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IEC61850规约整体介绍1.总体概念1.1 IEC61850标准制定的背景同传统的IEC60870-5-103标准相比，IEC61850不仅仅是一个单纯的通信规约，而且是数字化变电站自动化系统的标准，指导了变电站自动化的设计、开发、工程、维护等各个领域。
该标准通过对变电站自动化系统中的对象统一建模，采用面向对象技术和独立于网络结构的抽象通信服务接口，增强了设备之间的互操作性，可以在不同厂家的设备之间实现无缝连接，从而大大提高变电站自动化技术水平和安全稳定运行水平，实现完全互操作。
IEC61850解决的主要问题（1）网络通信；（2）变电站内信息共享和互操作；（3）变电站的集成与工程实施。
1.2 IEC61850重要的基本名词MMS：Manufacturing Message Specification制造报文规范GOOSE：generic object oriented substation events面向通用对象的变电站事件SV：sampled value 采样值LD：LOGICAL-DEVICE 逻辑设备，代表典型变电站功能集的实体LN：LOICAL-NODE 逻辑节点，代表典型变电站功能的实体CDC：common DATA class (DL/T860.73) 公用数据类Data：位于自动化设备中能够被读、写，有意义的结构化应用信息。
DA：data attribute数据属性，数据属性（IEC 61850-8-1）命名：LD/LN$FC$DO$DA FC：functional constraint功能约束FCDA：Functionally constrained DataAttribute功能约束数据属性互操作性：同一或不同制造商提供的两台或多台IED交换信息并用这些信息正确地配合工作的能力。
服务器：为客户提供服务或发出非请求报文的实体。
客户端：向服务器请求服务以及接收来自服务器非请求报文的实体。
通信管理机和I E D通信规约及通信管理机通信程序模块设计TYYGROUP system office room 【TYYUA16H-TYY-TYYYUA8Q8-《配电网自动化技术》课程设计任务书目录一、前言 (3)二、设计内容和设计思路 (4)三、通信规约设计 (6)四、程序流程图设计 (10)五、设计总结 (14)参考文献.................................................一、前言1、设计背景电力系统：是由大量的发电机、变压器、电力线路和负荷等设备有机的构成，由生产、传输、分配、消费电能的各种电气设备按照一定方式连接的整体。
也即：发电——变电——输电——配电——用户五个部分构成。
而本课程设计就是配电网系统里所研究的内容里的一个方面，即：站控通信规约和IED通信程序设计。
IED智能电子设备：由一个或多个微处理器组成，完成特定的功能，能向外部装置发送信息，并能接受外部指令的装置。
特征：微处理器和，具有通信接口，具有独立时钟。
现代自动化系统普遍采用现场分布式的结构，IED设备是最重要的设备之一。
实现现场信息的采集、命令执行、当地功能。
数据通信是各类智慧设备之间的通信，为了保证通信的正常进行，和其它通信方式一样，应该在通信系统中规定一个统一的通信标准，即通信的内容是什么、如何通信、何时通信，都必须在通信的实体之间达成大家都能接受的协议，这些协议就被称为通信协议，规约。
变电站综合自动化分为两层：变电站层和现场层。
低电压等级的变电站：智能电子设备保护和监控合二为一，而我们所要研究的就是通信网路之间的通信规约和IED的信息采集和控制命令的下达，对于一个网络来说有着重要的作用，一个网络若是通信规约出现了错误，将会混乱不堪。
本次课程设计的目的是通过对设计用于通信管理机和IED通信的规约来熟悉变电站自动化系统的信息的通信方式的原理。
通过对规约中队通信信息的流的帧结构和信息字(遥测信息字、遥信信息字、遥控信息字、SOE)的结构的设计、以及根据信息的传送重要性确定信息的传送原则、校验方式的选择和程序流程图的设计。
电力系统常用通信规约简介电力系统通信规约是指为了实现电力系统中各个设备之间的信息传输而制定的一系列规则和标准。
这些规约发挥了重要的作用，使得电力系统能够进行高效、可靠的信息传输，为电力系统的运行与管理提供了有力的支持。
本文将介绍电力系统中常见的通信规约及其特点。
1. Modbus通信协议Modbus通信协议是一种常见的工业通信协议，广泛应用于电力系统中各类自动化设备之间的通信。
Modbus通信协议具有简单易用、性能稳定等特点。
它定义了数据通信规约、数据传输方式、信息检验、网络传输容错处理等内容，通过网络传输数据实现设备之间的通信。
Modbus通信协议中包括了从机地址、功能码、寄存器地址、数据类型、数据长度等要素。
其中，从机地址和功能码用于识别被访问的设备及其数据类型，寄存器地址用于定位数据存储位置，数据类型和数据长度用于确定数据格式和数据长度。
Modbus通信协议可以基于串口、以太网等多种通信介质。
2. IEC 61850通信规约IEC 61850通信规约是指基于MMS（Manufacturing Message Specification，制造业信息规范）的一种通信规约，用于电力设备之间的通信。
IEC 61850通信规约标准化、模块化、灵活性高，可以实现快速、可靠的信息传输。
IEC 61850通信规约包括了各种功能模块，如GOOSE（Generic Object Oriented Substation Event，通用面向对象的变电站事件）和SV（Sampled Value，采样值）等。
其中，GOOSE是用于信息传递所需时间非常短的应用程序序列，主要负责保护数据传输。
SV则用于传输在每个采样周期内的电压、电流值等实时数据。
IEC 61850通信规约的优点在于可以实现快速、可靠的信息传输，从而提高了电力系统的可靠性和稳定性，减少了对设备维护的需求。
3. DNP3通信规约DNP3通信规约是DesignaNet协议的简称，是一个可靠性高、安全性强的通信协议，主要用于智能配电网、远程自动化和监控等领域。
第一章通信规约1.1定义：通信规约（协议）是指通信双方必须共同遵守的题中约定，也称为通信控制规程或传输控制规程。
1.2内容：1.2.1信息传送格式—收发方式、传送速率、帧结构、帧同步字、位同步方式、干扰措施等。
1.2.2信息传送的具体步骤—将信息分类、分循环周期传送，系统对时数据收集方式和设备状态监视方式。
1.3分类：1.3.1按传输模式分：（1）循环传输规约（CDT）CDT属于同步通信方式，其以厂站RTU为主动方，以固定速率循环地向调度端上传数据。
数据依规定的帧格式连续循环，周而复始地传送。
一个循环传送的信息字越多，其传输延时越长，传输内容出错剔除后，在下个循环可得以补传。
CDT采用可变帧长度，多种帧类别按不同循环周期传送，变位遥信优先传送重要遥测量平均循环时间较短，区分循环量、随机和插入量采用不同形式传送信息。
循环式传输帧格式:①区分代表不同信息内容的各种信息字（8bit）②表示信息内容（32bit）③用于检错和纠错，提高传输过程的抗干扰能力，采用循环冗余校验(CRC)。
（8bit）（2）问答式传输规约（Polling）Polling属于异步通信方式，其以调度端主动向厂站端RTU发送查询命令报文，子站响应后才上传信息。
调度端收到所需信息后，才开始新一轮询问，否则继续向子站询问召唤此类信息。
RTU对遥信变为信息优先传送，模拟量超范围时传送。
主站可请求子站发送某一远动信息，也可请求发送某些类型的信息，工作方式灵活，适用于点对点、一点对多点、多点共多点环形或多点星形的远动通信系统，但须全双工或半双工信道。
问答式传输的报文格式指出双方RTU地址、报文类型和数据区的字节数。
表示报文要传送的信息内容。
用报文头和数据区的字节按编码规则运算得到，用于检错和纠错，可采用奇偶校验或CRC校验。
1.3.2按传输基本单位分(1)面向字符的通信规约（须加起始位和停止位）将数据和控制信息都编成字符，并以字符作为信息传输基本单位的通信规约。
基于IEC61850的通讯管理机与远动工作站一体化的设计与实现【摘要】随着嵌入式计算机技术、自动化技术、通信技术和网络技术等高科技的飞速发展，变电站自动化在技术上也不断提升，无人值守设备智能的数字化变电站取代或更新传统已经成为变电站发展的趋势。
在由传统变电站向数字化变电站改造过程中，IEC61850变电站自动化通信网络标准对通信管理装置提出了更高的要求，基于数字化平台要求设计完成的通信管理装置ARF850，采用远动工作站与通讯管理机一体化设计，具有可靠性高、适应性强、数据传送快等优点。
【关键词】IEC61850；通讯管理机；远动工作站；一体化1.引言作为全球统一的变电站网络与通信协议IEC 61850，其主要目标是实现“一个世界、一种技术、一种标准”，实现设备之间的互操作，实现变电站自动化系统无缝集成。
以往，几乎所有的设备生产商都具有一套自己的通信规约，通常一个传统变电站可能有多个厂商的协议同时在使用，一个变电站需要使用不同厂家的产品，整个电网里运行的规约多达上百种，因此在变电站智能化改造过程中，必须进行规约转换，ARF850通信管理装置既能以客户端模式与数字化保护装置通讯，作为远动系统、站级监控系统等，也能以服务器模式与不提供以太网通讯的间隔装置（如保护装置、电度表、直流屏、调度中心等）直接通讯，起到规约转换器的作用。
2.IEC 61850标准介绍IEC61850标准是基于通用网路通信平台的变电站自动化系统性的标准。
该标准主要特点有以下几个方面：（1）信息分层。
变电站通信网络和系统协议IEC 61850标准草案提出了变电站内信息分层的概念，无论从逻辑概念上还是从物理概念上，都将变电站的通信体系分为3个层次，即变电站层、间隔层和过程层，并且定义了层和层之间的通信接口。
（2）面向对象的数据对象统一建模。
IEC61850标准采用面向对象的建模技术，定义了基于客户/服务器结构数据模型。
每个IED包含一个或多个服务器，每个服务器本身又包含一个或多个逻辑设备。
通信原理与通信技术课程设计一、需求分析本次通信原理和通信技术的课程设计旨在设计一个基于PC和微控制器的双向通信系统。
该系统可以实现PC端向单片机发送数据，然后单片机将信息处理后返回至PC端，同时能够在PC端控制单片机内的LED矩阵实现具有自定义内容的动画效果。
二、解决方案1. 系统结构系统结构PC -- UART ----> 单片机 -- SPI ----> LED矩阵| 数据信息 | | 数据信息 ||返回处理结果| |实现动画效果|其中，PC通过UART串口与单片机通信，单片机通过SPI串行接口控制LED矩阵。
2. 系统实现流程PC端设计在PC端，使用Python编写程序实现向单片机发送数据。
Pyserial 库提供了使用Python与串口通信的接口，可方便地实现PC与单片机之间的通信。
具体实现流程如下：1.引用Pyserial库，打开串口。
2.输入待发送的数据信息。
3.将数据信息编码为二进制格式，并发送至单片机。
4.等待单片机返回处理结果。
5.解码单片机返回的结果信息，输出至控制台。
单片机设计在单片机端，使用C语言编写程序实现从PC接收数据，并将返回值传递给LED矩阵控制程序。
具体实现流程如下：1.引用SPI库，设置协议参数。
2.初始化串口通信。
3.监听串口，获取PC发送的数据信息。
4.对接收到的数据进行处理，并将处理结果返回。
5.在LED矩阵控制程序中根据返回结果更新矩阵显示内容。
三、实现步骤1. 硬件环境搭建1.准备一台Windows计算机。
2.准备一块带有串口的单片机开发板，例如STM32F103C8T6或ESP8266。
3.准备一个LED点阵模组，例如MAX7219。
2. 软件环境配置1.安装Python3.x版本。
2.安装Pyserial库，可通过pip命令或者直接下载安装程序安装。
3.安装Keil C51工具集，并编写单片机的应用程序。
4.配置LED矩阵控制模块，可以直接使用成品模块，或自己设计并制作PCB电路板。
《配电网自动化技术》课程设计任务书目录一、前言1、设计背景电力系统：是由大量的发电机、变压器、电力线路和负荷等设备有机的构成，由生产、传输、分配、消费电能的各种电气设备按照一定方式连接的整体。
也即：发电——变电——输电——配电——用户五个部分构成。
而本课程设计就是配电网系统里所研究的内容里的一个方面，即：站控通信规约和IED通信程序设计。
IED智能电子设备：由一个或多个微处理器组成，完成特定的功能，能向外部装置发送信息，并能接受外部指令的装置。
特征：微处理器和，具有通信接口，具有独立时钟。
现代自动化系统普遍采用现场分布式的结构，IED设备是最重要的设备之一。
实现现场信息的采集、命令执行、当地功能。
数据通信是各类智慧设备之间的通信，为了保证通信的正常进行，和其它通信方式一样，应该在通信系统中规定一个统一的通信标准，即通信的内容是什么、如何通信、何时通信，都必须在通信的实体之间达成大家都能接受的协议，这些协议就被称为通信协议，规约。
变电站综合自动化分为两层：变电站层和现场层。
低电压等级的变电站：智能电子设备保护和监控合二为一，而我们所要研究的就是通信网路之间的通信规约和IED的信息采集和控制命令的下达，对于一个网络来说有着重要的作用，一个网络若是通信规约出现了错误，将会混乱不堪。
本次课程设计的目的是通过对设计用于通信管理机和IED通信的规约来熟悉变电站自动化系统的信息的通信方式的原理。
通过对规约中队通信信息的流的帧结构和信息字(遥测信息字、遥信信息字、遥控信息字、SOE)的结构的设计、以及根据信息的传送重要性确定信息的传送原则、校验方式的选择和程序流程图的设计。
2、设计目的1）、加深对配电网自动化课程中基本概念和计算方法的掌握和理解。
2）、掌握信息传送帧结构的设计。
3）、理解掌握循环码监督码的计算方法，循环码的生成多项式。
4）、掌握用查表法实现CRC-16校验码生成和校验。
5）、了解主机规约传输和接收的程序流程，并画出流程图。
二、设计内容及思路2.1设计内容：设计用于实现IED和通信管理机的通信规约，规约采用召唤式应答规约，实现YC、YX、YK及SOE和越限信息的传送，并用循环冗余校验码进行校验。
每个IED YC量≤12个，YX量≤20。
设计通信管理机中的通信主控程序流程图，通信管理机能同时和n（n≤30）个IED进行通信。
具体内容如下：⑴根据功能要求，确定传输的内容（命令）编码，在此基础上设计出帧结构。
⑵设计出每一类信息的传送帧格式。
⑶根据信息的传送重要性确定信息的传送原则。
，⑷校验方式选用CRC-16校验方式。
生成多项式g(x)=x16+x15+x5+1。
⑸用查表法实现CRC-16校验码生成和校验，并设计CRC校验子程序流程图。
⑹设计主机规约传输和接收的程序流程图。
2.2设计思路及原理1、召唤式应答规约问答通信方式由主站掌握遥测、遥信通信的主动权，主站轮流询问IED设备，各IED设备只有在接到主站询问后才可以回答（报送数据），主站主动，依此轮流询问各个子站。
如被询问的子站无数据传送，就转向询问下一子站。
如被询问的子站又数据发送，一般就在数据送完后再转向询问下一个子站应答式规约的特点是：RTU有问必答，当RTU收到主机查询命令后，必须在规定的时间内应答，否则视为本次通信失败。
RTU无问不答，当RTU未收到主机查询命令时，绝对不允许主动上报信应答规约的优点：允许多台RTU以供线的方式共用一个通道，有助于节省通道，提高通道占用率，应答式规约的采用变化信息传送策略，从而大大压缩了数据块的长度，提高了传送速度，应答式规约既可以采用全双工通信，又可以采用半双工通信，既可以采用点对点方式，又可以采用一点多址或环形结构，因此通道适应性强。
2、遥控：调度端MS应用通信技术，通过通信通道对远方厂、站的FTU管理的设备发送状态控制命令，相应的设备接受命令并执行。
3、遥测：将远方厂、站需要测量的被测量，应用FTU中的微机采样并预处理后，利用通信技术经通信通道送到调度端的MS，储存并显示。
遥测量包括母线电压，功率、线路电流、主变有功、无功、油温、频率及一些需要了解的非电量等各种模拟量。
根据被测信息的重要性，可将YC量分为重要遥测、次要遥测、一般遥测。
4、遥信：将远方厂、站的设备运行状态信号、保护信号、应用FTU采集后，利用通信技术经通信通道送到调度端的MS，储存并显示。
5、越限电力系统运行时，各种电气参数受约束条件的限制，不能超过一定得现值，母线的电压不能太高或太低，功率传送不能太高，当电气量超过一定的范围时，对其参数应及时进行检查，如超越限值，应进行警告。
告警上限：当模拟量变化超过此值时，进行告警并记录。
告警下线：当模拟量变化低于此值时，进行告警并记录。
上复位限：低于告警上限的一个值，当值低于此值时，认为模拟量恢复正常。
下复位限：高于告警下限的一个值，当值高于此值时，认为模拟量恢复正常。
如果运行参数由于某些原因在限值附近波动时，就会出限越限和复限不断交替，频繁告警，为了减少这种情况，通过设置“越限呆滞区”来缓解。
当运行参数超越上限，图中的a点时，判为越上限，可发出越上限告警信号。
此后当运行参数回落到b 点以下，才判为复限，而两外的1、2两点不作撤警和重新告警处理。
同理c、d段被判为连续地越下限状态。
越限呆滞区:给定的一个量值，即上限和上复位限的差值或下复位限和下限的差值。
6、SOE：记录状态量发生变化的时刻的先后顺序。
7、循环码校验循环码是一种特殊的线性分组码，它有严格的代数结构，用代数方法可以找出许多编码效率高、检错纠错能力强的循环码来。
由于循环码的编码和检错方法简单，而且具有了许多有效的纠错方法，所以得到了广泛的应用。
生成CRC码的基本原理：任意一个二进制位串组成的代码都可以和一个系数仅为?0和?1取值的多项式一一对应。
实现CRC的基本原理，简单的说，就是原始数据通过某种算法，得到一个新的数据，而这个新的数据与原始数据有着固有的内在联系。
通过把原始数据和新数据组合在一起，形成新的数据，因此这个新数据具有自我校验的能力。
三、通信规约设计3.1通信帧格式设计帧的定义帧格式如下图所示。
帧由帧头、包、和FCS及帧尾组成。
帧头为：0x9E，长度为：1BYTE；帧尾为：0x9C，长度为：1BYTE。
FCS为：16bit CRC（即CRC-16），由Packet形成，不包括帧头、FCS和帧尾。
帧发送时，高字节在前，低字节在后，例如发送256, 先发送0x01，再0x00。
信息包的定义:包由包头和数据组成。
包头：目的地址、源地址、包长度和功能码组成。
3.2通信的过程源地址为主站号：0x00，长度为：1BYTE；目的地址为现场IED 设备编号对应地址代码，由于要求通信管理机能同时和n （n ≤30）个IED 进行通信，即IED 编号0~30，对应地址代码为0x10~0x2E ，长度为1BYTE 。
由于遥信量、遥控量、遥测量、越限、SOE 、全报文帧结构中帧头、帧尾、目的地址、源地址、FCS 均相同（功能码上表已给出），区别只在于数据和包长度（根据实际要求确定其大小），故只要设计各自帧结构中的数据结构，以下是详细帧结构中数据结构的设计。
（1）遥测帧结构的设计个数：主站所要采集的信息量的数目，数目为12个；占1BYTE ；编号：遥信信息量的编号，编号为1~12；1BYTE ；方式：表示发送的遥测量是按照默认顺序依次发送的遥测量。
（2个数：开关量的个数；占1BYTE ；编号：开关量的编号；占1BYTE ；方式：表示发送的开关量是按顺序依次发送全部；占1BYTE 。
状态：反映各开关状态的改变； 00表示开关由合到分，01表示开关由分到合，占1BYTE ；个数：主站所要采集的信息量的数目，数目为20；占1BYTE ；编号：采集量的编号，编号为1~20；1BYTE ；方式：表示发送的遥信量是按顺序依次发送的遥信量。
可能是全部，也可能是一定范围内的；占1BYTE 。
（4）SOE 下行帧结构中无数据。
（5）下行越限帧结构中无数据。
；目的地址即主站地址为00H ，占1BYTE ；源地址即现场设备地址为10H —2EH ，占1BYTE ；个数：主站所要采集的信息量的数目，占1BYTE ；编号：开关量的编号；1BYTE ；数值：反映各个开关的状态，00H 表示开关由合到分，01H 表示开关由分到合；方式：表示发送的遥信量是全部按默认顺序依次传送的遥信量；占1BYTE。
个数：主站所要采集的信息量的数目；占1BYTE；编号：信息量的编号；占1BYTE；数值：反映测得各个信息量的值，占1BYTE；方式：表示发送的遥测量是全部按默认顺序依次发送的，占1BYTE。
编号：开关量的编号；占1BYTE；方式：表示发送的开关量按照默认顺序依次传送，但有可能是所有，也有可能是全部范围内；占1BYTE。
状态：反映各开的状态的改变；00表示开关由合到分，01表示开关由分到合；占1BYTE。
个数：发生变位的开关的个数，占1BYTE；编号：发生变位的开关的编号，占1BYTE；方式：表示发送的开关量是按默认顺序依次发送的；占1BYTE。
状态：反映开关状态的改变；00表示开关由合到分，01表示开关由分到合；占1BYTE；时间：反映发生开关变位时的时间；包括年、月、日、时、分、秒，其中年占2BYTE；月、日、时、分、秒各占1BYTE；共占7 BYTE；（5个数：发生越限报警的开关的数目；占1BYTE；编号：发生越限报警的开关的编号；占1BYTE；方式：表示发送的开关量是按默认顺序依次发送的；占1BYTE。
状态：反映开关越限的种类；40H表示越告警上限，41H表示越告警下限，42H表示越上复位限，43H表示越下复位限。
时间：反映开关量发生越限时的时间；包括年、月、日、时、分、秒，其中年占2BYTE；月、日、时、分、秒各占1BYTE；共占7 BYTE；.特殊标志位：开关位发生异常时的标志，即发生SOE和越限；有SOE时，用E1H 表示，无SOE时，用E2H表示；发生开关量越限时，用E3H表示，无开关量越限时，用E4H表示；既有SOE又有越限时，用EEH表示；两个都没有时，用E0H表示；占1BYT.四、程序流程图的设计1、IED通信传输和接受的流程图2. CRC校验子程序图查表法，是使用预先算好的CRC值，直接查出CRC值，因此，它是基于字节或字操作，避免了耗时的位运算。
这就决定了它的速度会增加，由此带来功耗降低的好处，可这是以付出内存为代价的，因为，必须预先在程序中存在一个CRC值与其索引值有一个一一对应的关系。
不像逐位法那样，每次移入一个位，就进行运算，查表法师每次移入一个位元组，得到索引值，然后，与这个索引值做异或运算。
粗略的看起来，所用的时间为逐位法的1/5（具体根据计算机的指令周期而定）左右。
