通信技術-專業知識模塊-學習單元4

學習單元4IEC60870遠動設備及系統——電力系統的音頻負荷控制；——過程層輸入輸出元素之間通信采用的傳輸通道和局域總線（高速通道）系統的特性；——遠方保護與當地自動化功能，盡管這些功能有時是通過遠動系統實現的。3與遠動系統有關的基本方面在廣域分布過程的運行中，與之有關的基本方面包括產品的生產、最佳傳輸方式和分配。對于不同的產品（例如燃氣、水、石油或電等），這些都大致相同。電力系統運行中采用的遠動系統很先進，可以作為其他領域應用的范例。因此，在以下條文中將參照電力系統的運行描述與廣域分布過程運行有關的基本方面。上一頁下一頁返回學習單元4IEC60870遠動設備及系統3.1遠動系統在電力系統運行中的作用電力供應的質量（包括可靠性）在很大程度上取決于保證必需的監視和控制功能的遠動系統。遠動系統的結構由電力系統的結構及用戶采取的運行策略決定，實質上是分布式過程的控制系統，與廣域分布的輸配電網的層次結構一致。遠動系統的典型層次結構見圖1。3.2數據傳輸系統的作用在遠動系統設計階段應考慮的一個重要因素是確定數據傳輸系統的規范。遠動系統中廣泛使用專用或公用的通信電纜、微波和電力線載波通道。由于遠動系統必須以實時方式運行，通道條件對通信的任何限制都會嚴重影響整個遠動系統的效率。上一頁下一頁返回學習單元4IEC60870遠動設備及系統例如，在高噪聲的環境條件下，通道的帶寬要受到限制，信號傳輸的比特率要受到限制，而這會使傳輸信號產生畸變。反之，對通道的要求應可以使系統的整體性能最優。就此而言，數據傳輸應作為遠動系統的一個組成部分考慮。3.3決定遠動系統設計的要求詳見GB/T17463—1998遠動設備及系統3.3.1功能特性遠動系統的設計應使操作員能正確地獲得電網中關鍵點的實際運行狀態信息，并能迅速正確地做出響應。上一頁下一頁返回學習單元4IEC60870遠動設備及系統3.3.2環境條件安裝的設備在規定的環境條件下應能正常運行。詳細規定及環境條件的分類見GB/T15153.1遠動設備及系統第2部分：工作條件第1篇：電源和電磁兼容性及GB/T15153.2遠動設備及系統第2部分：工作條件第2篇：環境條件（氣候、機械和其他非電影響因素）。3.3.3可靠性、可用性和安全性對可靠性、可用性和安全性（RAS）的要求取決于具體應用方式。遠動系統及其所有組成部分都滿足這些要求。盡管一般不把不間斷電源視為遠動系統的組成部分，但它也應滿足有關RAS規定。遠動系統內所有電子設備都應符合電磁兼容性要求。上一頁下一頁返回學習單元4IEC60870遠動設備及系統3.3.4可維護性、可服務性、可擴展性和向上兼容性設備應具備自診斷能力及快速故障標示和定位功能。硬件和軟件都應具備可維護性和可擴展性，以適應后續的更換和擴展需要。設計改進、技術進步和運行方式的變化等也應加以考慮。軟件的組成應使運行控制人員可以根據電網的變化快捷方便地修改軟件。3.4遠動系統與當地監控系統的主要區別遠動系統區別于當地監控系統的特征有：——以有限的帶寬在噪聲環境條件下進行通信，要求在信息的傳輸速率和傳送的可靠性之間實現最佳平衡，以便既能傳輸大量數據，又使總傳輸時間滿足要求。上一頁下一頁返回學習單元4IEC60870遠動設備及系統——采用長距離傳輸電路或網絡，有時電路或網絡由多種不同傳輸介質組成，可能因偶發的高電平噪聲而出現問題。選擇數據傳輸協議時應考慮到這些情況。在任何高噪聲環境下都應保證有較高的數據完整性，同時還要考慮信息傳輸速率會隨噪聲升高而逐漸降低。——廣域分布的很多發電廠及遠動站都由一個中心控制。4遠動系統結構和配置可以將系統結構理解為基本組成元素按層次排列并相互作用，這也決定了系統的特性。系統配置是指各遠動站的具體布置及其相互連接。上一頁下一頁返回學習單元4IEC60870遠動設備及系統4.1過程網絡體系的相互關系和遠動系統的配置在規劃設計階段，系統配置應根據用戶的需求規定和調整。過程的配置，例如電網的配置，包括涉及的電壓等級、發電廠、控制中心、變電站和配電站的數目及地理位置等，首先決定了數據傳輸系統的布置，因為數據傳輸系統需將這些點連在一起。4.2點對點遠動系統的基本功能模塊一個簡單但也典型的點對點結構的遠動系統見圖2，圖中接口的定義見GB/T16435.1。可以用該系統簡要描述和說明遠動設備或子系統的基本功能模塊：——過程的輸入輸出；上一頁下一頁返回學習單元4IEC60870遠動設備及系統——被控站的信息處理；——數據傳輸；——控制站的信息處理；——操作員的輸入輸出。表1列出了這些功能模塊之間與有關的遠動模塊和設備的可能類型的典型相互關系。應注意，被控站、控制站的當地處理功能和特殊應用功能既可能由遠動設備實現，也可以由其他外部設備（例如外部處理器或過程計算機）實現。這時，外部設備應通過數據總線與遠動設備連接。4.3功能性軟件模塊遠動系統的軟件可以分為不同類型的模塊，見表2。上一頁下一頁返回學習單元4IEC60870遠動設備及系統在典型的遠動系統中，基本的應用軟件由標準模塊組成。新的開發工作一般僅限于工程的特殊軟件。4.4遠動系統配置數據傳輸網絡有以下一些基本配置方式，這些方式是構成各種系統組合的基礎。數據傳輸和流量控制方法在第6章中詳述，但有些關于數據傳輸的特殊規定應在這一階段制定。控制中心的遠動設備通常與多個從站通信，為此需使用多個電路終接設備（見圖2，調制解調器等）。電路終接設備的數量會影響數據傳輸的組織。4.4.1點對點配置連接兩個遠動站的最簡單的配置方式。4.4.2多個點配置上一頁下一頁返回學習單元4IEC60870遠動設備及系統4.4.3多點星形配置4.4.4多點共線配置4.4.5多點環形配置（共線環形）4.4.6組合（混合〉配置5遠動系統功能5.1遠動功能的分層結構數據系統的功能可以像ISO的OSI（開放系統互連）參考模型中所規定的一樣分成7層。這種模塊分層的方法是一種很有用的定義標準的理論模型。每一層與其下面和上面的層在本質上都是獨立的。每一層將它下面的層作為“服務”功能，將它上面的層視為“主層”，與它交換數據并向它報告差錯。上一頁下一頁返回學習單元4IEC60870遠動設備及系統一般而言，每一層都與傳輸電路對端相對應的層通信。層的獨立性使系統具有模塊性：可以只更換某一層而不變動其他層，特別是可以略去某些層。5.2應用層功能應用層功能分為以下兩類：——基本功能；——擴展處理功能。5.2.1基本功能應用層的基本功能是處理來自和/或發往過程層和操作員的各種形式的信息。經遠動系統基本應用功能處理后，數據所包含的信息內容應保持不變，即保持數據的完整性。上一頁下一頁返回學習單元4IEC60870遠動設備及系統5.2.2擴展處理功能擴展處理功能派生于基本功能，以運算處理功能的方法在過程層和操作員的輸入和/或輸出側工作。擴展處理功能可以由遠動系統的CPU執行，也可以由單獨的計算機系統執行。5.3運算處理功能運算處理功能可保證數據采集正確并提供適當的數據表示方法。5.4對操作員的過程信息表示人機接口是數據處理系統的終端與操作員之間的公共界面，因此，對人機之間所交換的信息的類型、格式以及所需的軟件和硬件應加以規定。上一頁下一頁返回學習單元4IEC60870遠動設備及系統最佳人機通信的基本要求是：能向操作維護人員提供有關電網和遠動系統自身的、適量的和可靠的實際狀態信息；能利于中心的軟硬件設施對過程層進行干預。6遠動數據傳輸6.1數據傳輸標準的作用ITU、ISO等國際組織已經發布了一些數據傳輸標準。一般標準的特征是用于商業數據傳輸，即在科研或商用計算機系統與遠方終端之間傳輸數據。數據傳輸路徑可以是公用電話系統的租用電路，距離從幾千米到幾百千米。常按辦公自動化的要求對這類數據的處理進行優化。報文格式及協議盡量適合這類服務的時間性和數據完整性要求。上一頁下一頁返回學習單元4IEC60870遠動設備及系統遠動數據是在線、實時地傳輸的，遠動系統的特征是使物質或能量移動，它的標準需對數據完整性提出嚴格要求。6.2數據傳輸層、網絡層、電路層和物理傳輸層功能數據傳輸層功能包括為在各站間實現有效、可靠的數據傳輸進行管理所需要的各種功能。從各站的應用層收到不同優先級別、不同長度、不同對話類型和不同目的站的報文傳輸請求，由協議的較低層以適當的過程傳輸，并向上層報告執行成功或檢測到差錯。動態性差錯可由自恢復過程糾正，向上層報告的是檢測到的持續性差錯。上一頁下一頁返回學習單元4IEC60870遠動設備及系統6.3遠動數據傳輸的特點6.3.1遠動報文結構遠動報文的一般結構見圖3（詳見68/718657〉。標準幀格式提供信息域長度，該長度只能是八位位組的整數倍。6.3.2遠動數據傳輸的啟動方式遠動數據傳輸有3種基本啟動方式：——事件啟動（突發傳輸）。數據傳輸由發生的事件啟動，如斷路器變位、測量值變化等。——按請求傳輸。主站要求從站傳輸信息。在多個從站情況下，這種方式也稱為召喚式或查詢式。——循環傳輸。這種方式常用于從站向控制站傳輸測量值和開關量。上一頁下一頁返回學習單元4IEC60870遠動設備及系統6.3.3傳輸啟動方式和對話過程的組合電路配置、傳輸啟動方式和通信方式基本上是互相獨立的，因此在理論上可以形成很多種組合方式。但考慮到技術和經濟方面的因素，實際可行的解決方案還是有限的。6.4傳輸通道的通信方式傳輸電路通信方式的功能包括對數據進行轉換、確定傳輸方向以及確定電路可能需要的數據的時序等。6.4.1單工傳輸單工傳輸（單向傳輸）可用于采用循環刷新方式的點對點和多點遠程監視系統，也可用于采用通道選擇方式的系統。上一頁下一頁返回學習單元4IEC60870遠動設備及系統6.4.2半雙工傳輸半雙工傳輸的特點是兩個方向共用一條傳輸電路，因此不可能雙方向同時通信。通過采用適宜的對話過程，半雙工傳輸防止事件信息丟失的能力比單工傳輸強。6.4.3全雙工傳輸全雙工傳輸在流入和流出方向前線制的傳輸電路可以在雙方向同時傳輸數據。6.5通信系統在本技術文件中，通信系統的性質是遠動系統的數據傳輸系統。在絕大多數國家里，遠動數據大都通過電力公司專有或部公專有的信息傳輸系統傳輸，也用從電信公司租用的電路傳輸。上一頁下一頁返回學習單元4IEC60870遠動設備及系統6.5.1傳輸介質目前采用以下傳輸介質：——無線電（VHF、UHF）；——點對點微波；——電力線載波；——地線復合通信電纜；——架空通信電纜；——地下通信電纜。6.5.2傳輸方法遠動系統只使用串行比特數據格式。信息單位（比特）在傳輸路徑上如何表示取決于所用的傳輸介質、帶寬及其他環境條件。上一頁下一頁返回學習單元4IEC60870遠動設備及系統6.6傳輸通道噪聲的防護傳輸通道的以下特性可影響遠動數據的傳輸性能及數據完整性：——通道的可用帶寬；——正常條件下的預期信噪比值，但出現突發噪聲時，信噪比會大大降低；——信號的單位衰減（dB/km）及環境條件（天氣變化、結冰等）對衰減的影響；——傳輸時延（ms/100km）。這些特性在上述各種傳輸介質中差別很大，與具體的通道類型有關。斷路器和開關操作會產生突發噪聲。這種噪聲對微波通道沒有影響，但大氣散射會使微波信號衰減，應采用分集技術予以補償。上一頁下一頁返回學習單元4IEC60870遠動設備及系統發生突發噪聲時，電力線載波通道的信噪比在短時間內會降低很多，但載波信號的單位衰減很小。因此，電力線載波通道的中繼站間的距離可以很遠。6.6.1信息失真的防護在遠動系統的各層級都可以采取措施防止信息失真。典型的措施有：——提高信噪比。無源的方法有采用屏蔽同軸電纜、選用合適的載波和副載波的頻率；有源的辦法有提高發射功率等。——通過冗余編碼和信號質量監視（監視脈沖幅度、信號畸變等）等方法最大限度地減少傳輸電路上的殘留差錯（未檢出的差錯）。經差錯檢測后，必須除去虛假信號輸出。上一頁下一頁返回學習單元4IEC60870遠動設備及