(高清版)GB∕T 38002.1-2019 自动化系统与集成 制造业串行实时通信系统集成 第1部分：总则和框架

ICS35.240.50GB/T38002.1—2019自动化系统与集成制造业串行实时通信系统集成第1部分：总则和框架国家市场监督管理总局中国国家标准化管理委员会IGB/T38002《自动化系统与集成制造业串行实时通信系统集成》分为以下4个部分：——第1部分：总则和框架；本部分为GB/T38002的第1部分。本部分按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本部分由中国机械工业联合会提出。本部分由全国自动化系统与集成标准化技术委员会(SAC/TC159)归口。本部分起草单位：北京机械工业自动化研究所、中国机电一体化技术应用协会。1GB/T38002.1—2019自动化系统与集成制造业串行实时通信系统集成GB/T38002的本部分规定了制造业生产过程串行实时通信系统总体框架结构，包括串行通信系用于描述一个功能的不同参数构成的集合。2GB/T38002.1—2019通用设备行规genericdeviceprofile子设备中不依赖于诸如驱动功能专用行规和输入输出设备功能专用行规等专用功能行规的通用功2.10现场总线应用层协议中与子设备具体功能密切相关的功能组。下列缩略语适用于本文件。AT:反馈报文(acknowledgetelegram)CP:通信阶段(communicationphase)C-Con:连接控制字(connectioncontrol)C-Dev:设备控制字(controldevice)C-Res:资源控制字(controlresource)EMC:电磁兼容性(electromagneticcompatibility)IDN:识别号(identificationnumber)MDT:主站数据报文(masterdatatelegram)RT:实时(real-time)RTC:实时通信通道(real-timechannel)SCP:SERCOS通信行规(SERCOScommunicationprofile)S-Dev:设备状态字(statusdevice)S-Res:资源状态字(statusresource)SERCOS:串行实时通信协议(serialrealtimecommunicationspecification)UCC:统一通信通道(unifiedcommunicationchannel)串行实时通信系统将以太网用作它的物理层和传输层，应支持全双工通信、传输速率为如图1所示，串行实时通信系统采用主从通信结构，在一个拓扑中应由一个主站和N(其中N=0,3GB/T38002.1—2019P1P2从站3从站a)线性拓扑上站从站1P1P2从站2从站3P1P2b)环型拓扑图1环型和线型拓扑串行实时通信系统定义了MDT和AT两种报文类型，每种报文最多有4个，报文号码分别为0、1、2、3,报文的数量应根据需要由主站进行配置。如图2所示，串行实时通信系统报文采用标准的以太网报文结构，以太网类型为0x88CD,首部和数据域为串行实时通信系统的传输数据。MDT用来传输来自主站的数据，对于主站报文是可读写的，对于从站报文是只读的；AT对于每个节点(主站和从站)都是可读写的。媒介层媒介层7+1字节帧长；72-1526字节数据域40-1494字节6字节2字节图2用于串行实时通信系统报文的一般报文结构通信周期计时以MST为基准，一个通信周期为相邻两个MST之间的时间间隔。采用基于时间槽的通信机制，一个通信周期被分为实时通信通道(RTC)和统一通信通道(UCC)。按照报文传输顺序可以分为两种通信时序：MDT-AT-UCC和MDT-UCC-AT,如图3所示。4GB/T38002.1—2019 以太网类型/0X88CI)MDTIHATl分公计时方式MDT3MDT2MDT0NRAT352HS3HD3H工H53实时通信通道近信周期DAT23MDT1MDT2MDT3MDT0MAT3AT1ATOlDRM5图3通信周期中的报文以及通信时序下列为串行实时通信系统的4个逻辑通信通道：●SVC:主站和某个从站之间的非周期的、参数随机访问的、务通道),用于MDT和AT报文中；5设备模型从站设备的逻辑结构如图4所示，下列典型功能在复杂从站设备中的单个或多个实例中实现：服系统的执行器物理性质；b)虚拟主控轴；c)测量编码器；d)编码器仿真器；f)可编程序控制系统；g)数字和模拟I/O。GB/T38002为这些本质上相互独立工作的功能定义常规术语“资源”。一个资源包含了一个或多5GB/T38002.1—2019备中可以有多个子设备。每个子设备都具有它自己的独立参数地址区域。子设备包含了多个功能组来满足所需的管理功能，如：子设备初始化、参数保护、错误处理。每个子设备中都集成了一个或多个资源。为了通信，串行实时通信系统设备需要一个串行实时通信系统接口。该接口提供了访问串行实时通信系统网络的物理途径。串行实时通信系统接口由一个或多个从站组成，它们包括逻辑实时通道及其特定条件和通信相关的管理机制。一个从站具有逻辑通信通道MS、CC以及SVC通道。注：由于通信通道的这种划分，可以对一个设备中的各个独立的通信单元进行管理，这类似于一个设备中有多个子串行实时通信系统从站将被恰当地分配给每个子设备。从站包含通信相关的功能组，如：MS和CC容器的实时通信通道的配置。系统网络系统网络设备包含>包含于FG接口子设备包含>包含于>从站图4从站设备的逻辑结构框图一个复杂资源(例如一个有着大约50个IDN的实际轴)宜被集成到一个单独的子设备中。资源到子设备的恰当分配是设备制造商的职责。5.2设备物理结构一个串行实时通信系统设备的物理结构由一个或多个组件组成。一般情况下，每个组件都可以独立地排序。例如在一个模块化的I/O设备系统中，这些组件通常被编入单独的模块中，分别代表这个模块化I/O设备的各个槽。物理结构可以完全独立于设备的逻辑顺序。所以，串行实时通信系统设备的完整设备模型由两个独立的逻辑和物理维度组成，从站设备的完整结构如图5所示。6GB/T38002.1—2019包含>1包含于I接口包含子设备组件/包含于从站资源1图5从站设备的完整结构图(包括物理顺序)5.3设备和通信规范按照图6中所显示的，使用串行实时通信系统的设备结构图，可以显示设备和通信行规的划分。“串行实时通信系统接口”和“串行实时通信系统从站”成分属于串行实时通信系统的通信行规(SCP),并且为所有的串行实时通信系统从站设备定义。“设备”和“子设备”成分属于类属串行实时通信系统通用设备行规(GDP),并且也为所有串行实时通信系统从站设备定义。各个资源分别在不同的功能专用行规(FSP)中描述。来自不同资源种类的功能组可以被分配给一个子设备。系统系统网络包含1包含于包含于接口从站SCP通讯配置文件设备GDP-通用设备配置文件功能特定的配置文件包含1...本图6从站设备的通信和设备行规7GB/T38002.1—20195.4寻址方式和逻辑通信通道从站管理自己的逻辑MS、CC和SVC通道，而IP通道直接与串行实时通信系统接口相关。如图7所示子设备相关寻址是通过串行实时通信系统从站的“从站地址”完成的。为了从一个主站与设备相关的寻址是使用串行实时通信系统接口的“MAC和IP地址”完成的。网络包含从站IP信道从站子地址MS信道CC信道设备接口-IP地址包含包含资源1图7设备的寻址方式和逻辑通信通道5.5通信和子设备状态机如图8所示，一个串行实时通信系统设备中的主状态控制包含两种机制：a)通信状态机：串行实时通信系统的通信初始化由6个“通信阶段”(CP)的状态组成，它从CP1开始(这期间，没有串行实时通信系统报文被发送到网络上),并在CP4结束(这期间，所配置的所有定时和报文丛都处于活动状态),并且所有已经配置的循环连接都处于活动状态；b)子设备状态机：子设备由两个主要的状态组成：参数模式和操作模式。在参数模式下，一个子设备中的集成资源的所有配置参数都可更改，但是资源在典型情况下是处于一种基本配置模式下。在操作模式下，所集成的资源也处于操作模式下。可能的使用情况有：a)正常使用情况是：子设备及其集成资源在它们的专用从站的CP4(S-0-0128)阶段的转换检查b)如果不希望这样，则意味着串行实时通信系统网络应该切换到第4阶段，但是一个或多个子设备应该停留在参数模式下。命令S-0-0420应该在启动S-0-0128之前执行。这将子设备留置在参数模式下，尽管通信可以被切换到第4阶段。c)通过使用S-0-0422和S-0-0420命令，可以单独控制子设备及其资源，而通信停留在第4阶段。这允许每个子设备的单独控制，而不依赖于网络上的通信状态。8GB/T38002.1—20196通信模型6.1基本要求通信状态机操作模式操作模式00422-0-0420CP2参数模式CP-1CP4CP3图8通信和子设备状态机如图9所示，一般的通信结构由一个三层结构组成，包括：a)通信层；b)连接层；设备模型通信层和连接层属于接口和从站，在SCP中详述；应用层属于资源、子设备和设备，在GDP以及不同的FSP中详述。主站设备不需要在它的通信层中区分不同的设备应用程序类型。从站设备可以实现同样的通信通信层分为通信控制层和连接控制层。连接控制机制完全一致，并且与MS和CC连接不相冲突。每个从站中可以有多个连接。TSP's应用层GDP资源设备TSP's应用层GDP连接层接口从站从站9GB/T38002.1—2019a)阶段处理；d)拓扑控制和状态；站设备和从站设备之间的通信层之间存在一个点对点关系。这个通信关系在每一个通信阶段中都是可a)连接的控制和监控；b)实时数据的配置；c)连接错误处理。在一个生产者和一个或多个消费者的连接层之间存在一个1对n的关系。每个总线从站和总线主站都可以是一个消费者或生产者。任意两个从站节点之间都可以存在交叉通信连接(CC)。每个串行实时通信系统支持多个MS或CC连接。一个网路中的两个不同的节点之间，只有相同的层彼此通信。带有不同连接的通信模型范例如图10所示。GB/T38002.1—2019应用程序应用程序AT中的连接MIDT中的连接从站AT中的连接C应用C应用程序应用从站说明：P——生产者；传输的数据。图10带有不同连接的通信模型范例6.6设备控制字和状态字控制和状态字的结构如图11所示，由下列组成：a)设备控制/状态字(C-Dev/S-Dev):包含设备、接口、从站以及子设备相关的控制/状态信息；b)连接控制字(C-Conn):包含连接相关的控制信息；c)资源控制/状态字(C-Res/S-Res)-16位的控制或状态字含有一个资源的控制或状态信息。资源控制/状态字的内容强烈地依赖于资源的类型。例如，驱动控制字不同于一种I/O单元控制字。C-Res/S-Res是可配置循环数据内容的一部分，并且应要明确地配置。如果不必通过一个连接来控制一个资源，则不必配置这个资源。如果一个连接控制着多个资源，则可以在一个连接中配置多个C-Res/S-Res。GB/T38002.1—201916位16位16位16位C-ConC/S-Res连接连接固定部分连接6.6.2设备控制/状态字(C-Dev/S-Dev)如果MDT中有一个16位的控制字，并且在AT中有一个状态字，包含1个用于接口控制/状态错误标志)的字节。C-Dev/S-Dev是一个MS连接的混合部分这是位于一个MS或CC连接的数据帧的开始处的一个16位的控制字，控制着从实时数据生产者到消费者的连接。它包含ProducerReady、NewData、CCDataF配置的信号控制位。一个主从连接是SERCOS主站与一个含有两个单极连接的带有两个不同连接控制字(每个方向各一个)的从站之间的一个双极单模通信连接。一个交叉通信的通信关系是：任何两个从站之间或任何从站与主站之间的一个单模或多模通信关系，并且含有一个连接控制字。C-Con是每每个资源都由它的资源控制字来控制，并为控制资源提供其资源状态字。资源的控制字和状态字的精确定义取决于该资源的类型。这意味着一个I/O资源与驱动资源相比，具有一种不同的定义。然而，所有资源控制字和状态字定义都共享某些基本的控制位和状态位。“C/S-Res”是实时报文的可配图12展示了一个子设备中的一个带有“real-axis”资源和“I/O”资源的混合设备的全部MDT和AT循环数据，其中的驱动和I/O资源是通过MS连接而被控制的，该驱动还通过一个单独的CC连接来发送其资源状态。GB/T38002.1—2019接口从站Dig.161/16ODig.16_[/16_0Dig.32[资源Axis报文结构如图13所示。C-DevC-ConC-Res驱动循环配置数据C-Res循环配置数据MS-AT报文结构驱动循环配置数据循环配置数据图13一个混合子设备范例的控制和状态字结构图14中显示了上面设备的另一种结构，它将“realaxis”和“I/O”两个资源分到两个不同的子设备从站内。这意味着每个资源都有它自己的从站/子设备，有着它自己的SERCOS地址和子设备管理功能。GB/T38002.1—2019系统系统接口从站子设备Dig.32]设备模型RealAxis图14一个单独的子设备中含有资源“realaxis”和“I/O”的一个混合型子设备的范例报文结构如图15所示。MS-MI)I报文结构C-DevC-Con驱动循环配置数据C-Kes循环配置数据MSAT报文结构S-DevC-Cum驱动循环配置数据S-IDevC-ConS-Res循环配置数据图15带有2个单独的从站/子设备的范例的控制和状态字结构7参数模型动行规，有必要对参数区域进行扩展(IDN地址区域)。类似地，应要找到一种解决方案，以便让现场总线支持设备中建立的复杂性(例如I/O,其中有大量的子模块需要参数化和数据处理)。因此，可以引入7.2IDN如图16所示，当前参数的寻址范围被限制到4096个不同的标准IDN,每个都有8个参数集合。同时，还可以实现4096制造商专用IDN,每个都有8个参数集合。GB/T38002.1—201911-0位：数据块编号11-0位：数据块编号14-12位：参数集(PS)图162字节-IDN编码用于以下目的：a)参数区域的扩展；b)具有相同功能的IDN的逻辑分组；a)参数区域的扩展；c)使能具有相同基本IDN的相同功能的实例，IDN识别区域被扩展到32位，如图17中所示。110位：数据块编号2316位：结构元素(SI)图174字节-IDN编码IDN的符号化表示法被定义如下：(IDN>.<SI>.(SE〉下列扩展被详细介绍：a)结构元素(SE)。结构元素用于寻址各个元素。因此，可以有多达256个元素。因此，数据类型“DataStructure”(每个结构元素都是一个单独的参数)允许一个比以前大256倍的IDN区域——这意味着可以有超过一百万个不同的参数。结构元素1～127(如同先前的S参数)被预定，其余的多达254个结构元素是制造商专用的。b)结构实例(SI)。这用于对一个子设备中的同一类型的结构进行寻址。所以，一个子设备中，同一结构可以有255个实例。一个假想参数S-x-1530.y.z的不同实现方法在图18中显示。GB/T38002.1—2019PSPSS-1-1530.1.1S-0-1530.0.6图18SE、SI和参数集上的完整寻址范围一个IDN的不同自由度的用法显示于表1内。表14字节IDN用法IDN描述结构元素结构实例参数集一般用法一个数据结构IDN中的具有不同含义和布局的元素一个数据结构IDN中的具有相同含义的元素一个数据结构IDN中的具有相同含义的元素，由一个专用命令将其切换到活动状态用于行规所有行规所有行规仅仅在FSP驱动中定义数据块差别S/P-*-****,*.xS/P-*-关*关*.x,*S/P-x-*关关.*,名称V属性转换因子VVV属性数据长度V属性参数/命令V属性数据类型VVV属性小数点VVV属性写保护VVV单位VVV最小/最大值VVV操作数VVV数据状态VVVGB/T38002.1—20197.2.2SE0的特殊含义SEO被保留用作特殊功能，不应用于一般的参数用途。串行实时通信系统定义的结构的制造商专用扩展可以