第六章數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)

第六章數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)第一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五第一節(jié)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)構(gòu)成

一、通信系統(tǒng)構(gòu)成簡單的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)由數(shù)據(jù)終端、調(diào)制解調(diào)器、通信線路、通信處理機(jī)和主計算機(jī)組成。數(shù)字信道模擬信道邏輯信道模擬信道數(shù)字信道第二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五二、信道1。電力線載波通信（PowerLingCarrier，簡稱為PLC）

第三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五二、信道3．工頻控制技術(shù)在工頻電源電壓過零點(diǎn)附近用晶閘管控制電容放電或通過電感吸收電流產(chǎn)生脈沖波。

第四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五二、信道4．電纜通信5．光纖通信

第五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五二、信道6．現(xiàn)場總線和RS-485接口

7。無線電通信系統(tǒng)

調(diào)幅（AM）廣播；調(diào)頻（FM）廣播；無線尋呼網(wǎng)；甚高頻通信；特高頻通信。

第六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五二、信道9．電話線10．微波中繼通信

11。衛(wèi)星通信系統(tǒng)

第七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五三．計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)一個網(wǎng)絡(luò)由若干個節(jié)點(diǎn)和若干條路連接構(gòu)成

主機(jī)通信處理機(jī)局域網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備第八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五四．信息調(diào)制振輻調(diào)制（AM）這是一種最簡單的信號調(diào)制方式，以一個固定頻率的載波交流信號用不同的振輻表示“l(fā)”和“0”，調(diào)制后載波的頻率和相位都不變。最特殊的振輻調(diào)制表達(dá)是用無信號代表“0”，而以有信號表示“1”。第九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五四．信息調(diào)制頻率調(diào)制（FM）利用載波信號的頻率變化來傳輸數(shù)字信息．即以兩種不同的載頻（ω1，ω2）來表示二進(jìn)制信息的“l(fā)”和“0”。由于傳輸?shù)男畔⑴c已調(diào)波的振輻無關(guān)，其抗衰減性能比上述相位調(diào)制好。第十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五相位調(diào)制（PM）利用載波信號的相位變化來表達(dá)數(shù)字信息的不同數(shù)值，載波的振輻和頻率不變。例如以正弦波的正相位表示“1”，而反相位表示“0”（正弦波的正相位移相π，所以又稱移相調(diào)制），在每一“0”和“1“的轉(zhuǎn)變處，相位變化1800。若有幾種不同的相位移，以便可以在一次相位變化中傳輸幾位信息。第十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五第二節(jié)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟铄e控制常用的辦法：在傳輸信息的同時通過編碼器按照一定的規(guī)則增加若干校驗碼，這些校驗碼與有效的信息碼間具有一定的關(guān)系。接收端收到信息后，由譯碼器檢驗它們之間的關(guān)系是否符合原定的規(guī)則．確認(rèn)信息可靠無誤后去除校驗碼并將其輸出至數(shù)據(jù)庫或控制電路。如果發(fā)現(xiàn)信息受到干擾而有錯誤時，則應(yīng)作出必要的處理，拒絕接收、要求重新發(fā)送或設(shè)法糾正錯誤。第十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五第二節(jié)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟铄e控制二、常用校驗碼(一)奇偶校驗碼（奇校驗或偶校驗）在被傳輸?shù)男畔⑸狭砑右晃淮a．使信息碼和校驗碼中“1”的總個數(shù)保持為奇數(shù)（或偶數(shù)）。如果在信息碼中有一位出錯時（如“1”變?yōu)椤?”，或“0”變?yōu)椤發(fā)”），接收端就可判別出來。二進(jìn)制信息碼校驗碼001000110101100101100001010000010101111001001碼序列001000110101100101100001010000010101111001001奇校驗第十三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五二、常用校驗碼(二)線性分組碼以（7，3）為例：3位信息碼，4位監(jiān)督碼許用碼字信息碼監(jiān)督碼碼字信息碼監(jiān)督碼碼字0000000000000010011101001110001110100111011010011101001101001110100111110100111010010111010011101011101001110100除此外的任意7位碼字組合稱為“禁用碼字”

第十四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五二、常用校驗碼(二)線性分組碼碼重：碼字中“1”的個數(shù)稱為碼重信息碼監(jiān)督碼碼字信息碼監(jiān)督碼碼字0000000000000010011101001110001110100111011010011101001101001110100111110100111010010111010011101011101001110100（7，3）線性分組碼的碼重均為4（除全0碼字外）

第十五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五(二)線性分組碼模2運(yùn)算規(guī)則0+0=00+1=11+0=11+1=0例：0011101+++++++1010011=1001110第十六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五(二)線性分組碼碼距：兩個碼字對應(yīng)位的模2運(yùn)算結(jié)果中“1”的個數(shù)稱為碼距；（7，3）線性分組碼的碼距均為4（除全0碼字外）兩個許用碼字對應(yīng)位的模2運(yùn)算結(jié)果為另一個許用碼字（7，3）線性分組碼具有循環(huán)性信息碼監(jiān)督碼碼字信息碼監(jiān)督碼碼字0000000000000010011101001110001110100111011010011101001101001110100111110100111010010111010011101011101001110100第十七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五(三)線性分組碼接受端對接受到的信息的判斷與修正

判斷方法：碼重：1的個數(shù)；碼距：與許用碼字的碼距；修正方法：最大似然譯碼原則信息與許用碼字的碼距最小的，即修正為該許用碼字。第十八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五第三節(jié)通信方式一、串/并行轉(zhuǎn)換計算機(jī)對數(shù)據(jù)的處理是采用并行數(shù)據(jù)處理的方式，而數(shù)據(jù)傳輸線（較遠(yuǎn)距離）只有兩根，上面?zhèn)鬏數(shù)臄?shù)據(jù)采用串行數(shù)據(jù)傳送方式。數(shù)據(jù)接受端必須將接收到的串行數(shù)據(jù)進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換，才能將數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)庫或進(jìn)行處理。第十九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五一、串/并行轉(zhuǎn)換第二十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五三、異步通信和同步通信

1．異步通信幀格式：1）發(fā)送端：信道空閑時，無信息，高電平；先發(fā)1位“0”，為起始位；后發(fā)LSB--接收端地址、幀性質(zhì)；數(shù)據(jù)位、校驗位；1位停止位，高電平。第二十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五1．異步通信2）接收端：連續(xù)以近似16倍頻發(fā)送端發(fā)送頻率的脈沖檢測信道?？臻e時，無信息，高電平；當(dāng)檢測到8位“0”，確認(rèn)為起始位；后每16個脈沖接收1位信息；接收完整1幀后，檢測到1位“1”高電平，確認(rèn)信息正確接收；固定幀長度。第二十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五2．同步通信幀格式：1）同步方式：信道空閑時，總有同步標(biāo)志碼“01111110”，通信雙方以此設(shè)定發(fā)送脈沖、接收脈沖頻率。信道空閑時，無信息；發(fā)送端先發(fā)同步標(biāo)志碼，使接收端得以同步。第二十三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五2．同步通信2）同步方式國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO—InternationalStandardOrganization）高層數(shù)據(jù)鏈控制（HDLC一Higher一LevelDateLinkControl）規(guī)約傳送收信息的格式的第一部分是8位的幀頭標(biāo)志01111110；其后是8位的目的站地址；再后面是8位控制區(qū)，用以定義功能；接著是以8為倍數(shù)的信息區(qū)，可以任選長度；再后是16位的校驗碼．最后還是幀頭標(biāo)志。第二十四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五2．同步通信2）同步方式在這種同步通信方式中，接收端凡接收到非01111110碼，即認(rèn)為是目的站地址，從而連續(xù)地接收數(shù)據(jù)，直到又收到01111110碼，即認(rèn)為該幀的結(jié)束。當(dāng)發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)中有01111110碼時，為了區(qū)別于同步標(biāo)志碼，將在碼中添加一個1，以011111110發(fā)送。而接收端在連續(xù)接收到7個1時，將自動從中除去一個1，而恢復(fù)其原來數(shù)據(jù)。第二十五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五2．同步通信3）同步標(biāo)志碼同步方式我國近幾年的電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動裝置中，普遍采用16進(jìn)制的EB90H碼作為同步碼，因為EB90H具有較好的自相關(guān)性，而且采用三組EB90H共48位的碼長，處理較為方便。信道空閑時為無信號狀態(tài)。當(dāng)發(fā)送端發(fā)送信息時，首先發(fā)送三組EB90H碼，一個數(shù)據(jù)幀的若干個信息字組成，每個信息字長度為6個字節(jié)共48位。發(fā)送端在發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后，仍然發(fā)送三組EB90H碼，結(jié)束。

第二十六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五2．同步通信3）同步標(biāo)志碼同步方式接收端在檢測到三組EB90H碼后，即認(rèn)可信息幀的開始，從EB90H碼碼元取得同步信號，借以取得與信息頻率而調(diào)整形成同步的接收移位脈沖（數(shù)字鎖相），并以每8位一個字節(jié)接收數(shù)據(jù)。接收端在又接收到EB90H碼后，即認(rèn)為一幀數(shù)據(jù)的結(jié)束。第二十七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五第四節(jié)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約

在電力網(wǎng)通信系統(tǒng)中，調(diào)度端與廠站端之間為了有效地實現(xiàn)信息傳輸，收發(fā)兩端需預(yù)先對數(shù)碼傳輸速率、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、同步方式等進(jìn)行約定，兩側(cè)設(shè)備應(yīng)符合和遵守這些約定，稱為通信規(guī)約。通信規(guī)約可分為：循環(huán)傳送式規(guī)約；應(yīng)答式規(guī)約；對等式規(guī)約。

第二十八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五第四節(jié)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約

電力系統(tǒng)調(diào)度自動化體系由三個層次組成，廠站內(nèi)系統(tǒng)、主站與廠站之間、主站側(cè)系統(tǒng)。廠站內(nèi)的站級通信總線和間隔級通信總線都應(yīng)采用基于以太網(wǎng)的IEC61850系列標(biāo)準(zhǔn)；主站與廠站之間的數(shù)據(jù)通信可采用IEC60870或擴(kuò)展的IEC61850系列標(biāo)準(zhǔn)；主站側(cè)各應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)遵從IEC61970系列標(biāo)準(zhǔn)(CIM／CIS)。第二十九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五第四節(jié)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約

“四遙”等信息以數(shù)字形式傳輸。一個數(shù)據(jù)串表示一定的信息，稱為信息字。一般形式下，由起始標(biāo)志、地址字、控制字、若干信息字、監(jiān)督字以及結(jié)束標(biāo)志組成一個完整的信息結(jié)構(gòu)，稱為數(shù)據(jù)幀。數(shù)據(jù)幀的實際構(gòu)成將隨使用的通信規(guī)約而各有不同。在數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)中，若干數(shù)據(jù)幀組成信息報文，在網(wǎng)絡(luò)中傳輸時，一個報文又可以分割成若干個報文分組依此傳送。第三十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五第四節(jié)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約一、循環(huán)傳送式規(guī)約循環(huán)傳送式規(guī)約是一種以廠站端RTU為主動端自發(fā)地不斷循環(huán)向調(diào)度中心上報現(xiàn)場數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)動數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約。在廠站端與調(diào)度中心的遠(yuǎn)動通信中，RTU周而復(fù)始地按一定規(guī)則向調(diào)度中心傳送各種遙測、遙信、數(shù)字量、事件記錄等信息。調(diào)度中心也可以向RTU傳送遙控、遙調(diào)命令以及時鐘對時等信息。第三十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五循環(huán)式規(guī)約的特點(diǎn)主要有：（l）數(shù)據(jù)傳送以現(xiàn)場端為主，由于采用循環(huán)式規(guī)約的RTU不斷循環(huán)上報現(xiàn)場數(shù)據(jù)給主站，而主站被動接收，即使發(fā)生暫時通信失敗丟失一些數(shù)據(jù)，當(dāng)通信恢復(fù)正常后，被丟失的信息仍有機(jī)會上報，而不致于造成顯著危害，因此這種方式對通道的要求不高，適合于在質(zhì)量比較差的通道環(huán)境下使用；第三十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五二．應(yīng)答式規(guī)約應(yīng)答式規(guī)約適用于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫屈c(diǎn)對點(diǎn)、多個點(diǎn)對多、多點(diǎn)共線、多點(diǎn)環(huán)形或多點(diǎn)星形的遠(yuǎn)動通信系統(tǒng)，以及調(diào)度中心與一個或多個遠(yuǎn)動終端進(jìn)行通信。在問答方式下，主站查詢RTU是否有新的數(shù)據(jù)要報告，如果有，主站請求RTU發(fā)送更新的數(shù)據(jù)，RTU以新的數(shù)據(jù)應(yīng)答。通常的RTU，對于數(shù)字量變化（遙信變位）優(yōu)先傳送，對于模擬量，采用變化量超過預(yù)定范圍時傳送。第三十三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五二．應(yīng)答式規(guī)約應(yīng)答過程第三十四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五三、網(wǎng)絡(luò)通信規(guī)約（一）計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系

ISO的OSI參考模型

國際標(biāo)準(zhǔn)組織（lnternationalStandardOrganization,ISO）開放系統(tǒng)互連參考模型（OpenSystemInterconnectionReferenceModel,OSI/RM）

第三十五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五7層協(xié)議中，上4層為用戶層，下3層為通信子網(wǎng)。在每一層中，傳送的數(shù)據(jù)單位不相同。應(yīng)用層表示層用戶層對話層數(shù)據(jù)單位為信息（Message）傳輸層網(wǎng)絡(luò)層，傳送的數(shù)據(jù)單位為分組(Packet)通信子網(wǎng)鏈路層，傳送的數(shù)據(jù)單位為幀(Frame)物理層，傳送的數(shù)據(jù)單位為比特(bit)第三十六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五7層協(xié)議中，上4層為用戶層，下3層為通信子網(wǎng)。在每一層中，傳送的數(shù)據(jù)單位不相同。上述各種數(shù)據(jù)單位之間的關(guān)系是：在物理層每個字符由比特組成；物理層傳輸?shù)氖谴a序列，也就是比特流。在鏈路層每個幀由若干個字符組成；在網(wǎng)絡(luò)層則每個分組包含有若干個幀的內(nèi)容。

第三十七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五四、電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信協(xié)議體系及協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用1。廠站內(nèi)系統(tǒng)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用廠站內(nèi)的站級通信總線和間隔級通信總線采用基于以太網(wǎng)的IEC61850系列標(biāo)準(zhǔn)。IEC61850將變電站通信體系分為3層：變電站層(第2層)；間隔層(第1層)；過程層(第0層)。第三十八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五四、電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信協(xié)議體系及協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用IEC61850在變電站層和間隔層之間的網(wǎng)絡(luò)采用抽象通信服務(wù)接口映射到制造報文規(guī)范(MMS)、傳輸控制協(xié)議／網(wǎng)際協(xié)議(TCP／IP)以太網(wǎng)或光纖網(wǎng)。在間隔層和過程層之間的網(wǎng)絡(luò)采用單點(diǎn)向多點(diǎn)的單向傳輸以太網(wǎng)。變電站內(nèi)的智能電子設(shè)備(IED，測控單元和繼電保護(hù))均采用統(tǒng)一的協(xié)議，通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換。第三十九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五四、電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信協(xié)議體系及協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用2。主站與廠站之間協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用基本遠(yuǎn)動任務(wù)配套標(biāo)準(zhǔn)IEC60870—5—101一般用于變電站遠(yuǎn)動設(shè)備和調(diào)度計算機(jī)系統(tǒng)之間，能夠傳輸遙測、遙信、遙調(diào)，保護(hù)事件信息、保護(hù)定值、錄波等數(shù)據(jù)。其傳輸介質(zhì)可為雙絞線、電力線載波和光纖等，一般采用點(diǎn)對點(diǎn)方式傳輸。第四十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五四、電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信協(xié)議體系及協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用2。主站與廠站之間協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用電能量傳輸配套標(biāo)準(zhǔn)IEC