电力数据通信

1 计算机通信和电力数据网络

1.1 数据通信一般概念

数据通信技术是近年来通信技术发展最快的的一个分支。一般地说，只要是以编码的方式表示信息，用某种信号形式在信道上传送这些编码的通信都叫做数据通信。数据通信所传送的信息可以是数据、文字、图象、声音等各种内容，可以通过电话网、分组交换网、专用数据网等各种通信信道进行通信。

计算机通信主要指计算机之间和计算机与终端之间的数据通信。广义而言，数据通信也就是计算机通信，为通信而构成的网络也就是计算机网络，只是计算机网络侧重于解决计算机资源的共享和负荷的分担，而数据通信网则侧重于传输和交换。

1.2 电力数据网

随着各级电网调度自动化系统的建立和运行，各级系统之间信息交互的需求已经越来越迫切。传统的解决方法是用所谓“转发”方式，即采用与RTU 通信相似的规约，通过点到点信道在两个主站系统之间传递信息。这种方法不够灵活，更不便于多个主站之间相互共享信息。因此，建立电力数据网，通过计算机网络在各级调度中心的主站系统之间共享信息，是必然的趋势。

1996年，原国家电力部已经在国家电力调度中心和全国各大网调和独立省调之间建立了电力数据一级网。96年以后，各大网调到省调之间的电力数据二级网也基本建立起来。目前，各省到地区/市之间的三级网也正在建设中。

电力数据网可以支持实时和非实时的各种网络应用。为了在各级电网调度自动化系统之间共享实时信息，原国家能源部于1992年发布了“电力系统实时数据通信应用层协议”，作为国家电力行业标准，即DL 476-92。遵照这个标准，国家电力调度中心和各大网调/独立省调已经实现了调度自动化系统之间的实时数据通信。

截止到1997年，IEC TC57委员会已经制定了有关标准，即远动应用服务元素（TASE.2）协议，也称控制中心间通信协议ICCP，可使电网控制中心与其它电网控制中心、区域控制中心、独立发电厂等通过广域网（WAN）进行数据交换。今后电力数据网上的实时信息交换将逐步向这些国际标准过渡。

1.3 分站的各种通讯方式

目前，分站和主站之间的通信方式主要有两种，一种是循环式，适用于点对点的远动通道结构，其主要特点是以厂站端为主动方，循环不断地向调度端发送遥测、遥信等数据。

另一种是问答式，它的主要特点是主站掌握通信的主动权，主站可以按需要指定分站传送某一个或某种类型的远动数据，传送中有差错时主站可要求重传。问答式远动的分站为了准备遥测、遥信等数据，和循环式一样需要相应的硬件和软件，以一定的扫描速度来采集遥信和遥测等数据，并判别是否有遥信变位，遥测越阈值等情况发生。和循环式不同的是这些数据采集之后并不立即发送，而是先行存储，等主站需要时才将它们按规定的格式组装发送。可见问答式远动中分站的工作，对遥信、遥测而言可分为两步，一是数据准备，以一定的扫描频率采集实时数据，适当处理后存储待用，二是按主站的要求组装发送。问答式远动主站的工作主要是轮流询问各个分站，并接收分站送来的信息加工处理。和循环式相比主要是增加了主动轮询各分站的任务。

至于遥控、遥调，在循环式中主动权也在主站，因此问答式和循环式没有什么差别。

当用计算机技术实现远动功能时，分站和主站的硬件部分，无论是按循环式或按问答式工作，都必须提供数据采集、处理、存储、发送、接收以及输出执行等的物质条件，因而硬件部分对于循环式或问答式并没有实质性的差别。问答式和循环式的主要差别在于软件，即在于主站和分站之间的对话方式。

厂站端远动装置遥测、遥信部分的主要功能是组织好遥测、遥信等远动信息发往调度端。远动数据的传送应按约定的格式进行，收发两端应事先对传送速率、同步方式、数据结构等相互约定，共同遵守。这些约定称为通信规约。发送端按通信规约的规定及时组织好要发送的远动字，然后按字节逐一递交给串行通信接口，再经调制器发往信道。调度端经解调器解调按规定格式逐一接收。

1.3.1循环式远动通信

循环传送方式的帧结构和字结构

循环式远动系统中，厂站端按约定的规则循环不断地向调度端发送远动数据。基本的帧格式见下图，每帧由若干远动字组成，以同步字SYN开头。一帧结束后再按规约规定传送下一帧，如此不断循环。以微机构成的远动装置通常以8位的字节作为基本单位，例如一个远动字占用6个字节，共48位，同步字可采用三组EB90H，也是48位。

图5-13 循环式远动的帧结构

远动字基本结构见下图，其中第1个字节为地址字，用以识别各个远动字。地址字也称点号或功能码。最后一个字节为校验码，用作抗干扰保护。中间的4个字节为远动数据。如为遥测远动字则可传送2个遥测量，每个遥测量占2个字节共16位，其中12位为遥测量的数值，另4位用作标志位，表明遥测量的数值是否有效等。如为遥信远动字，则可传送2组遥信数据，每组2个字节16位，总共4个字节32位，可以传送32个开关量的状态。

8 8 88 8 8

图5-14 循环式远动的字结构

遥信、遥测的发送

各路的遥测数据和遥信数据经采集和处理后，分别存放在内存的遥测数据区和遥信数据区。发送时应按上图的格式适当加工，并添上地址字和校验码。

遥信、遥测的接收

循环式远动系统中调度端不断接收来自厂、站端的远动信息。厂、站端送来的遥测、遥信信息经解调器解调后送至串行通信接口，收发两端处于同步状态时串行通信接口逐位接收解调器送来的数据，把串行码转为并行码，收满一个字节后向CPU申请中断，由CPU将这一字

节取入内存暂存区。待收满一个远动字，经检验合格后按远动字的地址码（既点号）存入指定的遥测或遥信数据区，然后分别予以显示或送后台计算机。

同步码的接收

要使远动系统正常工作，收发两端必须同步，远动系统有两种通讯工作方式：异步通讯工作方式和同步通讯工作方式。循环式远动通常采用同步通讯工作方式，每一帧的开头都设有帧同步码，它是一帧开始的标志，在帧同步码确定之后，本帧中随后的各个远动字也随之确定，所以接收一帧远动信息必须先检出同步码。用微机实现的远动装置大多采用（48，40）分组码，帧同步码一般采用三组EB90H。检出帧同步码就是要检查收到的6个字节是否是三组EB90H。

串行通信接口在同步通信工作方式下，开始接收信息时通常可由其硬件提供2个字节的同步码搜索。同步码的字形在初始化时设置，例如设置为EB90H。在以硬件方式搜索同步码中第一组EB90H的过程中，串行通信接口不产生“字节接收满”中断，它逐位接收信道送来的数据，移入接收寄存器，并与设定的EB90H比较。如不相同就再移人一位。重复这一过程，直到找到EB90H，才退出搜索同步状态，转入数据接收过程。同步码的随后两组EB90H 就作为数据，以软件方式来判别。在数据接收过程中，串行通信接口每收满一个字节，就产生“字节接收满”中断，由CPU取走数据。若以软件方式再连续收到两组EB90H，则表明收到的是帧同步码，此时就设立同步标志，准备好依次接收远动字。如果收到的不是两组EB90H，则认为收到的不是同步码，串行通信接口应重新进入搜索同步状态，重复前述过程，直到找到同步码。一旦收发两端建立了同步，此后对每一帧的三组EB90H同步码都以软件方式检验。如果在应该出现同步码处收到的不是三组EB90H，表明同步码出了问题，但这和刚开始通信时的情况有所不同，当时由于尚未建立同步联系，因此必须找出同步码才能依次接收后续的远动字。现在是收发两端刚建立过同步联系，偶尔收不到正常的同步码，收发两端还不至于立即失步。因为收发两端作为时钟源的石英晶体振荡器具有很高的频率稳定性，双方的时钟频率十分接近，当然频率的微小差别在经历了一定时间以后，也会造成两端定时信号之间相位差的增大，但只要这段时间不太长，造成的相位差在允许范围以内，就可认为仍属同步状态，可以继续接收数据，这称为惯性同步，意思是在收到一次同步码以后，即使随后收不到正常的同步码，同步状态可以像惯性那样维持一段时间，接收工作可照常进行，惯性同步能维持多长时间，取决于收发两端石英晶体振荡器频率的稳定性、频率差以及允许的相位差等因素，有的远动装置收到一次同步码后按惯性同步可以连续接收三帧信息。但如连续三次收不到正常的同步码，就应清除同步标志，令串行通信接口进入搜索同步状态，直到再次检出同步码时才恢复正常工作。惯性同步期间应对收不到正常同步码的次数（即惯性次数）进行统计，以便在次数达到限定值时停止惯性同步，转入搜索同步状态。

同步检查过程的流程图见图5-15。开始通信时串行通信接口先进入搜索同步状态，待检到第一组EB90H后转入软件检查随后的两组EB90H，由于此时尚未建立同步，同步标志为零，故在收满4个字节后进行检查，如不是两组EB90H，则令串行通信接口进入搜索同步状态。如果是两组EB90H，则建立同步标志，并将接收点号置零，准备好依次接收后续的远动字。

软件检查帧同步