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1、配电网自动化技术课程设计任务书题 目站控通信规约和通信管理机通信程序设计学生姓名学号专业班级电气0701班设计内容与要求1.背景变电站自动化系统，普遍采用分布式的监视和控制系统。各类IED装置和通信管理机进行通信。通信管理机实现IED信息集结和控制命令的下达。 循环冗余校验CRC（Cyclic Redundancy Check）是一种重要的校验方式。编码简单且误判概率很低，在电力自动化通信系统中得到了广泛的应用。2.设计内容和要求设计用于实现IED和通信管理机的通信规约，规约采用召唤式应答规约，实现YC、YX、YK及SOE和越限信息的传送。用循环冗余校验码进行校验。每个IED YC量12个，Y
2、X量20。设计通信管理机中的通信主控程序，通信管理机能同时和n（n30）个IED进行通信。具体内容如下：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。生成多项式g(x)=x16+x15+x5+15) 用查表法实现CRC-16校验码生成和校验。6) 设计主机规约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。8) 撰写设计报告。起止时间2010 年 12 月 20 日 至 2010年12 月 26 日指导教师签名年 月 日系（教
3、研室）主任签名年 月 日学生签名年 月 日目 录一、引言3二、设计目的3三、设计内容4四、设计初步分析4五、设计原理5 召唤式应答通信规约特点5 通信帧格式设计原理5 循环冗余校验码原理6六、设计详细分析7 召唤式应答通信规约7 通信帧格式9 循环冗余校验15七、设计总结19八、参考文献19一、引言 在配电网自动化系统中，数据通信是一个极为重要的环节。数据通信既可能是在一个厂站内部进行，也可能是在厂站之间进行，还可以是在远达数千公里的厂站与调度中心之间进行。变电站自动化系统，普遍采用分布式的监视和控制系统，各类IED装置和通信管理机不断地进行通信，使通信管理机实现现场信息的集结和控制命令的下达
4、，使IED装置实现现场信息的上传。在数据通信系统中，为保证这种数据通信的正常有序进行，双方必须遵守一些共同的约定，这些约定就是通信规约。因此，通信规约是数据通信的基础。在我国配电网自动化系统中，通信规约一般可以分为循环传送式通信规约、召唤式应答通信规约、对等式通信规约。由于召唤式通信规约可节省信道，数据传输速度高，通道适应性强，因此得到了较广泛应用。由于信息在传输过程中会受到不同程度的干扰，干扰将会使信息出错，出现信息的失真，接收端将收到错误的信息。因此，必须在传送的信号上加上抗干扰编码，即利用信道编码器实现差错控制。差错控制的目的是要发现传输过程中出现的错码，进而加以纠正。循环冗余校验CRC
5、（Cyclic Redundancy Check）是一种重要的校验方式，编码简单且误判概率很低，在电力自动化通信系统中得到了广泛的应用。二、设计目的 配电网自动化系统是集计算机技术、现代数据通信技术和电力系统运行控制理论为一体的自动化系统，其中的数据通信技术是是保证配电自动化系统实施的关键。配电网自动化系统一般分为三层：第一层为现场IED设备层，第二层为配电子站即通信管理机，第三层为主站层。本次课程设计为设计变电站自动化系统中通信管理机与现场各类IED设备的通信，采用的是召唤式应答通信规约，在此基础上设计帧结构。因此，通过本次课程设计能够使我们明白配电网自动化系统中通信的实现原理，为以后开展配
6、电网自动化有关工作具有重要指导意义。 本次配电网课程设计的目的主要有以下几点： 对所学配电网自动化知识进行巩固，加深对配电网自动化课程中基本概念的理解。 掌握召唤式应答规约通信流程，尤其是掌握配电自动化系统的远动通信规约的精髓，达到触类旁通的目的。 根据通信功能要求，通过设计帧结构掌握各种帧结构的设计原则，并以此为基础在工程实践中根据所掌握的信息解析通信帧。 通信过程中由于各种干扰需要进行差错控制，本次课程设计需要掌握用查表法 实现CRC-16校验码的生成和校验的原理。 通过本次课程设计，掌握根据实际问题开展初步分析问题、检索资料、深入分析问题、解决问题一系列工作，为以后工作生活打下一个良好的
7、基础。三、设计内容设计用于实现IED和通信管理机的通信规约，规约采用召唤式应答规约，实现YC、YX、YK及SOE和越限信息的传送，并用循环冗余校验码进行校验。每个IED YC量12个，YX量20。设计通信管理机中的通信主控程序流程图，通信管理机能同时和n（n30）个IED进行通信。具体内容如下： 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。 设计出每一类信息的传送帧格式。 根据信息的传送重要性确定信息的传送原则。， 校验方式选用CRC-16校验方式。生成多项式g(x)=x16+x15+x5+1。 用查表法实现CRC-16校验码生成和校验，并设计CRC校验子程序流程图。 设
8、计主机规约传输和接收的程序流程图。四、设计初步分析配电网自动化系统中通信规约通俗来讲，指配电调度端和现场执行端通信时共同使用的人工语言的语法规则及应答关系。通信规约规定怎样开始/结束通信、谁管理通信、怎样传输信息、数据是怎样表示和实施保护的、工作机理、支持的数据类、支持的命令以及怎样检测/纠错等内容。本次课程设计通信规约为召唤式应答通信规约，它是一个以通信控制中心即主站为主动方的远动数据传输规约。根据其通信特点可对应画出通信管理机发送与接收信息的流程图。根据其功能要求可以确定传输的内容（命令）编码，由此设计出总体的帧格式并分别设计出每一类信息的传送帧格式。由于每一类信息的重要程度与实时性要求的
9、不同，要求有不同的优先级，由于召唤式问答通信规约为问答通信方式，因此信息优先级体现在主站对各类信息的轮询频率的高低，由此定义信息的传送原则。本次课程设计的差错控制为用查表法实现CRC-16校验码生成和校验，根据其生成多项式g(x)=x16+x15+x5+1编写程序流程图和程序实现信息校验码的生成与校验。五、设计原理 召唤式应答通信规约特点召唤式应答通信规约即POLLING规约是一个以通信控制中心即主站为主动方的远动数据传输规约。厂站自动化系统中各IED只有在主站询问以后，才向询问发送方回答信息。通信主站按照一定规则向各个厂站自动化系统中IED发出各种询问报文，厂站自动化系统按询问报文的要求以及
10、厂站自动化系统的实际状态向控制中心回答各种报文。通信主站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，并向控制中心回答响应报文。当现场IED设备受到主站查询命令后，必须在规定的时间内应答，否则视为本次通信失败。平时各IED同样正常采集各项数据，但这些数据不马上传送，而是存储起来，当主站轮询到本站时才组装发送出去。在召唤式应答通信规约中，在实际的通信开始之前，通信两侧无任何通信意义上的连接关系，因此通信双方首先应建立通信链路。通信链路的建立、数据信息的传送、接收的确认、链路的撤除等过程均在一问一答中完成。召唤式应答通信规约适用于网络拓扑是点对点
11、、多点共线、多点环形或多点星形的远动系统，以及调度中心与一个或多个远动终端进行通信。通道可以使全双工或半双工，信息传输为异步方式。问答式通信规约中主站与子站的通信项目可按功能来划分。主站发送的命令报文初始化设置参数类，设置扫描周期，设置死区数值及滤波系数等；查询类，询问各种类别的远动数据情况等；管理控制类，控制RTU的投入或退出工作等；专用类，电源合闸确认以及遥控、诊断报文等。 子站发送的命令报文子战对主站的响应主要有两类，一类是对主站命令的简短响应，即肯定性确认或否定性确认；另一类是遵照主站命令回答响应的具体数据。 通信帧格式设计原理固定帧长的帧格式：固定帧长度帧格式为由通信双方约定帧长度固
12、定为五个八位位组，适用于现场IED向主站回答的确认报文或主站向现场IED发送查询报文。可变帧长的帧格式：通信帧的长度可变，通信双方均遵守规定编码和解码信息，适用于由调度中心向厂站端传输数据，或由厂站端向调度中心传输数据。一般通信帧格式如下图1所示。帧由帧头(Frame header8bit)、包(Packet)、和FCS16bit (CRC)及帧尾(Flag8bit)组成。包由包头（Packet header）和数据（data）组成。包头由源地址、目的地址、包长度和功能码组成。包长度为整个帧字节长度之和。帧 帧头包FCS帧尾包头数据源地址目的地址包长度功能码图1 帧格式包和FCS中出现0x7E
13、、0x7C、0x7D分别转义为：0x7D和0x5E、0x7D和0x5C、0x7D和0x5D（原字节和0x20异或）。 循环冗余校验码原理循环码是一种特殊的线性分组码，在严格的的代数学理论基础上建立起来的，具有线性分组码的一般性质，并且具有循环性，即将某一码字的首位移到其末位之后就变成了相邻的另外一个码字。对于一个长度为k的二进制信息码元，用表示。发送装置重信道编码器将产生一个r位的码元序列，称为监督码序列，用表示。将此r位的监督码元序列附加在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
14、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：=*+ CRC16校验方式的生成多项式为g(x)=+ +1六、设计详细分析 召唤式应答通信规约召唤应答式通信规约工作流程图2如下。询问链路109GG07pXfTTDFYB回答链路状况复位远方链路链路确认总召唤回答全数据召唤突发数据回答突发数据N有无控制命令有无定时任务Y分类回答POLLING工作流程图2 召唤式应答通信规约工作流程图图
