SPA总线中文版

('SPA总线通信协议v2.51MRS750076-MTD替代43SPACOM2EN1996-01-23编制审查批准中继和网络控制SPA-总线通信协议v2.5SPA总线1简介...............................................................................................................................................12一般描述.......................................................................................................................................12.1总线和协议定义.....................................................................................................................12.2从站的一般特性.....................................................................................................................13包格式...........................................................................................................................................23.1概述........................................................................................................................................23.2起始和终止字符.....................................................................................................................33.3帧头内容................................................................................................................................33.4数据部分内容（也可参见3.5）...........................................................................................43.5校验和以及奇偶校验位.........................................................................................................44包类型和使用................................................................................................................................44.1主从站包概述.........................................................................................................................44.2主从站之间的通信.................................................................................................................54.3不同类型包的内容.................................................................................................................54.4对时包....................................................................................................................................65包数据转换器................................................................................................................................65.1数据类型................................................................................................................................65.2属于不同数据类型的数据.....................................................................................................76延迟持续.......................................................................................................................................97附录.............................................................................................................................................107.1SPA总线保留的数据项........................................................................................................107.2SPA总线硬件建议................................................................................................................107.3实施中的限制.......................................................................................................................117.4扩展......................................................................................................................................127.4.1用扩展字符集传输字符串............................................................................................127.4.2SPA总线帧中保留的字符.............................................................................................127.5文件传输器...........................................................................................................................127.5.1主站->从站（写从站配置）........................................................................................127.5.1从站->主站（读从站配置）........................................................................................132SPA总线1简介SPA总线起源于分布式保护、控制和事件报告系统的现场总线，在保护单元、控制单元和报警单元通过SPA总线与主站相连接后系统可在各从站间实现互操作。此外该总线还还可以用作在电力网子站的其它设备之间传输数据。本文定义了SPA总线的通信协议。附录2提供了一些物理实现的建议。一般情况下，特别是在对子站的保护、控制系统中，物理实现一定要采用光纤总线环。如果环境中不存在严重的电器干扰，也可以采用其他通信介质。2一般描述2.1总线和协议定义SPA总线用作异步串口通信协议（1个起始位，7个数据位，偶校验，1个停止位），传输速率为9600bps（有时也可以采用300，1200，2400或4800bps）。总线中的包采用ARCII字符方式。该总线支持一主多从。协议基本结构中认为：从站自初始化时不必主站参与，主站预先可以确定从站包含的数据从而可以请求需要的数据。主站还可以发送数据给从站。主站请求的完成可以通过一系列会话（如事件信息）或仅仅一个请求。主站用请求包请求从站信息，用写包向从站发送信息、用广播包（含时间等信息）向所有从站发送。总线收发线路的离线状态是逻辑“1”。2.2从站的一般特性该总线支持附加从站，附加从站可以有几个输入和输出。输入信息通过给输入信号分配限定值和信号输入延迟进行管理。从站集成了一个标记事件记录的实时时钟。具有多个独立操作实体的从站可分成几个通道。通常每个通道只分配一个输入和几个设定值，分配的通道号从1开始。一个从站所有通道的公共信息联合构成通道0。图1是一个三通道从站在分配输入I1、I2和输出O1、O2等之后在本协议中的模样。该1SPA总线从站有四个输入，其中一个分配给通道1，一个给通道2，另外两个给通道3。在三个输出中，有两个是所有通道都相同的，可以分配给通道0，最后一个输出由通道3控制。通道1被分配了三个设定值（S1、S2、S3），通道2和通道3各被分配了两个设定值，通道0也被分配了事件信息L和时间T。3包格式3.1概述包只包含可打印ASCII字符（0AH、0DH、20H、…、7EH）。主站发送的包用括号“>”开始，从站用“lf<”开始；主站包用“cr”(0DH)结尾，从站用“crlf”（0DH和0AH）。从站可以用字符“&”来表示包延续到下一行。包最大长度为255个字符，只要不超过包最大长度，行数是没有限制的。主站包格式如下：通道0TL通道1S1S22S3通道2S1S22S3通道3S1S221I12I13I13I23O10O10O2图1三通道从站的逻辑配置12SPA总线从站包格式如下：或说明：n=从站地址T=信息类型代码e=通道号e/e=第一/最后通道x=数据分类代码（数据类型）m=数据数m/m=首/尾数据冒号“：”用于分隔包头、数据部分、校验部分。例1，请求从站2通道1的设置1：主站：>2R1S1:XXcr从站：lf<2D:10.1:XXcrlf例2，请求从站2通道1的设置1和设置2主站：>2R1S1/2:XXcr从站：lf<2D:10.1/95:XXcrlf例3，请求从站2通道0的所有设置（假设通道0有3个设置）主站：>2RS:XXcr从站：lf<2D:11/3/234.88:XXcrlf注意：从站用多行发送包时，终止符lf和cr在每行末尾都有，不要把它当作下一行的起始字符。3.2起始和终止字符主站包以“>开始”，以“cr”结束。从站包以“lf<”开始，以“crlf”结束。在多行中，除了最后一行的其余各行都跟随字>nTe/eXm/m:xxxx/xxxx/xxx/xx:CCcr｜｜｜｜｜｜｜｜起始头数据部分校验和停止lfnnnRS:CCcr”的响应数据为S1、S2、S3、S4）。3.4数据部分内容（也可参见3.5）数据部分包括由字符“/”分隔的从站数据项。如果数据可从多通道中获得，序号最小的通道首先被发送，然后依次发送下一个。最后数据后跟随“：”。传输的数据可以是数字或文本。有的包数据部分可能根本没有，此时校验和紧随在包头的“：”后。包数据部分可以是空，此时数据部分后续的“：”紧跟在起始部分的“：”（“：：”）。3.5校验和以及奇偶校验位通过校验和以近奇偶校验位可以验证包的正确性。校验和为两个ASCII字符，对应于包数据校验码的16进制数。检验码为包字节异或的结果，注意校验字节自身和“crlf&”不参与校验。4SPA总线发送包中的校验可以忽略，直接用字母“XX”代替。在计算，每个字节收到第8位时完成，该位为校验位。发送时设置校验位使字节校验码为偶数（即有偶数个1），接收时校验位被检查并清除掉。4包类型和使用4.1主从站包概述主站发送的包类型：R（读从站数据）、W（直接数据写入从站）从站发送的包类型：D（数据包）、N（否认）、A（确认）4.2主从站之间的通信主站通过发送包给总线初始化通信。从站识别到自己的编号在主站的包中，就发送适当的响应包。如果从站没有收到以“>”为起始符、含有自己站号、有结束符“cr”的包就不应答。如果奇偶校验或和校验出错，从站或者不响应，或者用错误码为0的否认包应答。此时如果未达到重发次数上限，主站就重发该包，直到从站正确响应。从站发送的包不是对主站的确认。如果主站发现从站发送的错误包，就重发该包。通信基本上可以分为两种类型：读从站数据和写数据给从站。读从站数据只有一种可能的交互过程。写数据给从站可能采用两种过程之一：直接数据写给从站、用广播方式同时写给所有从站。\uf06c从从站读数据：主从主站发R----------------------------------》从站响应《---------------------------------D例：主站读子站14通道1的所有设置3，交互过程如下：>14R1S3:XXcrlf<14D:10.1:XXcrlf\uf06c直接数据写给从站：主从主站发W----------------------------------》从站响应《---------------------------------A例：主站希望设置从站14的输出5，交互过程如下：>14WO5:1:XXcrlf<14A:XXcrlf\uf06c用广播地址同时写所有从站5SPA总线主从主站发W----------------------------------》（从站无需确认）例：发送时钟：>900WT:37.271:XXcr发送数据：>900WV251:1:XXcr注意：应避免采用广播包（除了对时），因为不同类型的从站其变量V、设置S、输出O的含义是不相同的。4.3不同类型包的内容\uf06c读类型包：不包含数据部分，包格式如下：>nRe/eXm/m:CCcr\uf06c数据类型包：包含数据部分，包头只包含从站号和包类型，格式如下：lfnWe/eXm/m:xxxx/xxxx/xx:CCcr\uf06c确认类型包：没有数据部分，头中只包含从站号和包类型。格式如下：lf900WT:xx.xxx:CCcr数据部分包含了时间，格式为：1/10秒，秒，1/10千（ths），1/100千，1/1000千秒为了补偿通信延迟，主站并不是发送在发送时刻的时间，而是从站收到时钟包最后一个字符时刻的时间。\uf06c日期和时间：要使主站与从站的全部日期和时间保持同步，要以下面格式进行广播：>900WD:yy–mo–ddhh.mm;ss.sss:CCcr该包通常以10…60秒的间隔发送。6SPA总线5包数据转换器5.1数据类型各从站传输的数据类型被分成下述逻辑数据类型之一：数据类型字母代码（在包中的格式）输入数据I输出数据O设定值S变量（内部）V内存数据M从站状态C从站标识F时间T日期和时间D最近事件L备份缓冲区中的最近事件（可重复请求）B报警有效A所有从站都不提供所有类型的数据，因为目前不同区域可得到不同的从站。从站提供的数据类型C、F、T、D、L、B、A只在通道0中，I、O、S、V、M可在通道0和其它通道中。5.2属于不同数据类型的数据\uf06cI、O、S、V、M类型数据1.I：输入数据包括从站的模拟量和数字量输入。2.O：输出数据包括从站的模拟量和数字量输出。3.S：设定值指设定参数，使从站与电流操作状况协调一致。4.V：内部变量包括：给出被监视过程或其事件的实现数据给出从站和其功能的实现数据控制从站在操作状况下的功能的数据规划从站的某些通用功能的数据5.M：内存数据包括内存存储的测量量和状态数据，该类型内存存储数据一般只能从datalogger类型的从站中获得。此外，该类型数据可用做传输不同类型的实现数据，如传输数据或可编程数据的的空间单元和详细部分。7SPA总线6.I、O、S、V类型数据的表示格式：通常用处的数据（数据编号1~100）为十进制数，以ASCII码传输。专用数据（数据编号101~999999）可为其他格式，此时产品文本中应给出格式说明。数字值可包含小数点和正负号，整数部分的长度为1~10位，小数部分长度为0~10位。发送数据给从站的一般规则：整数部分至少有一位整数部分不包含没有用的0小数部分不包含没有用的0如果有小数点，不可使它出现在数字的第一位或最后一位例：主站不可以发送如下数字：0012000.5.67.8.00应当为：1200.50.678注意：①SPA总线从站应可以将收到的数值四舍五入或截断。如果从站无法处理接收的数值应丢弃，并以错误码8向主站返回否认包。②如果前导零的数量对有从站有重要的用途（如该数量表达了设定值的精度），必须在从站产品的文档中注明。此时主站应可以发送必要数目的前导零。7.M类型数据的表示格式：M类型通常认为是字符串格式，如数据中可能包含数字和字母或其他除了SPA总线专用的ASCII字符（20H~7EH）。\uf06cF、T、D、C类型数据1.F：从站标识数据用于区分从站类型，最长10个字符，如：可以是从站产品代号。2.T：时间在包中用如下格式发送：xx.xxx1/10ths,1/100ths,1/1000ths秒1/10s和s3.D：日期和时间发送格式如下：yy-mo-ddhh.mm;ss.sss4.C：从站状态从站状态可以用两位表示，在包中状态值为0，1，2，3。①状态位0：从站复位或其他状况，可能会导致事件数据的丢失。当该位置1（C=1或C=3）时，从站响应事件请求时总是用事件xx.xxxE50响应，直到该位被清除。主站必须通过发送“>nWC:0:CCcr”来清除它。②状态位1：代表从站事件缓冲区溢出。当该位置1时（C=2或C=3），从站在响应事件请求时总是以事件xx.xxxE51应答，直到该位被清除。主站应通过发送“>nWC:0:CCcr”来清除该位。由于溢出，从站通常停止向缓冲区放新事件，该位必须清除来重新使正常的事件存入缓冲区。\uf06cL、B类型数据1.L：最近事件包括自上次请求之后进入时间缓冲区的事件。从站按照时间顺序发送最近事件。如果最近事件不能填写到一包中，剩余最近事件不再发送，直到下一次请求。2.B：备份缓冲区中的最近事件可多次请求，包含的数据与最近事件相同。通常主站通过数据类L向从站请求最近事件，然而如果从站的应答包中包含错误信息，此8SPA总线时主站不能再重新请求类型L，而是应请求类型B的数据。下文中进行详细说明。①事件标记表达格式事件标记包含如下项目：<时间><空格><通道号><字母E><事件号>时间：1/10秒，秒，1/10ths秒，1/100ths秒，1/1000ths秒。小数点用于分隔秒和它的小数部分。空格：用于分隔通道号：长度为3位。如果通道号为0应忽略字母E：用于分隔事件号：长度为1~2位，范围0~63。例：如果模拟报警单元23的通道分配了两个限制值，且通道5的事件被编码为：code5E1equalschannel5signalbelowlimit1code5E2equalschannel5signalabovelimit1code5E3equalschannel5signalbelowlimit2code5E4equalschannel5signalabovelimit2则通道5在10.235时刻发生事件代码E2，在11.555时刻这个通道发生事件E4，就会有如下类型D的包：1f<23D:10.2355E2/11.5555E4:CCcrlf如果请求事件而从站事件缓冲区为空，从站用空数据包响应：lf<23D::CCcrlf②模拟量事件可以在发送事件的同时携带模拟量值。此时事件标记的格式如下：<时间><空格><通道号><字母Q><事件号><空格><值>值遵循SPA总线模拟量数据。例如：10.2345Q65.05在选择为参数（V类型）时使用该时间类型。该参数缺省设置为0，这就使总线上使用该单元的主站可以处理“模拟量事件”。模拟量值的含义要根据设备类型。该值可以是例如一个依赖与事件的测量值、故障电流或故障数据记录的索引号等。③事件号事件遍号为1~63，对于事件好的解释要根据从站类型。通道0的事件号E50~E54为保留专用，其功能如下表：E50从站复位，或遇到硬件、程序故障。此时可能会丢失事件E51事件缓冲区溢出E52从站连接临时故障E53从站无连接E54从站连接重新建立注意：事件E50和E51会在事件请求时不断上报，直到事件类型对应的状态位被清除。（见数据类型C）事件E52、E53、E54由总线上的主站单元产生。\uf06cA类型数据在A类型数据被请求时，从站用无时标的方式发送报警事件的标记。从站测试所有可9SPA总线能引起的报警，在此基础上形成有效报警标记。所以事件标记没有从从站的事件缓冲区中返回，因为虚拟信息不允许在该缓冲区中。相应地，如果前文事件例子中的事件仍然在激活状态，将出现在对A类数据请求的应答数据包中：lf<23D:5E2/5E4:CCcrlf活动报警可以从所有通道中应如下包进行请求：>nRA:CCcr（n为从站号）或从一个通道总用如下格式请求：>nRcA:CCcr（n为从站号，c为通道号）当从站被请求有效报警，而又没有活动报警时，从站用空数据包应答：lfnRM31:CCcr）,读操作之后标志器自动指向记录的下一行，因此可以通过连续发送读M31数据项内容命令来读取一个记录。也可以在读行之前先设置好M29和M30的值，需要发送读命令的次数可以通过数据项M28的内容进行计算得出（M28和M31的格式要根据记录器设备的类型来确定）。成功读到最早的记录后，可以通过给数据项V16发送两个写命令来清除它（>nWV16:0:CCcr和>nWV16:1:CCcr），此后可以通过发送命令给数据项V20设置块和行标志器为下一个最早记录的开头（>nWV20:1:CCcr）。7.2SPA总线硬件建议主从站之间物理上通过称为总线连接模块的独立接口模块连接，因而可以使用不同的物理介质，如玻璃或塑料光纤、485总线或电流环，介质的选择要根据应用的要求（优先光纤）。\uf06c总线连接模块接口总线连接器与产品之间的接口通常为：产品端9芯的母D接头信号级别：RS-485或TTL（优选RS-485）如果有适当的总线连接模块，也可以使用25芯的接头和RS-232-C。SPA总线/RS-485连接器的针脚定义为:针脚用途11SPA总线1数据A，数据信号对，信号A(+)2数据B，数据信号对，信号B(-)3RTSA，请求发送信号对，信号A(+)4RTSB，请求发送信号对，信号B(-)7GND，总线连接模块供电信号接地8+5V，总线连接模块供电9+8V，总线连接模块供电SPA总线/TTL连接器的针脚定义为:针脚用途2TXD，传输数据,从产品来的数据3RXD，接收数据,数据到产品7GND，总线连接模块供电信号接地9+8V，总线连接模块供电\uf06c光纤SPA总线该总线由一个或多个光纤环组成，下图为两个光纤环的SPA总线：总线连接器模块的逻辑结构如下图（略），1=灭，0=亮。……7.3实施中的限制……SPA总线的主站中，应使响应超时时间（如50…500ms）和线路空闲时间(0…10ms)可配置。某些响应迟缓的设备通信时需要修改超时设置才可以；线路空闲指从站上次发送响应的最后字符与主站下次包发送的开始之间的时间，该时间的存在使从站软硬件有时间从发送转向接收。主站从从从从从从12SPA总线7.4扩展7.4.1用扩展字符集传输字符串SPA帧中应只包括码值为“0A、0D、20~7E”的可打印字符，这85个字符中有11个是SPA保留的。然而个人计算机是可以处理256个字符的，为使这256个字符都可以传递，可以将字符的码值用两个字节传递，并在传输前加上“$”，如：原始字符被传输的字符3E>$3E3C<$3C0DCarriagereturn$0D7.5SPA文件传输器3A:$3A这种处理方式已应用在生成保护器REG100中，从而将保护单元提供的字符串精确地传递主机上。采用这种方式避免了保护单元与主机之间软件版本的冲突。7.4.2SPA总线帧中保留的字符SPA帧中应只含有可打印的ASCII字符（码值0A、0D、20~7E）。这98个字符其中11个为SPA保留专用，用来进行传输控制、帧分隔等用处，下列的字符为保留：码值保留字符说明0A换行从站起始/终止字符0D硬回车主/从帧终止字符21！待用22“待用24$ASCII码切换字符26&继续字符2F/数据分隔字符3A:数据部分分隔字符3C<从站帧起始字符3E>主站帧起始字符3F?将来用13SPA总线7.5文件传输器7.5.1主站->从站（写从站配置）①主站通过发送下面的帧初始化文件传输：>ssW0M200:ID/count:CCcr其中：ss=从站号；ID=文件标识；count=块数（每块100个ASCII格式字符，最后一块可少于100个字母）CC=校验和错误时将给出如下NACK帧：\uf06c设备对文件传输未就绪（如正在进行另一个文件传输）：N1\uf06c指定的文件标识不存在：N6\uf06c在设备目前的模式下不能接受文件传输（如密码未设置）：N7奇偶校验错误等按照通常的方式处理②初始化后主站发送如下数据块：>ssW0M201:N/datablock;CCcr其中：N=块数\uf06c初始化后主站必须在10秒内开始发送这些块。\uf06c如果从站发送对某个数据块的ACK后，10秒后仍然未收到下一个数据块，将终止对该文件的接收。\uf06c两个帧之间的最小延迟为500毫秒。\uf06c从站必须关注块号，在收到错误块号后就可以忽略。\uf06c向从站写配置的同时，主站必须保留完整的配置文件（安全原因），所以第一个块号必须是1。如果出现错误，将给出如下NACK帧：\uf06c块来的太急（忙）N1\uf06c多余块（比指定的块数多）N5\uf06c从站撤消文件传输（如10秒超时未收到下一帧）N7\uf06c块号无效N8\uf06c数据长度错误N8N1和N8时允许重发该帧，N5和N7告知出现了严重问题，主站必须从头开始文件传输。奇偶校验错误等按照通常的方式处理。③传输后主站必须发送“终止帧”：>ssWOM202:ID:CCcr\uf06c文件传输终止帧必须在最后一个数据块的ACK之后10秒内发送\uf06c该帧用作文件传输终止的确认帧。在错误状态发生后，将给出如下NACK帧：\uf06c块来的太急（忙）N1\uf06c错误的文件标识N514SPA总线\uf06c块还没有接收全N6\uf06c从站已经撤消了文件传输（如10秒超时后）N7奇偶校验错误等按照通常的方式处理。N1和N8后允许主站重传该帧，N5和N7下主站必须从头开始重新传输文件。\uf06c新的配置必须用SPA保留命令V151存储在永久存储器中。\uf06c新配置在复位后起作用。7.5.1从站->主站（读从站配置）①主站向从站发送初始化帧：>ssW1M200:ID/N:CCcr其中：ID=文件标识N=第一个要读的块如果发生错误，将给出下列NACK帧：\uf06c设备忙（如正在进行另一个文件传输）N1\uf06c请求的文件标识不存在N6\uf06c请求的第一个块不存在N6奇偶校验错误等按照通常的方式进行处理。②主站读块的数量：>ssR1M200:CCcr从站用文件中的块数进行响应，从要读的第一块到文件的最后一块。如果发生错误，将给出如下NACK帧：\uf06c块来得太急（忙）N1\uf06c从站已撤消了文件传输（如10秒超时）N7奇偶校验错误等按照通常的方式进行处理。如果收到N1，主站可以重新传输该帧。③主站读数据块：>ssR1M201:CCcr从站用数据块进行响应：