Телеконтроль и телеуправление в энергосистемах - Диалоговые процедуры передачи телемеханической информации Телеконтроль и телеуправление в энергосистемах

Страница 27 из 46

В процессе функционирования телемеханических систем, включающих станции, передающие информацию, и станции, принимающие информацию, между станциями осуществляется определенный обмен (диалог) служебной информацией, обеспечивающий заданный уровень достоверности передаваемых сообщений. В зависимости от конфигурации системы, используемых каналов связи, важности передаваемых сообщений процедуры обмена информацией между станциями могут быть различными.

В стандартах МЭК по телемеханике предусматриваются три класса диалоговых процедур на канальном уровне протокола: передачи информации:

класс S1 — посылка без ответа: передача информации от передающей станции, не требующая ответа (подтверждения, квитанции) от принимающей станции;

класс S2 — посылка с подтверждением: передача информации, требующая подтверждения (квитанции);

класс S3 — запрос—ответ: передача информации по запросу (в ответ на запрос).

С точки зрения диалоговых процедур различаются первичные и вторичные станции телемеханической системы. Первичная станция — это станция, инициирующая диалог, т. е. вызывающая начало передачи сообщений. Для классов S1 и S2 передающая станция является первичной, поскольку по ее инициативе начинается передача данных, а принимающая станция — вторичной. Для класса S3 первичной является запрашивающая станция, которая требует передачи сообщений от вторичной (вторичных) станций.

Процедура класа S1 (посылка без ответа) не обеспечивает защиты от потери передаваемых сообщений. Это означает, что сообщение не восстанавливается, если оно забраковано приемной станцией или если приемная станция не может принять его из-за переполнения буфера памяти. Поэтому этот класс процедуры передачи применим в системах телемеханики, в которых более высокий уровень протокола передачи ответствен за защиту от потерь сообщений, либо в циклических системах с медленно меняющейся информацией, в которых случайные потери информации допустимы. Процедура S1 предусматривает использование однонаправленного (симплексного) канала связи.

Процедура класса S2 предусматривает подтверждение (квитирование) приемником предназначенной ему передачи. Применяется в системах передачи случайных, спорадически возникающих сообщений.

Квитирование может быть двух видов: положительное (КВП) и отрицательное (КВО). При КВП квитирующий сигнал посылается приемником передатчику в ответ на правильно принятое сообщение, при обнаружении ошибки квитанция не посылается и передатчик должен повторить сообщение. При многократном отсутствии квитирования фиксируется неисправность системы.

При КВО приемник посылает сигнал передатчику в случае обнаружения ошибки, в результате чего передатчик должен повторить передачу сообщения; при отсутствии ошибки квитанция не посылается. При многократном повторении отрицательной квитанции фиксируется неисправность системы.

Процедура посылка — подтверждение применяется для передачи важных сообщений, а также команд (например, ТУ, уставки и т. п.).

Процедура класса S3 предусматривает получение информации от контролируемой станции (КП) по запросу контролирующей станции (ПУ). При невозможности (по той или иной причине) передачи сообщений КП должно ответить отрицательной квитанцией (КВО). При обнаружении ошибки при приеме ответа или при получении КВО запрос повторяется оговоренное число раз, после чего на вышестоящий уровень протокола передачи передается сигнал ’’неисправность системы”.

Процедуры S2 и S3 предусматривают непрерывный диалог между передающей и принимающей станциями и требуют двусторонней связи между ними (дуплексные либо полудуплексные каналы). Процедура обмена информацией между станциями должна занимать ’’одно окно” (размер информационного окна равен 1). Это означает, что запрашиваемая станция принимает запрос на передачу новых сообщений только после успешного приема на ПУ предшествующей передачи либо после фиксации на ПУ ошибки при приеме.

Для процедуры S2 это означает, что новая посылка данных возможна лишь после того, как предшествующая передача полностью окончена, т. е. либо получена квитанция об успешном приеме данных, либо зафиксирована ошибка, требующая их повторения (после определенного интервала времени).

Для процедуры S3 запрашиваемая станция (КП) принимает запрос на передачу новых сообщений только после успешного приема запрашивающей станцией (ПУ) предшествующей передачи либо после фиксации на ПУ ошибки при приеме. Число запросов и интервал времени между последующими после ошибки передачами оговаривается специальными правилами.

С точки зрения диалоговых процедур различаются небалансные и балансные системы телемеханики.

В балансных системах любая станция может быть первичной (передающей или запрашивающей), т. е. выполнять функции КП и ПУ. В небалансных системах первичные и вторичные станции зафиксированы, обычно одна станция (ПУ) является главной (запрашивающей), остальные станции — запрашиваемые или передающие информацию (КП).

Для небалансных систем характерны многоточечные структуры с полудуплексными или дуплексными каналами связи, т. е. с разделением во времени передачи КП—ПУ. Балансные системы обычно используют структуру точка—точка и дуплексные каналы связи с независимой и одновременной передачей данных в обоих направлениях.

Кадры сообщений

Содержание и функциональное назначение сигналов, которыми обмениваются передающая и принимающая станции в системах телемеханики с многоточечной структурой, в процессе реализации того или иного класса диалоговых процедур задаются специальными служебными байтами, которые наряду с информационными байтами входят в кодовую конструкцию, образующую кадры сообщений.

Кадр сообщений состоит из следующих частей: заголовка кадра и тела кадра, которые в свою очередь подразделяются на функциональные поля, содержащие один или несколько байт (рис. 4.5). Заголовок — это начальный кодовый блок кадра, который включает поле длины кадра L, поле адреса А, поле управления данными С, поле данных D и, как всякий кодовый блок, поле контроля CS.

Рис. 4.5. Структура кадра сообщений

Тело кадра содержит несколько информационных блоков (в зависимости от заданной длины L), оканчивающихся байтом (или байтами) контроля CS. Кадр обрамляется байтами начала (который также именуется флагом кадра) и конца кадра. Байты начала и конца кадра выполняют функции кадровой синхронизации и контроля длительности кадра.

В процессе диалога используются так называемые полные (длинные) кадры, которые применяются для передачи данных, либо укороченные (короткие) кадры — для передачи запросов, подтверждений и т.п.

Кадры сообщений, предусмотренные стандартом МЭК, базируются на стандартных кодовых форматах FT1.2, FT2, FT3, рассмотренных в § 4.3. При этом они соответствуют классам достоверности I2 и I3.

Длинный кадр на базе формата FT1.2 (с переменной длиной). В качестве слова ’’начало” используется байт 68 Н, который повторяется в четвертом байте. Второй и третий* байты отводятся для обозначения длины L ; перед информационными байтами следуют байт управления С и байт адреса А (рис. 4.6).

Укороченный кадр формата FT 1.2 начинается байтом ’’начало” 10H. В качестве квитанций о приеме информации используются фиксированные байты Е5Н либо А2H.

Аналогично формируются кадры на базе форматов FT2 и FT3.

* Третий байт является повторением второго.

Назначение полей кадра.

Поле — длина L — обычно содержит один байт и обозначает число байт данных D в информационных блоках кадра (в теле кадра). Значение L лежит в пределах 0—127 либо 0-255.

Адресное поле A кадра сообщения, посылаемого от передающей (первичной) к принимающей (вторичной) станции, содержит адрес принимающей станции (адрес назначения). Адресное поле кадра отвечающей (запрашиваемой) станции содержит адрес этой станции (адрес источника информации). Число байт адресного поля i зависит от конкретных условий применения. Число адресов составляет от 0 до 28i — 1. Первым передается адресный байт, соответствующий наименьшему (по номеру) адресу.

Адрес, предназначаемый всем станциям (циркулярный адрес), соответствует номеру 28i — 1.

Поле управления С содержит информацию о направлении сообщения (от первичной станции ко вторичной или наоборот), о функциональном назначении кадра, о классе диалоговых процедур (S1, S2 или S3), а также сигналы, обеспечивающие функции защиты от потерь и повторения сообщений (рис. 4.7).

Рис. 4.6. Кадры сообщений для стандартных кодовых форматов:

а - кадры формата FT1.2; б - кадры формата FT2; в - кадры формата FT3; L - поле длины; С - поле управления; А - поле адреса; CS - байт защиты

Рис. 4.7. Структура поля управления С

Последовательность передачи бит в линию, начиная со старшего разряда:

бит № 8 — резерв;

бит № 7 НПР — направление сообщения: 1 — от первичной станции ко вторичной, 0 — от вторичной к первичной;

бит № 6 НПР = 1, СЧБ — счетный бит; чередующиеся значения 0,1 при успешной операции посылка — квитанция или запрос — ответ для данной станции. Предназначен для защиты от потерь и дублирующих (повторных) посылок сообщений. Первичная станция при каждой новой процедуре посылка—квитанция или запрос—ответ чередует значение СЧБ. Тем самым первичная станция как бы сохраняет копию номера посылки (четного—нечетного) до ее квитанции или ответа со стороны вторичной станции. Если ответ или подтверждение (квитанция) отсутствуют, то новая посылка посылается с тем же значением СЧБ;

бит № 5 НПР = 1, ОСБ — отмена функции счетного бита: если ОСБ равна 0, функция СЧБ отменяется (т. е. не следует ожидать перемены бита СЧБ); при ОСБ равной 1 функция смены бита СЧБ действует.

В случае посылки команды ’’установка в 0” (RESET) (табл. 4.10, код № 0,1) значение СЧБ всегда 0 и ОСБ равна 0.

Для класса процедуры S1 (посылка, не требующая ответа) для циркулярных сообщений и др., т. е. для процедур, в которых не контролируются потери или дублированные сообщения, изменение счетного бита не контролируется и ОСБ является свободным битом;

бит № 6 НПР = 0, ТЗД — бит требования запроса данных. Предусматривается два класса данных (по приоритету передачи): класс 1 и класс 2. Передается от вторичной станции при наличии у нее данных класса 1. При процедуре S3 бит ТЗД равен 1, если вторичная станция располагает данными класса 1 и готова их передать. При процедуре S2 ТЗД = 1 означает, что вторичная станция хочет получить от первичной данные 1-го класса и запрашивает их. При ТЗД =0 соответственно речь идет о данных не 1-го класса. К данным 1-го класса относятся случайные эпизодические сообщения (например, ТС) или другие важнейшие данные. К данным класса 2 могут быть отнесены циклические ТИ или данные с низким приоритетом;

бит № 5 НПР = О, БФК — контроль переполнения приемного буфера. БФК = 0 означает, что прием сообщений станцией возможен. БФК = 1 указывает, что прием сообщений невозможен ввиду переполнения буфера.

Таблица 4.10. Функциональные коды для поля управления С. Передача от первичной станции (НПР = 1)

Таблица 4.11. функциональные коды поля управления С.Передача от вторичной станции (НПР = 0)

Коды функционального назначения поля управления (функция) образуются четырьмя битами контрольного поля (№ 1, 2, 3, 4), определяют класс диалоговой процедуры и функциональное назначение сообщения (табл. 4.10 и 4.11).

Диалоговые процедуры и сигналы обмена между канальным и пользовательским уровнями протокола передачи сообщений

Стандартом МЭК рекомендуется определенное соответствие между диалоговыми процедурами передачи сообщений (канальный уровень) и сигналами обмена канального и пользовательского уровней на КП и ПУ.

Выделяются следующие четыре вида сигналов между канальным и пользовательским уровнями:

заказ — ЗАК (Si): сигнал от пользовательского уровня к канальному с заказом определенного класса процедуры передачи — S1, S2 или S3;

уведомление от канала — УВК: сигнал от канального уровня к пользовательскому о завершении процедуры по предшествующему заказу. Лишь после получения УВК пользователь может послать следующий ЗАК;

разрешение исполнения — РИ: сигнал от канального уровня к пользовательскому о готовности принятых данных к использованию;

уведомление от пользователя — УВП: сигнал от пользователя о завершении приема предшествующего сообщения с канального уровня.

На рис. 4.8 представлены схемы обмена сигналами между канальными и пользовательскими уровнями при различных диалоговых процедурах.

Процедура передачи посылка без ответа — класс S1

а) Сигналы между пользовательскими и канальными уровнями (первичная процедура)

Первичная станция. От пользовательского уровня посылается сигнал ЗАК (S1) на установку процедуры S1 в канале связи. Если канальный уровень не способен осуществлять передачу сообщений (неисправность модема или неисправность передатчика и т. п.), то он уведомляет об этом пользовательский уровень сигналом уведомления УВК (отрицательная квитанция).

Вторичная станция. При правильном приеме сообщения (без обнаружения ошибок) канальный уровень посылает сигнал ’’разрешение исполнения принятых данных” РИ(D), означающий, что пользователь может использовать полученные данные. После завершения приема сообщения пользователь может уведомить об этом канальный уровень сигналом уведомления УВП.

б) Сигналы передачи по каналу связи (интерфейс канал—канал)

Рис. 4.8. Диалоговые процедуры и сигналы обмена между уровнями протокола передачи сообщений

В канал посылается кадр (посылка D) с функциональным кодом в поле управления № 4 (0100), соответствующий классу процедуры S1 (см. табл. 4.10), и информационными данными D. Между посылками очередных кадров необходимо выдерживать интервал спокойного состояния L в соответствии с выбранными кодовыми форматами FT1.2, FT2 или FT3 (см. § 4.4). Принимающая станция сохраняет принятый кадр в буфере.

Процедуры передачи посылка—подтверждение — класс S2

а) Сигналы между пользовательским и канальным уровнями

Первичная станция. От пользовательского уровня поступает сигнал ЗАК (S2) на выполнение процедуры S2 с указанием числа повторных посылок данных в случае неуспешной передачи (отсутствие квитанции). Если канальный уровень не в порядке (неисправности модема или передатчика и т. п.), то он сразу же уведомляет об этом пользовательский уровень уведомлением УВК (отрицательная квитанция). Если посылка данных по каналу оказывается неуспешной, о чем вторичная станция сообщает первичной соответствующей квитанцией, то канальный уровень передает пользовательскому уровню отрицательную квитанцию УВК. Это же уведомление передается пользователю, если процедура передачи данных оказывается неуспешной после заданного числа повторений (попыток).

Вторичная (квитирующая) станция. Сигнал РИ (D) от канального уровня означает, что прием данных D прошел правильно (без ошибок) и пользователь может ими воспользоваться. Сигнал РИ(Л) не выдается, если новая посылка получена ранее установленного времени исполнения предшествующего сообщения. Разрешение на выдачу РИ(О) может производиться специальным сигналом от пользовательского уровня УВП, сообщающим об освобождении пользователя для приема нового кадра данных (на рис. 4.8 этот сигнал не обозначен).

б) Сигналы передачи по каналу связи

По каналу связи от первичной станции посылается кадр сообщения с функциональным кодом в поле управления, соответствующим процедуре S2 (см. табл. 4.10, коды № 0—3), если предшествующая передача завершена. При успешном приеме данных вторичная станция отвечает положительной квитанцией (КВП). При не приеме данных, например из-за переполнения буфера памяти, от вторичной станции посылается отрицательная квитанция (КВО) (см. табл. 4.11, коды № 0, 1).

Защита от потери и от дублирования (повтора) сообщений. Первичная станция отмечает посылку каждого нового кадра сообщений сменой значения счетного бита СЧБ (0 1 или 1 0). Процедура передачи сообщения оканчивается, когда первичная станция получает неискаженную положительную квитанцию от вторичной станции. Если квитанция искажается или вообще отсутствует, то посылка данных D от первичной станции повторяется с неизменным значением СЧБ. Максимальное число повторений задается на пользовательском уровне сигналом ЗАК (S2).

Вторичная станция запоминает значение полученного счетного бита СЧБ и посланную квитанцию к первичной станции. Если значение бита СЧБ в следующем кадре изменилось (что означает передачу новых данных), то записанная квитанция (или ответное сообщение) стирается и может быть заменена новой. Передача записанной в памяти вторичной станции квитанции (или ответные сообщения) повторяется, если вновь принятые данные содержат ошибку.

Процедура запрос—ответ — класс S3

а) Сигналы между пользовательским и канальным уровнями

Первичная (запрашивающая) станция. От пользовательского уровня поступает заказ ЗАК (S3) на процедуру S3 с указанием числа повторных запросов. Если канал не может (по тем или иным причинам) передать запрос, то пользователю немедленно выдается уведомление УВК (отрицательная квитанция). Канальный уровень передает кадр запрос, если предыдущая процедура запрос—ответ закончена.

Если процедура запрос—ответ заканчивается успешно, то канальный уровень выдает пользовательскому уровню запрашиваемые данные в сопровождении сигнала РИ (D).

При получении отрицательного ответа от вторичной станции (когда запрашиваемые данные не могут быть переданы) канальный уровень выдает пользовательскому сигнал УВК (отрицательную квитанцию). Этот же сигнал УВК передается при неуспешных запросах, повторяемых оговоренное число раз.

Вторичная (запрашиваемая) станция. Если запрос принять без ошибки, то канальный уровень выдает на пользовательский уровень сигнал РИ(3), после которого запрашиваемые данные D поступают в канал для передачи ответа — сообщения.

б) Сигналы передачи по каналу связи

В канал от запрашивающей станции посылается кадр запрос — задание, соответствующий процедуре запрос—ответ с функциональным кодом № 8—11 в поле управления (см. табл. 4.10), если окончена предшествующая процедура запроса.

По получении кадра запрос—задание вторичная станция посылает: либо ответ-сообщение (D), если запрашиваемые данные готовы, либо отриательную квитанцию (КВО) в поле управления ответного кадра, если данные не готовы (см. табл. 4.11, код № 9), либо отрицательную квитанцию в виде отдельного фиксированного байта (либо нескольких байт) при обнаружении ошибки при запросе (см. рис. 4.6).

Защита от потерь и повторных сообщений. Первичная станция отмечает каждый новый кадр процедуры запрос—ответ сменой значения счетного бита (0 1, 1 0). Если предшествующий кадр окончился неуспешно (т. е. вместо запрашиваемых данных пришла отрицательная квитанция), то кадр запрос задания повторяется с прежним значением бита СЧБ.

Вторичная станция принимает счетный бит СЧБ и запоминает его в буферной памяти, так же как и посланный ответ данных. Если новый кадр запроса приходит с изменившимся значением СЧБ, то вторичная станция отвечает новыми запрашиваемыми данными и буферная память перезаписывается. Однако если запрос пришел с тем же значением СЧБ, то посланный ранее ответ данных D повторяется.

Процедура класса S3 применяется для целей сбора данных с рассредоточенных КП (вторичных станций). При общем (циркулярном) запросе КП используется кадр запроса постоянной длины. При индивидуальном запросе кадр запроса должен содержать адреса КП и вид запрашиваемой информации.