1、2012年5月廈門工學院 本章的知識點：本章的知識點： 掌握數據通信的傳輸方式、了解通信的內容和通信要求；掌握調制的三種類型，數據通信的工作方式，了解遠距離數據通信的基本模型及差錯控制；掌握串行數據通信及其接口；循環式傳輸規約，局域網的拓撲結構，了解問答式傳送規約和現場總線。 6.1 6.1 數據通信概述數據通信概述6.2 6.2 遠距離的數據通信遠距離的數據通信6.3 RS232/4856.3 RS232/485串行數據通信接口串行數據通信接口6.4 6.4 數據傳輸中采用的通信規約數據傳輸中采用的通信規約6.5 6.5 變電站綜合自動化系統的通信網絡變電站綜合自動化系統的通信網絡6.1 數

2、據通信概述GPS操 作 員 站 1操 作 員 站 2工 程 師 站工 作 站站 內 管 理 遠 動 主 站 1遠 動 主 站 2網 關光 電 轉 換光 電 轉 換網 關光 電 轉 換網 關保護測控裝置保護測控裝置保護測控裝置保護測控裝置I/0測控保護測控裝置間 隔 1間 隔 N35kV開 關 柜220kV電 氣 小 室 間 隔 M間 隔 1保護測控裝置I/0測控保護測控裝置I/0測控電壓無功控制500kV電 氣 小 室 間 隔 1間 隔 L 1間 隔 L現 場 總 線 網現 場 總 線 網現 場 總 線 網雙 光 纖 以 太 網網 調省 調 地 調省 調網 調地 調數據通信兩個主要任務：數據通

3、信兩個主要任務：（1）完成系統內部各子系統或各種功能模塊間的信息交換（2）完成變電站與控制中心的通信任務一、變電站綜合自動化系統的通信內容一、變電站綜合自動化系統的通信內容（一）變電站內的信息傳輸內容（一）變電站內的信息傳輸內容1、現場一次設備與間隔層間的信息傳輸：斷路器、隔離開關、主變壓器分接開關位置。2、間隔層的信息交換：保護、測量、監視之間的數據交換；3、間隔層與變電站層的信息: 測量及狀態信息、操作信息、參數信息 G P S測控保護測控保護測控保護軟件對時遠 動 裝 置上 級 調 度變 電 站 監 控 站工 程 師 站主備 打 印 機總 線直流屏其 他 智能 設 備變 電 站 綜 合

4、自 動 化 體 系 結 構電 量 和 非電 量 檢 測操 作 控 制開 關 量 信 號 采 集線 路 保 護母 線 保 護主 變 壓 器 和電 容 器 保 護（二）綜合自動化系統與控制中心的通信內容（二）綜合自動化系統與控制中心的通信內容上行信息：上行信息：變電站向控制中心傳送的信息下行信息：下行信息：控制中心向變電站傳送的信息這些信息可按“四遙”功能劃分，即：遙測、遙信 、遙控和遙調。1 1、遙測遙測信息信息 三繞組變壓器兩側P、Q、I、U，35kV及以上線路的有功功率級有功電能；各級母線電壓等。2 2、遙信遙信信息信息 所有斷路器位置信號；控制回路斷線總信號；保護動作信號；反映運行方式的隔

5、離開關位置信號。3 3、遙控遙控信息信息 變電站全部斷路器及能控的隔離開關；可進行電控的主變壓器中性點接地隔離開關。4 4、遙調遙調信息信息 有載調壓主變壓器分接頭位置調節；消弧線圈抽頭位置調節。二、通信的要求二、通信的要求（一）變電站通信網絡的要求（一）變電站通信網絡的要求1、快速的實時響應能力；2、很高的可靠性；3、優良的電磁兼容性能；4、分層式結構。（二）信息傳輸響應速度的要求（二）信息傳輸響應速度的要求 不同類型和特性的信息要求傳送的時間差異很大，其具體內容如下。1 1、經常傳輸的監視信息、經常傳輸的監視信息（1）母線電壓、電流、有功/無功功率、功率因數、零序電壓以及頻率等測量值，一般

6、不宜大于1-2s。（2）計量用的信息，時間間隔可以較長。（3）刷新變電站層的數據庫，需定時采集斷路器的狀態信息，繼電保護和自動裝置投入和退出的工作狀態可采用定時召喚方式。（4）監視變電站的電氣設備的安全運行所需的信息。2 2、突發事件產生的信息、突發事件產生的信息（1）系統發生事故的情況下，需要快速響應的信息，要求傳輸時延最小，優先級最高；（2）正常操作時狀態變化信息要求立即傳送，傳輸響應時間要小，自動智能裝置和繼電保護裝置的投入和退出信息要及時傳送。（3）故障情況下，繼電保護動作的狀態信息和事件順序記錄，這些信息作為事故分析之用，不需要立即傳送，待事故處理完再送即可。（4）故障發生時的故障錄

7、波，不必立即傳送。（5）控制命令、升降命令、修改定值命令傳輸的間隔時間較長。（6）智能傳感器和智能執行器，取決于正常狀態時對模擬量的采樣速率。（三）各層次之間和每層內部傳輸信息時間的要求（三）各層次之間和每層內部傳輸信息時間的要求（1）設備層和間隔層，1100ms。（2）間隔內各個模塊間，1100ms。（3）間隔層的各個間隔單元之間，1 100ms。（4）間隔層與變電層之間，101000ms。（5）變電層的各個設備之間，1000ms。三、數據通信的三、數據通信的傳輸方式傳輸方式（一）并行數據通信與串行數據通信（一）并行數據通信與串行數據通信計算機或外部設備計算機D0-Dn狀態控制 并行數據通信

8、并行數據通信是指數據的各位同時傳送，是指數據的各位同時傳送，如圖如圖1 1所示。所示。 可以字節為單位（可以字節為單位（8 8位），也可以字為位），也可以字為單位（單位（1616位），同時傳送，同時接受。位），同時傳送，同時接受。 優點：優點：速度快、每秒可傳輸幾十、幾百速度快、每秒可傳輸幾十、幾百兆字節。兆字節。 缺點：缺點：需要的傳輸信號線多，成本高。需要的傳輸信號線多，成本高。 應用：應用：在短距離傳輸中（在短距離傳輸中（10m10m），要求），要求傳輸速度高的場合。傳輸速度高的場合。圖圖1 1 并行數據傳輸并行數據傳輸串行通信串行通信是數據一位一位是數據一位一位地傳送，如圖地傳送，如圖

9、2 2所示。所示。優點：優點：可以節約傳輸線，可以節約傳輸線，簡化了接線。簡化了接線。缺點：缺點：傳輸速度慢，通訊傳輸速度慢，通訊軟件相對復雜些。軟件相對復雜些。應用：應用：適合于位數很多和適合于位數很多和遠距離傳送，距離可以達遠距離傳送，距離可以達數千千米。數千千米。控制狀態Dn計算機計算機或外部設備D2 D1 D0圖圖2 2 串行數據傳輸串行數據傳輸（二）異步數據傳輸和同步數據傳輸（二）異步數據傳輸和同步數據傳輸1 1、異步數據傳輸、異步數據傳輸 在在串行串行數據傳送中，有數據傳送中，有異步傳送和同步傳送異步傳送和同步傳送兩種基本的通信方式。兩種基本的通信方式。 在異步通信方式中，發送的每

10、一個字符均帶有在異步通信方式中，發送的每一個字符均帶有起始位、停止位和可選擇的奇偶校驗位。用一個起始位、停止位和可選擇的奇偶校驗位。用一個起始位表示字符的開始，用停止位表示字符的結起始位表示字符的開始，用停止位表示字符的結束構成幀。其幀格式如圖束構成幀。其幀格式如圖3 3所示。所示。D0 D1 D2 D3 D4 D5 D60D2D1D0起始位ASCII碼7位字符7位字符01起始位停止位奇偶校驗奇偶校驗停止位10下一信息開始傳送信息起始位D0 D1 D20DnD1D0111空閑位標志（a)（b)圖圖3 3 異步數據傳輸的格式異步數據傳輸的格式（a a）一般信息幀）一般信息幀 （b b）ASCII

11、ASCII碼幀碼幀2 2、同步數據傳輸、同步數據傳輸在數據塊的開始處集中使用同步字符來做傳遞的在數據塊的開始處集中使用同步字符來做傳遞的指示，其成幀格式如圖指示，其成幀格式如圖4 4所示所示 。控制字符SYN1SYN2一個或多個同步字符數據字符圖圖4 4 同步數據傳輸示意圖同步數據傳輸示意圖同步與異步傳輸的區別 1,1,異步傳輸是面向字符的傳輸，而同步傳輸是面異步傳輸是面向字符的傳輸，而同步傳輸是面向比特的傳輸。向比特的傳輸。 2,2,異步傳輸的單位是字符而同步傳輸的單位是楨。異步傳輸的單位是字符而同步傳輸的單位是楨。 3,3,異步傳輸通過字符起止的開始和停止碼抓住再異步傳輸通過字符起止的開始

12、和停止碼抓住再同步的機會，而同步傳輸則是以數據中抽取同步同步的機會，而同步傳輸則是以數據中抽取同步信息。信息。 4,4,異步傳輸對時序的要求較低，同步傳輸往往通異步傳輸對時序的要求較低，同步傳輸往往通過特定的時鐘線路協調時序。過特定的時鐘線路協調時序。 5,5,異步傳輸相對于同步傳輸效率較低異步傳輸相對于同步傳輸效率較低（三）報文及報文分組（三）報文及報文分組報文交換的本質是存儲轉發。報文就是站點一次報文交換的本質是存儲轉發。報文就是站點一次性要發數的數據塊，其長度不限且可變，當一個性要發數的數據塊，其長度不限且可變，當一個站要發送報文時，它將一個目的地址附加到報文站要發送報文時，它將一個目的

13、地址附加到報文上，網絡節點根據報文上的目的地址信息把報文上，網絡節點根據報文上的目的地址信息把報文發送到下一個節點，一直逐個節點地轉送到目的發送到下一個節點，一直逐個節點地轉送到目的節點。節點。報文號 1D到點 T源點 S 校驗 正 文 報文總控制信息校驗正文1 STP11DPto1Pto11DPnTS正文n 校驗報文分組分控制信息分控制信息圖圖5 5報文及報文分組示意圖報文及報文分組示意圖P1 PnP1 Pn報文分組號報文分組號 Pt01Pt01報文分組總數報文分組總數 T T到點編號到點編號 S S源點編號源點編號6.2 遠距離的數據通信一、遠距離通信的基本模型一、遠距離通信的基本模型 信

14、源編碼器 信道編碼器 調制器 信道 解調器 信源譯碼器 信道譯碼器 信源 信宿干擾編碼通道調制信道圖圖6 6 遠距離數據通信的基本模型遠距離數據通信的基本模型1 1、信源：、信源：電網中的各種信息源，如電壓、電流、電網中的各種信息源，如電壓、電流、頻率、功率、電能脈沖量、各種指令、開關信號。頻率、功率、電能脈沖量、各種指令、開關信號。2 2、信源編碼器：、信源編碼器：把各種信源轉化成易于數字傳把各種信源轉化成易于數字傳輸的器件，如輸的器件，如A/DA/D。3 3、信道編碼器：、信道編碼器：為了保護所傳輸的信息內容，為了保護所傳輸的信息內容，增加保護碼元。增加保護碼元。4 4、調制器：、調制器：

15、將基帶數字信號進行調制傳送。將基帶數字信號進行調制傳送。5 5、信道：、信道：信號遠距離傳送的載體。信號遠距離傳送的載體。 6 6、解調器：、解調器：它是調制器的逆過程，以恢復基帶它是調制器的逆過程，以恢復基帶信號。信號。7 7、信道譯碼器：、信道譯碼器：它是編碼器的逆過程，除去保它是編碼器的逆過程，除去保護碼元獲得發送側的二進制數字序列。護碼元獲得發送側的二進制數字序列。8 8、信源譯碼器：、信源譯碼器：它是將二進制信號恢復到模擬它是將二進制信號恢復到模擬信號的過程，例如信號的過程，例如D/AD/A轉換器。轉換器。9 9、信宿：信宿：信息的接收地或接收人員能觀察的設信息的接收地或接收人員能觀

16、察的設備，如電網調度自動化系統中的模擬屏、顯示器備，如電網調度自動化系統中的模擬屏、顯示器CRTCRT等，均為信宿。等，均為信宿。二、數字信號的調制與解調二、數字信號的調制與解調 基帶信號：由信源產生的原始電信號為一系列基帶信號：由信源產生的原始電信號為一系列的方形脈沖，的方形脈沖，基帶信號不能直接在模擬信道上傳輸，因為傳輸距離越遠或傳輸速率越高，方形脈沖失真現象就越嚴重，甚至使正常信號無法進行。 調制解調器：調制解調器：將數字基帶信號變換成適合于遠距離傳輸的信號正弦波信號，這種正弦信號攜帶了原基帶信號的數字信息，通過線路傳輸到接收端后，可將攜帶的數字信號取出來，這就是調制與解調的過程。完成調

17、制與解調的設備叫調制解調器（MODEM）。 調制的過程就是按調制信號（基帶信號）的變調制的過程就是按調制信號（基帶信號）的變化規律去改變載波的某些參數的過程。化規律去改變載波的某些參數的過程。一個正弦一個正弦電壓可表示為：電壓可表示為： （1 1）數字調幅）數字調幅(ASK)(ASK)：使用正弦波的振幅隨數碼使用正弦波的振幅隨數碼的不同而變化，但頻率和相位保持不變。用振幅的不同而變化，但頻率和相位保持不變。用振幅為為0 0來代替碼元來代替碼元0 0，振幅為某一值來代表碼元，振幅為某一值來代表碼元1 1。（2 2）數字調頻）數字調頻(FSK)(FSK)：使正弦波的頻率隨數碼不使正弦波的頻率隨數碼

18、不同而變化，而振幅和相位保持不變。同而變化，而振幅和相位保持不變。 表示數碼表示數碼1 1， 表示數碼表示數碼0 0。（3 3）數字調相）數字調相(PSK)(PSK)：使正弦波的相位隨數碼不使正弦波的相位隨數碼不同而變化，而振幅和頻率保持不變。同而變化，而振幅和頻率保持不變。)2sin()( ftUtumfff0Hfff0L (a)(b)(c)(d)(e)0110001ttttt圖圖8 8數字調制波形圖數字調制波形圖（a a）數碼（）數碼（b b）調幅波（）調幅波（c c）調頻波）調頻波 （d d）二元絕對調相波（）二元絕對調相波（e e）二元相對調相波）二元相對調相波0圖圖9 9 數字調頻原

19、理圖數字調頻原理圖HfLf 開關1 開關2 輸出 0 01圖9是用數字電路開關來實現FSK調制的原理圖。dcabef低通展寬器全波整流微分 放大限幅 dcabef( a )( b )圖圖10 10 零交點檢測法原理圖和相應波形圖零交點檢測法原理圖和相應波形圖（a a）原理框圖）原理框圖 （b b）相應波形圖）相應波形圖數字調頻解調方法零交點檢測法三、數據通信的三、數據通信的工作方式工作方式發送器接收器接收轉換發送器接收器接收器發送器接收轉換發送器接收器控制器控制器接收器發送器（a)（b)（c) 根據收發通信雙根據收發通信雙方是否同時工作，方是否同時工作，可分為可分為單工單工、半半雙工雙工和和全

20、雙工全雙工三三種不同的方式。種不同的方式。圖圖1111數據通信三種工作方式數據通信三種工作方式（a a）單工通信；（）單工通信；（b b）半雙工通信；）半雙工通信；（c c）四線全雙工）四線全雙工（a a）單工通信：）單工通信：信息只能按一個方向傳送的工信息只能按一個方向傳送的工作方式作方式（b b）半雙工：）半雙工：信息可雙向傳輸，但兩個方向的信息可雙向傳輸，但兩個方向的傳輸不能同時進行，只能分時交替進行，因而半傳輸不能同時進行，只能分時交替進行，因而半雙工實際是可以切換方向的單工方式。雙工實際是可以切換方向的單工方式。（c c）全雙工：）全雙工：通信雙方可同時進行雙方向的傳通信雙方可同時進

21、行雙方向的傳送信息。送信息。四、數據遠傳信息通道四、數據遠傳信息通道有線信道有線信道信道信道明線或電纜信道明線或電纜信道電力線載波信道電力線載波信道光纖信道光纖信道 無線信道無線信道微波中繼信道微波中繼信道衛星信道衛星信道散射信道散射信道短波信道短波信道2022-3-191、有線信道(Wire channel) 它由有形的介質構成，如雙絞線、同軸電纜、光導纖維等。2、無線信道(Wireless channel) 由無形的空間構成，信號以電磁波的形式在無線信道中傳播。無線信道可以根據頻率及傳播方式劃分出各種信道。名稱頻率范圍波長范圍主要傳播方式用途長波30-300kHz 1-10km地表面波遠距

22、離通信、導航中波300-3000kHz0.1-1km地表面波調幅廣播、船舶通信、飛行通信短波3-30MHz10-100m地表面波電離層反射調幅廣播、調幅與單邊帶通信超短波30-300MHz1-10m直射波對流層散射調頻廣播、調頻廣播與通信雷達與導航、移動通信微波300MHz以上1m以下直射波微波接力通信、衛星通信移動通信五、通信規約的含義五、通信規約的含義 在通信網中，為了保證通信雙方能正確、有效、可靠地進行數據傳輸，在通信的發送和接收的過程中有一系列的規定，以約束雙方進行正確、諧調的工作，我們將這些規定稱為數據傳輸控制規程，簡稱通信規約。在主站和各個遠程終端之間進行通信時，通信規約明確規范以

23、下幾個問題：（1 1）要用共同的語言。）要用共同的語言。（2 2）要有一致的操作步驟，即控制步驟。）要有一致的操作步驟，即控制步驟。（3 3）要規定檢查錯誤以及出現異常情況時計算）要規定檢查錯誤以及出現異常情況時計算機的應付辦法。機的應付辦法。 六、數據通信的差錯控制六、數據通信的差錯控制 在信息傳遞過程中，會出現各種干擾使所傳輸的在信息傳遞過程中，會出現各種干擾使所傳輸的信號碼元發生差錯，在一個實用的通信中一定要能信號碼元發生差錯，在一個實用的通信中一定要能發現檢測這種差錯，并采取糾正措施，把出錯控制發現檢測這種差錯，并采取糾正措施，把出錯控制在所能允許的盡可能小的范圍內，這就是在所能允許的

24、盡可能小的范圍內，這就是差錯控制。差錯控制。差錯控制最常用的方法是差錯控制編碼差錯控制最常用的方法是差錯控制編碼。 差錯控制編碼：差錯控制編碼：在向信道發送信息位之前，先按在向信道發送信息位之前，先按某種關系加上一定的某種關系加上一定的監督位監督位，構成一個碼元再發送。，構成一個碼元再發送。接收到碼字后查看信息位和冗余位，并檢查它們之接收到碼字后查看信息位和冗余位，并檢查它們之間的關系，以發現檢查過程是否有差錯發生。間的關系，以發現檢查過程是否有差錯發生。差錯控制編碼又分為差錯控制編碼又分為檢錯碼檢錯碼和和糾錯碼糾錯碼。六、數據通信的差錯控制六、數據通信的差錯控制最簡單和最常用的檢錯方法是最簡

25、單和最常用的檢錯方法是奇偶校驗奇偶校驗，在實際遠，在實際遠動通信中，常使用動通信中，常使用循環冗余校驗。循環冗余校驗。 循環冗余校驗：循環冗余校驗：對一個數據塊進行校驗，對隨機或對一個數據塊進行校驗，對隨機或突發差錯造成的幀破壞有很好的校驗效果。突發差錯造成的幀破壞有很好的校驗效果。 k位位 r位位(n-k)n位循環碼位循環碼信息位信息位檢驗位檢驗位圖圖14 14 CRC循環碼格式循環碼格式移位將原信息碼(kbit)左移r位(k+r=n)相除運用一個生成多項式g(x)（也可看成二進制數）用模2除上面的式子，得到的余數就是校驗碼。循環冗余校驗規則：循環冗余校驗規則：生成多項式應滿足以下原則a、生

26、成多項式的最高位和最低位必須為1。b、當被傳送信息（CRC碼）任何一位發生錯誤時，被生成多項式做模2除后應該使余數不為0。c、不同位發生錯誤時，應該使余數不同。d、對余數繼續做模2除，應使余數循環。例子例如： g(x)=x4+x3+x2+1,(7,3)碼,信息碼110產生的CRC碼是？對于g(x)=x4+x3+x2+1的解釋：（都是從右往左數）x4就是第五位是1，因為沒有x1所以第2位就是0。11101 | 110,0000（設a=11101 ，b=1100000）用b除以a做模2運算得到余數：1001余數是1001，所以CRC碼是1001, 傳輸碼為：110,1001六、數據通信的差錯控制六

27、、數據通信的差錯控制循環校驗碼對下列的錯誤可以校驗：循環校驗碼對下列的錯誤可以校驗：（1）所有單個碼元錯誤；（2）所有的雙碼元錯誤；（3）任何奇數個差錯；（4）任何其長度小于n(x)的猝發性錯誤； （5）大多數較大的猝發性錯誤；2022-3-1937常用差錯控制方式分類：常用差錯控制方式分類：（1）前向糾錯（FEC:F Forward E Error C Correct）（2）檢錯重發（ARQ: A Automatic R Repect reQ Quest）（3）混合糾錯（HEC:H Hybrid E Error C Correct）編碼器編碼器正向正向信道信道譯碼器譯碼器信源信源用戶用戶1 1）原理：）原理：發送端發出能夠糾正錯誤的編碼；接收端接收到這些碼組后，通過譯碼能自動發現并糾正傳輸中的錯誤2 2）特點：）特點：只有正向信道，適合于只能提供單向信道單向信道的場合以及一點發送多點接收的同播系統同播系統；3 3）優點：）優點：接收信號時延小、實時