变电站综合自动化系统中需要传输的信息如前所述,有不同类型的模拟量、脉冲量、设备状态、开关变位信息和继电保护信息以及控制操作命令等,这些不同类型的信息对响应时间、传输速率、传输方式、差错率等要求各不相同,在实现数据通信时,必须分别处理。
2.1 通信的简要介绍
数据通信可分为两种,并行数据通信和串行数据通信。并行数据通信是指数据的各位同时传送,可以用字节为单位(8位数据总线)并行传送,也可以用字为单位(16位数据总线)通过专用或通用的并行接口电路传送,各位数据同时发送,同时接收;串行数据通信是数据一位一位顺序地传送,串行数据通信的各不同位,可以分时使用同一传输线,故串行通信最大的优点是可以节约传输线,特别是当位数很多和远距离传送时,这个优点更加突出,不仅可以降低传输线的投资,而且简化了接线。一般说来,串行数据通信适用于远距离的传输,传输的距离可达数千公里。在变电站综合自动化系统内部,各种自动装置间或继电保护装置与监控系统间,为了减少连接电缆,简化配线,降低成本,常采用串行通信[13]。
数据通信系统的传输方式,按照信息传送的方向和时间,可分为单工通信、半双工通信和全双工通信三种形式。单工通信是指信息只能按一个方向传送的工作方式,信息只能从A站向B站发送,而B站的信息不能传送给A站;半双工通信方式是指信息可以双方向传送,但两个方向的传送不能同时进行,只能分时交替进行,因而半双工实际上可以切换方向的单工方式;全双工通信方式是指通信双方可同时进行双方面的传送信息。
变电站综合自动化系统的串行数据通信主要是指数据终端设备DTE(Data Terminal Equipment)和数据电路端接设备DCE(Data Circuit-terminating Equipment)之间的通信。这里的DTE一般可认为是RTU、计量表、图像设备、计算机等,DCE一般指可直接发送和接收数据的通信设备。在DCE和DTE之间传输信息时,必须有协调的接口,常用的有RS-232和RS-485。
2.1.1 RS一232串行接口标准
目前RS232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。RS232被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准。在多数情况下主要使用主通道,对于一般双工通信,仅需几条信号线就可实现,如一条发送线、一条接收线及一条地线。
RS-232-C标准规定,驱动器允许有2500pF的电容负载,通信距离将受此电容限制,例如,采用150pF/m的通信电缆时,最大通信距离为15m;若每米电缆的电容量减小,通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送,存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题,因此一般用于20m以内的通信[14]。
RS-232的缺点主要体现在以下几个方面:
(1)接口的信号电平值较高,易损坏接口电路的芯片,又因为与TTL电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。
(2)传输速率较低,在异步传输时,波特率为20Kbps
(3)接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式,这种共地传输容易产生共模干扰,所以抗噪声干扰性弱。
(4)传输距离有限,最大传输距离标准值为50英尺,实际上也只能用在15米左右。所以RS232适合本地设备之间的通信。
2.1.2 RS-485串行接口标准
数据信号采用差分传输方式也称作平衡传输,它使用一对双绞线,将其中一线定义为A,另一线定义为B,如图所示。
RS485发送器的示意图文献综述