Канальный уровень обеспечивает задание последовательности кадрам сообщений, обнаружение ошибок синхронизации и размера кадра. В функции канального уровня входят опросы КП, передача квитанций, повторы при искажениях в канале. По ГОСТ Р МЭК 870-5-1-95 предусмотрены 3 класса услуг канального уровня: S1 - посылка без ответа, S2 - посылка/подтверждение, S3 - запрос/ответ.
В АСТМУ-А используется класс S3. Эта услуга представляет собой получение информации от контролируемого пункта по запросу пункта управления, т.е. используется для процедуры "чтение". При невозможности передачи сообщения контролируемый пункт отвечает отрицательной квитанцией. При обнаружении ошибки при приеме ответа или при приеме отрицательной квитанции запрос повторяется оговоренное число раз, после чего на вышестоящий уровень протокола передается сигнал о неисправности системы.
Порция информации, сформированная канальным уровнем из данных, поставляемых уровнем приложения, обычно называется кадром.
Прикладной уровень определяет режим запуска передачи и основные функции пользователя. В системе АСТМУ-А в основном используется режим запуска передачи "по запросу". В этом случае ПУ запрашивает КП для передачи информации о действительном состоянии объектов. Возможности прикладного уровня задаются программным обеспечением операторской станции диспетчера. Обычно они включают функции инициализации и синхронизации контролируемых пунктов, сбор данных, команды управления, передачу параметра для КП.
Наиболее уязвимым звеном передачи информации является линия связи; уровень помех, воздействующих на нее, трудно изменить. Помеха в общем случае может исказить сигнал, в результате приемник информации получит сообщение с ошибкой A/ (t) ф X (t). Для оценки достоверности информации наиболее часто выбирается вероятность ложного приема Рд пр-
Все телемеханические каналы связи разделяются по достоверности на три класса: I, 2,3
Международная электротехническая комиссия разработала ряд стандартных форматов для телемеханики. Эти форматы характеризируются значениями вероятностей нераспознанных ошибок. Структура форматов приведена на рис.4.
Формат FT1.1 представляет собой последовательности бит, сгруппированные в кодовые слова. Эти группировки часто называют байтами или символами. Каждое слово содержит данные, обрамленные служебными битами. В формате FT1.1 используются служебные биты: до данных - стартовый бит ("О"), после данных - бит проверки на четность р и столовый бит ("1"). Для кодирования данных выделяются 8 бит.
Слова передаются без пауз между ними, т.е. блоками. Такой блок называется кодовым предложением или кадром (фреймом). Число слов в кадре для формата FT 1.1 не должно превышать 127. Если необходимо передать сообщение больше, чем 127 байт, то оно разбивается на несколько кадров.
Формат FT 1.1 используется в малоответственных системах передачи информации (например, в циклических системах телеизмерения).
Формат FT1.2 состоит нескольких слов с данными (не более 255) и служебного слова в конце кадра. Каждое информационное слово имеет такую же структуру, как и в формате FT1.1 В служебном слове записывается контрольная сумма. Контрольная сумма определяется путем арифметического поразрядного суммирования всех слов с данными по модулю 256 и инвертированием полученного результата. ГОСТ Р МЭК 870-101-2001 допускает использование блоков только формата F1.2.
В формате FT2 каждое слово имеет только 8 информационных бит.
Формат FT3 строится по тем же принципам, что и FT2, с использованием более мощного образующего полинома Р (x) =х16 + x13+x12 + + x11 + х10 + х8 + х6 + х5 + х2 + 1. Минимальное кодовое расстояние увеличивается до шести dmjn = 6.
Рис.4. Схема рекомендуемых форматов телемеханики
На рис.5 приведены вероятности нераспознанных ошибок для рассмотренных форматов и классов достоверности.
Рис.5. Классы достоверности стандартные форматы телемеханики
Электрический интерфейс. Сигналы в RS-232 передаются относительно общего провода - сигнальной земли (SG). Логической единице (SPACE - для данных, ON - для линий управления) соответствует напряжение на входе приемника в диапазоне от - 25 до - 3 В, логическому нулю (MARK - для данных, OFF - для линий управления) - напряжение от +25 до +3 В. Сигнальная земля SG является общим проводом для всех электрических цепей интерфейса. Ток короткого замыкания передатчиков - не более 20 мА.
Линии данных обозначают TD и RD. Интерфейс RS-232C обеспечивает два независимых последовательных канала данных: первичный (главный) и вторичный (вспомогательный). Оба канала могут работать в полнодуплексном режиме, т.е. одновременно осуществляют передачу и прием информации. На рис.6 показаны уровни сигнала интерфейса RS-232.
Рис.6. Передачи символа на сигнальных линях TD/RD интерфейса RS-232
Управляющие сигналы интерфейса RS-232. Кроме земли и линий данных, в интерфейсе RS-232 определены управляющие линии и линии синхронизации, последние используются при работе в синхронном режиме.
Управляющие сигналы (RTS, CTS, DTR, DSR, DCD). Эти сигналы позволяют ШЕ начать диалог с DCE до передачи или приема данных, а также могут служить для управления потоком данных (приостановление/возобновление передачи). В полном наборе интерфейса определено 25 различных сигнальных линий. В практике чаще всего применяются 9 цепей.
Потоком данных управляют либо аппаратно, либо программно. Управление заключается в посылке приемником уведомления о возможности/невозможности приема данных.
Аппаратное управление потоком (Flow Control) использует сигнал CTS, который позволяет остановить передачу данных, если приемник не готов к их приему. Передатчик выдает очередной байт только при включенной (состояние ON) линии CTS. Байт, который уже начал передаваться,
сигналом CTS не останавливается, что гарантирует целостность посылки. Если аппаратный протокол не используется, у передающего терминала должна устанавливаться перемычка RTS - CTS.
Способ синхронизации. Интерфейс RS-232 является последовательным интерфейсом и наиболее часто используется в асинхронном режиме. Последовательная передача означает, что данные передаются по единственной линии. Для синхронизации (в асинхронном режиме) битам данных предшествует стартовый бит, заканчивается посылка (старт-стопный символ) одним или двумя стоповыми битами. В состоянии тишины передатчик обычно выдает уровень логической
единицы. Если приемник начинает получать поток байтов, то его внутренний генератор запускается при получении перепада 1/0, соответствующего нормальному началу очередного символа (стартовый бит после стоп-бита или интервала тишины). Таким образом осуществляется циклическая синхронизация приемника в начале каждого принимаемого символа.
Общие сведения.
Протокол передачи - формализованный" набор правил, полностью определяющий порядок взаимодействия устройств или процессов друг с другом. Протокол определяется перечнем передаваемых сигналов, процедурой обмена этими сигналами, форматами сигналов и правилами кодирования каждого поля формата.
В данном курсовом проекте рассмотрим протокол Modbus RTU, который применяется в системе АСТМУ-А. Этот режим поддерживает требования стандарта ШС 870-5 (уровень 2, канальный). Для передачи данных интерфейс не определен, обычно используются RS-232C, RS-422, RS-485 или токовая петля 20 мА. В АСТМУ-А токовая петля не используется.
Данный протокол определяет требования к канальному (второму) и прикладному (седьмому) уровню модели OSI. Протокол предполагает в линии одно активное (ведущее, запрашивающее, главное) устройство Master, которое может обращаться к нескольким пассивным (подчиненным) устройствам Slave по их адресу. Синтаксис команд протокола позволяет адресовать 247 устройств. Инициатива проведения обмена всегда исходит от ведущего устройства. Ведомые устройства прослушивают линию связи. Master подает запрос на линию и переходит в состояние прослушивания линии связи. Ведомое устройство отвечает на запрос, пришедший в его адрес.
Окончание ответной посылки Master определяет, вычисляя временные интервалы между окончанием приема предыдущего байта и началом приема следующего. Если этот интервал превысил время, необходимое для приема двух байт на заданной скорости передачи, прием кадра ответа считается завершенным.
Диалоговые процедуры и форматы кадров
Рис.7. Диалоговая процедура обмена сообщениями в Modbus
Сообщения при обмене формируются в кадр из отдельных байт (символов, посылок). Возможные структуры байта в Modbus RTU приведены на рис.8.
Рис.8. Структура байта Modbus:
а - при наличии бита контроля на чёткость/не чёткость (бит паритета);
б - при отсутствии бита паритета
При установке на четность подсчитывается количество бит в области данных, и если оно нечетное, то бит паритета устанавливают в 1, а если четное, то бит паритета устанавливают в 0, таким образом, общее количество бит будет четным.
Кадры запроса и ответа по протоколу Modbus имеют фиксированный формат. Каждый запрос со стороны ведущего узла включает код команды (чтение, запись и т.д.), адрес абонента, размер поля данных, собственно данные и контрольный CRC-код. Функция обслуживания тайм-аута реализована для фиксирования коллизий при приеме/передаче данных. Размер полей в байтах приведен на рис.9.
Старт кадра - очередной кадр начинается с интервала тишины (логического сигнала 1) длительностью не менее 3,5 символа (байта) на данной скорости передачи. Стартовое поле необходимо, поскольку используется асинхронная передача, и необходимо в канале связи иметь признак начала передачи.
Рис.9. Формат кадра протокола локальной сети подстанции:
A - адрес подчинённого устройства; С - номер функчии; D - данные; GКС - контрольная сумма
Адрес подчиненного устройства - первое однобайтное поле кадра. Оно содержит адрес подчиненного устройства, к которому адресован запрос. Подчиненные устройства отвечают только на запросы, поступившие только в их адрес. Ответ также начинается с адреса отвечающего устройства, который может изменяться от 1 до 247. Адрес 0 используется для широковещательной передачи, его распознает каждое устройство, но ответы не возвращаются.
Номер функции (код команды) сообщает устройству, каких данных или выполнения какого действия требует от него ведущее устройство; принимает значения от 1 до 247.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6
