GBT 18473-2016 工业机械电气设备 控制与驱动装置间实时串行通信数据链路

代替GB/T18473—2001I V 1 1 1 34.1概述 3 4 65.1概述 6 7 7 7 7 7 7 8 6应用层 196.2应用层模型 6.3总线通信状态机 6.4应用层数据单元 6.5应用层服务 7总线安全 28 7.2安全通信协议模型 7.3总线错误及报警 附录A(资料性附录)物理层连接器 附录B(资料性附录)数据链路层 附录C(资料性附录)应用层过程数据单元及状态机示例 4 4 5Ⅱ 5图5异步通信模型 6 6 8图8写数据服务原语 9图9读数据服务原语 图10发送带应答服务的数据服务原语 图11发送不带应答服务的数据服务原语 图13实时串行通信协议帧格式 图14应用层模型 图15C1主站通信状态机 图16C2主站通信状态机 图17从站通信状态机 21图18命令数据结构 图19应答数据结构 22图21安全总线模型 29图23总线安全通信协议拓扑结构图 图A.1设备连接器A(RS485物理层) 31 32 33 33 35 36 36 37 37 图B.8通信周期内时隙分配示意图 图B.9周期传输和数据处理的时序关系 图C.1应用层过程数据单元(APDU)结构关系图 41图C.2应用层通信控制状态机(示例) 8表2目的地址和目的地址格式 Ⅲ 表10帧类型列表 表11同步帧数据格式 表12同步帧字列表 表14用户数据帧定义 表15延时测量启动帧格式 表16延时测量启动帧定义 表18延时测量帧定义 表19状态帧数据格式 表20状态帧字表 表21状态表 表23周期信息帧数据格式 表24周期信息帧字列表 表25消息帧格式 表26消息帧定义 表C.1应用层过程数据单元(APDU)示例 表C.2应用层通信控制状态机条件列表 50V本标准代替GB/T18473—2001《工业机械电气设备控制与驱动装置间实时串行通信数据链——该标准的首次制定为等同采用IEC61491:1995国际标准，该标准已经随着2002年发布的1GB/T17626.2—2006电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验GB/T17626.4—2008电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验GB/T17626.5—2008电磁兼容试验和测量技术浪涌(冲击)抗扰度试验GB/T17626.11—2008电磁兼容试验和测量技术电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度GB/T20540.5—2006测量和控制数字数据通信工业控制系统用现场总线类型3:PROFIBUS规范第5部分：应用层服务定义IEC61158-2-24:2014工业系统用现场总线第2-24部分：物理层服务及协议IEC61158-3-24:2014工业系统用现场总线第3-24部分：数据链路层服务IEC61158-4-24:2014工业系统用现场总线第4-24部分：数据链路层协议IEC61158-5-24:2014工业系统用现场总线第5-24部分：应用层服务IEC61158-6-24:2014工业系统用现2发送不带应答的数据senddatawithno-acknowledge3APDUapplicationprocessdateunitDAdestinationDCEdatacircuit-terminatingDLMdatalayermanagemeDLMSdatalayermanagemenDLPDUdatalayerprotocolDLSDLSDUdataDTEFALfieldbuMSGmPDUProtocoldatauPhLphysicaSDA4控制器控制器NC串行通信总线机器人串行通信协议协议模型如图2所示。同步本标准所规定的实时串行通信协议的周期通信时序如图3所示。5品的;d门民RspMD品的;d门民RspMD主站D(MDMEQ\*jc3\*hps14\o\al(\s\up4(D),#n)MDC1消息C2消息在事件驱动通信模式下，C1主站在任意的时间向从站发出事件消息命令，从站在接收到主站的事件消息后，需在50ms内向C1主站回复应答数据(如图4所示)。CCMDCCRSpRSpDRspM图4事件驱动通信模型异步通信用于不需要实时通信或周期数据交换的情况。在异步通信过程中，数据帧长度固定为64字节，因为异步通信不使用同步帧，从站对由主站发送的输出数据的处理和向主站发送输入数据以从站自己的时序为准(如图5所示)。6通信MSG:C1信息通信5物理层本标准所规定的实时串行通信协议物理层模型如图6所示，可采用RS485物理层协议或数据终端设备数据通信设备接口物理层接口本标准所规定的实时串行通信协议物理层划分为一个数据末端装置(DTE)和一个数据通信单元(DCE)。DTE单元与数据链路层(DL)实体(DCE)为各个站之间的电平编码信号的发送和接收提供转换操作。介质独立子层(MDS)通过DTE-7应符合RS485电气接口协议规范或ISO/IEC8802.3物理层协议规范。该信号用于控制MDS传送物理层数据到MAU,在总线通信过程中，该指示信号设定为1(高电该信号用于指示从MAU传送物理层数据到MDS。该接收指示信号指示为1(高电平),则表示接求可参考IEC61158-2-24:2014物理层及连接器要求。总线通信电缆电磁兼容应符合GB/T17626.2—2006、GB/T17626.4—2008、GB/T17626.5—发送接收控制子层(SRC):通过串并转换器，将CTC子层待发送数据转换成物理层可识别的串行8周期传输控制管理发送接收控制表如表1所示。写数据发送带应答服务的数据发送不带应答服务的数据事件通知9通过调用该服务将数据链路层数据单元(DLSDU)发送到从站数据链路层单元(DLE)中，见图8。DL-WRITE-DATA.cnfDL-WRITE-DATA.cnfDL-WRITE-DATA.cnfDL-READ-DATA.cnfDL-WRITE-DATA.cnfDL-READ-DATA.cnfDL-WRITE-DATA.cnfDL-READ-DATA.cnfDL-WRITE-DATA.cnf图8写数据服务原语该服务被用于在周期通信过程中接收数据链路层数据单元(DLSDU)数据。在周期传输过程中，从站通过调用该服务将数据链路层数据单元(DLSDU)发送到主站数据链路层单元(DLE)中。主站的数据链路层仅仅保留最新数据链路层数据单元(DLSDU)数据，见图9。DL-WRITE-DATA.cnfDL-WRITE-DATA.cnf(n号数据链路协议数据单元)DL-READ-DATA.cnfDL-WRITE-DATA.cnfDL-READ-DATA.cnfDL-WRITE-DATA.cnfDL-READ-DATA.cnfDL-WRITE-DATA.cnf(SAP_ID,Node_ID,Leng用户用户DL-SDN,req(SAP_ID,Node_ID,Leng图11发送不带应答服务的数据服务原语图12。图12事件服务原语本标准所规定的实时串行通信协议数据链路层基本帧结构如图13所示。目的地址消息控制帧类型图13实时串行通信协议帧格式目的地址定义了数据接收方站地址信息，如下表所示。目的地址信息占用16位长度，其中高8位用于定义数据接收方扩展站地址，低8位用于定义数据接收方站地址。扩展站地址及站地址含义如表2、表3及表4所示。内容12内容预留预留内容源地址定义了数据发送方站地址信息，如下表所示。源地址信息占用16位长定义数据发送方扩展站地址，低8位用于定义发送方站地址。扩内容1无符号8位2无符号8位控制字应为0。表6为发送数据帧中的消息控制字格式定义，表7、表8为数据接收帧中的消息控制字大小内容12保留(0)大小符号内容1保留(1)2保留(0)S监视(2)保留(0)保留(1)表8消息控制字格式(管理指示开关)值符号说明备注01次(REJ)命令orREJ响应23预留类型和长度字帧类型和数据长度字格式如表9所示。帧类型用于识别一个帧的内容，也用于识别消息通信协议的类型。表10给出帧类型定义。表9帧类型和数据长度字格式8位字节号大小内容1数据长度(低8位)2数据长度(高4位)帧类型表10帧类型列表值符号说明0预留1同步帧2345消息令牌帧67预留消息帧预留5.9.3数据链路层帧类型数据链路层数据帧包含3位的CRC-CCITT校验位。该校验位的计算从目的地址开始到数据内容结束为止，不包括校验位本身。C1主站用该帧来同步从站及C2主站。仅C1主站能发送同步帧。在发送同步帧过程中，C1新本地同步时钟。同步帧数据格式见表11,同步帧字列表见表12。表11同步帧数据格式数据类型内容时间截预留表12同步帧字列表字内容时间戳的被发送无(Tunit)定义间到当周期事件被指示时的时间的延时0(Tunit)定义该数据帧用于周期通信过程中主站与从站之间的用户数据交换。C1主站通过该数据帧向从站发为监听主站，仅接收该数据帧，不做任何应答操作。用户数据帧格式定义见表13,用户数据帧定义见表14。表13用户数据帧格式数据类型内容填充表14用户数据帧定义字内容0该数据帧用于启动C1主站延时与目标从站或C2主站之间的传输延时。该数据帧由C1主站发量帧中测量次数字段指定。延时测量启动帧格式见表15,延时测量启动帧定义见表16。表15延时测量启动帧格式数据类型内容预留字内容1果通过该数据帧发送给指定的从站或C2主站。该数据帧由C1主站发起传输，发送该数据帧的站认为与该从站或C2主站通信发生故障。延时测量帧格式见表17,延时测量帧定义见表18。进一步数据类型内容时间戳预留字内容主站的传输时间来定义，缺省值为10ns在消息通信启动时，C1主站发送该数据帧通知从站或C2主站启动消息通信操作。从站或者C2主站在接收该数据帧后才可以启动消息通信C1主站用该数据帧查询从站或C2主站的状态。从站或C2主站在接收到该数据帧后，应向主站发送包含状态应答信息的状态帧。状态帧数据格式见表19,状态帧字表见表20,状态表见表21,中继器状态表见表22。表19状态帧数据格式数据类型内容中继器状态表20状态帧字表字内容当前DLE状态值见表22自己的寄存器中继器状态当前中继器状态值见表23 自己的寄存器表21状态表站地址复制非周期通信模式操作表22中继器状态表位说明0预留01请求发送物理层通信检测02030预留0向从站或者C2主站发送。从站或C2主站在接收到对应的周期信息帧后应返回一个状态帧。周期信息帧数据格式见表23,周期信息帧字列表见表24。表23周期信息帧数据格式数据类型内容周期通信最大延时78时间单位表24周期信息帧字列表字内容数据单位由Timeunit指定从同步帧中存储的时间到C2消息通信数据单位由Timeunit指定时间单位这个帧用于主站与从站之间的消息信息传输。所有站均可发送该数据帧。消息帧格式见表25,消息帧定义见表26。表25消息帧格式数据类型内容消息数据填充表26消息帧定义字内容消息数据除周期通信命令和应答数据以外的信息的字节长度0控制传输，应用层以应用层数据单元实现与链路层数据交换。附录C给出了应用层过程单元的具体传输C1主站的总线通信状态机状态转换图15所示。在从站上电后，C1主站执行设备检测和延时测量等操作，之后C1主站开始与正常完成初始化的从站通信，当开始通信时，C1主站选择周期通信或者事件驱动通信。总线通信状态机模型见图15。复位状态功能(1100m_start_asnc)u1100m_req_measure_ansdl行班时税周期通讯状态图15C1主站通信状态机C2主站的总线通信状态机状态转换图如图16所示。在上电后，C2主站接收从C1主站发送的延时检测等检测命令数据，并进行响应。在完成初始化后，C2主站处于C1主站的命令等待状态。总线通信状态机模型见图16。功能(1100qmeaura_ranidly)待状者取功能(j1100getjcmode)状志(ii1001sart图16C2主站通信状态机连接P2/异步状态2～N字节(可变长)bit15～bit12(高4位)bitl1～bit0(低12位)组内命令号图18命令数据结构字节0～1字节5～N(可变长)告警/故障号应答状态/R_Status图19应答数据结构应答状态的数据结构见图20。图20应答状态数据结构FSM-GetStatus服务功能描述：此服务用于得到现场总线系统的通信参数及属性。通信参数等信息由MSG-UserMessageAR-CycleEventAR-SendComI/O等设备。在本标准所规定的实时串行通信协议安全总线中伺服电机感应电机步进电机伺服电机感应电机步进电机图21安全总线模型递该消息到通道B。安全协议进程在每个通道分别进行处理，并且处理结果在两个通道都被验证相匹应用应用安全安全通道B⑤S⑤的通信响应阈值时间内接收到该从站的应答数据帧。主站将在向系统发送的数据响应APDU中标记寸寸本附录给出了本标准所规定的实时串行通信协议物理层连接器机械结构及一般要求。A.1.1设备连接器(RS485物理层)采用RS485物理层的本标准所规定的实时串行通信协议的物理层设备连接器如图A.1及图A.212图A.1设备连接器A(RS485物理层)图A.2设备连接器B(RS485物理层)A.1.2电线连接器(RS485物理层)采用RS485物理层的本标准所规定的实时串行通信协议电缆连接器如图A.3所示。A.1.3设备连接器(ISO/IEC8802.3物理层)采用ISO/IEC8802.3物理层的本标准所规定的实时串行通信协议总线连接器如图A.4所示。诗护套A.1.4电线连接器(ISO/IEC8802.3物理层)单位为毫米(资料性附录)数据链路层B.1数据类型及编码B.1.3八位位组Oct每8个bit构成1个八位位组。B.1.4布尔变量Boolean规定布尔变量取值为0、以及非0,存储空间可以是任意长度，其中“0”表示假逻辑，非零数据表示真逻辑。带有符号的整型数。可以使用8Bits、16Bits、32Bits、64Bits等多种方式进行存储。其中最高位为符号位。整数取值范围：整数编码方式如图B.1所示。图B.1整数编码方式B.1.6无符号整数Unsignedinteger不带有符号的整型数。可以使用8Bits、16Bits、32Bits、64Bits等多种方式进行存储。无符号整数取值范围：无符号整数编码方式如图B.2所示。00MSBMSBoctet7octet6octet5图B.2无符号整数编码方式8Bits整型数Unsigned832Bits整型数Unsigned3264Bits整型数Unsigned640图B.4浮点数(Float64)编码B.1.8位串类型bitstring位串类型数据结构如图B.5所示。位串类型数据在总线传输过程中，规定由最低位至最高位的方bf1(0).bf2(2),bf3(3),bf4(8)__图B.5位串编码方式B.1.9序列串类型sequencestring序列串类型数据结构如图B.6所示。位串类型数据在总线传输_BitField2:=SEQUENCoctet1-图B.6序列串编码方式Unsigned8图B.7八位位组串编码方式B.2通信周期内时隙分配及计算周期通信时，每个通信周期(如图B.8)内可以分为同步数据帧发送时隙、周期数据通信时隙、重传C1主站RCNEQ\*jc3\*hps13\o\al(\s\up3(R),41)民范YNSYTio:b)周期数据通信时隙c)重传时隙d)C1消息通信时隙Tctmg=Ncimg×{Ttud.(m₁)+Tam(m₁)+Tgp+Tt_adr(m=Ncimsg×{Ttcle(m₁)+Tt_cl(m₁)+2×Taye)C2消息通信时隙Tc₂msg=Nc₂mg×{Tt_c₂e(m₂)+Tay(m₂)+Tgap+Tt_c₂(m=Ncamg×{Tt_c₂e(m₂)+Ttrc₂r(m₂)+2×Tny(图B.9给出周期传输和数据处理的时序关系。在1号周期中，从站锁存输入然后应答数据发送到总线上。在2号周期中每个从站的输入数据被传输到C1主站。尽管C1主站接收，但是在这个时候没有被C1主站处理。C1主站在#3周期的开始处开始处理它。因此从从站的锁存输入的时序到主站处理时序的延时是两个传输周期。同样C1主站执行的输出数据在3号周期的被传送到所有的从站中，从站在4号周期中顺序传输。尽管在4号周期被每个从站接收到，但是此时没有被从站处理。所有从站在5号周期的开始处同时启动执行。因此从主站向从站发出数据到从站处理执行处理数据的时间延时为2个通信周期。图B.9周期传输和数据处理的时序关系(资料性附录)应用层过程数据单元及状态机示例C.1应用层过程数据单元示例C.1.1概述图C.1为MECHATROLINK现场总线支持的应用层过程数据单元(APDU)结构关系图。本部分将给出常用MECHATROLINK应用层过程数据单元(APDU)示例，见表C.1。所有应用层过程数据单元(APDU)遵循GB/T20540.5—2006建议的表达方式给出。NOP-CMD-PDUCONFIG-CMD-PDUpduBodypduBodypduBodyEximmdpduBodypduBodyExt_ASYNCType-RSP-PD0A5URSP-PDU-NOP_MEMWeRSP-PDINOP-RSP2-PDUpduBodywdpduBodypduBodypduBodypduBody图C.1应用层过程数据单元(APDU)结构关系图 _SYNCType-CMD-PDU_ASYNCType-CMD-PDU__ __ ___ I_PRM_WR-CMD-PDU___::=_PRM_RD-C__::=_PRM_WR-CMD1-______ALM_RD-CMD3-PDU__I_SYNC_SET-CMD2-PDU__::=_PPRM_WR-CMD1-PDU_PRM-RD-CMD2-PDU_PRM_WR-CMD2-PDU_ID_RD-CMD2-PDU_____PPRM_WR-CMD2-PDU_____PPRM_WR-CMD3-PDU空操作时使用的APDU。 NOP-RSP1-PDU从站执行空操作时，需要使用NOP-RSP1-PDU来响应显示从站最新警_PRM_RD-CMD1-PDU:;=_CMD1-PDU(WITH _PRM_RD-RSP1BodypduBody(cmdBody_PRM_RD-CMD1Body)})pNoUnsigned16,pSizeUnsigned8,pduBody(rspBody_PRM_RD-RSP1Body)})pSizeUnsigned8,pNo值范围从0～65535。pSize此字包含一个8位字节大小的参数。值范围从0～255.parameter执行参数写操作时使用的APDU。 ::=_CMD1-PDU(WITH_PRM_WR-CMD1Body)})_PRM_WR-CMD1Body)}) pNoUnsigned16,pNo值范围从0～65535。pduBody(rspBody_PRM_WR-RSP1Body)})::=SEQUENCE{pNoUnsparameterpNo-parameter__pduBody(cmdBody_ID_RD-CMDBody)})pduBody(rspBody_ID_RD-RSPBody)})::=SEQUENCE{idCode值范围从0～255。值范围从0～255。C.1.6CONFIG命令和响应APDU配置设备操作时使用的APDU。_CONFIG-CMD1BodypduBody(cmdBody_CONFIG-CMD1Body)})::=SEQUENCE{reservelconfig_modeUnsigned8_ALM_RD-CMD1Body_ALM_RD-RSP1Body::=_CMD1-PDU(WITHpduBody(cmdBody_ALM_RD-CMD1Body)})::=SEQUENCE{reservelalm_rd_modeUnsigned8{currentAlm(0)},pduBody(rspBody_ALM_RD-RSP1Body::=SEQUENCE{alm_dataUnsigned8{currentAlm(0)},_ALM_CLR-CMD1-PDU::=_CMD1-PDU(WITH_ALM_CLR-CMD1Body::=SEQUENCE{reservel___ALM_CLR-RSP1Body::=_RSP1-PDU(WITHpduBody(rspBody_ALM_CLR-RSP1Body)})——cAlmClear(’00'H):清除当前报警和MECHATROLINK现场总线在执行通信状态切换过程中使用的APDU。_CONNECT-CMD1-PDU_CONNECT-CMD1Body_pduBody(cmdBody_CONNECT-CMD1Body)})reserve2BITS_CONNECT-RSP1Body)})_CONNECT-RSP1Body)})pduBody(rspBody::=SEQUENCE{ver