变电站综合自动化培训(学员版本)

1、讲义目录 第一章第一章 变电站自动化的基本概念变电站自动化的基本概念 第二章第二章 变电站自动化的基本功能变电站自动化的基本功能 第三章第三章 变电站自动化系统的结构变电站自动化系统的结构 第四章第四章 变电站自动化系统的通信变电站自动化系统的通信第一章 变电站综合自动化的基本概念 变电站综合自动化是将变电站的二次设变电站综合自动化是将变电站的二次设备（包括控制、备（包括控制、信号信号、测量，保护测量，保护、自动自动装置装置、远动装置等）利用计算机技术远动装置等）利用计算机技术、现、现代通信技术，经过功能组合和优化设计，代通信技术，经过功能组合和优化设计，对变电站执行自动监视、测量、控制和协对

2、变电站执行自动监视、测量、控制和协调的一种综合性的自动化系统，是自动化调的一种综合性的自动化系统，是自动化、计算机、通信技术在变电站的综合应用、计算机、通信技术在变电站的综合应用。 比较项目比较项目常规变电站常规变电站综合自动化变电站综合自动化变电站继电保护及继电保护及自动装置自动装置大多电磁型、小规模集成电大多电磁型、小规模集成电路型、晶体管型路型、晶体管型微机型或大规模集成电路型微机型或大规模集成电路型二次信息传二次信息传输设备输设备大量电缆，传输模拟信号，大量电缆，传输模拟信号，强电传输（信息量小、灵活强电传输（信息量小、灵活性差、可靠性低、功耗大）性差、可靠性低、功耗大）网线、光纤，传

3、输数字信号，网线、光纤，传输数字信号，弱电传输弱电传输处理核心处理核心人（受值班人员的技术水平人（受值班人员的技术水平等条件影响正确性、可靠性等条件影响正确性、可靠性）计算机（按规定程序执行）计算机（按规定程序执行）指示仪表指示仪表模拟式（表计指针式，误差模拟式（表计指针式，误差大）大）数字指示（监控系统上）数字指示（监控系统上）信号系统信号系统灯光（光字牌）、音响（电灯光（光字牌）、音响（电笛、电铃），为一对一信息笛、电铃），为一对一信息。告警信息、报文、音响（电笛告警信息、报文、音响（电笛、电铃）、语音，信息共享，、电铃）、语音，信息共享，一对多信息。一对多信息。其他其他占地面积大，控制室

4、设备复占地面积大，控制室设备复杂。杂。占地面积小，控制室设备简单占地面积小，控制室设备简单。变电站综合自动化实质是变电站综合自动化实质是 自动化、计算机、信息处理、通信、电力、电子技术的综自动化、计算机、信息处理、通信、电力、电子技术的综合。合。 实现设备间信息交换、共享，完成变电站的监、测、控。实现设备间信息交换、共享，完成变电站的监、测、控。 取代了常规站的指示仪表、中央信号、控制屏等设备。取代了常规站的指示仪表、中央信号、控制屏等设备。型号型号生产厂家生产厂家监控机操作系统监控机操作系统CSC2000 V2CSC2000 V2北京四方北京四方Windows/UNIXWindows/UNI

5、XBSJ-2200BSJ-2200南瑞科技南瑞科技UNIXUNIXRCS-9000RCS-9000南瑞南瑞UNIXUNIXRCS-9600RCS-9600（RCS-9700RCS-9700）南瑞继保南瑞继保UNIX/WindowsUNIX/WindowsPS 6000PS 6000国电南自国电南自WindowsWindowsPowerComm2000PowerComm2000上海惠安上海惠安UNIXUNIXCBZ-8000CBZ-8000许继自动化许继自动化Windows/LinuxWindows/Linux第二章 变电站综合自动化的功能事故数据 事件顺序记录（SOE：Sequence Of

6、Event recording）：实时检测遥信变位（YXBW）（带时标的遥信），立即记录变位时刻、变位设备序号、变位状态等组成SOE优先传送（CDT下）。 事故追忆（PDR：Post Disturbance Review）：冻结某时刻全网的重要的遥测点、遥信点的画面（如照相），每个这样的画面称为一帧，其循环周期可为数秒到数分。典型的PDR记录长度为：事故前10min，事故后5min。 四遥功能的实现四遥功能的实现q 遥信（遥信（TITI或或TS :Teleindication TelesignalisationTS :Teleindication Telesignalisation）q 遥测（

7、遥测（TM:TelemeteringTM:Telemetering）q 遥控（遥控（TC:TelecommandTC:Telecommand）q 遥调（遥调（TA:TeleadjustingTA:Teleadjusting）系统概述系统概述变电站变电站自动化系统自动化系统 RTURTU 上行上行通道通道调度端调度端自动化系统自动化系统 MTUMTU 下行下行通道通道遥测遥测遥信遥信遥控遥控遥调遥调遥信遥信q开入量开入量q开关、刀闸的位置信号开关、刀闸的位置信号q国际电工委员会国际电工委员会IECIEC标准规定，以标准规定，以“0 0”表示表示断开状态，以断开状态，以“1 1”表示闭合状态。表示

8、闭合状态。遥信遥信 断路器的位置信号来源有：断路器的位置信号来源有： 直接利用断路器的辅助触点，直接利用断路器的辅助触点， 利用操作箱中的跳位继和合位继。利用操作箱中的跳位继和合位继。 对刀闸位置的采集：对刀闸位置的采集： 直接利用刀闸的辅助触点，直接利用刀闸的辅助触点， 利用五防锁。利用五防锁。遥信遥信优点优点: :简单经济简单经济变压器有载调压机构需提供变压器有载调压机构需提供BCD BCD 编码输出编码输出变压器有载调压分接头位置信号处理变压器有载调压分接头位置信号处理遥信遥信遥信采集电路中的继电器隔离遥信采集电路中的继电器隔离K K远远动动装装置置R RR R+5vQFQFC C遥信遥

9、信遥信采集电路中的光电隔离遥信采集电路中的光电隔离远远动动装装置置R RC CV VQFQFR R+5v+5v遥控量输出 过程：当（PB0，PB1）=（0,1）时，H1输出0，光敏三级管导通，继电器K吸合，跳合闸回路接通，动作于断路器。反之类似（PB0，PB1）=（1,0）。 设置与非门原因：并行口的负载能力有限，不足以直接驱动发光二级管，还有是增加2个条件以抗干扰能力。 三态门三态门输入输入至至CPUCPU状态量采集示意图状态量采集示意图遥信遥信遥信遥信 开关变位的识别开关变位的识别 现状现状 原状原状=1=1，表示有变位，表示有变位 现状现状 原状原状=0=0，表示无变位，表示无变位字节D

10、7D6D5D4D3D2D1D0原状10011010现状10001101遥信遥信 遥信采集的几种形式：遥信采集的几种形式： 1 1、定时扫查方式、定时扫查方式 以一定时间间隔周期性对遥信输入状态成组扫查。以一定时间间隔周期性对遥信输入状态成组扫查。 2 2、中断方式、中断方式 采用中断方式，只有当遥信有变位时才向采用中断方式，只有当遥信有变位时才向CPUCPU申请读申请读遥信状态。遥信状态。 第二类：一个真实遥信变位后紧接着几个假遥信读数，最终遥信稳定到真实变位后的状态。 第一类：某些遥信不定时地出现“抖动”。两类误遥信两类误遥信 在变电站自动化系统中，开关信号的采集基本取自开在变电站自动化系统

11、中，开关信号的采集基本取自开关的辅助触点，或者经过中间继电器触点接入。开关关的辅助触点，或者经过中间继电器触点接入。开关机构在操作一定次数时，辅助触点机械部分会出现缝机构在操作一定次数时，辅助触点机械部分会出现缝隙导致间隙放电，引起信号抖动；隙导致间隙放电，引起信号抖动； 继电器触点在运行时受环境影响，易氧化和脏污，导继电器触点在运行时受环境影响，易氧化和脏污，导致接触不良，引起信号抖动。致接触不良，引起信号抖动。信号抖动信号抖动 软件延时判别消抖软件延时判别消抖软件记录变化前沿作为软件记录变化前沿作为SOE SOE 产生时刻，直到遥信变位稳定产生时刻，直到遥信变位稳定T Td d 时间时间后

12、确认该事件，并取刚开始抖动时间作为后确认该事件，并取刚开始抖动时间作为SOE SOE 记录的有效时间。记录的有效时间。抖动抖动判断遥信变位，作判断遥信变位，作SOE记录时刻记录时刻防抖时限防抖时限遥信接点遥信接点光耦输出光耦输出 控制回路断线信号=TWJ 常闭接点+HWJ 常闭接点。 若TWJ 和HWJ 不同步，则误发控制回路断线信号。1、开关合闸时误报开关合闸时误报“控制回路断线控制回路断线”假遥信假遥信 事故总=KKJ常开接点+TWJ常开接点。 若手合开关时，由于KKJ由0变1，TWJ由1变0，因开关机构老化，TWJ变位慢会导致误发事故总。2、 开关合闸时误报开关合闸时误报“事故总事故总”

13、假遥信假遥信KKJKKJ继电器：合后位置继电器继电器：合后位置继电器是一个双线圈双位置磁保持继电器。是一个双线圈双位置磁保持继电器。该继电器有一动作线圈和复归线圈。该继电器有一动作线圈和复归线圈。 定义：定义：KKJ=1 KKJ=1 代表开关为人为（手动或遥控）合上；代表开关为人为（手动或遥控）合上； KKJ=0 KKJ=0 代表开关为人为（手动或遥控）分开。代表开关为人为（手动或遥控）分开。遥测遥测q 遥测量遥测量:U:U、I I、P P、Q Q、COSCOS、f f、T T交流信号输入回路低通滤波采样保持器多路转换开关A/D转换数字信号变换器电 压 形 成 回 路低 通 滤 波采 样 保

14、持电 压 形 成 回 路采 样 保 持低 通 滤 波多路转换开关存 储 器总 线遥测遥测遥测遥测从从TATA、TVTV中取得电流和电压量。由于中取得电流和电压量。由于A/DA/D转换器只能接收电压信号，且不转换器只能接收电压信号，且不同型号同型号A/DA/D转换器的输入电压范围各不相同，如双极性有转换器的输入电压范围各不相同，如双极性有0 02.5 V2.5 V、0 05V5V、0 010V10V，单极性有，单极性有0 05V5V、0 010V10V、0 020V20V等，因此需要对模拟等，因此需要对模拟量信号进行电压幅值变换，使之能满足量信号进行电压幅值变换，使之能满足A/DA/D转换器输入

15、电压范围要求。转换器输入电压范围要求。 1、电压形成回路1）低通滤波 由于变电站现场电磁干扰较为严重，为防止输入由于变电站现场电磁干扰较为严重，为防止输入A/DA/D的的电压信号受到干扰（主要是高次谐波叠加干扰）而影电压信号受到干扰（主要是高次谐波叠加干扰）而影响测量精度，必须在电压输出端设置低通滤波电路，响测量精度，必须在电压输出端设置低通滤波电路，以滤去高频干扰信号。通常可采用以滤去高频干扰信号。通常可采用RCRC低通滤波电路，低通滤波电路，2、保持电路与模拟低通滤过器S/H电路的作用：采样：将模拟信号变成离散信号采样保持过程：信号采样脉冲采样信号保持信号采样和0000tT ctttT s

16、采样：冻结模拟量瞬时值Upp(+15v)Uss(-15v)输出译 码 /驱 动SA15输 出 Ui0 Ui15EnA0A1A2A3U0SA0EN：使能端，只有在EN端为高电平时多路开关才工作，否则不论A0-A3在什么状态，SA0-A15均处于断开状态。3 多路转换开关4 模数转换器 主次逼近法原理可用天平秤重作比喻。若有四个砝码共主次逼近法原理可用天平秤重作比喻。若有四个砝码共重重15克，每个重量分别为克，每个重量分别为8、4、2、1克。设待秤重量克。设待秤重量Wx = 13克，可以用下表步骤来秤量：克，可以用下表步骤来秤量：砝码重砝码重第一次第一次第二次第二次第三次第三次第四次第四次加加4克

17、克加加2克克加加1克克8 克克 砝码总重砝码总重 待测重量待测重量Wx ，故保留，故保留砝码总重仍砝码总重仍 待测重量待测重量Wx ，故撤除，故撤除砝码总重砝码总重 待测重量待测重量Wx ，故保留，故保留暂时结果暂时结果8 克克12 克克12 克克13 克克 结结 论论4 模数转换器基准电压基准电压UREFn位位A/D转换转换器器 例:4 4位位A/DA/D转换器，输入模拟量转换器，输入模拟量uiui=3.26V=3.26V，基准电压，基准电压 U U。转换精度取决于位数。转换精度取决于位数。遥控遥控q 遥控就是发出命令去控制断路器或隔离开关进行合闸遥控就是发出命令去控制断路器或隔离开关进行合

18、闸或分闸操作。或分闸操作。TVTA开关端子箱操作机构保护保护测控监控后台保护信息管理机网络二次电缆开关站保护室操 作 箱遥控遥控 遥控过程遥控过程遥控选择遥控返校遥控执行或撤销执行控制端被控端第三章第三章 变电站自动化系统的结构变电站自动化系统的结构该类系统实际上是在常规的继电保护及二次接线该类系统实际上是在常规的继电保护及二次接线的基础上增设的基础上增设 RTURTU装置以实现装置以实现“四遥四遥”。结构上。结构上仅是站级概念，有关重要信息仅是站级概念，有关重要信息( (如保护动作信息等如保护动作信息等) )通过硬接点送给通过硬接点送给 RTURTU装置，变电所的监测量一般装置，变电所的监测

19、量一般经变送器变换后送给经变送器变换后送给 RTURTU。开关监测量是直接引。开关监测量是直接引至至RTURTU， RTURTU的控制输出一般经遥控执行柜发出控的控制输出一般经遥控执行柜发出控制命令。该类系统的特点是：系统功能不强，硬制命令。该类系统的特点是：系统功能不强，硬件设备重复、整体性能指标低，系统联接复杂，件设备重复、整体性能指标低，系统联接复杂，可靠性低，但其成本低，特别适合于老站改造。可靠性低，但其成本低，特别适合于老站改造。现在全国大量远行的无人值班变电站多采用此种现在全国大量远行的无人值班变电站多采用此种模式。实际上该类系统仅为变电站综合自动化的模式。实际上该类系统仅为变电站

20、综合自动化的初级形式，尚不能称为综合自动化系统。初级形式，尚不能称为综合自动化系统。第一种类型，集中式第一种类型，集中式第第1 1代综合自动化系统代综合自动化系统 远动终端：电网调度自动化系统中安装在发电厂、变电站的一种具有四遥远动功能的自动化设备。远动装置=远方终端=远动终端=RTU（Remote Terminal Unit）。 RTU在电网调度自动化系统中具有重要的作用。（系统结构：调度端SCADA/EMS远动信道厂站端RTU）。 CRT PC机 RTU 微机保护模拟量开关量脉冲量控制量调度主站系统第第2 2种类型种类型 集中式集中式 早期的变电站综合自动化系统早期的变电站综合自动化系统

21、由一台或两台计算机完成变电站的所有继由一台或两台计算机完成变电站的所有继电保护、测量监视、操作控制、中央信号电保护、测量监视、操作控制、中央信号数据通信和记录打印等功能。系统各功能数据通信和记录打印等功能。系统各功能模块与硬件无关，采用模块化软件连接来模块与硬件无关，采用模块化软件连接来实现，集中采集信息，集中处理运算。具实现，集中采集信息，集中处理运算。具有工作可靠、结构简单、性价比高等优点有工作可靠、结构简单、性价比高等优点，但可扩充性、可维护性差。，但可扩充性、可维护性差。 集中组屏式 总控单元 监控主机 显示、打印高压微机保护中压微机保护遥测单元遥信单元电能单元遥控单元交直流单元VQC

22、单元时钟单元RS-485/RS232调度主站第第3 3种类型种类型 分散式分散式 第第2 2代综合自动化系统代综合自动化系统 从硬件结构上按功能对装置进行了划分，摒弃了集从硬件结构上按功能对装置进行了划分，摒弃了集中式单中式单 CPUCPU结构而走向分散，系统由数据采集单结构而走向分散，系统由数据采集单元元( (模拟量、开关堡、脉冲量模拟量、开关堡、脉冲量) )，主机单元，主机单元( (总控单元总控单元) )、遥控执行单元、保护单元组成。各功能单元、遥控执行单元、保护单元组成。各功能单元( (设设备备) )通过通信网络等手段实现有机结合，构成系统。通过通信网络等手段实现有机结合，构成系统。该类

23、系统可替代常规的保护屏、控制屏、中央信号该类系统可替代常规的保护屏、控制屏、中央信号屏、远动屏、测量仪表等。它具有较强的在线功能屏、远动屏、测量仪表等。它具有较强的在线功能。各种功能比较完善，且人机界面较好。但系统仍。各种功能比较完善，且人机界面较好。但系统仍然比较复杂，联结电缆较多，系统可靠性不太高。然比较复杂，联结电缆较多，系统可靠性不太高。这类系统虽然做到了一定程度上的分散这类系统虽然做到了一定程度上的分散( (功能分散功能分散) )，但没有从整体上来考虑变电站综合自动化系统的，但没有从整体上来考虑变电站综合自动化系统的结构、一般仅是监控系统和保护系统简单的相加。结构、一般仅是监控系统和

24、保护系统简单的相加。由于我国保护和远动分属不同的部门和专业。故我由于我国保护和远动分属不同的部门和专业。故我国目前的大多数综合自动化系统均属此类结构系统国目前的大多数综合自动化系统均属此类结构系统。分层分布式 调度主站 监控主机 显示、打印测量单元开关量输入故障录波变压器保护VQC电容器保护线路保护备自投装置 数采控制机 保护管理机开关量输出变电站层单元层设备层TV、TA输入，断路器、隔离开关辅助触点输入，断路器控制等 设备分变电站层设备设备分变电站层设备( (站控级站控级) )和间隔层设备和间隔层设备( (间隔级间隔级) )。间隔。间隔层设备原则上按一次设备组织，例如层设备原则上按一次设备组

25、织，例如 l l条线路、条线路、 l l台主变压台主变压器。每一间隔层设备包括保护、控制、测量、通信、录波器。每一间隔层设备包括保护、控制、测量、通信、录波等所有功能。设计的原则是：凡是可以在本间隔层设备完等所有功能。设计的原则是：凡是可以在本间隔层设备完成的功能，尽量由间隔层设备就地独立处理，不依赖于通成的功能，尽量由间隔层设备就地独立处理，不依赖于通信网和变电站层设备。变电站层设备是通过间隔层设备了信网和变电站层设备。变电站层设备是通过间隔层设备了解和掌握整个变电站实时运行情况、并通过间隔层设备实解和掌握整个变电站实时运行情况、并通过间隔层设备实现变电站控制，它还负责站内信息收集、分析、存

26、储以及现变电站控制，它还负责站内信息收集、分析、存储以及与远方调度中心的联系，这类系统实现了信息资源的共享与远方调度中心的联系，这类系统实现了信息资源的共享以及保护、监控功能的综合化，大大简化了站内二次回路以及保护、监控功能的综合化，大大简化了站内二次回路，它完全消除了设备之间错综复杂的二次电缆。由于间隔，它完全消除了设备之间错综复杂的二次电缆。由于间隔层设备可放在开关柜上或放置在一次设备附近，从而可大层设备可放在开关柜上或放置在一次设备附近，从而可大大缩小主控制室面积，节省控制电缆、减少大缩小主控制室面积，节省控制电缆、减少 CTCT负担。同负担。同时大大提高了整个系统的可靠性、可扩展性，是

27、综合自动时大大提高了整个系统的可靠性、可扩展性，是综合自动比系统的发展方向比系统的发展方向。第第4 4种类型分层分布式结构种类型分层分布式结构第第3 3代综合自动化系统代综合自动化系统测量控制保护1号开关柜测量控制保护2号开关柜测量控制保护N号开关柜 监控主机显示、打印 总控单元CANnet或LON-WORK完全分散式第四章第四章 变电站自动化系统的通信变电站自动化系统的通信变电站自动化系统的通信分两大部分：（1） 变电站内的信息传输。（2） 变电站自动化系统与调度中心的通信。串行通信方式连接串行通信方式连接 串行通信：按照一定的格式一位一位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

28、线地顺序传送数据。信息在一根信号线上传输。上传输。 优点优点: : 便于长距离传送便于长距离传送 缺点缺点: : 传送速度较慢传送速度较慢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。 并行通信：数据的各位同时发数据的各位同时发送或同时接收送或同时接收 优点优点: : 传送速度快传送速度快 缺点缺点: : 不便长距离传送不便长距离传送计算机“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。并行通信方式连接并行通信

29、方式连接串行数据的发送和接收 计算机并行方式处理数据，而数据传送用串行方式，故需要进行并/串转换。 发送端：并/串转换器：CPU控制发送缓冲器移位寄存器在发送脉冲控制下字节的低位先发。发空后用中断提示。发送时钟控制发送速度。 接收端：串/并转换器：类似同上。 异步通信和同步通信 1）异步通信 由于通信收、发两端的时钟很难完全同步，为了满足这种条件下的通信，提出异步通信的方式。 发送1个字节的信息构成（在空闲时发高电平）： 起始位（低） 数据位（69位） 校验位（1位） 停止位（1位，1.5或2）。 首先确认起始位，接收端用速率N倍的测试脉冲检测线路状态，一旦发现连续N/2个测试都为低电平，认为

30、起始位开始，开始接收后面数据位，再接收效验位，最后接收停止位。如果起始位、效验位、停止位中有一个不对，则放弃该字节的接收。 异步通信的意义：指两端时钟不需要精确同步。优点：设备要求低，广泛应用 缺点：附加码导致传输效率降低。 2) 同步通信 特点：收发二端的时钟要严格保持同步，发送的每个数据字节不需要特殊的附加位了，形成真正的数据流（有效数据位紧密排列）。 采用数据帧方式：数据流被分成数据帧发送， 一帧数据组成：同步码数据码（N*8）效验码。好处：区分数据类型、保证数据正确（效验）、减少对时钟的严格同步要求。 码元同步：从接收信息码的脉冲串中提取发送时钟信息，用于调整接收端时钟。可用数字锁相电

31、路原理实现。Page 63/49通信工作方式:单工、半双工与全双工 单工 只有一个信道，传输方向只能是单向的 半双工 只有一个信道，在同一时刻，只能是单向传输 全双工 双信道，同时可以有双向数据传输ABABAB例如：寻呼机例如：寻呼机例如：对讲机例如：对讲机例如：电话例如：电话主站和分站间通信模式 CDT、 PollingCDT 循环式：分站自动循环地向主站发送采集到的并经一定处理后的遥测量、遥信量、数字量、脉冲量等。 Polling问答式：分站按照主站的要求发送相应的数据。国际标准：IEC60870-101A询问1询问2B送主机送主机回答1回答2出错重问A询问1询问1B送主机回答1NAKA询

32、问1询问1B送主机回答1丢失重问toutA询问1询问1B送主机回答1回答1丢失重问tout变电站内部通信模式 总线通信方式 、网络通讯方式 总线通信方式：由主模块控制通信总线，主模块可以主动向任何一个分模块发送信息，分模块则必须得到主模块的允许，才能向主模块发送信息。主模块不断地查询各个分模块，查到谁，谁才可以发送数据。这种主模块和分模块的通信方式类似于主站和分站之间采用的Polling通信方式。与其它设备通讯与其它设备通讯与调度通讯与调度通讯状态状态量输量输入模入模块块模拟模拟量输量输入信入信号号状态状态量输量输入信入信号号脉冲脉冲量输量输入信入信号号遥控遥控输出输出遥调遥调输出输出模拟模拟

33、量输量输入模入模块块脉冲脉冲量输量输入模入模块块数字数字量输量输入模入模块块遥调遥调输出输出模块模块遥控遥控输出输出模块模块综合综合输入输入输出输出模块模块数字数字量输量输入信入信号号各种各种输入输入输出输出信号信号微机型分站微机型分站主模块主模块遥控遥控输出输出模块模块通讯通讯接口接口MODEM网络网络 网络通讯方式类似于PC机之间通信时采用的以太网。通信线路不需要由某个模块控制，主模块可以主动向任何一个分模块发送信息，任何一个分模块也可以主动向主模块发送信息。当有两个或两个以上的模块同时发送信息而产生冲突时，有一种仲裁机制，使冲突得以检测到或得以避免，使信息不会丢失。通信协议定义 通信协议

34、是指通信双方的一种约定，约定包括对数据格式、同步方式、传递速度、传送步骤、检纠错方式以及控制字定义等问题做出统一规定，通信双方必须共同遵守。 网络协议是网络设备之间通信规则的正式描述。43214321TCP/IP协议栈Source Host ADestination Host B好啊,我也懂TCP/IP。请问可以用TCP/IP和你通信吗?TCP/IP协议栈 IEC60870-5-101IEC60870-5-101主要是运用在远动（串口）主要是运用在远动（串口） IEC60870-5-102IEC60870-5-102主要是运用在电度表（串口）主要是运用在电度表（串口） IEC60870-5-1

35、03IEC60870-5-103主要运用在保护装置（串口）主要运用在保护装置（串口） IEC60870-5-104IEC60870-5-104主要运用在远动（以太网）主要运用在远动（以太网）、 IEC61850IEC61850规约基于规约基于MMS MMS （Manufacturing Message Manufacturing Message SpecificationSpecification）的）的TCP/IPTCP/IP协议的以太网信息互连协议的以太网信息互连国际标国际标准。准。其它远动规约：其它远动规约： CDT92CDT92、CDT85 CDT85 主要运用在远动（串口）主要运用在

36、远动（串口） MODBUSMODBUS（以太网口）（以太网口） 通讯规约是指系统之间的数据交换规则，其中系统可以是装置，也可以是软件系统。 一般情况下，设备之间互不通讯，规约转换是在相对于监控系统的外部设备接入系统时进行的。 通讯规约应该包含三个方面的信息：介质、数据格式和时序。 介质是通讯建立的基础. 数据格式或称为报文格式、帧格式，指明报文中的各部分的含义. 时序是指数据的交换次序。通讯的一般可以分为启动、设置、轮询、操作几个部分。数据格式或称为报文格式、帧格式，指明报文中的各部分的含义，一般报文可以分为同步字、报文头、数据、校验几个部分，并非所有通讯规约的报文中都含有这几部分，例如某些可

37、能没有同步字，或者没有校验。（例）一段CDT报文eb 90 eb 90 eb 90 解读：同步字71 61 14 02 01 64 解读：控制字 71控制字节 61重要遥测 14为信息字数 02 源站 01 目地站 64校验字 00 00 00 00 00 ff 00 解读：00（信息地址） 00 00 （点号0，值为0 ）00 00 （点号1，值为0 ） FF （校验）01 00 00 00 00 9d 01 解读：01（信息地址） 00 00 （点号2，值为0 ）00 00 （点号3，值为0 ） 9d （校验）02 00 00 00 00 3b 03 00 00 00 00 59 04 0

38、0 00 6e 00 53 05 6f 00 0a 00 17 通讯的一般可以分为启动、设置、轮询、操作几个部分。 启动过程是电力通系统通知设备复位，同步各种状态，准备进行下一步通讯。 设置过程是由电力通系统给设备下发各种参数或取得设备的参数，下发时钟进行对时等。 轮询过程是通讯的主要过程，电力通系统通讯规约模块的绝大部分时间都在该过程中，例如要召唤遥测、遥信的变化数据，定时召唤电度数据，处理事件数据等，该过程中的每一步操作，往往必须由上一步的操作以及设备的回答来确定。 当操作人员在系统上操作时，如果向设备发送命令，则进入操作过程，由于操作过程是随机插入的，因此在处理上要特别注意该过程与轮询过

39、程所产生的时序上的交叉。 规约转换一个规约转换的例子： 监控系统采集直流设备的信息（遥测量、遥信量等） 假设监控系统采用IEC104规约，而直流设备采用CDT规约。就需要经过规约转换。规约转换 CDT 循环远动规约CDT规约按照自身的数据传送规则循环向主站传送数据，不管主站是否正确接收。 IEC104规约 对于遥测量：有一种模式是设备主动上送；对于遥信量：如果设备遥信有变位，则要求主动上送至监控系统；在监控系统下发总召唤时，设备要回应其全部遥信当前值，规约转换规约转换主要过程： 1、定时接收直流设备原始数据，存放在缓冲区中，将其转换成IEC104规约的遥测、遥信格式并保存； 对于遥测：如果遥测

40、上送时间到，则将转换过的遥测数据打包成IEC104规约的报文上送至主站， 对于遥信：判断当前值与前一时刻值是否有变位，如果有则将数据打包成IEC104规约的遥信变位报文上送至主站，并将前一时刻值重新赋值； 2、接收来自监控系统的下发命令，判断如果是总召唤，则将当前遥信数据打包成IEC104规约的遥信报文上送至主站；Page 83/31协议分层 网络通信的过程很复杂 数据以电子信号的形式穿越介质到达正确的计算机，然后转换成最初的形式，以便接收者能够阅读 为了降低网络设计的复杂性，将协议进行了分层设计协议分层 分层设计的意义 用户服务层的模块设计可相对独立于具体的通信线路和通信硬件接口的差别 而通

41、信服务层的模块设计又可相对独立于具体用户应用要求的不同例如：文件传输或电子邮件服务模块的设计，例如：文件传输或电子邮件服务模块的设计，不必关心底层通信线路是光纤还是双绞线不必关心底层通信线路是光纤还是双绞线写信人写信人邮局邮局运输部门运输部门收信人收信人邮局邮局甲地甲地乙地乙地 邮局对于写信人来说是下层 运输部门是邮局的下层 下层为上层提供服务 写信人与收信人之间使用相同的语言 邮局之间的约定 同层次之间使用相同的协议OSI的七层框架物理层物理层物理层物理层数据链路层数据链路层数据链路层数据链路层网络层网络层网络层网络层传输层传输层传输层传输层会话层会话层会话层会话层表示层表示层表示层表示层应

42、用层应用层应用层应用层物理层协议物理层协议数据链路层协议数据链路层协议网络层协议网络层协议传输层协议传输层协议会话层协议会话层协议表示层协议表示层协议应用层协议应用层协议 比特比特 帧帧 报文报文TPDUSPDUPPDUAPDU1 接口接口2 接口接口3 接口接口4 接口接口5 接口接口6 接口接口主机主机A主机主机B数据单元数据单元层层数据的封装与解封装过程31InternetHello!IP包头包头数据的封装与解封装过程32Hello物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层传输层传输层会话层会话层表示层表示层应用层应用层 比特比特 帧帧 报文报文段段PDUHelloTCP/UDP头头H

43、elloIP包头包头LLC子层子层TCP/UDP头头HelloIP包头包头LLC子层子层MAC子层子层TCP/UDP头头HelloTCP/UDP头头高层数据高层数据MAC子层子层LLC子层子层FCSIP包头包头数据的封装与解封装过程33Hello物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层传输层传输层会话层会话层表示层表示层应用层应用层 比特比特 帧帧 报文报文段段PDUHelloTCP/UDP头头HelloIP包头包头LLC子层子层MAC子层子层TCP/UDP头头HelloIP包头包头LLC子层子层MAC子层子层FCSTCP/UDP头头HelloTCP/UDP头头高层数据高层数据LLC子层子

44、层两种国际标准 法律上的(de jure)国际标准 OSI 并没有得到市场的认可。 是非国际标准 TCP/IP 现在获得了最广泛的应用。 TCP/IP 常被称为事实上的(de facto) 国际标准。TCP/IP协议参考模型 TCP/IP是20世纪70年代中期美国国防部为ARPANET开发的网络体系结构网络接口层网络接口层互联网层互联网层传输层传输层应用层应用层TCP/IP 4层模型层模型物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层OSI 7层模型层模型会话层会话层表示层表示层应用层应用层传输层传输层互联网层互联网层传输层传输层应用层应用层物理层物理层数据链路层数据链路层TCP/IP 5层模型

45、层模型物理层网络的基础 物理层是TCP/IP模型的最底层 物理层为数据传输提供可靠环境 物理层是网络的基物理层是网络的基础，正如同公路是汽础，正如同公路是汽车通行的基础一样车通行的基础一样物理层的功能v功能一：为数据端设备提供传送数据的通路功能一：为数据端设备提供传送数据的通路v功能二：传输数据功能二：传输数据 物理层关心的是信号、物理层关心的是信号、接口和传输介质接口和传输介质物理层的传输介质 有线介质 双绞线 光纤 无线介质 无线电 微波 激光 红外线物理层的设备 网络接口卡 连接计算机和网络硬件 有一个惟一的网络节点地址 按照速率可分为10M网卡、10/100M自适应网卡和千兆网卡 按照

46、总线类型可分为ISA网卡、PCI网卡等 按照提供的线缆接口类型可分为RJ-45接口网卡、光纤网卡等 便携式电脑可使用PCMCIA网络接口卡 物理层的设备 中继器 能放大信号 延长网络传输距离 只包含有一个输入端口和一个输出端口，所以只能接收和转发数据流 成本低物理层的设备 集线器 最初只是一个多端口的中继器 可用于星形拓扑结构 能够支持各种不同的传输介质和数据传输速率 有些集线器具有内部处理能力，例如，可以接受远程管理、过滤数据或提供网络诊断信息 被交换机所取代数据链路层的功能 数据链路层 位于网络层与物理层之间物理层物理层物理层物理层数据链路层数据链路层数据链路层数据链路层网络层网络层网络层

47、网络层数据链路层协议数据链路层协议 比特（比特（Bit） 帧（帧（Frame）包包(Packet）主机主机A主机主机B数据单元数据单元以太网以太网在 数据链路层数据链路层和物理层物理层上运行。物理层物理层物理层物理层数据链路层数据链路层数据链路层数据链路层网络层网络层网络层网络层物理层协议物理层协议数据链路层协议数据链路层协议网络层协议网络层协议 比特比特 帧帧 包包12主机主机A主机主机B数据单元数据单元层层以太网以太网以太网MAC地址 分配给网卡或其它以太网设备的所有 MAC 地址都必须使用厂商分配的 OUI 作为前 3 个字节。OUI 相同的所有 MAC 地址的最后 3 个字节必须是唯一

48、的值（厂商代码或序列号）。MAC 地址通常称为烧录地址 (BIA)，因为它被烧录到网卡的 ROM（只读存储器）中。网络层的功能 定义了基于IP协议的逻辑地址 连接不同的媒介类型 选择数据通过网络的最佳路径IP地址的作用v 用来标识一个节点的网络地址用来标识一个节点的网络地址v 每个每个IP地址都包含两部分，即网络号和主机号地址都包含两部分，即网络号和主机号。v 子网掩码的作用就是将某个子网掩码的作用就是将某个IP地址划分成网络地址和主机地址划分成网络地址和主机地址两部分。地址两部分。子网掩码的使用子网掩码子网掩码:255 . 0 . 0 . 0100.50.20.2100.50.20.3100

49、.50.30.2100.60.30.2ABCD网络网络ID相同，相同，在同一网段，在同一网段，可以通信可以通信网络IDA的主机ID255 . 255. 0 . 0100.0.0.0.50.20.2100.50.0.0.20.2A与与C不在同不在同一网段，不能一网段，不能通信通信255 . 255. 255. 0100.50.20.0.2A与与C、D不不在同一网段，在同一网段，不能通信不能通信划分子网 划分子网的作用 通过将子网掩码变长，将大的网络划分成多个小的网络 网络172.16.0.0，掩码255.255.0.0172.16.0.0未划分子网的IP地址172.16.0.1 172.16.0

50、.2 172.16.0.3.172.16.255.253172.16.255.254划分子网后的IP地址172.16.1.0172.16.2.0172.16.3.0172.16.4.0 掩码变成255.255.255.0，网络划分为172.16.1.0、172.16.2.0、172.16.254.0网络网络ID 集线器（HUB) 交换机（Switch) 路由器(Router)交换机和集线器的区别 集线器为共享方式，即同一网段的计集线器为共享方式，即同一网段的计算机共享固有的带宽，传输通过碰撞检算机共享固有的带宽，传输通过碰撞检测进行，同一网段计算机越多，传输碰测进行，同一网段计算机越多，传输碰

51、撞也越多，传输速率会变慢。撞也越多，传输速率会变慢。 交换机和集线器的区别 交换机则采用一种与集线器完全不同的、独特交换机则采用一种与集线器完全不同的、独特的传输方式。无论是网卡还是交换机端口，都的传输方式。无论是网卡还是交换机端口，都具有独一无二的具有独一无二的MAC地址，因此，地址，因此，MAC地址地址便可用作识别其身份的号码，而交换机上的每便可用作识别其身份的号码，而交换机上的每个端口都能够在其地址表中记忆若干个个端口都能够在其地址表中记忆若干个MAC地址，从而建立一张端口号与地址，从而建立一张端口号与MAC相对应的相对应的地址表。地址表。 当交换机控制电路从某一端口收到一个当交换机控制

52、电路从某一端口收到一个Ethernet包后，将立即在其内存中的地址表（包后，将立即在其内存中的地址表（端口号端口号MAC地址）进行查找，以确认目的地址）进行查找，以确认目的MAC的网卡连接在哪一个端口上，然后将该的网卡连接在哪一个端口上，然后将该包转发至该端口。如果在地址表中没有找到该包转发至该端口。如果在地址表中没有找到该MAC地址，也就是说，该目的地址，也就是说，该目的MAC地址是首地址是首次出现，则将其广播到所有端口。拥有该次出现，则将其广播到所有端口。拥有该MAC地址的网卡在接收到该广播包后，将立地址的网卡在接收到该广播包后，将立即作出应答，从而使交换机将其端口号即作出应答，从而使交换

53、机将其端口号MAC地址对照表添加到地址表中。地址对照表添加到地址表中。交换机和集线器的区别路由器 路由器（路由器（RouterRouter）是一种典型的网络层设备。）是一种典型的网络层设备。 一般说来，异种网络互联与多个子网互联都应采一般说来，异种网络互联与多个子网互联都应采用路由器来完成。用路由器来完成。 路由器的主要工作就是为经过路由器的每个数据路由器的主要工作就是为经过路由器的每个数据帧寻找一条最佳传输路径，并将该数据有效地传送到帧寻找一条最佳传输路径，并将该数据有效地传送到目的站点。目的站点。 路由器中保存着各种传输路径的相关数据路由器中保存着各种传输路径的相关数据路路径表（径表（Routing TableRouting Table），供路由选择时使用。路径），供路由选择时使用。路径表中保存着子网的标志信息、网上路由器的个数和下表中