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配電自動(dòng)化的通信系統(tǒng) 第三講 1 配電自動(dòng)化通信系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 1.2 配電自動(dòng)化通信系統(tǒng)的層次 一個(gè)完整的配電自動(dòng)化系統(tǒng)包括配電自動(dòng)化主站、配電自動(dòng)化子站、遠(yuǎn)方監(jiān)控單元三個(gè)部分。主站和子站間的通信、子站和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控單元間的通信有一個(gè)共同的特點(diǎn)，其中一方必為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，另一方為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或其它監(jiān)控單元。另一個(gè)特點(diǎn)是通信距離比較遠(yuǎn)，可能為幾公里，甚至幾十公里。（1）主站級(jí)通信包括： 主站——調(diào)度 主站——子站 主站——變電站（2）子站級(jí)通信 主站——子站 子站——調(diào)度 子站——變電站子站——遠(yuǎn)方終端（RTU/DTU/TTU） 子站起到承上啟下的作用�。�3）終端設(shè)備通信 主FTU——從1(RTU/DTU/TTU) 從2(RTU/DTU/TTU) 從3(RTU/DTU/TTU) ….. a) 級(jí)連方式 b) 總線方式 通常采用RS－232接口 通常采用RS－485接口（3）終端設(shè)備通信 主FTU——從1(RTU/DTU/TTU) 從2(RTU/DTU/TTU) 從3(RTU/DTU/TTU) ….. 子站——主FTU——遠(yuǎn)方終端（RTU/DTU/TTU） 主站——主FTU——遠(yuǎn)方終端（RTU/DTU/TTU） 終端設(shè)備通信主要是主從模式！ 2 配電自動(dòng)化的通信系統(tǒng)的組成及作用 2.1 數(shù)字通信技術(shù)中的幾個(gè)基本概念 2.2 數(shù)據(jù)通信傳輸方式 2.3 通信規(guī)約 2.4 調(diào)制解調(diào)器的作用及原理 2.1數(shù)字通信技術(shù)中的幾個(gè)基本概念 （1）碼元。遠(yuǎn)動(dòng)通訊系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是用碼元序列表示的。若數(shù)據(jù)用一串有具體定義的脈沖表示，則稱每個(gè)信號(hào)脈沖為碼元，即攜帶信息的信號(hào)單元叫碼元。在短距離傳送中，邏輯高電平用“1”表示，低電平用“0”表示（稱為單極脈沖）。在較長距離傳輸中可用正負(fù)電平表示（稱為單雙極脈沖）。（2）碼元傳輸速率（傳碼率）。單位為波特（band），它定義為單位時(shí)間（秒）內(nèi)通過系統(tǒng)所傳送的碼元數(shù)（脈沖數(shù)），也稱傳碼率。碼元傳輸速率Nb可用下式表示為 Nb ＝1/Ts 假設(shè)有一個(gè)碼元（“1” 或“0”）信號(hào)波形的脈沖寬度為Ts，顯然Ts越小，脈沖寬度越窄，單位時(shí)間內(nèi)傳送的碼元數(shù)越多，傳送的數(shù)據(jù)、符號(hào)數(shù)目也就越多，即效率越高。例如，在一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，如果傳送的信號(hào)波形的脈沖寬度為1.67ms，則信號(hào)傳輸速率約為600（band），即每秒可傳送600個(gè)脈沖。 （3）  信息傳輸速（傳信率）。單位是比特/秒（bit/s），它定義為單位時(shí)間（秒）內(nèi)通過系統(tǒng)所傳輸?shù)男畔⒘�，又稱作數(shù)據(jù)傳輸速率，可用下式表示為: Rb=Nblog2N 式中：N為一個(gè)脈沖所表示的有效狀態(tài)，即調(diào)制電平數(shù)（為2的整數(shù)倍）；Nb為每秒傳送的脈沖數(shù)，如果數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)傳送的是二進(jìn)制碼元，則N＝2，那么碼元傳輸速率Nb和信息傳輸速率Rb是一樣的。從式可以看出，在碼元傳輸率Nb不變的情況下，傳輸碼元的進(jìn)制越高，即N 值越大的話，則Rb越大，也就是所傳輸?shù)男畔⒘吭酱�；但�?duì)應(yīng)的系統(tǒng)進(jìn)制數(shù)越大，其技術(shù)問題越復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)越困難。另外，傳輸信道的頻帶也給傳輸速率帶來一定的限制。（4）  消息傳輸速率（消息率）。單位是比特/秒（bit/s），它定義為單位時(shí)間（秒）內(nèi)通過系統(tǒng)傳輸?shù)膹男畔⒃窗l(fā)出的信息量，記做Rm。 傳碼率、傳信率和消息率三者定義 5）誤碼率。在莫一數(shù)據(jù)傳輸過程中，發(fā)生錯(cuò)誤的碼元數(shù)與總傳輸碼元數(shù)之比稱為誤碼率。電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)通信中要求誤碼率小于10－5誤碼率與通信的質(zhì)量以及各種干擾的大小等因素有關(guān). （6）帶寬（Band Windth）。它是指?jìng)鬏斈�擬信號(hào)的頻帶寬度，模擬信號(hào)帶寬由較高頻率減去較低頻率得到，但為了表達(dá)方便，通常利用頻率范圍來描述帶寬。例如，音頻信號(hào)的帶寬是300～3400Hz。（7）基帶和基帶傳輸。在實(shí)際工作中人們所需要傳輸?shù)脑�始信�?hào)（信息信號(hào)），無論是模擬信號(hào)（如語音信號(hào)、圖象信號(hào)等），還是數(shù)字信號(hào)（如計(jì)算機(jī)和各種數(shù)字終端輸出的信號(hào)），通常其頻率都較低，它們所占據(jù)的這部分頻帶，通常成為基本頻帶（簡(jiǎn)稱為基帶），基帶也就是指信號(hào)本身的基本頻帶�；鶐�信號(hào)中的每個(gè)基帶脈沖實(shí)際上就是一個(gè)可傳輸?shù)拇a元。如果將基帶信號(hào)直接在信道（以傳輸媒質(zhì)為基礎(chǔ)的信號(hào)通道）中傳輸，就稱為基帶傳輸。 （8）調(diào)制與頻帶傳輸。由于基帶傳輸?shù)男诺劳ǔＪ怯芯�信道，如明線、對(duì)稱電纜、同軸電纜等，所以不能遠(yuǎn)距離傳輸。為了遠(yuǎn)距離傳輸，一般要利用無線通道或載波通道，如利用載波通道，這時(shí)就須借助于正弦載波，通過頻譜變換和搬移后，在進(jìn)行傳輸。 所謂調(diào)制就是在調(diào)制器中，將數(shù)字基帶信號(hào)調(diào)制到載波上，變?yōu)閿?shù)字載波信號(hào)。這種用載波運(yùn)載基帶信號(hào)的過程稱為調(diào)制。反之，從已調(diào)制過的載波信號(hào)中，將作為調(diào)制信號(hào)的原基帶信號(hào)分離出來的過程稱為解調(diào)。 (9) 報(bào)文及報(bào)文分組。報(bào)文是一組包含數(shù)據(jù)和呼叫控制信號(hào)（例如地址）的二進(jìn)制數(shù)，是在數(shù)據(jù)傳輸中具有多種特定含義的信息內(nèi)容。（10）以太網(wǎng)（ETHERNET）。它是一種局部通信網(wǎng)，通常在線路半徑1～10km中等規(guī)模的范圍內(nèi)使用，為單一組織或單位的非公用網(wǎng)，網(wǎng)中的傳輸介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜或光纖等。它的特點(diǎn)是：信道帶寬較寬；傳輸速率可達(dá)10Mbit/s;誤碼率很低（一般為10－8～10－11）. 2.2數(shù)據(jù)通信的傳輸方式 2）典型數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成 數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備（DCE）的主要作用是將數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）送來的基帶數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)變成使用與遠(yuǎn)距離傳送的數(shù)字載波信號(hào)。常見數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備有：調(diào)制解調(diào)器（modem）、復(fù)接分接器、數(shù)傳電臺(tái)、載波機(jī)和光端機(jī)。數(shù)據(jù)傳輸信道：按載體傳輸形式：有線傳輸和無線傳輸按數(shù)據(jù)傳輸形式：模擬信道和數(shù)字信道 2.3 通信規(guī)約（Protocol） 所謂通信規(guī)約是指調(diào)度端和執(zhí)行端通信時(shí)共同使用的人工語言的語法規(guī)則及應(yīng)答關(guān)系。規(guī)約規(guī)定怎樣開始/結(jié)束通信、誰管理通信、怎樣傳輸信息、數(shù)據(jù)是怎樣表示和保護(hù)的、工作機(jī)理、支持的數(shù)據(jù)類、支持的命令以及怎樣檢測(cè)/糾錯(cuò)等內(nèi)容。調(diào)度端和執(zhí)行端只有使用相同的通信規(guī)約，彼此才能明白對(duì)方所發(fā)信息的意義，通信才能正常進(jìn)行。 OSI標(biāo)準(zhǔn)制訂通信規(guī)約是發(fā)展趨勢(shì) 國際化標(biāo)準(zhǔn)組織ISO定義了一個(gè)開放式系統(tǒng)互聯(lián)模型標(biāo)準(zhǔn)OSI，該模型包含了七層協(xié)議，即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層，每一層都強(qiáng)調(diào)特殊的網(wǎng)絡(luò)功能。任何一層只向它的上一層提供服務(wù)，并接受下一層的服務(wù)申請(qǐng)，每一層只與它的對(duì)應(yīng)層進(jìn)行通信。 （1） 物理層物理層提供兩個(gè)通信實(shí)體之間的數(shù)據(jù)傳輸路徑，它負(fù)責(zé)在連接兩個(gè)相鄰的節(jié)點(diǎn)之間的各種媒介上透明地傳輸任意位流。該層定義物理網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、所使用的媒介的機(jī)械和電氣特性以及傳輸編碼和計(jì)時(shí)時(shí)間等。（2）數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層是將物理層的“位”組成“幀”，定義網(wǎng)絡(luò)邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、媒介訪問策略、物理地址、尋址方式，并提供連接服務(wù)。 （3）網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層的作用是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到一個(gè)特定的網(wǎng)絡(luò)位置，并且確保正確數(shù)據(jù)經(jīng)過路由選擇發(fā)送到由不同網(wǎng)絡(luò)組成的網(wǎng)際網(wǎng)，即提供連接服務(wù)。（4）傳輸層傳輸層提供端到端的數(shù)據(jù)報(bào)文傳輸，它將下層的信息組成段，并將這些段提交給回話層，或者更上層的協(xié)議處理；它使用網(wǎng)絡(luò)層的路由服務(wù)，并提供數(shù)據(jù)連接服務(wù)。 （5）會(huì)話層會(huì)話層實(shí)現(xiàn)服務(wù)請(qǐng)求者和提供者之間的通信。通信會(huì)話被用來建立、維護(hù)、同步并且管理通信實(shí)體之間的對(duì)話機(jī)制所制約。通常，本層協(xié)議也幫助較高層協(xié)議識(shí)別和連接到網(wǎng)絡(luò)上提供的各種服務(wù)。（6）表示層表示層能把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一種能被各個(gè)計(jì)算機(jī)以及允許的應(yīng)用程序相互理解的約定格式（傳輸語法）。表示層的主要作用是翻譯和加密。 （7）應(yīng)用層應(yīng)用層包含了針對(duì)每一項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的所有問題和功能。換句話說，上面6層協(xié)議包含了通常支持網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的任務(wù)和技術(shù)，而應(yīng)用層則提供了完成指定網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能所需的協(xié)議。 2.4 調(diào)制解調(diào)器的作用和原理 所謂調(diào)制解調(diào)器是講數(shù)字基帶信號(hào)調(diào)制在載波上，變?yōu)閿?shù)字載波信號(hào)，這種過程叫調(diào)制（modulate)調(diào)制器。從已調(diào)制過的載波信號(hào)中，講作為調(diào)制信號(hào)的原基帶信號(hào)分離出來的過程 稱為解調(diào)過程（demodulator)解調(diào)器。調(diào)制解調(diào)器的作用 a) 講基帶信號(hào)的頻譜移到載頻附近，以適應(yīng)信道頻帶的要求，便于發(fā)送和接收。 b)實(shí)現(xiàn)信道的多路復(fù)用。 c)壓縮信號(hào)帶寬，以便于利用話帶傳輸設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸 調(diào)制的基本原理 有一個(gè)正弦電壓信號(hào) u=UMax Sin(wt+Ψ) 我們可以讓正弦波電壓的幅值，角頻率和初相角隨源碼信號(hào)變化。 1）數(shù)字調(diào)幅ASK（amplitude shift keying） 2) 數(shù)字調(diào)頻FSK(frequency shift keying) 3) 數(shù)字調(diào)相PSK(phase shift keying) 調(diào)制的幾個(gè)基本的脈沖波形圖 a) 碼元波形 b) 調(diào)幅波形 c) 調(diào)頻波形 d) 二元絕對(duì)調(diào)相波形 e)二元相對(duì)調(diào)相波形 圖 “相一地”制高頻通道的構(gòu)成 1一輸電線；2 高頻阻波器；3—耦合電容器；4 結(jié)合濾波器 5 放電間隙；6—接地隔離開關(guān)；7 高頻電纜；8 高頻收發(fā)信機(jī) （4）電力線載波通信的優(yōu)缺點(diǎn)（1）光纖的結(jié)構(gòu)與尺寸光纖的結(jié)構(gòu)光纖的尺寸（2）光纖的類型多模光纖(Multimode Fiber， MMF) 光信號(hào)不止一種波長，典型的多模光纖尺寸為62.5μm/125μm 單模光纖(Singlemode Fiber， SMF ) 光信息只有一種波長，典型的單模光纖尺寸為8μm/125μm （3）光纖通信系統(tǒng) 多通道光端機(jī)示意圖 3.3 高頻電壓脈動(dòng)控制系統(tǒng) GPRS的通訊需要固定IP的支持，因此采用一臺(tái)擁有固定IP的主機(jī)作為服務(wù)器，結(jié)構(gòu)上采用C/S模式，對(duì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)集中管理、控制和數(shù)據(jù)采集，GPRS通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如下圖所示： 為了較經(jīng)濟(jì)的滿足配電自動(dòng)化的要求，通常根據(jù)配電網(wǎng)的具體情，在 不同層次上采用不同的通信方式，從而構(gòu)成混合通信系統(tǒng)。 主站與子站的通訊子站與終端之間的通訊5Xs紅軟基地