,突检测,即边听,边,边发,（,ListenwhileTalk,）,一种随,机,机争用,型,型,介质访,问,问控制,方,方法,采用,CSMA/CD,方法的,流,流程图,CSMA/CDCarrierSenseMultipleAccess WithCollision Detection,IEEE802.3MAC,层帧格,式,式,前导码,：,：,7,个,8,位字节,组,组成，,用,用于接,收,收端的,接,接收比,特,特同步,，,，,101010,10,。,帧前定,界,界符,：,：,1,个,8,位的字,节,节组成,，,，,10101011,。,目的地,址,址：发送帧,的,的接收,站,站地址,。,。,长度：指示,LLC,数据的,长,长度。,LLC,数据：用于传,输,输介质,访,访问控,制,制,MAC,子层的,高,高层,逻辑链,路,路控制,子,子层,LLC,的数据,。,。,帧校验,：,：采用,32,位的,CRC,校验。,校,校验范,围,围：目,的,的地址,、,、源地,址,址、长,度,度、,LLC,数据等,字,字段。,数据接,收,收,节点的,发,发送通,过,过竞争,获,获得总,线,线的使,用,用权。,其,其他节,点,点都应,处,处于接,收,收状态,。,。,当一个,节,节点完,成,成一组,数,数据接,收,收后,判断接,收,收帧的,长,长度。,凡是接,收,收帧长,度,度小于,规,规定帧,的,的最小,长,长度，,必,必然是,冲,冲突后,的,的废弃,帧,帧，接,收,收节点,丢,丢弃已,接,接收的,数,数据，,重,重新进,入,入待接,收,收状态,。,。,接收节,点,点检查帧,目,目的地,址,址，匹配,则,则接收,该,该帧，,否,否则丢,弃,弃接收,帧,帧。,进行,CRC,校验。,检查,LLC,数据长,度,度是否正,确,确。,如正确,，,，则,MAC,子层将,帧,帧中,LLC,数据送,LLC,子层，,进,进入“,成,成功接,收,收”结,束,束状态,。,。,CSMA/CD,方式的,主,主要特,点,点,原理比,较,较简单,，,，技术,上,上容易,实,实现。,网络中,各,各节点,处,处于同,等,等地位,，,，竞争,传,传输介,质,质。不,提,提供优,先,先级控,制,制。,负荷较,大,大时，,等,等待时,间,间较长,。,。,适合办,公,公自动,化,化等数,据,据传输,实,实时性,要,要求不,严,严格和,通,通信负,荷,荷较轻,的,的应用,环,环境。,（,2,）,IEEE802.5,令牌环访问,控,控制法,TokenRing, TokenPassing Ring,环行网络；,基带网；,采用单令牌,（,（或双令牌,）,）的令牌传,递,递方式。,令牌（,Token,）也叫通行,证,证,特殊的格式,和,和标志，是,一,一个或几个,二,二进制数组,成,成的码,令牌有“忙,”,”和“空”,两,两个状态,接收每一结点随,时,时检测经过,本,本结点的信,包,包，当查到,信,信包指定的,地,地址与本结,点,点地址相符,时,时，则一面,拷,拷贝全部信,息,息，一面继,续,续转发信息,包,包。环上的,帧,帧信息绕网,一,一周，有源,发,发点予以回,收,收。,令牌环基本,工,工作过程,发送结点检测到,一,一个经过的,令,令牌为“空,”,”时，以“,帧,帧”为单位,发,发送信息，,并,并将令牌置,为,为“忙”标,志,志附在尾部,向,向下一结点,发,发送。,（,3,）,IEEE802.4,令牌总线访,问,问控制法,TokenBus, Token Passing Bus,主要用于总,线,线形或树形,网,网络。,网络工作前,，,，要对系统,初,初始化，以,形,形成逻辑环,路,路。,网络环形成,后,后，令牌的,控,控制类似,TokenRing,。,令牌总线物,理,理结构,令牌总线逻,辑,辑结构,5,、交换局域,网,网,核心部件：局域网交换,机,机,可以在它的,多,多个端口之,间,间建立多个,并,并发连接。,交换局域网,的,的特点：,允许多站点,同,同时通信，,每,每个站点可,以,以独占传输,通,通道和带宽,灵活的接口,速,速率,增强了网络,可,可扩充性和,延,延展性,易于管理，,便,便于调整网,络,络负荷的分,布,布，有效地,利,利用网络带,宽,宽,交换以太网,与,与以太网、,快,快速以太网,完,完全兼容，,无,无缝连接,可互联不同,标,标准的局域,网,网,交换以太网,的,的结构示意,图,图,局域网交换,机,机结构与工,作,作原理,交换机的“,端,端口号,/MAC,地址映射表,”,”可以根据,端,端口与结点,MAC,地址的对应,关,关系建立起,来,来。,演讲完毕，,谢,谢谢观看！,