電力系統(tǒng)遠動_正文

1、第一章 概述,現(xiàn)代大型工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)，比如電力系統(tǒng)、石油系統(tǒng)、鐵路系統(tǒng)等，組成大型工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)設備及生產(chǎn)部門多，且分散在相距甚遠的廣闊地區(qū)。為了保證系統(tǒng)的正常工作，構成系統(tǒng)的各部分必須在一個調(diào)度機構的統(tǒng)一指揮下協(xié)調(diào)工作。為此，調(diào)度機構要隨時了解系統(tǒng)各部分在生產(chǎn)過程中的實際情況，并在此基礎上作出對生產(chǎn)過程進行指揮的策略。為了使調(diào)度工作既滿足實時性好，又保證可靠性高，必須借助遠動技術實現(xiàn)調(diào)度管理。 遠動技術是一

2、門綜合性的應用技術，它的基本原理包括數(shù)據(jù)傳輸原理、編碼理論、信號轉換技術原理、計算機原理等。遠動技術是調(diào)度管理和現(xiàn)代科技的產(chǎn)物，因此它隨著科學技術，特別是計算機技術的迅猛發(fā)展而不斷更新?lián)Q代。,第一節(jié)電力系統(tǒng)遠動的功能,遠動（telecontrol）:利用遠程通信技術進行信息傳輸,實現(xiàn)對遠方運行設備的監(jiān)視和控制。 四遙： 遙測即遠程測量（telemetering）:應用遠程通信技術，傳輸被測變量的值。 遙信（teleindi

3、cation；telesignalization) :對諸如告警情況、開關位置或閥門位置這樣的狀態(tài)信息的遠程監(jiān)視。 遙控即遠程命令（telecommand）：應用遠程通信技術，使運行設備的狀態(tài)產(chǎn)生變化。 遙調(diào)即遠程調(diào)節(jié)（teleadjusting）：對具有兩個以上狀態(tài)的運行設備進行控制的遠程命令。,電力系統(tǒng)構成,發(fā)電廠：變電所：輸配電線路：用電設備：,,發(fā)電,,,,輸電,用電,,配電,國家調(diào)度大區(qū)網(wǎng)調(diào)省級調(diào)度地區(qū)

4、調(diào)度等,,電力系統(tǒng)幾級調(diào)度機構,第二節(jié) 遠動信息及傳輸模式,一、遠動信息內(nèi)容 遙測：發(fā)電廠、變電所的各種運行參數(shù)，它分為電量和非電量兩類。 電量包括：母線電壓、系統(tǒng)頻率、流過電力設備（發(fā)電機、變壓器）及輸電線的有功功率、無功功率和電流。 非電量包括：發(fā)電機機內(nèi)溫度以及水電廠的水庫水位等。這些量都是隨時間作連續(xù)變化的模擬量。,信號轉換,電流電壓功率等,,交流信號,,,,遠動

5、裝置,互感器,變送器,0~5V、0~10mA直流信號,,,交流信號,小交流信號,交流采樣,遠動裝置,,電量脈沖 信號,計數(shù)器,數(shù)字量,遠動裝置,非電量 信號,,溫度水位等,傳感器,,直流信號或數(shù)字信號,,遠動裝置,,遙信：發(fā)電廠、變電所中斷路器和隔離開關的合閘或分閘狀態(tài)。遙信信息所涉及的對象只有兩個狀態(tài)，用“0”或“1” 表示。遙信通常由運行設備的輔助接點提供。,發(fā)電廠變電所下級調(diào)度中心,遙測、遙信、事件

6、順序記錄、系統(tǒng)對時中的返送報文、遙控返校信息等,上級調(diào)度中心,上行信息,遙控信息：傳送改變運行設備狀態(tài)的命令。如發(fā)電機組的啟停、斷路器的分合、并聯(lián)電容器和電抗器的投切等。 電力系統(tǒng)對遙控信息的可靠性要求很高，為了提高控制的正確性，防止誤動作，在遙控命令下達后必須進行返送校核。當返送命令校核無誤之后，才能發(fā)出執(zhí)行命令。 遙調(diào)信息：傳送改變運行設備參數(shù)的命令，如改變發(fā)電廠有功出力和勵磁電流的

7、設定值，改變變壓器分接頭的位置等。,上級調(diào)度中心,遙控、遙調(diào)、設置時鐘、召喚時鐘、設置時鐘校正值、對遠動裝置的復歸命令、廣播命令等,發(fā)電廠變電所下級調(diào)度中心,下行信息,下行信息通常由調(diào)度員人工操作發(fā)出命令，也可以自動啟動發(fā)出命令，即所謂的閉環(huán)控制。例如為了保持系統(tǒng)頻率在規(guī)定范圍內(nèi)，并維持聯(lián)絡線上的電能交換，調(diào)節(jié)發(fā)電機出力的自動發(fā)電控制（AGC）功能，就是閉環(huán)控制的例子。,二、遠動信息的傳輸模式,信息傳輸模式,循環(huán)傳輸模式CD

8、T 問答傳輸模式POLLING,CDT傳輸模式：廠站端將要發(fā)送的遠動信息按規(guī)約的規(guī)定組成各種幀，再編排幀的順序，一幀一幀地循環(huán)向調(diào)度端傳送。信息的傳送是周期性的、周而復始的，發(fā)端不顧及收端的需要，也不要求收端給以回答。這種傳輸模式對信道質量的要求較低，因為任何一個被干擾的信息可望在下一循環(huán)中得到它的正確值。,,三、遠動信息的編碼,編碼：按有關規(guī)約的規(guī)定，把遠動信息變換成各 種信息字或各種報文。編碼工作由遠動裝置完成。 采用

9、循環(huán)傳輸模式時，遠動信息的編碼要遵守循環(huán)傳輸規(guī)約的規(guī)定。我國原電力部頒發(fā)的循環(huán)式傳輸規(guī)約的信息字格式見圖1-1。,遠動信息字都由48位二進制數(shù)構成。 其中前8位是功能碼，區(qū)分不同信息內(nèi)容。 信息碼是信息內(nèi)容，包括四遙信息。 最后8位是校驗碼，采用CRC校驗。 校驗碼的生成規(guī)則：在信息字的前40位（功能碼和信息碼）后面添加8個零，再模二除以生成多項式g(x)=x8+x2+x+1，將所得余式取非之后，作為8位

10、校驗碼。校驗碼是用于檢錯和糾錯的部分，提高信息字在傳輸過程中抗信道干擾的能力。,問答式傳輸規(guī)約中的報文（Message） 格式見 圖2-1。 報文頭：3~4個字節(jié)，指出進行問答的RTU的地址、報文所屬的類型、報文中數(shù)據(jù)區(qū)的字節(jié)數(shù)。 數(shù)據(jù)區(qū)：傳送的信息內(nèi)容。 校驗碼：用報文頭和數(shù)據(jù)區(qū)的字節(jié)運算得到?？梢允瞧媾夹ｒ灤a，也可以是CRC校驗碼。 問答式與循環(huán)式傳輸規(guī)約最明顯的差別是，問答式傳輸規(guī)約

11、中，不同類型的報文，報文的總長度不同，且報文長度的變化總是按字節(jié)增減。,四、常用遠動信道,傳輸遠動信號的通道稱為遠動信道。 信道質量的好壞直接影響信號傳輸?shù)目煽啃浴?專用有線信道復用電力線載波信道微波信道光纖信道無線電信道衛(wèi)星通信,,常用遠動信道,廠站端遠動裝置,調(diào)度端遠動裝置,主站（master station）控制站（controlling station），前置機（front-end

12、processor,子站（slave station ）受控站（controlled station遠動終端裝置RTU （Remote Terminal Unit）,第三節(jié) 遠動系統(tǒng),一、遠動系統(tǒng)（telecontrol system）,,,遠動信道,前置機：接收RTU送來的實時信息，經(jīng)譯碼后還原出被測量的實際值和被監(jiān)視對象的實際狀態(tài)，顯示在CRT上和調(diào)度模擬屏上，也可以打印輸出。前置機也可以向RTU發(fā)送遙控和遙調(diào)信息。

13、 RTU：將電量變送器送來的0~5V直流電壓完成A/D轉換，得到與被測量對應的二進制數(shù)值；由脈沖采集電路對脈沖輸入進行計數(shù)，得到與脈沖量對應的計數(shù)值；把狀態(tài)量的輸入狀態(tài)轉換成邏輯電平“0”或“1”。再將上述各種數(shù)字信息按規(guī)約編碼成遙測和遙信信息字，向前置機傳送。還可以接收前置機送來的遙控和遙調(diào)信息，經(jīng)返送校核正確后（對遙控）輸出執(zhí)行。,前置機和RTU在接收對方信息時,必須保證與對方同步工作，因此收發(fā)信息雙方都有同步措施。

14、 遠動系統(tǒng)中的前置機和RTU是的配置方式如圖。,RTUn,RTU1,,,,,前置1,前置2,,,,,1—n臺RTU,二、遠動系統(tǒng)配置的基本模式,遠動配置（telecontrol configuration）是指主站與若干子站以及連接這些站的傳輸鏈路的組合體。常用的遠動配置有下面一些類型。1. 點對點配置（point-to-point configuration）主站與子站之間通過專用的傳輸鏈路相連接的一種配置，見圖

15、1-4（a）。2. 多路點對點配置（multiple point-to-point configuration）主站通過各自鏈路與多個子站相連的一種配置，主站與各子站可同時交換數(shù)據(jù)，見圖1-4（b）。,3. 多點星形配置（multipoint-star configuration） 主站與多個子站相連接的一種配置。只許一個子站傳輸數(shù)據(jù)到主站；主站可與一個或多個子站傳輸數(shù)據(jù)，也可向全部子站同時傳輸報文,見圖1-4（c

16、）4. 多點共線配置（multi-partyline configuration）" 主站通過一公共鏈路與多子站相連的一種配置。只許一個子站傳輸數(shù)據(jù)到主站；主站可選擇一個或多個子站傳輸數(shù)據(jù)，也可向全部子站同時傳輸全局性報文，見圖1-4（d）。,5. 多點環(huán)形配置（multipoint-ring configuration） 所有站之間的通信鏈路成環(huán)狀, 主站可以通過兩條不同的路徑與 每一子站

17、通信，見圖1-4（e）。 以上五種配置，多點共線可以節(jié)省通信鏈路，但遠動信息的傳輸只能采用問答傳輸模式。多點環(huán)形配置使主站和子站之間有兩條通信鏈路，可以提高傳輸?shù)目煽啃浴?對不同結構的電網(wǎng)，可以根據(jù)實際情況，在各個局部選擇不同的遠動配置，由多種遠動配置的組合，比如多點星形和多點共線，構成一個混合配置的完善的遠動系統(tǒng)。,第四節(jié) 調(diào)度自動化系統(tǒng),一、調(diào)度自動化系統(tǒng)的功能 調(diào)度自動化系統(tǒng)由遠動

18、子系統(tǒng)、計算機子系統(tǒng)和人機聯(lián)系子系統(tǒng)組成，見圖1-5。 遠動子系統(tǒng)負責收集各發(fā)電廠、變電所的各種信息，將其傳送到調(diào)度中心，完成對信息的預處理。同時也可將調(diào)度中心的控制命令傳送到發(fā)電廠或變電所。計算機子系統(tǒng)是對遠動子系統(tǒng)收集到的基礎數(shù)局作進一步加工處理、分析、計算，為調(diào)度人員監(jiān)視、分析系統(tǒng)運行狀態(tài)以及對系統(tǒng)運行進行控制提供依據(jù)。,人機聯(lián)系子系統(tǒng)包括屏幕顯示器、打印機、鍵盤、鼠標、調(diào)度模擬屏等設備，用于向調(diào)度人員顯示和

19、輸出信息，也可以輸入調(diào)度人員的控制命令。,SCADA系統(tǒng)：數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視和控制。（包括自動發(fā)電控制AGC和經(jīng)濟調(diào)度EDC功能。） EMS系統(tǒng)：SCADA系統(tǒng)+PAS（網(wǎng)絡拓撲、狀態(tài)估計、負荷預測、在線潮流、安全分析）+ 在線調(diào)度員培訓模擬（DTS）,SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）EMS（Energy Management System）,,調(diào)度自動化系統(tǒng),二

20、、調(diào)度自動化系統(tǒng)的分層控制,國家調(diào)度（與各大區(qū)電網(wǎng)控制中心相連，協(xié)調(diào)、確定大區(qū)網(wǎng)間的聯(lián)絡線潮流和運行方式，監(jiān)視、統(tǒng)計和分析全國電網(wǎng)運行情況）大區(qū)網(wǎng)調(diào)（按統(tǒng)一調(diào)度，分級管理原則，負責超高壓網(wǎng)的安全運行，并按規(guī)定的發(fā)用電計劃及監(jiān)控原則進行管理）省級調(diào)度（負責省網(wǎng)的安全運行，并按規(guī)定的發(fā)電計劃及監(jiān)控原則進行管理，負責與相鄰省網(wǎng)的聯(lián)絡線控制）地區(qū)調(diào)度（一般采用若干個集控站將周圍站點信息匯集、處理后送地區(qū)調(diào)度的方式）縣級調(diào)度（縣級電網(wǎng)調(diào)度

21、所可以分為超大型、大型、中型、小型四個等級來配置）,,調(diào)度機構的五級分層控制,三、調(diào)度自動化系統(tǒng)基本指標 SCADA系統(tǒng)的基本指標包括以下內(nèi)容： 測量的綜合誤差及遙測合格率；遙信正確率，遙控遙調(diào)正確率，站間事件順序記錄分辨率；屏幕顯示分辨率；信道的傳輸速率，頻譜，工作方式，通信規(guī)約，誤碼率；信息容量；站內(nèi)事件順序記錄分辨率；A/D轉換誤差；系統(tǒng)響應時間，如開關變位時間、遙測全系統(tǒng)掃描時間、畫面響應時間、遙

22、控遙調(diào)命令響應時間等；系統(tǒng)可用率及平均無故障運行時間；地區(qū)負荷總加完成率；直接調(diào)度的變電所遠動裝置安裝投運率；不停電電源可維持供電的時間等。,第二章 遠動信息傳輸規(guī)約第一節(jié) 遠動信息傳輸系統(tǒng),一、數(shù)字通信系統(tǒng)模型 傳輸數(shù)字信號的通信系統(tǒng)，稱為數(shù)字通信系統(tǒng)。遠動系統(tǒng)中傳送的各種遠動信息，在進入遠動信道之前已經(jīng)由遠動裝置將它們?nèi)孔兂啥M制的數(shù)字信號，所以傳輸遠動信息的傳輸系統(tǒng)屬數(shù)字通信系統(tǒng)。圖2-1是數(shù)字

23、通信系統(tǒng)模型。下面結合遠動信息中遙測信息和遙信信息的傳送加以說明。,信息源的作用是把消息轉換成連續(xù)變化的模擬信號或是離散的數(shù)字信號輸出。 信源編碼對信息源發(fā)出的模擬信號完成模/數(shù)轉換，得到它所對應的數(shù)字信號。 信道編碼的作用是按一定規(guī)則，在信息序列中添加冗余碼元，將信息序列變成較原來更長的二進制數(shù)字序列，即碼字。通過信道編碼提高了信息序列的抗干擾能力，信道編碼也稱差錯控制編碼。,調(diào)制的作用是將

24、用數(shù)字序列表示的碼字變換成適合于在信道中傳輸?shù)男盘栃问剑腿胄诺?。電力系統(tǒng)遠動中，常采用數(shù)字調(diào)頻或數(shù)字調(diào)相的方法，將碼字中的”0”或“1”碼元，變成兩種同頻率或兩種不同相位的正弦交流信號。 信道是傳輸信號的通道。 解調(diào)是把從信道接收到的兩種不同頻率或兩種不同相位的正弦交流信號，還原成數(shù)字序列，即碼字。,信道譯碼是根據(jù)信道編碼規(guī)則，對接收碼字進行譯碼校驗，達到檢出或糾正接收碼字中錯誤碼元的目的。

25、 信源譯碼是根據(jù)信源編碼規(guī)則，變接收信息序列為信息源輸出的對應估值，并送給受信者予以顯示或打印等。 信道中的干擾總是存在的。 隨機干擾：干擾對碼字中某個碼元的影響是獨立的，與前后碼元無關。 突發(fā)干擾：如果干擾一旦發(fā)生，便同時引起碼字中前后某些碼元的錯誤，使錯誤之間具有相關性。,,,二、通信方式,當通信在點與點之間進行時，按照信息傳輸?shù)姆较?，以及是否能雙

26、向進行，通信方式可分為單工通信、半雙工通信及全雙工通信三種。見圖2-2。,單工通信：指信息的傳輸始終是一個方向，不能進行與此相反方向的傳輸。單工通信線路一般采用二線制。 半雙工通信：指信息可以在兩個方向上傳輸，但某一時刻只限于一個方向，不能同時進行雙向傳輸。半雙工通信采用二線制線路。 全雙工通信：指信息可以同時作雙向傳輸。全雙工通信線路一般采用四線制，若采用頻率分割法可用二線制線路。

27、 SCADA系統(tǒng)中遠動信息的通信方式應當采用全雙工通信方式或半雙工通信方式。,三、數(shù)字通信系統(tǒng)的質量,通信系統(tǒng)的質量指標主要是信號傳輸?shù)挠行院托盘杺鬏數(shù)目啃浴?有效性：在給定的信道內(nèi)能夠傳輸信息內(nèi)容的多少。用傳輸速率來衡量。 可靠性：在給定的信道內(nèi)接收到信息的準確程度。用差錯率來衡量。 傳輸速率可用碼元傳輸速率或信息傳輸速率表示。 碼元傳輸速率：每秒鐘傳送碼元的數(shù)目，單位為波特。 波

28、特Bt：定寬度離散時間信號碼元或數(shù)字信號的調(diào)制率單位或傳輸率單位。 比特率：信息傳輸速率。為每秒鐘傳送的信息量，單位為比特/秒（bit/s）。,數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸可靠性用差錯率來衡量。差錯率有兩種表述方法：誤碼率及誤信率（又稱誤比特率）。 誤碼率：錯誤接收的碼元數(shù)與傳送的總碼元數(shù)之比。用Pe表示。 誤比特率：錯誤接收的信息量與傳送信息總量之比。用Peb表示。 SCADA系統(tǒng)中，信號的

29、傳輸速率用碼元傳輸速率來表示，可以取300、600、1200Bd。差錯率用誤碼率表示，要求在信噪比為17Bd時，滿足誤碼率不大于10-5。,第二節(jié)、串行通信及傳輸控制規(guī)程,一、異步通信串行通信最基本的通信方式：異步通信和同步通信。異步通信的字符格式見圖2-3圖中信號的傳送次序為從右至左。,異步通信按字符傳送，每個字符以起始位開始，以停止位結束。起始位占一位，取邏輯“0”，停止位可以是一位“一位半或兩位，取邏輯”1”。數(shù)據(jù)位可以選擇

30、5、6、7或8位組成；需要奇偶校驗位時，可選擇一位奇校驗位或一位偶校驗位或無奇偶校驗。 字符傳送時，可以一個字符緊接著一個字符傳送，也可以用任意數(shù)目的空閑位（邏輯“1”）延續(xù)兩字符之間的間隔。 異步通信中每個字符的起始位都起到對該字符的位同步作用，使頻率的漂移不會積累。但由于每個字符需多占用2~3位開銷，使異步通信的傳輸效率降低。 異步通信時，收發(fā)雙方必須設置相同的字符格

31、式。,二、同步通信 同步通信的格式見圖2-4，圖中信號的傳送次序為從右至左。同步通信以同步字符作為傳送開始，字符與字符之間不允許有空隙，當線路空閑或沒有字符可發(fā)時，發(fā)送同步字符。同步字符可以選擇單同步字符，也可以選擇雙同步字符。數(shù)據(jù)由若干個字符組成。每個字符可以選擇一位奇校驗位或一位偶校驗位或無奇偶校驗位。 同步通信時，收發(fā)雙方必須設置相同的同步字符，另外收發(fā)雙方必須保證有同步的時鐘，由它們

32、分別控制信號的發(fā)送和接收。,三、傳輸控制規(guī)程 傳輸控制規(guī)程分為兩大類：面向字符的傳輸控制規(guī)程和面向比特的傳輸控制規(guī)程。異步通信的傳輸控制是面向字符的；同步通信的傳輸控制可以面向字符，也可以面向比特。 這些傳輸控制規(guī)程可用于點對點式的連接方式或多點式連接方式。在計算機網(wǎng)絡中，傳輸控制規(guī)程屬于鏈路級和物理級通信協(xié)議。 同步通信的傳輸控制規(guī)程有三種：面向字符的雙同步通信協(xié)議（BS

33、C）、面向比特的同步數(shù)鏈路控制協(xié)議（SDLC）和面向比特的高級數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議（HDLC）。,第三節(jié)、遠動信息的循環(huán)式傳輸規(guī)約 遠動信息傳輸?shù)膸Y構、信息字結構和傳輸規(guī)則等各種約定，應遵照部頒的循環(huán)式傳輸規(guī)約，也稱為循環(huán)式遠動規(guī)約。一、幀結構 循環(huán)式遠動規(guī)約DL451-1991的幀結構見圖2-6。每幀遠動信息都以同步字開頭，并有控制字，除少數(shù)幀外均應有信息字。信息字的數(shù)量依實際需要設定，因此

34、幀的長度是可變的。但同步字、控制字和信息字都由48位二進制數(shù)組成，字長不變。,同步字標明一幀的開始，它取固定的48位二進制數(shù)。 控制字由6個字節(jié)組成，它們是控制字節(jié)、幀類別、信息字數(shù)n、源站址、目的站址和校驗碼字節(jié)，見圖2-7。,二、信息字結構：每個信息字由6個字節(jié)組成，見圖2-8。其中第一個字節(jié)是功能碼字節(jié)，第2~5個字節(jié)是信息數(shù)據(jù)字節(jié)，第6字節(jié)是校驗碼。 信息字有上行和下行，并有遙測信息字和遙信信息

35、字。其字格式如圖2-9，2-10。,三、幀的組織方式 在循環(huán)式遠動規(guī)約中，遠動信息按其重要性和實時性要求，分為五種不同的幀：A、B、C、D（D1和D2）和E幀。這些幀在循環(huán)時間上有不同要求，所以應正確安排各種幀的傳送順序，并控制一幀中信息字的數(shù)量。 上行信息的優(yōu)先級排列順序和傳送時間要求如下：子站收到主站的召喚子站時鐘命令后，在上行信息中優(yōu)先插入兩個返送信息字，插入傳送一遍；變位遙信和子站工作

36、狀態(tài)變化信息，以信息字為單位優(yōu)先插入傳送，連送三遍，并要求在1s內(nèi)送到主站；遙控、升降命令的返送校核信息，以信息字為單位插入傳送，連送三遍；重要遙測量安排在A幀傳送，循環(huán)時間不大于3s；次要遙測量安排在B幀傳送，循環(huán)時間一般不大于6s；一般遙測量安排在C幀傳送，循環(huán)時間一般不大于20s；,遙信狀態(tài)信息安排在D1幀定時傳送；電能脈沖計數(shù)值安排在D2幀定時傳送；事件順序記錄（SOE）安排在E幀，以幀插入方式傳送三遍；D1、D2幀傳送的是慢變

37、化量，以幾分鐘至幾十分鐘的周期循環(huán)傳送。 E幀傳送的事件順序記錄是隨機量，同一事件順序記錄應分別在三個E幀內(nèi)重復傳送三次。 下行命令的優(yōu)先級排列如下：召喚子站時鐘、設置子站時鐘校正值、設置子站時鐘；遙控選擇、執(zhí)行、撤消命令；升降選擇、執(zhí)行、撤消命令；設定命令；廣播命令、復歸命令。 下行命令是按需要傳送，非循環(huán)傳送。 當不發(fā)下行命令時，應連續(xù)發(fā)送同步碼。

38、 在滿足規(guī)定的循環(huán)時間前提下，幀系列可以根據(jù)要求任意組織。,下圖為E幀、變位遙信、遙控返校插入傳送的示圖,四、幀結構的簡化 在國產(chǎn)的遠動裝置中，一種較簡單的循環(huán)式遠動規(guī)約也常使用，這種規(guī)約對幀結構作了簡化處理，它的幀結構如圖2-14所示。和部頒的循環(huán)式遠動規(guī)約見圖2-6比較可以看出，這種幀結構中取消了控制字，增加了慢變化字。 除上述區(qū)別外，這種規(guī)約的同步字、信息字結構、

39、校驗碼生成規(guī)則都滿足部頒規(guī)約。,第四節(jié)、遠動信息的問答式傳輸規(guī)約,報文：POLLING方式中，無論是主站向子站發(fā)送的命令，還是子站向主站回送的數(shù)據(jù)，都稱為報文。每個報文含有一個完整的意義，但不同的報文長度不一定相同。 類型與類別：類型指數(shù)據(jù)的不同分類。數(shù)據(jù)的類型分為模擬量、狀態(tài)量、狀態(tài)變化量、時標量等。 類別指數(shù)據(jù)或信息依其不同掃描周期劃分為0~7類。對各種類型的數(shù)據(jù)要分別指定屬于某一類別，任一類別的掃描周期可由外

40、面輸入定義。時標量定義為類別8。,報文的格式 本規(guī)約中的報文，可分為三種報文格式： 主站向子站詢問的報文；子站向主站回答確認或否定確認的報文；主站向子站或子站向主站傳送數(shù)據(jù)的報文。主站向子站詢問的報文格式見圖2-15。,第一字節(jié)為子站地址，取00H-FEH。當取FEH時，該詢問報文為廣播命令。第二字節(jié)報文類型可以取05H和1AH。當報文類型代碼為05H時,該報文為類別詢問報文；

41、為1AH時,該報文為重復詢問報文。,子站向主站回答確認或否定確認的報文格式見圖2-18。傳送數(shù)據(jù)的報文格式見圖2-19。,第一字節(jié)為子站地址，取00H-FEH。第二字節(jié)報文類型取06H時，為確認報文：子站正確收到主站的命令；取15H時為否定確認報文。第三字節(jié)類別標志字節(jié)的0~7位。 與數(shù)據(jù)類別相對應。,第一字節(jié)為子站地址。第二字節(jié)低6位作為報文類型的代碼；第三字節(jié)為報文中數(shù)據(jù)區(qū)的字節(jié)數(shù)。 報文的校驗碼

42、為兩個字節(jié)。,主站與子站間的問答過程：見下圖,第三章、遠動信息的信道編譯碼,第一節(jié)、抗干擾編碼的基本原理 信道編碼是對信源編碼得到的信息序列按照某種規(guī)律添加一定的校驗碼元，由信息序列和校驗碼元構成一個有抗干擾能力的碼字。添加校驗碼元的規(guī)律或規(guī)則不同，就形成不同的編碼方法。遠動信息的信道編碼方法大多采用奇偶校驗和循環(huán)冗余校驗CRC。一、最小距離與碼的檢錯、糾錯能力 碼的最小距離是衡量這種碼抗干

43、擾能力的重要參數(shù)。對最小距離為dmin的碼,它能 糾正的碼字中的錯誤個數(shù)t 和能檢出的碼字中的錯誤個 數(shù)l滿足關系：,二、信道編碼的代數(shù)基礎 1、伽羅華域及域上多項式 2、二元域上的多項式運算 第二節(jié)、奇偶校驗碼一、奇偶校驗碼 奇偶校驗碼是一個（n,n-1）分組碼。它的編碼規(guī)則是在n-1位信息元后面,添加一位奇校驗或偶校驗的校驗碼元,使每

44、個碼字中“1”碼元的個數(shù)恒為奇數(shù)或偶數(shù)。,奇偶校驗碼的檢錯能力較差。當接收碼字錯奇數(shù)個碼元時，奇偶校驗只能檢測出碼字有錯，而不能確定是哪幾位碼元的錯誤。若接收碼字中出現(xiàn)偶數(shù)個錯誤，則使奇偶校驗碼失去檢錯能力。但奇偶校驗碼的編碼效率很高二、水平垂直奇偶校驗碼 水平垂直奇偶校驗碼是水平和垂直兩個方向的奇偶校驗碼，也稱縱橫奇偶校驗碼。三、水平垂直奇偶校驗碼 水平垂直奇偶校驗碼是水平和垂直兩個方向

45、的奇偶校驗碼，也稱縱橫奇偶校驗碼。,第三節(jié)、循環(huán)碼的編譯碼原理一、線性分組碼 當分組碼滿足每個碼字中的每一位校驗碼元，都是本碼字中某些位信息碼元的線性模2和時，這個分組碼為線性分組碼。線性分組碼的編碼可以用生成矩陣G實現(xiàn)。二、循環(huán)碼的編譯碼原理 循環(huán)碼是線性分組碼的一個重要子類，因此循環(huán)碼可以像線性分組碼一樣，用生成矩陣實現(xiàn)編碼。但由于循環(huán)碼的一些重要特性，使循環(huán)碼的編碼和譯碼用一個生成

46、多項式便可以實現(xiàn)。,循環(huán)碼分為非系統(tǒng)循環(huán)碼和系統(tǒng)循環(huán)碼。 實現(xiàn)非系統(tǒng)循環(huán)碼的編碼只要根據(jù)碼長n和信息位k選定生成多項式g(x)，再完成m(x)g(x)的乘法運算,便得到信息多項式m(x)對應的循環(huán)碼的碼多項式c(x)。 (n,k)系統(tǒng)循環(huán)碼的編碼過程是：首先把信息多項式m(x)乘以xn-k，得到xn-km(x)；然后以生成多項式g(x)去除xn-km(x)，如果商為q(x)，余式為r(x)，則x

47、n-km(x)=q(x)g(x)+r(x)；最后用r(x)模2加xn-km(x)，便得到所需的系統(tǒng)循環(huán)碼碼字c(x)=xn-km(x)+r(x)。,三、縮短循環(huán)碼 任何一個給定的（n,k）系統(tǒng)循環(huán)碼的2k個碼字中，一定存在2k-j（j<k）個前位為零的碼字。如果刪去這2k-j個碼字中前面j位零,可以得到2k-j個長為( n-j)的碼字,由它們構成的(n-j,k-j)線性系統(tǒng)碼,稱為原(n,k)系統(tǒng)循環(huán)碼的縮短循環(huán)

48、碼。 縮短循環(huán)碼可以采用原系統(tǒng)循環(huán)碼的編碼電路、檢糾錯譯碼電路及編譯碼算法。它的檢糾錯能力不低于原來的(n,k)系統(tǒng)循環(huán)碼.,第四節(jié) 循環(huán)碼的檢錯及糾錯能力一、伴隨式計算及糾錯 假設發(fā)端發(fā)送的碼字是 c(x)=cn-1xn-1+cn-2xn-2+…+c1x+c0 接收端收到的碼字是 R(x)= rn-1xn-1+rn-2xn-2+…+r1x+r0 當我們用接收到的

49、碼字R(x)除以生成多項式g(x)時,如果商式為p(x)，余式為s(x)，則有 R(x)=p(x)g(x)+s(x),多項式s(x)稱為接收碼字R(x)的伴隨式。如果伴隨式s(x)為零，譯碼判斷時認為接收碼字就是發(fā)送端發(fā)來的碼字。若伴隨式s(x)不為零，認為發(fā)送碼字在信道中受到干擾。 受干擾的錯誤圖樣用多項式表示成 E(x)=en-1xn-1+en-2xn-2+…+e1x+e

50、0 則接收碼字是 R(x)=c(x)+E(x) 接收碼字R(x)的伴隨式s(x)等于錯誤圖樣E(x)除以生成多項式g(x)所得的余式s’(x)?？梢姲殡S式中包含有疊加在發(fā)送碼字上的錯誤圖樣的信息，所以不僅可以利用伴隨式進行檢錯，還可以用伴隨式完成一定范圍內(nèi)的糾錯。,二、循環(huán)碼的檢錯能力 如果生成多項式g(x)中含有因式x+1，即g(x)=(x+1)g1(x)，則用這種生成多項

51、式生成的循環(huán)碼可以檢測出碼字中的奇數(shù)個錯誤。 在電力系統(tǒng)的噪聲信道中，經(jīng)常出現(xiàn)突發(fā)干擾。循環(huán)碼對突發(fā)干擾的檢錯能力如下：（1）由n-k次多項式g(x)生成的循環(huán)碼!能檢測出所有突發(fā)長度為n-k或小于n-k（即b≤n-k）的突發(fā)錯誤。,（2）由n-k次多項式g(x)生成的循環(huán)碼，當突發(fā)錯誤的突發(fā)長度b>n-k時，檢測不出的突發(fā)錯誤占同樣長度的可能的突發(fā)錯誤總數(shù)的百分比為 2-

52、(n-k) 當b-1>n-k 2-(n-k-1) 當b-1=n-k 第五節(jié) 系統(tǒng)循環(huán)碼的編譯碼電路一、除法電路 系統(tǒng)循環(huán)碼的編碼是將信息多項式m(x)乘以xn-k，再除以生成多項g(x)，把所得余式r(x)與xn-km(x)模2加，便得到碼字c(x)=xn-km(x)+r(x)。譯碼時用接收碼字去除以生成多項式g(x)，判余式是否為零。由此可見

53、，無論編碼還是譯碼，都要進行多項式的除法運算，求余式。,多項式的除法運算，可以用反饋移位寄存器實現(xiàn)。當除式g(x)為n-k次多項式時，完成除法運算的電路見圖3-3，稱為除法電路。只要除式g(x)被確定，與它對應的除法電路也唯一地被確定。,二、系統(tǒng)循環(huán)碼的譯碼電路 按照圖3-3，當g(x)=x3+x+1時可以構成圖3-4所示的除法電路。這種除法電路的被除數(shù)從移位寄存器的低端輸入，所以稱它為低端輸入除法電路。被除數(shù)為11

54、11111，它在低端輸入除法電路中的運算過程如表3-5所示。,當被除數(shù)是n位二進制數(shù)時，低端輸入除法電路要經(jīng)過n次移位運算得到最后余數(shù)。如果接收端按生成多項式g(x)構成低端輸入除法電路，并把從信道中接收的碼字按接收節(jié)拍逐位送入除法電路，那么當n位碼元接收完后，除法電路中寄存器狀態(tài)便是接收碼字除以生成多項式之后的余式，即伴隨式。這時，低端輸入除法電路完成了譯碼運算。三、系統(tǒng)循環(huán)碼的編碼電路 圖3-5為g(x)=x

55、3+x+1對應的高端輸入除法電路，它仍由生成多項式g(x)唯一地確定。,如果被除數(shù)為信息序列1111，即m(x)=x3+x2+x+1，當信息序列送入該除法電路時，除法電路的運算過程如表3-7所示。這時電路經(jīng)過四次移位運算得到余式111。,用高端輸入除法電路完成編碼運算時，只需將k位信息碼元在向信道發(fā)送的同時，也送入除法電路，當k位信息位發(fā)送結束時，k次運算同時完成，在除法電路中便得到信息位對應的余數(shù)。再把信息的余數(shù)緊跟信息位發(fā)向信道，就

56、保證了一個碼字中的n位碼元向信道發(fā)送是不間斷的。第六節(jié) 系統(tǒng)循環(huán)碼的編譯碼算法 在計算機系統(tǒng)中，而直接用程序來完成編碼和譯碼的除法運算，稱為軟件表算法。,一、軟件表算法I 設k位信息序列m=mk-1mk-2…m1m0，軟件表算法I的步驟是：（1）把k位信息序列m分成長度為n-k位的p信息段，記為m=M1M2…Mp。（2）在第一個信息段M1 后面添加n-k個零，然后除以生成多項式g(x)得余數(shù)r1

57、。再將余數(shù)r1與第二個信息段M2 模2加得M2’ 。（3）在M2’ 后面添加n-k個零，然后除以生成多項式g(x)得余數(shù)r2，將與第三個信息段M3 模2加得M3’ 。（4）對M3’ 按步驟（3）進行得M4’，如此下去直到對Mp’ 按步驟（3）進行得到rp，它就是信息序列m編碼應得的余數(shù)。這時信息序列m對應的碼字是c=M1M2…Mp rp 。,軟件表算法I把xn-km(x)/g(x)的除法運算變成了分段進行的除法運算。.并且每一段運

58、算都是在n-k位二進制序列后面添加n-k個零，再除以生成多項式g(x)求余數(shù)。因此可以事先完成這2n-k個被除數(shù)除以生成多項式的除法運算，并把計算出的2n-k個余數(shù)稱為中間余數(shù)存在內(nèi)存中，建立一個中間余數(shù)表。便可以找到該信息段對應的中間余數(shù)。軟件表算法I一般用在n-k比較小的情況。二、 軟件表算法II 設信息序列m=mk-1mk-2…m1m0 ，軟件表算法II的步驟是：（1）把信息序列m分成長度為(n-k)/2位

59、的p信息段，記為m=M1M2…Mp。,（2）在第一個信息段M1 后面添加n-k個零，然后除以生成多項式g(x)得中間余數(shù)r1。再將n-k位中間余數(shù)r1分成兩段，前半段的(n-k)/2位是高位段，記為r1H，后半段的(n-k)/2位是低位段，記為r1L。（3）將r1H與第二個信息段M2 模2加，得M2’。在M2’ 后面添加n-k個零，然后除以生成多項式g(x)，得中間余數(shù)r3，再將n-k位中間余數(shù) 分成兩段，前半段的(n-k)/2位記為

60、r3H，后半段的(n-k)/2位記為r3L。（4）將r2H和r1L與第三個信息段M3 模2加，得M3’= r2H+r1L +M3 。在M3’ 后面添加n-k個零，然后除以生成多項式g(x)，得中間余數(shù)r3，再將n-k位中間余數(shù)分為兩段，前半段的(n-k)/2位記為r3H，后半段的(n-k)/2位記為r3L 。,（5）對M3后面的信息段M4，M5...Mp重復步驟（4）,直到求出Mp‘=r(p-1)H+r(p-2)L+Mp。在Mp’后面

61、添加n-k個零，然后除以生成多項式g(x)，得中間余數(shù)rp，再將n-k位中間余數(shù)rp分為兩段，前半段的(n-k)/2位記為rpH，后半段的(n-k)/2位記為rpL 。將rpH與r(p-1)L模2加得rH= rpH+r(p-1)L ,令rl=rpL，則rH和rL分別是信息序列m的余式r的高(n-k)/2位和低(n-k)/2位。記為 r=rHrL 。 對軟件表算法II也可以事先分別對長度為(n-k)/2位的所有二進制

62、序列，其后添n-k個零，再除以生成多項式求中間余數(shù)，并在內(nèi)存中建立一個中間余數(shù)表。以后對任何長度為k位的信息編碼，都可以通過查表和模2加運算完成。,三、兩段查表法 如果把算法中劃分的信息段再進行處理，把一個信息段分解成兩個信息段的模2和，并且使分解后得到的兩個信息段各有一半的位數(shù)取零，其中一個高半段取零，另一個低半段取零。然后對分解后得到的信息段建立中間余數(shù)表，便可以進一步減少余數(shù)表所占內(nèi)存的數(shù)量。

63、 兩段查表法減少了中間余數(shù)表占用的內(nèi)存空間，但計算一個信息段的余數(shù)要進行兩次查表和一次模2加運算。,第七節(jié) 遠動信息的CRC校驗一、生成多項式 我國部頒循環(huán)式遠動規(guī)約規(guī)定，每幀遠動信息中的控制字和信息字都采用CRC校驗，并選用生成多項式g(x)=x8+x2+x+1生成(48,40)循環(huán)碼，其陪集碼為FFH。 我國部頒問答式遠動規(guī)約中的報文，有校驗碼為16位的報文和校驗碼為8位的報文。1

64、6位校驗碼的報文采用CRC校驗，生成多項式是g(x)=x16+x15+x2+x+1，它是ISO制定的HDLC標準CRC校驗碼。8位校驗碼的報文中，校驗碼由7位CRC校驗碼和一位奇偶校驗碼組成。7位CRC校驗碼的生成多項式g(x)=x7+x6+x+1。,二、 循環(huán)傳輸規(guī)約的CRC校驗 生成軟件表的程序框圖見圖3-6。,發(fā)端用軟件表算法I編碼時，要將40位信息分為5個八位的信息段。 按照程序框圖圖3-7設計出

65、編碼程序。,編碼程序在發(fā)送端使用，對接收端應該將接收到的48位碼元分成6個8位長的字節(jié)，對前面5個字節(jié)（信息位）先按編碼程序處理計算出r5，對r5 取非得r5 ，然后將r5與接收到的第六個字節(jié)異或，如果異或結果為零，認為接收碼字正確；否則表示發(fā)送碼字在信道中受到干擾 。三、我國問答式遠動規(guī)約的CRC校驗1. 16位校驗碼的報文校驗 16位校驗碼的報文格式，見圖2-19。,,,16位校驗碼的編碼程序框圖見圖3-

66、9。,2. 8位校驗碼的報文校驗 把8位校驗碼的重復詢問報文用圖3-10表示，其中 表示校驗碼字節(jié)。 校驗碼字節(jié)的最高位由報文中其余字節(jié)的最高位進行模2加產(chǎn)生，剩余7位是CRC校驗碼，生成多項式g(x)=x7+x6+x+1。,第四章 遠動信息的時序及同步第一節(jié) 遠動信息的時序 遠動信息的發(fā)送時間順序和接收時間順序，可以用位、

67、字節(jié)、碼字來表征。一、遠動信息的位 微機遠動裝置中，串行接口電路向信道發(fā)送或從信道接收的一位數(shù)據(jù)就是遠動信息的一個碼元，也稱為一位。每秒鐘向信道發(fā)送或從信道接收的碼元數(shù)，稱為碼元傳輸速率或波特率。 總之，微機遠動裝置中遠動信息的碼元傳輸速率由串行接口電路的發(fā)送時鐘和接收時鐘進行控制。同步通信時，串行接口電路發(fā)送/接收時鐘頻率等于遠動信息的碼元傳輸速率，即波特率。異步通信時，發(fā)送/接收時鐘頻率

68、和遠動信息的波特率之間有一個系數(shù)關系。,二、字節(jié)和碼字 遠動裝置發(fā)送遠動信息時，CPU每次通過數(shù)據(jù)總線并行地向串行接口電路輸出一個字節(jié)，串行接口電路再一位一位地向信道串行輸出。接收遠動信息時，串行接口電路從信道一位一位地串行接收，當收滿一個字節(jié)后CPU通過數(shù)據(jù)總線并行地從串行接口電路讀入一個字節(jié)。 發(fā)送端設有發(fā)送字節(jié)計數(shù)器，接收端有接收字節(jié)計數(shù)器，在接收和發(fā)送遠動信息的過程中，收發(fā)兩端還必須對