GB∕T 29001.2-2012 机床数控系统 NCUC-Bus现场总线协议规范 第2部分：物理层

机床数控系统NCUC-Bus现场总线协议规范Part2:PhysicallayerI前言 2规范性引用文件 3术语和定义、缩略语 3.1术语和定义 3.2缩略语 54概述 55体系结构 66物理拓扑结构 66.1概述 66.2环形结构 6.3单线形结构 86.4双线形结构 87机械特性 87.1概述 87.2连接端子 7.3通信线缆 7.4状态指示灯 8电气特性 9规程特性 10标识 附录A(资料性附录)连接端子 ⅢGB/T29001《机床数控系统NCUC-Bus现场总线协议规范》分为以下部分： ——GB/T——GB/T*年◆·●29001.2数据链路层；应用层；测试；安全；本部分为GB/T29001的第2部分。本部分按照GB/T1.1-2009给出的规则起草。本部分由中国机械工业联合会提出。本部分由全国机床数控系统标准化技术委员会(SAC/TC367)归口。本部分起草单位：沈阳高精数控技术有限公司、广州数控设备有限公司、大连光洋科技工程有限公司、武汉华中数控股份有限公司、浙江中控电气技术有限公司。系统系统管理机床数控系统NCUC-Bus现场总线(NCUnionofChinaFieldBus,数控系统联盟总线，简称据链路层、应用层),参考模型将互连标准化区域细分为一系列层次规范，每层有可管理的范围。图1描述了机床数控系统NCUC-Bus现场总线的物理层与NCUC-Bus的数据链路层及系统管理d)挂接设备数最多可达255个；1机床数控系统NCUC-Bus现场总线协议规范第2部分：物理层1范围GB/T29001规定了机床数控系统NCUC-Bus现场总线(以下简称NCUC-Bus)的数据类型和基本的数据传输方式，确立了NCUC-Bus用于机床数控系统及工业自动化控制过程而规定的通信协议GB/T29001的本部分规定了NCUC-Bus物理层的要求，同时规定了介质和网络组态的要求。本部分适用于机床数控系统。其他用途的数控系统可参照本部分。注1:NCUC-Bus的物理层与GB/T9387.1—1998所定义的ISO/OSI的七层模型的第一层一致。注2:NCUC-Bus所规定的介质和网络组态要求，用以保证在数据链路层差错检查之前的数据完整性及物理层设备之间的互操作性。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB4208—2008外壳防护等级(IP代码)(IEC60529:2001,IDT)GB/T9387.1-1998信息技术开放系统互连基本参考模型第1部分：基本模型(idtISO/IEC7498-1:1994)GB/T11014—1989平衡电压数字接口电路的电气特性GB/T18015.1—2007数字通信用对绞或星绞多芯对称电缆第1部分：总规范(IEC61156-1:2002,IDT)GB/T29001.1--2012机床数控系统NCUC-Bus现场总线协议规范第1部分：总则ANSI/TIA/EIA568-B商业建筑电信布线标准(CommercialbuildingtelecommunicationsIEEEStd802.3—2005信息技术系统间通信和信息交换局域网及城域网特殊要求第3部分：带冲突检测载波监听多从访问(CSMA/CD)的访问方式及物理层规范(Informationtechnology—Tele-communicationsandinformationexchangebetweensystems—Localandmetropolitanareanetworks—Specificphysicallayerspecifications)IEEEStd1394a—2000高性能串行总线IEEE标准一第1次修订版(IEEEstandardforahighperormanceserialbusUSBSpecificationRevision2.0USB通用串行总线规范2.0规格(Univ3.1术语和定义GB/T29001.1界定的以及下列术语和定义适用于本文件。2GB/T29001.2—2012对通信系统数据交换中的数据格式、时序关系和纠错方法的约定。[GB/T29001.1—2012,定义3.1.1]总线bus通过分时复用的方式，将信息从一个或多个源部件传送到一个或多个目的部件的一组传输线，是通信系统中传输数据的公共通道。[GB/T29001.1—2012,定义3.1.2]处于ISO/OSI通信参考模型的最底层，是整个通信系统的基础。物理层为设备之间的数据通信提[GB/T29001.1—2012,定义3.1.3]数据链路层datalinklayer数据链路层是建立在物理层之上的数据通道。在数据通信期间，收发两端可以进行不等的一次或多次数据通信。每次通信都要经过建立通信联络和解除通信联络两个过程，这种建立起来的数据收发关系就叫做数据链路。而在物理介质上传输的数据难免受到各种不可靠因素的影响而产生差错，为了弥补物理层的不足，为上层提供无差错的数据传输，就要能对数据进行检错和纠错。数据链路的建立、拆除和对数据的检错、纠错是数据链路层的基本任务。[GB/T29001.1-2012,定义3.1.4]应用层applicationlayer应用层是位于物理层和数据链路层之上，用户任务之下的所有部分，并向上提供接口和服务。[GB/T29001.1—2012,定义3.1.5]设备device接入通信网络中，具有特定功能行为的物理实体，例如接入NCUC-Bus网络的数控装置、伺服驱动装置或I/O装置等。每个设备在NCUC-Bus中具有唯一的设备地址。[GB/T29001.1—2012,定义3.1.6]网络中发起通信的设备称为主设备。NCUC-Bus协议约定在一个NCUC-Bus环路中只能有一个[GB/T29001.1—2012,定义3.1.7]注：从设备又称为从站。[GB/T29001.1—2012,定义3.1.8]3广播为在网络中多设备通信的最普遍的形式，发送方向每一个目的设备投递一个分组的拷贝。发送端可以通过多个单次分组的投递完成，也可以通过单独的连接传递分组的拷贝，直到每个接收方均收到一个拷贝为止。[GB/T29001.1—2012,定义3.1.9]3.1.10单地址传输singleaddresstransmission单地址传输是针对网络中传输的两个设备间的关系而言的，单地址传输指的是发送端把数据传给网络中指定的设备。[GB/T29001.1—2012,定义3.1.10]集总帧传输slavedeviceinformationtrainpackedtransmission发送端将需要向网络中各从设备传输的数据依次封装成一个数据包，然后从发送端的一个端口发出，依次通过各从设备，然后回到主设备的另一个端口或者同一个端口。从设备在数据包经过时，依据数据包中的地址信息，下载主设备传输给该设备的数据，同时将需要反馈的数据上载到数据包中。[GB/T29001.1—2012,定义3.1.11]3.1.12网络的拓扑结构是引用拓扑学中研究与大小、形状无关的点、线关系的方法，把网络中的通信设备抽象为一个点，把传输介质抽象为一条线，由点和线组成的几何图形就是网络的拓扑结构。网络的拓扑结构反映出网络中各实体的结构关系，是建立网络的第一步及实现各种网络协议的基础。拓扑结构主[GB/T29001.1-2012,定义3.1.12]3.1.13线形结构linearstructure一种网络拓扑结构，设备之间通过通信线路依次连接的路由方法。[GB/T29001.1—2012,定义3.1.13]3.1.14一种网络拓扑结构，设备之间通过通信线路组成闭合回路的路由方法，数据在其中只能单向传输。[GB/T29001.1—2012,定义3.1.14]周期通信cyclecommunication内容具有严格时效性的信息交换行为，每隔特定的时间长度，设备进行一次通信。[GB/T29001.1—2012,定义3.1.15]3.1.16周期数据cycledata具有严格时效性的数据。[GB/T29001.1—2012,定义3.1.16]3.1.17非周期通信noncyclecommunication内容不具有严格时效性的信息交换行为。4[GB/T29001.1-2012,定义3.1.17]一个站点获得网络中传输数据的过程。[GB/T29001.1—2012,定义3.1.18]3.1.19总线稳定地保持特定的工作模式。[GB/T29001.1—2012,定义3.1.19]描述状态以及状态间转换过程的信息模型。[GB/T29001.1—2012,定义3.1.20]3.1.21通信系统自设备通电到可以进行正常通信的过程。[GB/T29001.1-2012,定义3.1.21]网络中传递的一组能够被设备识别的，表示设备需完成特定行为的代码。[GB/T29001.1—2012,定义3.1.22]NCUC-Bus网络中从设备发出的被主设备接收的包含从设备信息的代码。[GB/T29001.1—2012,定义3.1.23]ISO/OSI参考模型referencemodelISO/OSI用于指导定义通信协议的网络层次体系结构(见GB/T9387.1)。[GB/T29001.1—2012,定义3.1.24]在固定的时间段内可传输的资料数量，即在通信线路中传输数据的能力，又叫频宽。在数字设备中，频宽通常以bit/s表示，即每秒可传输的数据位数。[GB/T29001.1—2012,定义3.1.25]数据链路层的协议数据单元，也是数据链路层发起一次通信的基本信息单位。帧由若干个字节组[GB/T29001.1—2012,定义3.1.26]网络中交换与传输的数据单元。报文包含了将要发送的完整的数据信息，可以被分割为若干帧，在接收端进行信息的组合。5GB/T29001.2—2012[GB/T29001.1—2012,定义3.1.27]逻辑链路控制logiclinecontrolLLC子层的主要功能是控制对传输介质的访问，LLC子层负责向其上层提供服务；LLC负责识别数据链路层的上层协议，然后对其进行封装。超五类线enhancedgategory5cable用于运行快速以太网的非屏蔽双绞线电缆，传输频率为100MHz,传输速率也可达到100Mbit/s。[GB/T29001.1—2012,定义3.1.29]3.2缩略语下列缩略语适用于本文件。100Base-Tx运行在两对五类双绞线上的快速以太网ALApplicationLayer应用层CRC-32(16)CycleRedundancyCheck32(16)32(16)位循环冗余码校验算法DLEDataLinkEntity数据链路实体DLLDataLinkLayer数据链路层MACMediaAccessControl介质访问控制NCUC-BusNCUnionofChinaFieldBus中国数控系统联盟现场总线OSIOpenSystemsInterconnection开放系统互连PhLPhysicalLayer物理层NCUC-Bus的物理层协议规范主要提供建立和解除机床数控系统通信的物理连接、位流传输、管理等，同时规定了以下物理接口的各种特性：——电气：信号电平、信号的脉冲宽度和频率、数据传送速率、最大传输距离等；——功能：接口引(线)脚的功能和作用；NCUC-Bus物理层兼容IEEEStd802.3—2005的以太网物理层，其传输介质为五类/超五类双绞线和光纤，通信速率最高可达100Mbit/s,挂接设备数最多可达255个。NCUC-Bus物理层具有以下特点：--与以太网兼容；——支持环形和线形网络；——通信速率最高可达100Mbit/s;——挂接设备数最多可达255个；——采用平衡方式，支持五类/超五类双绞线和光纤传输。物理层数据服务主要有以下的功能：——检测数据传输链路连接；——拓扑结构连接状态评估；-收发数据。65体系结构NCUC-Bus协议规范的物理层结构模型如图2所示，对物理层而言，向上为数据链路层的MAC子层提供服务，向下在各种通信介质上实现比特流传输。用户进程用户进程服务应用层表示层协议应用层会话层传输层网络层接口链路层物理层链路层物理层链路层物理层用户进程应用层接口协议服务ISO体系结构主设备体系结构从设备体系结构图2NCUC-Bus体系结构关系图6物理拓扑结构6.1概述NCUC-Bus网络支持物理拓扑结构为环形结构(见图3)、单线形结构(见图4)、双线形结构(见图5)。主站从站2从站1从站n从站从站2从站1从站n图3环形网络拓扑结构7主站主站从站n—1主站从站n-1从站2从站2从站1从站n从站1从站n图4单线形网络拓扑结构主站从站1从站i从站n从站i+1图5双线形网络拓扑结构NCUC-Bus的主站与从站采用五类、超五类双绞线或光纤依次连接，形成NCUC-Bus通信环路。每个从设备包含两个网络端口，每个端口包含独立的物理层芯片和一对收发接口。利用网络2×100(Mbit/s)传输特性，支持网络冗余、容错处理等。本部分仅规定NCUC-Bus物理拓扑结构。6.2环形结构每个站点包含两个相同的网络端口(端口1和端口2),通过两对通信介质(如图6所示)连接，形成两个物理环路。端口1端口1TX2RX2TX1RX1TX2RX2从站2端口2端口1从站n端口2从站端口端口1端口2通讯链路二通讯链路一通讯链路二主站端口端口1端口2TX2RX2端口2端口2RX2TX2端口1TX1RX1端口1通讯链路一从站1主站图6环形结构86.3单线形结构每个站点包含两个相同的网络端口(端口1和端口2),通过两对通信介质(如图7所示)连接，只形成一个物理环路。端口2端口2RX2TX2RX1TX1TX2RX2TX1RX1TX2RX2端口1从站1端口2端口1从站2端口2主站端口中间从站端口端口1或2端口2或1返回链路返回链路TX1RX1TX2RX2端口1从站n端口2终端从站端口占用端口空闲端口端口1TX1RX1占用端口空闲端口前向链路返回链路前向链路前向链路主站图7单线形结构6.4双线形结构如图8所示，由两个单线形结构组成。主站的两个端口分别组成一个单线形结构。端口1端口1主站端口2TX1RX1RX2TX2TX2RX2TX1RX1TX2RX2TX1RX1TX2RX2TX1RX1TX2RX2端口2端口1从站i端口2端口1从站m端口2端口1从站n端口2主站端口终端从站端口占用端口占用端口前向链路1返回链路2¹中间从站端口端口1或2端口2或1RX1TX1端口1占用端口空闲端口返回链路1前向链路2前向链路前向链路返回链路返回链路从站1图8双线形结构7机械特性7.1概述NCUC-Bus的物理层的机械特性主要规范网络物理连接器的尺寸、形状、规格。97.2连接端子7.2.1概述为保证NCUC-Bus网络传输的可靠性，对采用电信号互联的NCUC-Bus连接端子设计要求如下：——NCUC-Bus连接端子由端子插头及端子插座两部分组成，NCUC-Bus连接端子插座及插头之间金属触点通过物理插接接触方式互联；——NCUC-Bus连接端子插座处应有标识；——NCUC-Bus连接端子插座及插头需采用符合IP54(GB4208—2008)防护等级要求的接插件；——NCUC-Bus物理连接端子插头及插座之间应具备额外的连接固定装置，固定装置应在完全解锁后才允许端子插头与端子座之间金属触点分离；——NCUC-Bus