远动技术

《远动技术》

（作业答案全部要求手写，直接打印平时成绩无效）

第一章 概述 第一节 电力系统远动功能

一、远动的含义：利用远程通信技术进行信息传输，实现对远方运行设备的监视和控制。 二、遥测即远程测量：应用远程通信技术，传输被测变量的值。

遥信即远程指示；远程信号：对诸如告警情况、开关位置或阀门位置这样的状态信息的远程监视。 遥控即远程命令：应用远程通信技术，使运行设备的状态产生变化。 遥调即远程调节：对具有两个以上状态的运行设备进行控制的远程命令。

三、电力系统调度中心的任务，一是合理的调度所属各发电厂的电力，制定运行方式，从而保证电力系统的正常运行，安全经济的向用户提供满足质量要求的电能；二是在电力系统发生故障时，迅速排除故障，尽快恢复电力系统的正常运行。

四、远动技术在电力系统中的应用，使电力系统的高度管理工作进入了自动化阶段

第二节 远动信息及传输模式

一、远动信息包括遥测信息、遥信信息、遥控信息和遥调信息。 二、远动信息的传输模式包括循环传输模式和问答传输模式。

三、远动信息编码：远动信息在传输前，必须按有关规约的规定，把远动信息变换成各种信息字或各种报文，这种变换工作通常称作远动信息的编码，编码工作由远动装置完成。

四、常用远动信道有专有有线信道、复用电力线载波信道、微波信道、光纤信道、无线电信道。

第三节 远动系统

一、远动系统是指对广阔地区的生产过程进行监视和控制的系统，它包括对必需的过程信息的采集、处理、传输和显示、执行等全部的设备与功能。构成远动系统的设备包括厂站端远动装置，调度端远动装置和远动信道。

二、调度中心为主站，厂站为子站，主站对子站远程监控，子站受主站监视或监视且控制，安装在主站的远动装置叫前置机，安装在子站的远动终端装置为RTU。 三、远动系统配置的基本模式： 1、点对点配置 2、多路点对点配置 3、多点星形配置 4、多点共线配置 5、多点环形配置

第四节 调度自动化系统

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一、调度自动化系统由远动子系统、计算机子系统和人机联系子系统组成。 二、高度控制机构分为五个级别：国家调度、大区、省级、地区、县级调度

习 题

1—1、远动的含义是什么？

答：利用远程通信技术进行信息传输，实现对远方运行设备的监视和控制。 1—2、试述远动信息的内容及其传输模式？我国常用的远动信道？ 答：远动信息包括遥测信息、遥信信息、遥控信息和遥调信息。 远动信息的传输模式包括循环传输模式和问答传输模式。

常用远动信道有专有有线信道、复用电力线载波信道、微波信道、光纤信道、无线电信道。 1—3、试述远动系统的定义？主站与子站的关系？

答：远动系统是指对广阔地区的生产过程进行监视和控制的系统，它包括对必需的过程信息的采集、处理、传输和显示、执行等全部的设备与功能。构成远动系统的设备包括厂站端远动装置，调度端远动装置和远动信道。

调度中心为主站，厂站为子站，主站对子站远程监控，子站受主站监视或监视且控制，安装在主站的远动装置叫前置机，安装在子站的远动终端装置为RTU。

1—4、试述调度自动化系统的组成？我国电力系统的调度控制机构由哪几个级别组成？ 答：调度自动化系统由远动子系统、计算机子系统和人机联系子系统组成。 调度控制机构分为五个级别：国家调度、大区、省级、地区、县级调度

第二章 远动信息传输规约 第一节 远动信息传输系统

一、数字通信系统模型（运动信息的传输过程） 信 信S 信M 道C 调 信道 信R 道信M* 源受信S* 者 解调 息源 息编制编 干扰 译译二、通信分式

按信息传输方向以及能否双向进行，通信成分为单工通信、半双工通信及全双工通信三种

发送器 单 接收器 收发器 半双 收发2 器 收发器 全双 收发器

三、数字通信系统的质量

质量指标包括信号传输的有效性和可靠性 有效性： 可靠性：

码元传输率、单位波率（Bd）

有效性用传输过率衡量

信息传输速率、单位比特率（bit/s）

误码率Pe

可靠性用差错率来衡量

第二节 串行通信及传输控制规程

串行通信分异步通信和同步通信 一、异步通信： 信号传送顺序从右至左

停 止 位 奇 校 偶 验 位 数据位 起 始 位 空 闲 位 停 止 位 奇 校 偶 验 位 数据位 起 始 位 误信率（误比特率）Peb

高位 二、同步通信： 信号传送顺序从右至左

低位

校验字符 数 据 同步字符

高

位

3

低位

三、传输控制规程

传输控制规程又称协议，分两大类：面向字符的传输控制规程和面向比特的传输控制规程。 异步通信，一个字符一个符传送

同步通信的传输控制规程有三种：面向字符的双同步通信协议BSC、面向比特的同步数据链路控制协议SDLC、面向比特的高级数据链路控制协议HDLC。

第三节 远动信息的循环式传输既约

循环式运动规约： 一、帧结构 同步字 控制字 信息字1 信息字2 ?????? 信息字n 同步字标明一帧的开始，它取固定的48位=进制

控制字由6个字组成，字控制字节、帧类别、信息字数n、源站址、目的站址和检验码字节 控制字节 E L S D 0 0 0 1 帧类别 信息字数n 源站址 目的站址 校验码 二、信息与结构、每个信息由6个字节组成 功能码 遥没信息字格式

信 息 数 据 校验码 遥测信息字格式 1字节 功能码00H-7FH b7 ?? 2字节 b0 i 遥测

b15 b14 ××b11—— 3字节 b8 b7 ?? 4字节 三、帧的组织方式 b0 ××b11——在循环式远动规约中，运动信息按其重要性和实时性要求，分为五种不同的帧，A、B、C、D（D1、D2）、E帧上行信息的优先级排列顺序和传送时间要求如下：子站收到主站的召唤子站时钟命令后，在上行行信息中优先插入两个返送信息字，即子站时钟信息字和等待时间信息字，插入传送一遍；变位遥信和子站工作状态变化信息，以信息字为单位优先插入传送，连送三遍，并要求在1S内送到主站；遥控、升降命令的返送校核信息，以信息字为单位插传送，连差三遍；重要遥测量安排在A帧传送，循环时间

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遥信信息字格式 1字节 功能码F0H-FFH

b7 ?? 2字节 b0 i 遥信字

B15 ?? 3字节 b8 b7 ?? 4字节 b0 i+1遥信15 ?? 不大于3S；次要遥测量安排在B帧传送，循环时间一般不大于6S；一般遥测量安排在C帧传送，循环时间一般不大于20S；遥信状态信息，包含子站工作状态信息，安排在D1帧定时传送；电能脉冲计数值安排在D2帧定时传送；事件顺序记录安排在E帧，以帧插入方式传送三遍。D1、D2帧传送的是慢变化量，以几分钟至几十分钟的周期循环传送。E帧传送的事件顺序记录是随机量，同一个事件顺序记录应分别在三个E帧内重复传送三次。

下行信息的优先级排列如下：召唤子站时钟、设置子站时钟校正值、设置子站时钟；遥控选择、执行、撤消命令；升降选择、执行、撤消命令；设定命令；广播命令；复归命令。下行命令是按需要传送，非循环传送。当下行通道中不发命令时，应连续发送同步码。

第四节 远动信息的问答式传输既约

一、我国《问答式远动规约（试运行）》 1、规约中的有关定义：

①报文：polling方式中，无论是主站向子站发送命令，还是子站向主站回送的数据，都称为报文。 ②类型与类别：类型指数据的不同分类。数据的类型分为模拟量、状态量、状态变化量、时标量等。类别指数据或信息依其不同扫描周期划分为0，1，2，3，4，5，6，7类。 2、报文的格式：

分为三种报文格式：主站向子站询问的报文格式，子站向主站回答确认或否定确认的报文格式，主站向子站或子站向主站传送数据的报文格式。 3、报文分类：

按功能分四大类：查询命令，送参数命令，控制命令和专用命令。 4、主站与子站间的问答过程

二、我国电力行业标准DL/T634—1997

规约中规定了SCADA系统中主站和子站之间的问答方式进行数据传输的帧格式、链路层的传输规则、服务原语、应用数据结构、应用数据编码、应用功能和报文格式。 1、 帧格式：

标准帧格式有两种：可变帧长帧格式和固定帧长帧格式。 2、报文传输规则：

由主站触发的传输服务中，报文的传输分为：发送/无回答传输服务、发送/确认传输服务及请求/响应传输服务。

3、帧格式的接收校验

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无论可变帧长帧格式还是固定帧长帧格式，主站和子站之间异步通信的字符格式都是：一位起始位、一位停止位、一位偶校验位。每个字符8位数据位，接受时对每个字符的启动位、停止位和偶校验位要进行校验。 4、报文格式举例

当主站需要对远动终端进行复位操作时，主站向子站发送复位远动终端报文。子站接收到此报文后，以激活确认帧回答，子站即开始对本站进行初始化。 如图2—24.

三、其他问答式远动规约

习 题

2—1、画出数字通信系统的模型？ 答：

信息源 同步字 信S 信M 道C 调 信道 信R 道信M* 源受信S* 者 解调 息编制编 干扰 译译2—2、传输控制规程分哪两大类？

答：面向字符的传输控制规程和面向比特的传输控制规程。 2—3、画出循环式远动规约的帧结构？ 答：

控制字 信息字1 信息字2 ?????? 信息字n 2—4、我国《问答式远动规约（试运行）》中，报文格式有哪三种？

答：分为三种报文格式：主站向子站询问的报文格式，子站向主站回答确认或否定确认的报文格式，主站向子站或子站向主站传送数据的报文格式。

第三章 远动信息的信道编译码 第一节 抗干扰编码的基本原理

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一、最小距离与码的检错、纠错能力

码字的相似成都可以用码距的大小进行判断。两个同样长度的码字之间，对应码位上不 相同码元的数目，称为这两个码字之间的汉明距离，简称码距。

在一种码的所有码字集合中，任意两个码字之间的码距并非都相等。我们把所有可能的码字对之间的最小值，称为这个码字集合的最小距离，记为dmin。

码字的另一个重要参数是它的汉明重量，简称重量。它定义为码字中非零码元的个数，用W表示。在二进制情况下，它就是码字中“1”码元的个数。 能纠正的码字中的错误个数

t?能检出的码字中的错误个数l

dmin?1 （3—1） 2 l?dmin?1 （3—2）

二、信道编码的代数基础 1、伽罗华域及域上多项式

F为非空集合，在F中定义加法和乘法两种代数运算，满足交换律、结合律、分配率。

如果域F中元素的个数无限，称F为无限域；元素的个数有限，称F为有限域，也叫伽罗华域。 具有两个元素0和1的非空集合，对于模2加法运算和模2乘法运算是一个有限域，称为两元域。记作GF（2）.

模2加法运算规则：

1⊕1=0 0⊕0=0 0⊕1=1 1⊕0=1 1⊙1=1 0⊙0=0 0⊙1=0 1⊙0=0 域上多项式

f?x??an?2xn?1?an?2xn?2???a1x?a0 （3—3） 2、二元域上的多项式运算

例如，二进制信息序列或码字1110111，可以用二元域上的多项式x?x?x?x?x?1 来等效的表示。

例如：f?x??x?x?x?1

636542g?x??x5?x4?x2

f?x??g?x??x6?x3?x?1?x5?x4?x2

码字为 111111

设f?x??x?x?x?1 g?x??x

63????f?x??g?x??x7?x4?x2?x

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码字为10010110

第二节 奇偶校验码

一、奇偶校验码

设码字c?cn?1cn?2?c1c0，其中cn?1?c1为信息码元，c0为校验码元。当码字中“1”码元的个数恒为偶数时，则满足

cn?1?cn?2???c1?c0?0

这种码称为偶校验码。

如果码字中“1”码元的个数恒为奇数，则满足

cn?1?cn?2???c1?c0?1

这种码称为奇校验码。

奇偶校验码在计算机中应用较多，奇偶校验码的检错能力较差。 二、水平垂直奇偶校验码

水平垂直奇偶校验码是水平和垂直两个方向的奇偶校验码，这种码具有较强的检错能力。

第三节 循环码的编译码原理

一、线性分组码 矩阵

?1?c5c4c3c2c1c0???m1m1m0???0??0

0100011011100?1?? （3—4） 1??对任意一级组信息m2m1m0，都可以生成它对应的码字c5c4c3c2c1c0。方程中的矩阵

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?100110???G=010011称为线性分组码的生成矩阵。 ????001101??二、循环码的编译码原理

如果一个（n ，k）线性分组码，它的2k个码字中的任何一个码字的任意次循环移位，得到的仍然是这个线性分组码中的码字，这个线性分组码称为循环码。

循环码特性：

（1）、在一个（n ，k）循环码中，有一个并且只有一个n-k次的码多项式g(x)，即

g?x??xn?k?gn?k?1xn?k?1???g1x?1

（2）、（n ，k）循环码的生成多项式g(x)是xn+1的一个因式，即

xn?1?g?x?h?x?

（3）、若g(x)是一个n-k次多项式，且是xn+1的因式，则g(x)生成一个（n ，k）循环码。 三、缩短循环码

一般来讲，任何一个给定的（n ，k）系统循环码的2k个码字中，一定存在2k????＜k?个前η位为零的码字。如果删去这2k??个码字中前面η位零，可以得到2k??个长为（n-η）的码字，由它们构

成的（n-η ，k-η）线性系统码，称为原（n ，k）系统循环码的缩短循环码。 缩短循环码已不是循环码。

第四节 循环码的检错及纠错能力

一、伴随式计算及纠错

设发端发送的码字是

c?x??cn?1xn?1?cn?2xn?2???c1x?c0 接收到的码字是

R?x??rn?1xn?1?rn?2xn?2???r1x?c0

接收的码字R(x)÷g(x)，有

R?x??p?x?g?x??s?x? （3—5）

s(x)称为接收码R(x)的伴随式。S(x)为零时表明无干扰，若S(x)不为零时表明发送码字在信道中受到干扰。

设受干扰的错误图样

E?x??en?1xn?1?en?2xn?2???e1x?e0

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则

R?x??c?x??E?x? （3—6）

R?x?/g?x??c?x?/g?x??E?x?/g?x?

发送码字c(x)一定是g(x)的倍式，假设商为q(x)。再设E(x)除以g(x)的商为p??x?余式为s??x?，便可以得出下式

R?x???q?x??p??x??g?x??s??x? （3—7）

比较式（3—5）和（3—7）可以看出，接收码字R(x)的伴随式s(x)等于错误图样E(x)除以生成多项式g(x)所得的余式s??x?。可见伴随式中包含有叠加在发送码字上的错误图样的信息，所以不公可以利用伴随式进行检错，还可以用伴随式完成一定范围内的纠错。 二、循环码的检错能力

循环码检错的方法是计算接收码字的伴随式是否为零，且接收码字的伴随式等于错误图样除以生成式项式所得的余式。

循环码对突发干扰的检错能力：

（1）、由n-k次多项式g(x)生成的循环码，能检测出所有突发长度为n-k或小于n-k（即b≤n-k）的突发错误。

由于E?x??xiB?x?，只要g(x)除不尽E(x)，就能检出此突发错误。由循环码的特性可知，g(x)没有x的因子，所以只有g(x)能除尽B(x)时才能除尽E(x)。但由于b≤n-k，使g(x)的次数比B(x)的次数高，显然g(x)除不尽B(x)，必然也就除不尽E(x)。

（2）、由n-k次多项式g(x)生成的循环码，当突发错误的突发长度b＞n-k时，检测不出的突发错误占同样长度的可能的突发错误总数的百分比为 2 2??n?k? 当b-1＞n-k 当b-1=n-k

第五节 系统循环码的编译码电路

??n?k?1?一、除法电路： 除式g(x)为n-k次多项式的除法电路 被除式 g0=1 ro g1 G r1 r3 3-1

g0-k- ?? rn-k-1 gn-k=1 商

二、系统循环码的译码电路： g(x)=x3+x+1的译码除法电路

被除数 r0 r1 10 r2 q

三、系统循环码的编码电路：g(x)=x3+x+1的编码除法电路

q r0 r1 r2 m(x)

第六节 系统循环码的编译码算法

一、软件表算法Ⅰ

实现方法：设k位信息序列m?mk?1mk?2?m1m0的步骤是：

（1）、把k位信息序列m分成长度为n-k位的p个信息段，记为m?M1M2?Mp。

（2）、在第一个信息段M1后面添加n-k个零，然后除以生成多项式g(x)得余数r1。再将余数r1与

?。 第二个信息段M2模2加得M2?后面添加n-k个零，然后除以生成多项式g(x)得答余数r2，将r2与三个信息段M3模（3）、在M2?。 2加得M3?，如此下去直到对M??按步骤（3）进行得M4（4）、对M3p按步骤（3）进行得到rp，它就是信息

序列m编码应得的余数。这时信息序列m对应的码字是c?M1M2?Mprp 二、软件表算法Ⅱ

设信息序列m?mk?1mk?2?m1m0，欲对其进行编码，软件表算法Ⅱ的步骤是： （1）、把信息序列m分成长度为(n-k)/2位的p个信息段，记为m?M1M2?Mp

（2）、在第一个信息段M1后面添加n-k个零，然后除以生成多项式g(x)，得中间余数r1。再将n-k位中间余数r1分成两段，前半段(n-k)/2位是高位段，记为r1H ，后半段的(n-k)/2位是低位段，记为r1L。

?后面添加n-k个零，然后除以生成多项式?。在M2（3）、将r1H与第二个信息段M2模2加，得M2g(x)，得中间余数r2，再将n-k位中间余数r2分成两段，前半段的(n-k)/2位记为r2H，后半段的(n-k)/2位记为r2L。

?后面添加n-k个??r2H?r1L?M3。在M3（4）、将r2H和r2L与第三个信息段M3模2加，得M3零，然后除以生成多项式g(x)，得中间余数r3，再将n-k位中间余数r3分为两段，前半段(n-k)/2位记为r3H，后半段的(n-k)/2位记为r3L。

?，M5?后面的信息段M4??Mp重复步骤（4），直到求出（5）、对M3在M?然后除以生成多项式g(x)，得中间余数rp，M?p后面添加n-k个零，p?r?p?1?H?r?p?2?L?Mp。再将n-k位中间余数rp分为两段，前半段的(n-k)/2位为rpH，后半希的(n-k)/2位记为rpL。将rpH与r(p-1)L模2加得rH=rpH+r(p-1)L，令rl=rpL。则rH和rL分别是信息序列m的余式r的高(n-k)/2位和低(n-k)/2位。

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记为r=rHrL。 三、两段查表法

利用软件表算法Ⅰ、Ⅱ实现系统循环码的编译码时，必须事先在内存中建立一个中间余数表，或称软件表，这种方法是以内存窨的支出换取运算速度的提高。如果把得法中划分的信息段再进行处理，其方法是把一个信息段分解成两个信息段的模2和，并且使分解后得到的两个信息段各有一半的位数取零，其中一个高半段取零，另一个低半段取零。然后对分解后得到的信息段建立中间余数表，便可以进一步减少余数表所占内存的数量。 Mi?MiH?MiL

第七节 远动信息的CRC校验

一、生成多项式

我国部颁循环式远动规约规定，每帧远动信息中的控制字和信息字都采用CRC校验，并先用生成多项式g?x??x?x?x?1生成（48，40）循环码，其陪集码为FFH。

82我国部颁问答式远动规约中的报文，有校验码为16位的报文和校验码为8位的报文。16位校验码的报文采用CRC校验，生成多项式是g?x??x16?x15?x2?1，它是ISO制定的HDLC标准CRC校验码。8位校验码的报文中，校验码由7位CRC校验码和一位奇偶校验码组成。7位CRC校验码的生成多项式g?x??x7?x6?x?1 二、循环传输规约的CRC校验

循环式传输规约采用（48，40）缩短循环码。它满足n-k比较小的信息位是校验位的整数倍两个条件，因此采用上一节介绍的软件表算法Ⅰ进行编译码。首先生成中间余数表，即软件表，再进行编译码运算。

三、我国问答式远动规约的CRC校验

16位校验码的报文格式，报文由一个RTU地址字节、一个报文类型字节、一个数据区长度字节、N个数据字节和二个校验码字节组成，共N+5个字节。CRC校验的生成式项式是

g?x??x16?x15?x2?1。

N?4N?4N?4N?5N?5N?5图中a和a表示校验码字节。 a?aa?a760760进行xn?km?x?/g?x?编码运算时，信息码m从高到低的排列次如下：

111222N?3N?3N?3。 aa?aaa?a?aa?a017017017 12

余式为r?x??r15x15?r14x14???r1x?r0x0 16位校验码的报文排列 第一节字 第二字节

第N+4字节 第N+5字节

1111111a7a6a5a1aaaa43210 22222222 a7a6a5a4a3a2a1a0… N?4N?4N?4N?4N?4N?4N?4N?4 a7a6a5a4a3a2a1a0N?5N?5N?5N?5N?5N?5N?5N?5 a7a6a5a4a3a2a1a0 8位校验码的报文在规约中只有两种，一种是类别询问报文，报文固定为四个字节；另一种是重复询问报文，报文固定为五个字节。这两种报文都包含一个RTU地址字节、一个报文类型字节和一个校验码字节。

55555555其中aaaaaaaa表示校验码字节。

76543210编码规则是：a?a?a?a?a 计算得到的余式如果表示为

5717273747r?x??r6x6?r2x5?r4x4?r3x3?r2x2?r1x1?r0x0

8位校验码的报文排列 1111111a7a6a5a14a3a2a1a0 22222222 a7a6a5a4a3a2a1a0… 55555555 a7a6a5a4a3a2a1a03—1、设

f?x??x4?x3?x2?1和g?x??x?1都是二元域上的多项式，求f?x??g?x?、

f?x??g?x?、f?x??g?x?

习 题：

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答：

f?x??g?x??x4?x3?x2?x f?x??g?x??x5?x2?x?1 f?x??g?x??x3?x?1

3—2、试述循环码的特性？

答：循环码特性：

（1）、在一个（n ，k）循环码中，有一个并且只有一个n-k次的码多项式g(x)，即

g?x??xn?k?gn?k?1xn?k?1???g1x?1

（2）、（n ，k）循环码的生成多项式g(x)是xn+1的一个因式，即

xn?1?g?x?h?x?

（3）、若g(x)是一个n-k次多项式，且是xn+1的因式，则g(x)生成一个（n ，k）循环码。 3—3、为什么伴随式即可以检错又可以纠错？

答：由式R?x??p?x?g?x??s?x?和式R?x???q?x??p??x??g?x??s??x?可以看出：接收码字R(x)的伴随式s(x)等于错误图样E(x)除以生成多项式g(x)所得的余式s??x?。可见伴随式中包含有叠加在发送码字上的错误图样的信息，所以不公可以利用伴随式进行检错，还可以用伴随式完成一定范围内的纠错。 3—4、请画出除式g(x)为n-k次多项式的除法电路的电路图 答： 被除式 g0=1 ro g1 G r1 r3 ?? g0-k- rn-k-1 gn-k=1 商

3—5、设信息序列m?mk?1mk?2?m1m0，欲对其编码，软件表算法Ⅰ的步骤是什么？ 答：（1）、把k位信息序列m分成长度为n-k位的p个信息段，记为m?M1M2?Mp。

（2）、在第一个信息段M1后面添加n-k个零，然后除以生成多项式g(x)得余数r1。再将余数r1与第

?。 二个信息段M2模2加得M2?后面添加n-k个零，然后除以生成多项式g(x)得答余数r2，将r2与三个信息段M3模2（3）、在M2?。 加得M3?，如此下去直到对M??按步骤（3）进行得M4（4）、对M3p按步骤（3）进行得到rp，它就是信息

序列m编码应得的余数。这时信息序列m对应的码字是c?M1M2?Mprp

3—6、8位校验码的报文在规约中有几种？

答：8位校验码的报文在规约中只有两种，一种是类别询问报文，报文固定为四个字节；另一种是重复询问报文，报文固定为五个字节。这两种报文都包含一个RTU地址字节、一个报文类型字节和一个校验码字节。

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第四章 远动信息的时序及同步 第一节 远动信息的时序

信息在信道上的传输通常采用多路复用技术，多路复用技术有频分多路制和时分多路制等。在频分多路制中，各路信号的传输频率不同。在时分多路制中，被传输的信号按先后顺序在各自占用的时间间隔中传送。

远动信息在远动信道上的传输采用时分多路制。 一、远动信息的位

微机远动装置中，远动信息通过串行接口电路发送和接收。串行接口电路向信道发送或从信道接收的一位数据就是远动信息的一个码元，也称为一位。远动装置通过串行接口电路每秒钟向信道发送或从信道接收的码元数 ，称为码元传输速率或波特率。

这时分频电路的分频系数δ应满足??8253作分频电路 CPUCL

fclk cK 8253 CLK1 OUT1 +5v

串行接口电路 TxC 微机远动装置中远动信息的码元传输速率由串行接口电路的发送时钟和接收时钟进行控制。同步通信时，串行接口电路发送/接收时钏频率等于远动信息的码元传输速率，即波特率。这时，发送/接收时钟信号的周期等于一位码元的时间宽度。异步通信时，发送/接收时钟频率和远动信息的波特率之间有一个系数关系。 二、字节和码字

串行接口电路完成并行/串行转换和串行/并行转换。远动装置发送远动信息时，CPU每次通过数据总线并行地向串行接口电路输出一个字节，串行接口电路接收到一个字节后，再一位一位地向信道串行输出。

CDT规约中每个码字固字妈48位，划分为6个字节进行发送和接收。因此发送端设有发送字节计数器。同进接收端有接收字节计数器。

对polling规约，发送和接收的远动信息以报文格式出现。

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三、同步的必要性

远动装置的同步，就是要保证收发两端码字计数器和字节计数器的计数值一致，并且使接收时钟的相位与发送时钟的相位差不超过允许值，只有这样，才能保证接收端对接收信息识别的正确性。 远动装置中实现同步的方法有帧同步和位同步两种。

第二节 帧同步

一、帧同步

如果发送端在每帧发送信息字之前，先发送同步码字，即每帧以同步码字开头，标明一帧的开始。接收端从接收信息中检测到正确的同步码字后，将接收端的码字计数器和字节计数器置成与发送端相同的计数状态，这种同步方式叫帧同步。 二、同步字的检测

接收端对同步字的检测分为两种情况。一种情况是接收端正确接收完一帧信息后，在下一帧的同步字应该出现的时间间隔内寻找同步字，这种工作状态叫惯性同步状态。另一种情况是收发两端 处于失步状态，比如接收端刚开机工作，这时，接收端必须从接收信息中首先寻找出同步字，才能进入对后续码字的接收，这种工作状态叫搜索同步状态。

第三节 位同步

位同步是批收发两端的位相位一致，即码元和码元的起止时刻对剂。由于码元的发送和接收分别由发送映和接收端串行接口电路的发送时钟和接收时钟控制，所以位同步就是要使发送端串行接口电路的发送时钟和接收端串行接口电路的接收时钟始终保持相位一致。 保证收发两端同步工作，不公需要帧同步，还要有位同步措施。 一、数字锁相原理

发送端发送时钟的周期等于一位码元的时间宽度，因此接收端收到的数字信息中含有发送端发送时钟的相位信息。接收端可以在接收信息的过程中，以接收到的信息相位为基准，不断调整收端接收时钟的相位，减少收发两端的位相差，从而不至于出现因位相差的积累而失步的现象。这就是用数字锁相实现位同步的原理。

它包括校正脉冲发生器、相位比较器、分频电路和计数脉冲控制电路四部分。

ua是收端接收到的经解调后的信息序列，它是校正脉冲发生器的输入信号，当ua中的码元从“0”变成“1”或者从“1”变成“0”，即ua出现变位时，会使校正脉冲发生器输出位只可能出现在发送码元的开始或结束时刻，所以ua也只会在发送端位的起始或结束时刻出现，它可以代表发送端的位相位。 数字锁相原理框图

校正脉冲 发生器 接收时钟 16 分 频 电 路

相位比较器 fCLK

二、数字锁相电路

数字锁相电路的功能一是完成对收发两端位相位的比较，判断其超前和滞后状态；二是根据判断结果，调整接收端分频电路物分频系数，使收端的位，即码元的宽度变长或变短，从而达到缩小两端位相差的目的。

三、通信方式与位同步

部颁CDT远见约要求远动信息的传送采用同步通信方式。 异步通信时，接收/发送时钟频率=n×接收/发送码元速率 其中n=1、16、32、64

第四节 同步的性能

位同步是批收发两端的位相位一致，即码元和码元的起止时刻对剂。由于码元的发送和接收分别由发送映和接收端串行接口电路的发送时钟和接收时钟控制，所以位同步就是要使发送端串行接口电路的发送时钟和接收端串行接口电路的接收时钟始终保持相位一致。 保证收发两端同步工作，不公需要帧同步，还要有位同步措施。 一、数字锁相原理

发送端发送时钟的周期等于一位码元的时间宽度，因此接收端收到的数字信息中含有发送端发送时钟的相位信息。接收端可以在接收信息的过程中，以接收到的信息相位为基准，不断调整收端接收时钟的相位，减少收发两端的位相差，从而不至于出现因位相差的积累而失步的现象。这就是用数字锁相实现位同步的原理。

它包括校正脉冲发生器、相位比较器、分频电路和计数脉冲控制电路四部分。

ua是收端接收到的经解调后的信息序列，它是校正脉冲发生器的输入信号，当ua中的码元从“0”变成“1”或者从“1”变成“0”，即ua出现变位时，会使校正脉冲发生器输出位只可能出现在发送码元的开始或结束时刻，所以ua也只会在发送端位的起始或结束时刻出现，它可以代表发送端的位相位。 数字锁相原理框图

校正脉冲 发生器 接收时钟 分 频 电 路 17 相位比较器 fCLK 计数脉冲 控制电路

二、数字锁相电路

数字锁相电路的功能一是完成对收发两端位相位的比较，判断其超前和滞后状态；二是根据判断结果，调整接收端分频电路物分频系数，使收端的位，即码元的宽度变长或变短，从而达到缩小两端位相差的目的。

三、通信方式与位同步

部颁CDT远见约要求远动信息的传送采用同步通信方式。 异步通信时，接收/发送时钟频率=n×接收/发送码元速率 其中n=1、16、32、64

第五章 远动信息的信源编码 第一节 遥信信息的采集和处理

在电力系统中，遥信信息可以表示设备的启停、断路器的投切、隔离开关的开合、告警信号的有无、保护动作与否等。 一、遥信对象状态的采集

遥信信息通常由电力设备的辅助接点提供，辅助接点的开合直接反映出该设备的工作状态。提供给远动装置的辅助接点大多为无源接点，即空接点，这种接点无论是在“开”状态还是“合”状态下，接点两端均无电位差。断路器和隔离开关提供的就是这一类辅助接点。别一类辅助接点则是有源接点，有源接点在“开”状态时两端有一个直流电压，是由系统蓄电池提供的110V或220V直流电压。一些保护侣提供此类接点。

通常采用继电器和光电耦合器作为遥信信息的隔离器件，采用继电器隔离，当断路器在断开时，其

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辅助触点QF闭合使继电器K动作，其动合触点K闭合，输出的遥信信息YX为低电平“0”状态。反之，当断路器闭合时，其辅助触点QF断开，使继电器K释放，产生高电平“1”状态的遥信信息YX。同样，采用的光电耦合器隔离也有相似的过程。当断路器断开时，QF闭合使发光二极管发光，光敏三极管导通，集电极输出低电平“0”状态。当断路器闭合时，QF断开使发光二极管中无电流通过，光敏三极管截止，集电极输出高电平“1”状态。

双触点遥信就是一个遥信量由两个状态信号表示，一个来自末茁壮成长的合闸接点，另一个来自开关的跳闸接点。因此双触点脸信需用二进制代码的两位来表示。“10”和“01”为有效代码，分别表示合闸与跳闸；“11”和“00”为无效代码。这种处理方法可以提高遥信信源的可靠性和准确性。 二、遥信状态的输入电器

接收遥信量的输入电器可以采用三态门芯片、并行接口芯片和数字多路开关芯片三类接口芯片实现。

通信信息在采集和处理上有两种不同的模式：定时扫查和变位触发。 三、提高遥信信息可靠性措施

要求在硬件和软件两个环节加以充分的保证。

在硬件方面首先要保证强电系统和弱电系统的信号隔离，通常采用继电器隔离和光电耦合器隔离。还可以并入适当容量的电容，以消除或削弱高频干扰和抖动，也可以在光电耦合器后面接入专用的防颤滤波电路。

在软件方面不能以一次读取的遥信状态为准。别外辅助接点在闭合和断开时都不同程度产生抖动，因此不能以一次瞬间的状态来表示遥信状态，必须连续多次读取状态，保证遥信信息的正确性和可靠性。 四、事件顺序记录

事件指的是运行设备状态的变化，事件顺序记录是指开关或继电保护动作时，按动作的时间先后顺序进行的记录。

事件分辨率指能正确区分事件发生顺序的最小时间间隔。站内分辨率和站间分辨率（或系统分辨率）是事件顺序记录的主要技术指标。

第二节 遥测量的采集

遥测信息是表征系统运行状况的连续变化量，分为电量和非电量两种。电量指的是一次系统中母线电压、支路（输电线和变压器）电流、支路有功和无功等，非电量指的是发电机定子和转子的温度、水库的水位等。 一、模/数转换原理

模/数转换是遥测量采集的核心部分。 1、逐位比较式A/D转换

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逐位比较式A/D转换是把待转换的直流模拟电压与一组呈二进制关系的标准电压一位一位由高至低逐位进行比较，决定每位是去码（为0）还是留码（为1），从而实现模拟电压到二进制数码的转换。 图为逐位比较式A/D转换原理框图。一般由逻辑控制与定时电路、电压比较器、逐次逼近逻辑寄存吕SAR、D/A转换电路和三态输出数据锁存器等组成。

D/A转换电UR

参与电压

三态输出 数据锁存器 数据输出

UU1 模拟输入

— + 逐次逼近逻辑 寄存器SAR EOC 转换结束

START

启动脉冲

逻辑控制与 定时电路 D/A转换电路的作用是输出由n个呈二进制关系的标准电压的组合叠加电压。n个标准电压为

UR?2?1、UR?2?2、?、UR?2?n。寄存器SAR中的n位二进制数d1~dn的状态受逻辑控制电路和

电压比较器的控制。每一位在D/A转换电器中都对应一个标准电压。应用叠加原理可得D/A转换电路输出的电压U。是n个标准电压的组合。

首先启动脉冲合A/D转换器开始工作，寄存器SAR全部清零，Uo输出为0o

然后定时电路控制逐位比较的节拍，由高位到低位一位一位进行。第一位的比较：置d1=“1”，这时D/A转换电路的输出UO?UR?2?1，电压比较器比较输入电压Ui=Uo的大小。若Ui≥Uo则作留码处理，保留d1=“1”；若Ui＜Uo，则作去码处理，使d1=“0”。第二位的比较：置d2=“1”，这时D/A转换电路输出UO?d1UR?2?1?UR?2?2，电压比较器比较Ui与Uo的大小，根据比较结果决定第二

位d2是留码还是去码。依次类推，此过程一直到第n位比较结束。

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防颤滤波电路。

在软件方面不能以一次读取的遥信状态为准。别外辅助接点在闭合和断开时都不同程度产生抖动，因此不能以一次瞬间的状态来表示遥信状态，必须连续多次读取状态，保证遥信信息的正确性和可靠性。 5—2、试述U/f转换与逐位比较式A/D转换、双积分式A/D转换、并行比较式A/D转换的不同之处？

答：U/f转换与上述三种A/D转换的不同之处在于：上述三种A/D转换输出的是并行二进制数据（也有串行二进制数据），而U/f转换输出的则是串行频率信号。因此U/f转换与计算机接口简单、灵活，只要用一路输入通道，可以是计算机（或单片机）的一根I/O口线、中断源输入或计数输入。由于U/f转换将直流模拟电压转换成一步率数字信号，因此易于实现光电隔离和信号的远传（可以调制在射频信号上，进行无线传播）。U/f转换与双积分式A/D转换有相似之处，都采用了对输入信号的积分，因此U/f转换同样也是具有很强的搞干扰性能。U/f转换具有良好的精度和线性度，频率输出动态范围宽，一般最高可达100kHz. 5—3、什么叫事故追忆？

答：电力系统在运行过程中随时可能发生事故，因此在对电力系统运行监测时，希望把事故发生前后的一段时间内遥测数据的变化情况保存下来，为今后的事故分析提供原始依据，这就是事故追忆功能。 5—4、脉冲量采集常采用硬件计数法和软件计数法，比较它们的优缺点？

答：硬件计数法是利用定时/计数器实现对脉冲量的计数，采用中断方式，软件占用CPU时间少，特别适合单CPU远动装置；但是占用硬件资源大。

软件计数采集脉冲量，可以大大地节省硬件开销，但软件需要不断地对各脉冲量的高、低电平作判断，因而占用CPU的大量时间。通常该法都是采用智能模板实现。 5—5、为什么对遥控和遥调的可靠性要求很高？

答：与遥信和遥测不同，遥控和遥调作为对系统的控制和调节措施，将改变系统的运行方式，它对确保系统安全、稳定、经济地运行会产生直接的影响。因此，对遥控和遥调的可靠性要求是极高的，不允许有误操作。

第六章 电量变送器

将二次系统的信号引入远动装置中，必须经过一级变换，达到远动装置遥测量采集信号接口特性要求，电量变送器是实现这一转换的器件。根据被测电量的不同，相应的有不同的电量变送器，如电流变送器，电压变送器，有功功率变送器，无功功率变送器，功率因数变送器，频率变送器，有功电能变送器，无功电能变送器等。

第一节 交流电流变送器和交流电压变送器

交流电流变送器和交流电压变送器的变换原理是基本相同的，都包括有全波整流电路，低通滤波电路和电压/电流转换电路三个部分，其不同之处在于信号输入部分。交流电流变送器中的变量器T的一

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次侧输入信号来自电流互感器的二次侧输入信号，并在T的二次侧并入分流电阻R，其变量器T的结构与电流互感器一样。交流电压变送器中的变量器Td一次侧输入信号来自电压互感器的二次侧输入信号，二次侧的电阻R不接，其变量器Td结构与电压互感器一样。 交流电流/电压变送器原理图 T

第二节 功率变送器

功率变送器用于测量通过输电线路、变压器和发电机等的有功或无功功率，它能将被测的功率变换成与其成线性关系的直流电压或电流，并能反映功率方向。

功率变送器主要由乘法器和低通滤波器实现电压和电流乘积的平均值。 单相有功和无功变送器原理图

一、PWM电路

脉冲宽度调制电路是在方波发生哭基础上构成的。

从图中可以看出，有两种回路对电容C进行充电和放电，这两条回路分别由ui、Ri和uo、Rf组成。

全波整流电R 低通滤波电电压/电流转换电电流输出

电压输出

移相 电路 开关 电路 低通滤 电压/电流 变换电路 电压输出 无功

电流输出 电压输出 有功

电压/电流 变换电路 电流输出 开关 电路 低通滤 PWM 电路 Rf us ui Ri uc C - A + Ro R2 V1 V2 27

uo

R1

因此充、放电时间常数

??RiRfRi?RfC和充、放电终止值UCH?RiUD?RfuiRi?Rf、

UCL?RiUD?RfuiRi?Rf

二、开关电路

开关电路由结型场效应管（J-FET）VT和运算放大器A组成，R1?R2?R3

T2?T1uj 平均值U?T1?T2

R3 uj R1 R2 us V R4 VT - A+ uo

由PWM电路和开关电路构成的乘法电路称为脉冲宽度调制乘法电路，或称时间分割乘法电路。 三、称相电路

1?j?RCuo?ui 1?j?RC

四、三相功率测量原理 1、三相有功功率的测量 Rf ui Rf C R * - A + uo

A P1 * * A * B * C P1 * B P2 * P2 * * N′ C P3 * P3 * * N

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三相三线制

三相四线制

三个单相有功功率之和即为三相有功功率。 2、三相无功功率的测量

下图（a）给出一元件跨相90°法测量三相无功功率的原理。三相电路完全对称（即三相电压、三相电流均对称）p1?UBCIAcos?90?????UCBIAsin??UIsin?

三相无功功率为Q?3UIsin??3P1

?UA

UAB UA IA 90???IA UBC 90???? 90???IC

? ? IB UB ? UBC IC ? IB UB UC a图

UC b图

上图（b）给出二元件跨相90°法测量三相无功功率的原理。

p1?p2?UBCIAcos?90?????UABICcos?90?????2UIsin?

3?P1?P2? 2三相无功功率 Q?3UIsin??下图给出三元件跨相90°法测量三相无功功率的原理。当相电路完全对称时

p1?p2?p3?UBCIAcos?90?????UABICcos?90?????UCAIBcos?90?????3UIsin?UAB Q?

90???CUA 3?P1?P2?P3? 3IA ?A 90???A

UC UCA IC 29 ?C 90???B UBC ? BIB UB

五、加法电路

在三相功率测量中，需要将两个或三个测量元件的输出求和，用运算放大器构成的加法电路很容易实现实一点。

设三元件测量功率的输出电压分别为U1、U2、U3，则 U为

U?取R1=R2=R3

RfR1U1?RfR2U2?RfR3U3

U?RfR1?U1?U2?U3?

第三节 交流采样原理及算法

调整Rf，可改变比例系数。

直接对交流电压、电流进行采样，用软件完成各类电量变送器的功能，从而获得全部电量信息，这就是交流采样要完成的工作。 一、交流采样原理

Um、Im分别为电压、电流的幅值，U?有功功率P?UIcos? 无功功率Q?UIsin? 视在功率S?UI?Um2、I?Im2

P2?Q2

复功率S?P?jQ?UI/?

功率因数cos??P S 交流采样是将连续的周期信号离散化，用一定的算法对离散时间信号进行分析，计算出所需的信息。一般离散化处理方法是将连续时间信号的一个周期T分为N个等分点，每隔T/N时间进行一次采

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样，得到离散时间信号，经模/数转换得到离散数据，把这些数据关入计算机进行软件处理，便得到电压、电流的有效值、有功功率、无功功率、功率因数、频率以及谐波分量。 二、交流采样算法

离散时间数据。设在一个周期T内等间隔对u(t)、i(t)作N（为正整数）次采样，则第k次采样值Uk，ik为

uk?u?k???T?2?k k=0，1，?，N-1 ??UmsinN?NT?2?k?ik?i?k???Imsin?? k=0，1，?，N-1

N?N?1、时域分析算法

主要有积分算法和二点算法。

（1）、积分算法：电压、电流的有效值及有功功率的离散表达式如下：

1U?T??T01u?t?dt?T2?kTu???Nk?02N?1?T????N1N1N?uk?02kN?12k

1I?TT01i?t?dt?T2?kT?Ti?????NN??k?02N?1?ik?0N?1

1P?T?T01N?1?kT??kT?T1u?t?i?t?dt??u???i????Tk?0?N??N?NNS2?P2??uik?0N?1kk

无功功率的表达式为 Q??UI?2?P2

（2）、二点算法：是依据正弦交流电压、电流量两点瞬时值的关系，推出电压、电流的有效值，相角差以及有功功率、无功功率、功率因数。 电压、电流的瞬时值当t=t1时，有

u1?u?t1??Umsin?t1

i1?i?t1??Imsin??t1???

当t?t2?t1??t时，有

u2?u?t2??Umsin?t2?u1cos??t?Umcos?t1?sin??t i2?i?t2??Imsin??t2????i1cos??t?Imcos??t1????sin??t

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取采样间隔?t?T/N，T为信号周期，N为一个周期的等分数，则有??t?2?/N

Um?整理后得

2??u?ucos21?N?2??sinN?2???i2?i1cosN?2??sinN?2??2??u1??2

Im?2、频域分析算法

??2?i?1??

频域分析算法主要是利用傅里叶变换，对非正弦信号的各次谐波分量进行分析。

设f(t)是以T为周期的函数，且在［0，T］上绝对可积，则f(t)可用傅里叶级数的三角级数形式表示：

f?t??C0??Cnsin?n?t??n?

n?1另一表达式：

?

f?t??C0???ancosn?t?bnsin?t?

n?122Unm?URenmIm?2?第n次谐波的电压、电流有效值为

22U?U?UmnRenIm

22Im?In?IRenIm22Inm?IRenmIm?2

（1）、离散傅里叶变换

第n次谐波的有功功率和无功功率为

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1Pn??UnmReInmRe?UnmImInmIm?

2Qn?

1?UnmReInmRe?UnmImInmIm? 22U?nn?1MU?

I?

2I?nn?1M

S??U??I2nn?1n?1Mn?1

MM2n

P??Pn

Q??Qnn?1

M

Pcos??S

N?1 其中M?2（2）、快速傅里叶变换 三、插值法的应用

插值法应用到交流采样中，可以不增加采样点就可以使计算结果的精度大大提高，其效果如同增

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加了采样点数。具体的做法是，将定积分用分段定积分累加和替代，每一分函数用已知的离散数据构成的插值函数表示。常用的有线性插值和抛物线插值两种。

第四节 被没电量的交流采样

一、硬件结构及工作原理

交流采样与直流采样不同点在于输入信号是交流弱信号（如3.5V），要计算有功功率和无功功率，还要求采集的电压和电流信号的离散数据在时间上保持一致。 1、低通滤波器

根据采样定理，当输入信号中所含最高谐波频率小于奈魁斯特频率时，离散化处理分析的结果理论上不会引起误差。由于一个周期中采样点数N是有限的，因此只能有效地分析有限频谱的信号。故需将输入信号经低通滤波器，滤除高于奈魁斯特频率的信号。 2、方波整形电路

方波整形电路是将输入的交流电压信号整形成方波信号，以提取系统频率信号。 3、自动切换电器

整形后的方波是跟踪输入信号的，若输入信号消失，方波信号也随即消失。

自动切换电路实际上是一个数字多路开关，通过对数字多路开关输出的方波信号的监视，决定是否切换输入信号。用输出的方波信号控制某一计数器清零或计数，高电平清零，低电平计数。当低电平的持续时间超过设定值时，计数器计数溢出，控制数字多路开关的地址选通信号，切换到下一路输入的方波信号。 4、N倍频电路

用CD4046和一些外围电路可构成N倍频电路。CD4046锁相环芯片由线性压控振荡器、两个鉴相器以及一个源极跟随器组成。 5、采样/保持与模/数转换

在输入信号与模拟多路开关之间加入一级采样/保持器（S/H），是为了保证A/D转换器分时转换的各路信号是同一时刻的采样值，因此四个S/H的控制信号端应连在一起。

S/H进入保持状态后，CPU选择模拟多路开关的地址，并启动A/D转换，直至将四路信号均转换完毕，再控制S/H进入跟随状态。 6、光电耦合与驱动电路

模拟信号经A/D转换或主波整形等处理后，变为TTL电平信号供CPU使用。为防止干扰的侵入，可在数字信号传递过程中加上光电耦合器，起到信号隔离，以提高电路的抗干扰能力。 二、软件设计

交流采样的软件主要包括：采样频率的提取、交流采样控制、交流采样算法实现及数据的平滑处理。

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1、采样频率的提取

当确定了交流采样点数N后，要求每一个周期内部有N个采样点，并且在时间上是等间隔的。由于系统频率f随系统运行方式的变化而变化，因此要求采样频率能跟踪系统频率的变化保持N倍系统频率N·f。

常用的采样频率的提取方法有两种，一种是将N倍频电路提供的N·f信号，接至CPU的中断源上，用信号的上升沿或下降沿触发中断。另一种是将整形后的方波信号f，也接至CPU的中断源上，用信号的上升沿或下降沿触发中断。

这两种方法的不同之处在于，方法一通过硬件提供采样点数，而方法二则是通过软件处理。 上述两种方法除了提供了采样频率为下一步实现交流采样作准备，同时还能通过软件测量出系统频率。

2、交流采样控制

交流采样控制是指对采样/保持器、模拟多路开关和械/数转换器的控制，其软件框图如下：

中断入口 信号保持 延时 通道选通 启动A/D转换 N 下A/D转换 结束？ 取转换结果并贮存 选下一路通道 四路通道 选择完N 下信号跟随 35 采样点数加1

N

3、交流采样的算法实现及数据的平滑处理

利用完整的交流采样数据计算出全电量，是通过交流采样的算法来实现。交流采样算法的软件编制，因算法不同而不同。在处理上，可把选定的交流采样算法编制成一计算子程序，等查询到交流采样数据采集完成樗后调用。也可以把某些能利用已采集的数据作简单运算的部分安排在交流采样控制中断服务程序中，当然必须保证中断服务程序的执行时间小于触发中断的时间间隔（即采样周期），否则将导致中断嵌套，使交流采样不能正常进行。

与直流采样一样，交流采样计算的全电量数据也要进行数字滤波处理，处理方法相同。

从数据的获取速度上看，直流采样的速度取决于A/D转换速度，一般为微秒级，而交流采样需在一个周波后并做计算处理才能获得所需的数据。但从响应速度上看，交流采样却优于直流采样。当输入信号变化时，交流采样可在20ms（以50Hz为例）后迅速反映出来，而直流采样由于变送器存在固有的延时，响应时间通常上百毫秒。另外交流采样还可分析出谐波含量，投资小、配置灵活、扩展方便，这些都是直流采样望尘莫及的。 三、误差分析

交流采样的误差主要包括三个方面：硬件的信号转换误差、算法的模型误差和软件的计算误差。

第五节 电量变送器的主要性能指标

一、变送器的标称值 二、变送器的允许过量输入 三、变送器的输出性能

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四、变送器的准确度 五、变送器的功耗

六、变送器的绝缘电阴测定和绝缘电压试验

习 题

6-1、画出交流电流/电压变送器的原理图，并试述他们的异同点？

答：

T 全波整流电路 R 低通滤波电路 电压/电流转换电路 电流输出

电压输出

交流电流变送器和交流电压变送器的变换原理是基本相同的，都包括有全波整流电路，低通滤波电路和电压/电流转换电路三个部分，其不同之处在于信号输入部分。交流电流变送器中的变量器T的一次侧输入信号来自电流互感器的二次侧输入信号，并在T的二次侧并入分流电阻R，其变量器T的结构与电流互感器一样。交流电压变送器中的变量器Td一次侧输入信号来自电压互感器的二次侧输入信号，二次侧的电阻R不接，其变量器Td结构与电压互感器一样。 6—2、画出开关电路的电路图？ 答：

6—3、交流采样的软件主要包括哪四部分？

答：交流采样的软件主要包括：采样频率的提取、交流采样控制、交流采样算法实现及数据的平滑处理。

6—4、交流采样的误差包括哪三个方面？

答：交流采样的误差主要包括三个方面：硬件的信号转换误差、算法的模型误差和软件的计算误差。

37

R3 uj R1 R2 us V R4 VT - A+ uo

第七章 远动信息的传输 第一节 数字数字通信

一、模拟通信系统与数字通信系统

不同的消息可以归结为两类，一类称作模拟消息，另一类称作离散消息。模拟消息也称连续消息，离散消息也称数字消息。

当信号的某一参量对应于模拟消息而连续取值时，这样的信号称为模拟信号。当信号的某一参量携带着离散消息，而使该参量的取值是离散的，这样的信号称为数字信号。

模拟信号和数字信号都可以在通信系统中传输。按照通信系统中传输的是模拟信号还是数字信号，我们把通信系统相应地分为模拟通信系统和数字通信系统两类。

模拟通信系统的基本组成可以用下图所示的模型来表示。信息源的作用是实现原始消息到信息信号即基带信号的变换。受信者则衤现其反变换。由于基带信号不宜直接进行远距离传输，因此必须经过调制后再送入信道进行传输。我们把调制前的基带信号称作调制信号，调制后的信号称作已调信号或信道信号。在模拟通信系统中，调制信号为模拟基带信号。接收端的解调是调制的逆变换，即从已调信号中恢复基带信号，即信息信号。受信者再把信息信号还原为原来的消息。

原始消息

信息源 基带信号 调制器 信道 受信者 调制器 噪

声

数字通信系统模型如下图所示。数字通信系统中的原始消息经信源编码和信道编码之后，变换成信息信号，也换调制信号。在数字通信系统中，调制信号是数字基带信号。数字基带信号经调制器调制后输出，同样称作已调信号或信道信号。 信 息 源

信S 信M 道C 调 信道 信R 道信M* 源受信S* 者 解调 息编制编 干扰 译译二、信道与噪声

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信道是任何通信系统中不可缺少的部分。对于信道一般有两种定义：狭义信道和广义信道。 狭义信道公指信号传输的媒持。它可以是有线信道，如电线、电缆、光纤等，也可以是无线信道，如自由空间、电离层等。

广义信道对模拟通信系统是指从调制器输出端到解调器输入端之间的所有设备以及传输媒质。对数字通信系统是指从调制器输入端到解调器输出端之间的所有设备以及传输媒质。前者也称作调制信道，它传输模拟信号。后者也称作编码信道，它传输数字信号。

噪声是信号在传输过程中所受到的各种各样干扰信号的总称。

按噪声对信号的干扰形式可以把噪声分为加性噪声和乘性噪声。乘性噪声是依赖于信号存在的，当信道中没有信号时，它也随之消失。加性噪声是独立存在的，与信道内有无信号无关，它以叠加的形式干扰信号。按噪声波形的不同，可以把噪声分为单频噪声、脉冲噪声和起伏噪声。 三、数字基带信号

如果不经过调制与解调过程，而直接在信道中传输数字基带信号，这种通信系统称为数字基带传输系统，简称基带传输系统。

基带传输系统中的数字信号有二元数字信号和多元数字信号。

对远动系统，远动信息以数字信号进行传输，所以远动信息的传输系统是数字通信系统。远动系统中所有待传送的消息，首先在发送终端形成发送码字。发送码字在进入调制器之前，是用单极性不归零码表示的数字基带信号。发送码字进入调制器完成数字调制后，得到信道信号，再向信道中发送。经信道传输后，接收端收到的信道信号通过数字解调后，还原为数字基带信号，再由接收终端将数字基带信号还原成原来的消息。

第二节 数字调制与解调

一、调制与解调

调制就是用待传输的基带信号去控制高频正弦波或周期性脉冲信号的某个参数，使它按基带信号变化。

通过调制，基带信号的频谱被搬移到载频附近，使它可以适应信道频带的要求，便于发送与接收。 调制就是为了使信号便于传输，减少干扰和易于放大，使一种波形（载波）参数，按另一种信号波形（调制波）变化的过程。解调就是从调制的载淑 信号中将原调制信号复原的过程。 二、数字调制方式

数字调制是利用数字信号去控制一定形式的载波而实现调制的一种方法。通常用高频正弦波作为载波信号，这时载波信号可以表示为：u?t??Umcos??t???

当用数字基带信号去分别控制正弦载波信号的幅值Um、角频率ω、相位?这三个参数中的任意一个参数时，便分别实现了振幅键控（ASK）、移频键控（FSK）及移相键控（PSK）的调制方式。

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三、数字调制系统的性能 1、抗噪声性能

在各种解调方式中，如果满足相同误码率条件，则对信噪比的要求按从小到大的排列顺序是：相干PSK，差分相干DPSK，相干FSK，相干ASK，非相干FSK，非相干ASK。 2、信号的带宽

无论能量谱密度还是功率谱密度，它们都只与信号的幅度谱有关，而与信号的相位谱无关。 信号的带宽是指信号的能量（或功率）主要集中的频率范围，它有不同的定义方法。一种定义方法是采用占总能量（或总功率）的百分数（比如90%、95%、99%）的频率范围来确定。另一种定义方法是，假定功率高产田或能量谱在频率轴上具有单峰形状（实际是指谱的一个主峰），则信号带宽为峰值的单边下降到半功率处的相应频率间隔。信号带宽通常用B来表示。

第三节 二进制移频键控

一、二进缺点移频键控信号的产生

二进制移频键控信号分为相位不连续的2FSK信号和相位连续的2FSK信号。前者通常用频率键控法产生，后者用直接调频法产生。 二、二进制移频键控的调制原理 下图是二进制移频键控（2FSK）的调制器原理图。 阻抗匹配 放大器 阻抗匹配 输出Ⅰ

晶振 可 变 分频分频器 低 通 滤波输出Ⅱ

三、二进制移频键控信号的解调

FSK信号的非相干解调可以用鉴频法、过零检测法和差分检波法。

第四节 移相键控

二进制移相键控分二进制绝对移相和二进制相对移相。 一、二进制绝对移相信号的产生

绝对移相信号的生产有两种方法：直接调相法和相位选择法。 1、 直接调相法

用数字基带信号去键控同一个振荡器输出载波的相位，称为直接调相法。 2、相位选择法

根据数字基带信号的不同取值，从多个不同相位的载波振荡中，选取相应的载波振荡信号，称为相

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位选择法。

二、二进制相对移相信号的产生

为了得到二进制相对移相信号，通常先将二进制数字基带信号变为差分码，也称相对码。然后再用双极性差分码作调制信号对载波进行绝对调相，便可以得到2DPSK信号。 三、二进制相对称相信号的解调

二进制相对移相信号的解调方法有两种，一是极性比较法，二是相位比较法。 1、极性比较法

极性比较法是将接收的2DPSK信号与参与载波进行相位比较，先恢复出相对码。然后进行差分码的反变换，把相对码还原成绝对码，得到原来的绝对码基带信号。这种方法也称相干解调。 2、相位比较法

相位比较法解调的原理是直接将接收到的前后码元所对应的调相波进行相位比较。因为它是用前一码元的载波相位作为后一码元的参考相位，所以称为相位比较法或称为差分检测法。 四、四相移相

把二进制信息码元进行分组，并把两位二进制码元作为一组，便可以产生出四进制码：“00”、“01”、“10”、“11”，称双比特码。用双比特码进行调相时，将得到四相移相。

四相移相同样可以分为四相绝对移相和四相相对移相。四相绝对移相是每一种双比特码元都固定地对应一种载波相位。

四相相对移相中，双比特码的取值决定相邻两已调信号的相位变化值。

第五节 常用远动信道

一、架空明线或电缆 二、电力线载波信道 三、光纤信道 四、微波信道

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习 题

7—1、模拟信号与数字信号的定义？

答：当信号的某一参量对应于模拟消息而连续取值时，这样的信号称为模拟信号。当信号的某一参量携带着离散消息，而使该参量的取值是离散的，这样的信号称为数字信号。

7—2、调制与解调的概念？

答：调制就是为了使信号便于传输，减少干扰和易于放大，使一种波形（载波）参数，按另一种信号波形（调制波）变化的过程。解调就是从调制的载淑 信号中将原调制信号复原的过程。 7—3、画出二进制移频键控（2FSK）的调制器原理图？

答： 阻抗匹配 可 变 分频分频器 低 通 滤波放大器 阻抗匹配 输出Ⅰ

晶振

输出Ⅱ

7—4、绝对移相信号的生产的两种方法是什么及其定义？

答：绝对移相信号的生产有两种方法：直接调相法和相位选择法。 1、 直接调相法

用数字基带信号去键控同一个振荡器输出载波的相位，称为直接调相法。 2、相位选择法

根据数字基带信号的不同取值，从多个不同相位的载波振荡中，选取相应的载波振荡信号，称为相位选择法。

7—5、常用远动信道是什么？ 答：一、架空明线或电缆

二、电力线载波信道 三、光纤信道 四、微波信道

第八章 远动系统

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第一节 实时系统的中断管理

电力系统的运行状态随时随刻都在变化，要及时准确地监测这些变化，就要示远动系统有很强的实时性。实时系统的最大特点就是设置了许多中断。中断的设置是为了提高CPU的工作效率，因为有许多任务在完成的过程中是不需要CPU的干预，只是在任务完成后才需要CPU进行处理。

上述“过程”的特点是：CPU需对“过程”初始化；“过程”的进行与CPU无关；“过程”结束后需CPU处理。

实时系统的软件主体往往是一个大的循环体，中断可能发生在这个循环体的任意位置，也就是说中断服务程序可以嵌入主体程序。但当中断不只一个时，不同中断之间是否能嵌入、如何嵌入，这就需要建立一套中断管理系统。 一、MCS—51的中断系统

MCS—51系列单片机有2个外部中断、2个定时/计数中断和1个串行口中断，共计5个中断源。

中断源 外部中断0 定时/计数器0溢出 外部中断1 定时/计数器1溢出 串行口 二、中断扩展

在有些情况下MCS—51提供的5个中断源远不能满足实际系统要求，需要通过MCS—51的外部中断对中断源进行扩展。

中断扩展可以用Intel8259A实现。Intel8259A是可编程中断控制器，用于管理8个优先级中断，并且将多个8259A级联起来，可最大构成64级优先中断管理系统。

第二节 远动终端的硬件结构

自厂站远动终端微机化以来，其结构发生明显变化。早期的微机化远动终端多为单CPU，即所有的数据处理由一个CPU完成，各种功能的扩展（如遥信采集、遥测采集）通过输入/输出口实现。

不论是单CPU的还是多CPU的远动终端，其所要完成的功能都是一致的。远动终端除要完成“四遥”（遥信、遥测、遥控、遥调）功能以外，还应完成电能（脉冲量）采集、远程通信、当地功能（键盘输入、显示输出）等。远动终商的硬件结构通常是按RTU所需完成的功能进行设计。RTU的硬件结构主要由七大部分组成；遥信、遥测、遥控、遥调、电能、键盘显示和通信。

矢量地址单元 0003H 000BH 0013H 001BH 0023H · · · 通信 · · · 遥测 · · · 遥控 43 · · · 遥调

外部总线 电能 键盘显通信

一、存储器的扩展

CPU一般都不提供或提供较小容量的存储程序指令的程序存储器和存储数据的数据存储器，因此通常要借助于CPU提供的数据总线、地址总线和控制总线作存储器的扩展。

8031提供外部16位地址线，其寻址空间为64K字节。

在有些情况下，RTU需要对大量数据进行处理，64K的数据空间可能不能满足要求，需要作进一步的扩展，这时要在电路上作特殊处理。 二、键盘、显示器的接口电路 三、串行通信接口

串行通信在分布式系统以及远程数据传递中是必不可少的。采用串行通信可以降低通信线路的价格、简化通信设置，并且可以利用已有的通信线路，因此串行通信接口是微型计算机能及智能终端的必备接口。 四、多机通信

多机通信包含两个方面的内容，一方面指调度主站的前置机与多个远动终端的通信，另一方面指对于多CPU的远动终端中各个功能模块之间的数据通信。 1、前置机与多台RTU的通信

RTU与前置机的这种通信结构，虽然需要前置机提供大量的串行口与对应的RTU通信，硬件开销大，但却提高了前置机对RTU的适应能力，同时也有利于保证数据通信的实时性，这样做是非常必要的。

2、多CPU远动终端的数据通信

多CPU的并行通信的总线可以是PC总线、STD总线或自定义总线。但自定义的总线应包含地址，数据线，读、写线等。主CPU对各从CPU的访问可以通过主CPU的I/O口，也可以通过主CPU可管理的内存空间访问。

第三节 远动终端的软件结构

软件结构可分为模板的功能软件、模板间的数据交换软件和RTU与前置机的通信软件三大部分。 一、模板的功能软件

根据远动终端的功能要求，建立了完成各种功能的特殊模板，如遥信输入模板、电能输入模板、遥

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测输入模板、遥控输出模板、遥调输出模板、键盘/显示输入/输出模板以及通信模板。各功能荔枝板的功能软件各不相同，但它们的总体结构都大致相同。

二、模板间的主从通信软件

对于模板间彩并行总线连接的远动终端，主从模板音的数据通信，实际上利用双端口RAM作数据交换。由于双端口RAM有两大套独立的数据总线、地址总线和控制总线，使得两个CPU对它的操作是独立的，即使是两个CPU操作同一个地址中的数据，双端口RAM内部的仲裁电路可以通过操作时序先后的微弱差别，给后者产生一个BUSY信号（BUSY信号接到CPU的READY端）使CPU处于短暂的等待，避免了操作冲突。因此，这种通信是非常简单的。

对于模板间彩串行总线连接的远动终端，不论四线全双工，还是双线半双工，其通信均为异步主从问答方式。

主板的串行通信初始化与从板基本相同，只是禁止接收，允许发送，允许串行中断，准备一个发送命令报文，并发送，即向发送缓冲器送数。 三、与前置机的通信软件

下图给出远动终端与前置机进行CDT通信的中断服务软件结构。

上电/复位 系统初始化 多个中断 主循环体 保护现场 N 接收缓 冲器满？ Y 取接收数据 能组成完整 Y 处理命令 45 N

第四节 系统复位及故障自检

RTU在运行过程中可能会遇到各种预想不到的情况，例如系统掉电后上电、电源电压过低、干扰引起的程序运行紊乱等，因此RTU必须具备复位能力，使RTU重新运行。另外，RTU是由CPU和一些外围器件、部件组成，这些部分一旦有故障，RTU将不能正常工作，因此RTU还应有自动检测故障的能力，并进行报警。 一、系统复位

RTU的设计中，系统复位主要包括上电复位、按键复位、低电压复位、看门狗、指令复位等。

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1、上电复位和按键复位

上电复位是单片机系统中最基本的复位，目的是保证单片机或一些可编程器件在系统上电时能正常复位。

按键复位，按下按键将电容放电，松开按键将电容充电。 2、低电压复位

当电源电压低到一定的限值时，CPU将不能正常工作，这时需要使CPU停止一切工作，进入复位状态。 3、看门狗

看门狗是用来监视程序是否能正常运行的独立的定时器。 4、指令复位

指令复位通常用于对远方传来的通信复位命令的执行，或是用于系统内部检测出错后的处理。 二、故障自检

RTU出现故障是不可避免的，故障往往是由于强电（如雷电）的侵入、器件的老化、潮温、人为损坏等原因引起的。当RTU故障时，应能准确地定位出故障的部位，以便维修和更换，尽快恢复正常工作。

故障的定位有三级：系统级、部件级和器件级。 1、CPU的故障检测 2、存储器的故障检测 3、串行通信口的故障检测 4、模拟量采集的故障检测 5、开入、开出部件的故障检测

第五节 远动系统主站

初期调度自动化系统的前置机就是远动系统主站。 一、前置机的功能

接收多个RTU的远动信息是前置机的主要功能。 前置机要完成对接收数据的预处理。 向后台机送数。

前置机接收后台机的遥控、遥调命令，并通过下行通道赂RTU发送。 前置机完成向调度模拟屏传送实时数据。 前置机具有转发功能。

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前置机对各个通道应具务监视功能，监视各个通道是否有信号正常传送，并统计信道的误码率。 前置机还应该具有人工设置和在线修改功能。 二、规约转换

调度自动化系统中RTU的数量较大，一般都是多个厂、多种型号的产品，因此造成众多RTU通信规约的不一致。

统一调度自动化系统中的远动规约，可以达到简化接口、简化软件设计的目的。 三、传输规约的接口

在调度自动化系统中，前置机除了需要解决与不同的远动通信规约的RTU之间的通信外，有时还需要与当地的一些其他设备进行通信联系。

前置机要实现与某一设备通信，设备方必须预留有串行通信口、并提供某一种传输规约，且软件中包含有支持这种传输规约的通信软件。

当传输规约在通信一方的装置中已经实施时，通信的另一方要与它建立起通信，该方就只能按照对方已经实现的规约中的有关约定进行软件设计，才能解决通信过程中规约的接口问题。 四、调度端的配置

当调度自动化系统中的调度端采用四机（双前置机、双后台机）配置时，前置机的硬件通常先用工业控制机，以保证前置机的可靠性。前置机的操作系统一般采用DOS。为了在前置机中实现多任务处理，前置机的软件设计可以采用任务调度的软件设计方法。

后台机则完成对接收信息4 进一步处理和人机联系功能。

第六节 任务管理

一、进程及进程状态

计算机系统按功能可以划分为四个层次，它们是硬件、操作系统、系统软件和应用软件。 操作系统的功能有进程管理、存储管理、设备管理、文件管理和作业管理。 进程管理主要是对处理机进行管理。

进程在其存在过程中有三种状态。当进程获得了CPU及其他一切所需资源，正在CPU上运行时，此进程处于运行状态；如果进程获得了除CPU外的一切所城资源，一旦得到处理机即可运行，则此进程处于就绪状态；正在CPU上运行的进程，因某种原因不再具备运行的条件而暂停止运行，并在等待某一事件的发生（如等待某资源成为可能、等待I/O操作完成或等待其他进程给它发来消息），则此进程处于阻塞状态或等待状态。

出进程三种状态之间的转换关系。

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二、进程控制块

进程控制块是记录进程生存期（包括创建、执行、消亡）内状态变化的重要数据结构。一个进程的PCB是在该进程被建立时设置的，当进程被撤消时一起撤消，因此它是进程存在的标志。系统通过PCB来控制和管理进程，以便协调多道程序之间的关系，使CPU资源得到最充分的利用。

当系统创建一个进程时，即为它在内存中建立一个PCB。当进程消亡时，系统收回PCB。

三、进程调度算法

进程调度的关键是调度算法。进程调度算法应解决两个问题，一是当CPU空闲时，把CPU分配给哪个进程；二是当进程占有CPU后，它能占有CPU多长时间。

进程调度算法的种类较多，可以将它们分为两大类，一类是优先数法，别一类是时间片轮转法。

第七节 变电站自动化系统

一、变电站自动化

变电站自动化的任务是：完成对变电所电气量及非电量的采集和电气设备（如断路器等）的状态监视、控制和调节，以便实现对变电所正常运行时的监视和操作，从而保证变电所的正常运行和安全。在变电所发生事故时，完成对瞬态电器量的采集、监视和控制，并迅速切除故障，实现对事故后变电所恢复正常运行的操作。从长远的观点看，变电所自动化还应该包括对高压电气设备本身的监视信息。同时变电所的信息除传送给调度中心、运行方式科、继电保护工程师之外，还需要传送到检修或维修中心，为电气设备的监视和制定维修计划提供原始数据。 二、变电站自动化系统的组成和功能

被调度 运行 等待事件

时间片到 就绪 阻塞 阻塞原因解除

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变电站自动化系统的设计应采用分层结构。每一层完成不同的功能，每一层的功能由该层的一级设备完成。

变电站层是指同整个变电所有关的功能和设备。 间隔层是指一个间隔内的全部功能和设备。 设备层指变电所的生产过程设备。

三、变电站自动化系统的通信

变电站自动化系统一是要与远方调度中心通信，实现向调度中心传送测量信息、状态信息、保护信息等，并接收调度中心送来的参数和控制信息；二是要进行站内通信。变电站自动化系统与远方调度中心的通信类似于RTU与调度中心的通信。

变电站自动化系统可以采用全集中配屏方式。 集中配屏方式能够为设备提供比较良好的运行环境。

星形通信系统以安装在控制室的通信总控单元为中心，用通信线缆分别与分散在设备附近的各个功能单元连接，形成1：N的连接形式。

总线形通信系统是以一条总线将通信总控单元与各保护及测控单元相连接，实现各单元之间的互联。

变电站自动化系统无论采用集中配置还是分散配置方式，对500、220kV的大型变电所和监控多个变电所的集控站，变电站层的设备可以用网络上前置机工作站和一些其他工作站构成监控系统。

在监控系统中，前置机工作站完成原来监控主机的功能，工程师工作站可以实现软件开发和管理功能。

习 题

8—1、请画出RTU的硬件结构图？ 答：

外部总线 变电站层 间隔层 设备层 · · · 通信 · · · 遥测 · · · 遥控 · · · 遥调 电能 · · · 键盘显50 通信 · · ·

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