配电网自动化技术课程设计.doc

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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号专业班级设计内容与要求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。 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，YX量20。设计IED的通

2、信程序 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2011 年 12 月 20 至 2011 年 12 月 26日指导教师签名年 月 日系（教研室）主任签名年 月 日学生签名年 月 日目 录一、意义及设计背景3二、设计目的3三

3、、设计内容和要求3四、设计内容分析4五、设计原理41、召唤式应答规约42、越限43、遥测54、遥信55、遥控56、SOE57、通信帧的格式58、循环码校验6六、详细设计71、功能码72、下行报文帧结构设计，即主站对子站的命令。83、上行报文帧结构设计，即子站对主站的响应。9 4、全报文数据结构的设计. 125、信息的传送原则126、查表法137、CRC表的产生158、IED通信传输和接受的流程图16七、设计总结17参考文献：18一、设计背景 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

4、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，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，因此得到了广泛的应用。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，

5、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，进而加以修正。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。二、 设计目的配电网自动化技术是集计算机技术、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

6、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有以下几点：1、加深对配电网自动化课程中基本概念和计算方法的掌握和理解。2、掌握信息传送帧结构的设计。3、理解掌握循环码监督码的计算方法，循环码的生成多项式。4、掌握用查表法实现CRC-16校验码生成和校验。5、了解主机规约传输和接收的程序流程，并画出流程图。三、设计内容和要求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

7、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、编写程序9、撰写设计报告。四、设计内容分析1、根据题目要求，IED和通信管理机之间的通信时通过RS485总线或CAN总线进行串行通信。2、IED和通信管理机之间进行通信时采用的通信规约是召唤式应答规约。3、需要设计遥测帧结构、遥信帧结构、遥控帧结构、事件顺序记录（SOE）帧结构以及越限信息的帧结构。4、校验方式为CRC16，用查表法实现校验码生成和实现，需要

8、设计校验子程序的流程图。5、根据信息传送的重要性区别确定出信息的传送原则。6、设计主机规约传输和接收的流程图。五、设计原理1、召唤式应答规约问答通信方式由主站掌握遥测、遥信通信的主动权，主站轮流询问IED设备，各IED设备只有在接到主站询问后才可以回答（报送数据），主站主动，依此轮流询问各个子站。如被询问的子站无数据传送，就转向询问下一子站。如被询问的子站又数据发送，一般就在数据送完后再转向询问下一个子站。为了提高效率，通常遥信采用变位传送，遥测采用越阈值传送。2、越限 电力系统运行时，各种电气参数受约束条件的限制，不能超过一定得现值，母线的电压不能太高或太低，功率传送不能太高，当电气量超过一

9、定的范围时，对其参数应及时进行检查，如超越限值，应进行警告。告警上限：当模拟量变化超过此值时，进行告警并记录。告警下线：当模拟量变化低于此值时，进行告警并记录。上复位限：低于告警上限的一个值，当值低于此值时，认为模拟量恢复正常。下复位限：高于告警下限的一个值，当值高于此值时，认为模拟量恢复正常。如果运行参数由于某些原因在限值附近波动时，就会出限越限和复限不断交替，频繁告警，为了减少这种情况，通过设置“越限呆滞区”来缓解。当运行参数超越上限， 图中的a点时，判为越上限，可发出越上限告警信号。此后当运行参数回落到b 点以下，才判为复限，而两外的1、2两点不作撤警和重新告警处理。同理c、d段被判为连

10、续地越下限状态。越限呆滞区:给定的一个量值，即上限和上复位限的差值或下复位限和下限的差值。3、遥测：将远方厂、站需要测量的被测量，应用FTU中的微机采样并预处理后，利用通信技术经通信通道送到调度端的MS，储存并显示。遥测量包括母线电压，功率、线路电流、主变有功、无功、油温、频率及一些需要了解的非电量等各种模拟量。根据被测信息的重要性，可将YC量分为重要遥测、次要遥测、一般遥测。4、遥信：将远方厂、站的设备运行状态信号、保护信号、应用FTU采集后，利用通信技术经通信通道送到调度端的MS，储存并显示。5、遥控：调度端MS应用通信技术，通过通信通道对远方厂、站的FTU管理的设备发送状态控制命令，相应

11、的设备接受命令并执行。6、SOE：记录状态量发生变化的时刻的先后顺序。7、通信帧的格式帧的格式如下图所示。帧帧头 信息包 FCS 帧尾包头 数据 目的地址 源地址 包长度 功能码（1）帧由帧头、信息包和FCS16bit(CRC)及帧尾组成。帧头：0x7E，长度为：1BYTE； 帧尾：0x7C，长度为：1BYTE；FCS：16bit CRC（即CRC-16），由Packet形成。 帧发送时，高字节在前，低字节在后，例如发送256，先发送0x01，再0x00。 帧发送时，信息包和FCS中出现0x7E、0x7C、0x7D分别转义为：0x7D 0x5E、0x7D 0x5C、0x7D 0x5D（原字节和

12、0x20异或）。（2）信息包由包头和数据组成。包头由目的地址，源地址，功能码和包长度组成。8、循环码校验循环码是一种常用的校验码，是线性分组码中的一个重要子类。它有严格的代数结构，用代数方法可以找出许多编码效率高、检错纠错能力强的循环码来。由于循环码的编码和检错方法简单，而且具有了许多有效的纠错方法，所以得到了广泛的应用。对于一个长度位k的二进制信息码元，用表示。发送装置将产生一个r位的码元序列，称为监督码序列，用表示，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发送出去。接收装

13、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。我们把原来的资料表示为，它是一个n阶的多项式，表示为：=+式中为0或1 ，x为伪变数，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

14、为g(x)=+ +1六、详细设计1、功能码功能码(H) 下行功能码上行0x04发送YX命令0x14发送YX信息0x05发送YC命令0x15发送YC信息0x06发送YK预令0x16发送YK预令信息0x07发送YK动令0x08发送报告越限命令0x18发送越限信息0x09发送SOE命令0x19发送SOE信息2、下行报文帧结构设计，即主站对子站的命令。帧头目的地址源地址包长度功能码数据FCS帧尾帧头为：0x7E，长度为：1BYTE；目的地址即主站地址为EEH，占1BYTE；源地址即现场设备地址为20H3EH，占1BYTE；包长度：整个帧字数之和，根据实际要求确定其长度的大小；FCS：CRC-16，占2

15、 BYTE；帧尾为：0x7C，长度为：1BYTE；由于遥信量、遥控量、遥测量、越限、SOE、全报文帧结构中帧头、帧尾、目的地址、源地址、FCS均相同（功能码上表已给出），区别只在于数据和包长度（根据实际要求确定其大小），故只要设计各自帧结构中的数据结构，以下是详细帧结构中数据结构的设计。（1）遥测帧结构的设计方式个数编号1编号n个数：主站所要采集的信息量的数目，数目为12个；占1BYTE；编号：遥信信息量的编号，编号为112；1BYTE；方式：表示发送的遥测量是全部遥测量、所需要的n个遥测量还是分段遥测量；11表示选取全部遥测量，10表示选取n个量，并标明各个量的编号；00表示选取一定范围内按

16、顺序的遥测量。（2）遥控帧结构的设计方式个数编号1状态编号n状态个数：开关量的个数；占1BYTE；编号：开关量的编号；占1BYTE；方式：表示发送的是全部开关量、所需要的n个开关量还是分段开关量；11表示选取全部开关量，10表示选取所需要的n个开关量，并标明各个量的编号；00表示选取一定范围内按顺序的开关量；占1BYTE。状态：反映各开关状态的改变； 00表示开关由合到分，11表示开关由分到合，占1BYTE； 下行遥控动令数据结构设计下行遥控动令帧结构中无数据。 (3) 下行遥信数据结构设计方式个数编号1编号n个数：主站所要采集的信息量的数目，数目为20；占1BYTE；编号：采集量的编号，编号

17、为120；1BYTE； 方式：表示发送的遥信量是全部遥信量、所需要的n个遥信量还是分段遥信量；11表示选取全部遥信量，10表示选取n个量，并标明各个量的编号；00表示选取一定范围内按顺序的遥信量。（4）SOE下行帧结构中无数据。（5）下行越限帧结构中无数据。3、上行报文帧结构设计，即子站对主站的响应。帧头目的地址源地址包长度功能码数据FCS帧尾帧头为：0x7E，长度为：1BYTE；目的地址即主站地址为EEH，占1BYTE；源地址即现场设备地址为20H3EH，占1BYTE；包长度：整个帧字数之和，根据实际要求确定其长度的大小；FCS：CRC-16，占2 BYTE；帧尾为：0x7C，长度为：1BY

18、TE；由于遥信量、遥控量、遥测量、越限、SOE、全报文帧结构中帧头、帧尾、目的地址、源地址、FCS均相同（功能码上表已给出），区别只在于数据和包长度（根据实际要求确定其大小），故只要设计各自帧结构中的数据结构，以下是详细帧结构中数据结构的设计。（1）遥信帧结构的设计方式个数编号1数值编号n数值个数：主站所要采集的信息量的数目，占1BYTE；编号：开关量的编号；1BYTE； 数值：反映各个开关的状态，11表示开关合，00表示开关分； 方式：表示发送的遥信量是全部遥信量、所需要的n个遥信量还是分段遥信量；11表示选取全部遥信量，10表示选取所需要的n个量，并标明各个量的编号；00表示选取一定范围内

19、按顺序的遥信量；占1BYTE。（2）遥测帧结构的设计方式个数编号1数值编号n数值个数：主站所要采集的信息量的数目；占1BYTE；编号：信息量的编号；占1BYTE；数值：反映测得各个信息量的值，占1BYTE；方式：表示发送的遥测量是全部遥测量、所需要的n个遥测量还是分段遥测量；11表示选取全部遥测量，10表示选取n个量，并标明各个量的编号；00表示选取一定范围内按顺序的遥测量。（3）遥控帧结构的设计方式个数编号1状态编号n状态个数：现场设备开关的个数；占1BYTE；编号：开关量的编号；占1BYTE；方式：表示发送的是全部开关量、所需要的n个开关量还是分段开关量；11表示选取全部开关量，10表示选

20、取所需要的n个开关量，并标明各个量的编号；00表示选取一定范围内按顺序的开关量；占1BYTE。状态：反映各开的状态的改变；00表示开关由合到分，11表示开关由分到合；占1BYTE。（4）SOE帧结构的设计方式个数编号1状态时间编号n状态时间个数：发生变位的开关的个数，占1BYTE；编号：发生变位的开关的编号，占1BYTE；方式：表示发送的是全部开关量、所需要的n个开关量还是分段开关量；11表示选取全部开关量，10表示选取所需要的n个开关量，并标明各个量的编号；00表示选取一定范围内按顺序的开关量；占1BYTE。状态：反映开关状态的改变；00表示开关由合到分，11表示开关由分到合；占1BYTE；

21、时间：反映发生开关变位时的时间；包括年、月、日、时、分、秒，其中年占2BYTE；月、日、时、分、秒各占1BYTE；共占7 BYTE；（5）越限帧结构的设计方式个数编号1状态时间编号n状态时间个数：发生越限报警的开关的数目；占1BYTE；编号：发生越限报警的开关的编号；占1BYTE；方式：表示发送的是全部开关量、所需要的n个开关量还是分段开关量；11表示选取全部开关量，10表示选取所需要的n个开关量，并标明各个量的编号；00表示选取一定范围内按顺序的开关量；占1BYTE。状态：反映开关越限的种类；20H表示越告警上限，21H表示越告警下限，22H表示越上复位限，23H表示越下复位限。时间：反映开

22、关量发生越限时的时间；包括年、月、日、时、分、秒，其中年占2BYTE；月、日、时、分、秒各占1BYTE；共占7 BYTE；.4、全报文数据结构的设计 下行全报文数据的设计YX量个数YX量编号1.YX量个数nYC量个数YC量编号1.YC量编号nYX量个数YX量编号1YX量个数nYC量编号1YC量编号n特殊标志位上行全报文数据设计特殊标志位：开关位发生异常时的标志，即发生SOE和越限 ；有SOE时，用F1H 表示，无SOE时，用F2H表示；发生开关量越限时，用F3H表示，无开关量越限时，用F4H表示；既有SOE又有越限时，用FFH表示；两个都没有时，用F0H表示；占1BYT.5、信息的传送原则（1

23、）正常传送信息时，要求快速准确的传递信息，保证信息的实时性。在信息传递过程中，发生开关变位的信息和遥信信息最重要。（2）传递信息发生SOE和开关量越限时，开关量的越限信息最重要。在主站轮询子站时，对重要的信息量的轮询周期应尽量短。（3）按照信息的重要性，遥信信息帧为一级帧，询问时间不超过10s；越限信 息帧为二级帧，询问时间不超过20s；遥测信息帧，遥控信息帧，SOE信息帧为三级帧，询问时间不超过50s。 （4）主机轮询子站时，如果对某一子站的询问次数超过三次后，子站仍然没有响应，则在等待10分钟以后再对其进行询问。6、查表法 查表法，是使用预先算好的CRC值，直接查出CRC值，因此，它是基于

24、字节或字操作，避免了耗时的位运算。这就决定了它的速度会增加，由此带来功耗降低的好处，可这是以付出内存为代价的，因为，必须预先在程序中存在一个CRC值与其索引值有一个一一对应的关系。不像逐位法那样，每次移入一个位，就进行运算，查表法师每次移入一个位元组，得到索引值，然后，与这个索引值做异或运算。粗略的看起来，所用的时间为逐位法的1/5（具体根据计算机的指令周期而定）左右。 以下是八位数据CRC查表流程图如下初始化CRC寄存器产生CRC表索引CRC左移N位CRC与表数据作异或运算数据结束吗结束开始最后异或运算（可选）演示代码如下：Void CRC16_Table(unsigned char *pM

25、sg,unsigned char len)Unsigned char j;Unsigned int CRCindex;.For(j=0:j8)*pMsg;CRC16Temp=8; CRC16Temp=CRC16TableCRCindex; . 7、CRC表的产生 由于数据通常以字节（当然也可以字的形式）形式出现，因此以8位数据产生所需要的CRC表，共计256个，以便在提高速度的同时可以节约内存。产生表的过程就是分别求出从0x00-0xFF的CRC值，然后按照这个影射关系构成的一个数据表。当然，有两种办法来实现，一个是在运行时，通过调用CRC表程序来产生。其次，是用工具预先形成数据表，然后将其放

26、在ROM中。 CRC校验的子程序流程 程序为： void GenCRC16Table( ) unsigned int i,j; for(i=0;i256;i+) CRC16Temp=I; CRC16Temp=8; for(j=0;j8;j+) if(CRC16Temp&0x8000) CRC16Temp=1; CRC16Temp=CRCPOLY16; else CRC16Temp=1; CRC16Tablei= CRC16Temp; 8、IED通信传输和接受的流程图七、设计总结课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程”千里之行始于足下”，通

27、过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础 本次的课程设计是要设计用于变电站自动化系统的通信规约，主要是通信管理机和IED通信的规约，主要内容为设计帧结构，涉及每一类信息的传送帧格式及所采用的校验码的选择。本次课程设计，对我来说很有难度的，刚开始不知该怎么弄，但是经过向董老师请教和与同学的讨论，以及查阅相关专业书籍，上网搜集资料，我顺利的完成了这次的课程设计任务，锻炼了独立解决问题的能力，使我感到真正的进步和自我满足。通过本次课程设计，使我懂得了要将平时的理论知识应用到实际中去并非易事，是需要很多的努力的，通过这次课程设计使我对通信规约中的“四遥”及整个IED系统有了更深刻的了解和掌握，为以后在工作岗位上更好的应用专业技能奠定了基础，除此之外，还让我明白了如何积极主动的学习以及通过自学的一些方法，培养了自学的兴趣。参考文献：【1】 王世政，李靖霞电网调度自动化与配网自动化技术北京：中国水利水电出版社，2006【2】 付周兴，王清亮，董张卓电力系统自动化北京：中国电力出版社，2006【3】 许克明，熊炜配电网自动化系统重庆：重庆大学出版社，2007【4】 柳永智，刘晓川电力系统远动北京中国电力出版社，2006【5】 张永健电网监控与调度自动化北京中国电力出版社，2007