標準解讀

《GB/Z 26157.3-2010 測量和控制數(shù)字數(shù)據(jù)通信 工業(yè)控制系統(tǒng)用現(xiàn)場總線 類型2:ControlNet和EtherNet/IP規(guī)范 第3部分:數(shù)據(jù)鏈路層》是針對工業(yè)自動化領域中兩種重要現(xiàn)場總線技術(shù)——ControlNet與EtherNet/IP的數(shù)據(jù)鏈路層定義的標準。該標準隸屬于一系列旨在規(guī)范不同類型現(xiàn)場總線特性的國家標準指導性技術(shù)文件之一。

在這一部分里,主要關注的是數(shù)據(jù)鏈路層的功能與實現(xiàn)方式,這是OSI七層模型中的第二層,介于物理層之上、網(wǎng)絡層之下。對于ControlNet而言,其數(shù)據(jù)鏈路層負責處理節(jié)點之間的直接通信,包括錯誤檢測、幀同步等功能;而對于EtherNet/IP,則是在標準以太網(wǎng)的基礎上增加了特定協(xié)議來支持工業(yè)環(huán)境下的實時通信需求,如使用TCP/IP協(xié)議族中的UDP/IP進行消息傳輸,并通過CIP(Common Industrial Protocol)提供統(tǒng)一的應用層接口。

標準詳細規(guī)定了這兩種現(xiàn)場總線如何在數(shù)據(jù)鏈路層面上實現(xiàn)高效可靠的通信服務。例如,它可能描述了幀格式、地址分配機制、流量控制策略以及錯誤恢復方法等內(nèi)容。此外,還可能涉及到如何確保信息從發(fā)送方準確無誤地到達接收方的過程細節(jié),比如采用何種校驗算法來保證數(shù)據(jù)完整性等。


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....

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  • 2011-01-14 頒布
  • 2011-06-01 實施
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GB/Z 26157.3-2010測量和控制數(shù)字數(shù)據(jù)通信工業(yè)控制系統(tǒng)用現(xiàn)場總線類型2:ControlNet和EtherNet/IP規(guī)范第3部分:數(shù)據(jù)鏈路層_第1頁
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文檔簡介

犐犆犛25.040

犖10

中華人民共和國國家標準化指導性技術(shù)文件

犌犅/犣26157.3—2010

測量和控制數(shù)字數(shù)據(jù)通信

工業(yè)控制系統(tǒng)用現(xiàn)場總線

類型2:犆狅狀狋狉狅犾犖犲狋和犈狋犺犲狉犖犲狋/犐犘規(guī)范

第3部分:數(shù)據(jù)鏈路層

犇犻犵犻狋犪犾犱犪狋犪犮狅犿犿狌狀犻犮犪狋犻狅狀犳狅狉犿犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋犪狀犱犮狅狀狋狉狅犾—

犉犻犲犾犱犫狌狊犳狅狉狌狊犲犻狀犻狀犱狌狊狋狉犻犪犾犮狅狀狋狉狅犾狊狔狊狋犲犿狊—

犜狔狆犲2:犆狅狀狋狉狅犾犖犲狋犪狀犱犈狋犺犲狉犖犲狋/犐犘狊狆犲犮犻犳犻犮犪狋犻狅狀—

犘犪狉狋3:犇犪狋犪犾犻狀犽犾犪狔犲狉

(IEC61158:2003TYPE2,MOD)

20110114發(fā)布20110601實施

中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局

發(fā)布

中國國家標準化管理委員會

中華人民共和國

國家標準化指導性技術(shù)文件

測量和控制數(shù)字數(shù)據(jù)通信

工業(yè)控制系統(tǒng)用現(xiàn)場總線

類型2:犆狅狀狋狉狅犾犖犲狋和犈狋犺犲狉犖犲狋/犐犘規(guī)范

第3部分:數(shù)據(jù)鏈路層

GB/Z26157.3—2010

中國標準出版社出版發(fā)行

北京復興門外三里河北街16號

郵政編碼:100045

網(wǎng)址:www.gb168.cn

服務熱線:01068522006

2011年6月第一版

書號:155066·142655

版權(quán)專有侵權(quán)必究

犌犅/犣26157.3—2010

目次

前言!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!Ⅲ

引言!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!Ⅳ

1范圍!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!1

2MAC幀!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!1

2.1格式!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!1

2.2前同步碼!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!2

2.3分隔符!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!2

2.4字節(jié)和排序!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!2

2.5源MACID!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!2

2.6所有Lpackets總的大小!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!2

2.7循環(huán)冗余校驗!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!2

2.8異常中止MAC幀!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!2

3Lpacket!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!3

3.1格式!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!3

3.2大小!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!3

3.3控制!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!3

3.4標簽!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!4

3.5鏈路數(shù)據(jù)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!5

4協(xié)調(diào)器Lpacket!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!5

4.1格式!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!5

5建模語言(資料性的)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!6

6外部接口!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!7

6.1發(fā)送服務!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!7

6.2隊列維護服務!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!8

6.3標簽過濾管理!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!8

6.4接收服務!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!8

6.5網(wǎng)絡同步服務!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!9

6.6同步參數(shù)變化!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!9

6.7事件報告!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!10

6.8無效CRC指示!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!11

6.9當前協(xié)調(diào)器指示!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!11

6.10上電!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!11

6.11啟用協(xié)調(diào)器!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!12

6.12只聽!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!12

7訪問控制機(ACM)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!12

8TxLLC!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!43

9RxLLC!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!49

10發(fā)送機(TxM)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!53

犌犅/犣26157.3—2010

11接收機(RxM)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!59

12并行串行轉(zhuǎn)換器!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!68

13串行并行轉(zhuǎn)換器!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!71

13.1字節(jié)構(gòu)造!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!71

13.2CRC校驗!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!71

13.3幀處理結(jié)束!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!71

14DLL管理!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!71

圖1NUT結(jié)構(gòu)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!Ⅳ

圖2在調(diào)度時段的介質(zhì)訪問!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!Ⅴ

圖3非調(diào)度期間的介質(zhì)訪問!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!Ⅴ

圖4數(shù)據(jù)鏈路層內(nèi)部結(jié)構(gòu)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!Ⅶ

圖5與ISO/OSI模型的關系!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!1

圖6MAC幀格式!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!2

圖7在傳輸期間異常中止一個MAC幀!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!3

圖8Lpacket格式!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!3

圖9固定標簽Lpacket格式!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!4

圖10通用標簽Lpacket格式!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!5

表1數(shù)據(jù)鏈路層組件!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!Ⅵ

表2固定標簽服務定義!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!4

表3DLL事件!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!10

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前言

IEC61158:2003《測量和控制數(shù)字數(shù)據(jù)通信工業(yè)控制系統(tǒng)用現(xiàn)場總線》包括了10種現(xiàn)場總線類型:

———類型1:IEC技術(shù)報告;

———類型2:ControlNet和Ethernet/IP;

———類型3:PROFIBUS;

———類型4:PNet;

———類型5:FFHSE;

———類型6:SwiftNet;

———類型7:WorldFIP;

———類型8:Interbus;

———類型9:FFAL;

———類型10:PROFINET。

本標準化指導性技術(shù)文件修改采用IEC61158:2003《測量和控制數(shù)字數(shù)據(jù)通信工業(yè)控制系統(tǒng)用

現(xiàn)場總線類型2:ControlNet和EtherNet/IP規(guī)范第3部分:數(shù)據(jù)鏈路層》。

由于IEC61158系列標準將10種現(xiàn)場總線技術(shù)混合在一起進行編寫,不便于國內(nèi)的工程技術(shù)及相

關人員對各種總線技術(shù)的閱讀和理解,因此全國工業(yè)過程測量和控制標準化技術(shù)委員會在采用國際標

準時,只采用了其中在國內(nèi)有廣泛應用的類型2:ControlNet和EtherNet/IP規(guī)范的相關技術(shù)內(nèi)容,并

根據(jù)技術(shù)開發(fā)人員的習慣將其分為10個部分進行編寫。在技術(shù)內(nèi)容上與國際標準沒有差異,為方便我

國用戶使用,在文本結(jié)構(gòu)編排上進行了適當調(diào)整,并按GB/T1.1的要求進行編寫。

GB/Z26157《測量和控制數(shù)字數(shù)據(jù)通信工業(yè)控制系統(tǒng)用現(xiàn)場總線類型2:ControlNet和Ether

Net/IP規(guī)范》分為如下10個部分:

GB/Z26157.1一般描述;

GB/Z26157.2物理層和介質(zhì);

GB/Z26157.3數(shù)據(jù)鏈路層;

GB/Z26157.4網(wǎng)絡層及傳輸層;

GB/Z26157.5數(shù)據(jù)管理;

GB/Z26157.6對象模型;

GB/Z26157.7設備行規(guī);

GB/Z26157.8電子數(shù)據(jù)表;

GB/Z26157.9站管理;

GB/Z26157.10對象庫。

本指導性技術(shù)文件為第3部分。

本指導性技術(shù)文件由中國機械工業(yè)聯(lián)合會提出。

本指導性技術(shù)文件由全國工業(yè)過程測量和控制標準化技術(shù)委員會(SAC/TC124)歸口。

本指導性技術(shù)文件起草單位:機械工業(yè)儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟研究所、清華大學、西南大學、北京鋼

鐵設計研究總院、中國儀器儀表協(xié)會、中國機電一體化技術(shù)應用協(xié)會、上海自動化儀表股份有限公司、上海

工業(yè)自動化儀表研究所、上海電器科學研究所(集團)有限公司、羅克韋爾自動化研究(上海)有限公司。

本指導性技術(shù)文件主要起草人:鄭旭、梅恪、陳開泰、王錦標、彭瑜、劉楓、包偉華、夏德海、董景辰、

阮于東、李百煌、王春喜、王玉敏。

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引言

數(shù)據(jù)鏈路層(DDL)的主要任務是與同一鏈路上的其他數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)作,來決定允許在介質(zhì)上進行

發(fā)送的授權(quán)。在其與上層的接口,DDL為網(wǎng)絡層、傳輸層和站管理提供服務數(shù)據(jù)單元(SDU)接收和交

付的服務。

DDL協(xié)議基于一個稱為網(wǎng)絡更新時間(NUT)的固定的、重復的時間周期。NUT在鏈路上所有的

節(jié)點中保持嚴格的同步。如果一個節(jié)點的NUT與當前鏈路上使用的NUT不一致,則該節(jié)點不允許在

介質(zhì)上發(fā)送。不同的鏈路可能有不同的NUT。

每一節(jié)點都含有與本地鏈路的NUT同步的定時器。介質(zhì)的訪問由本地NUT細分而成的訪問槽

來決定。對媒體的訪問是基于節(jié)點的MACID的排序順序進行的。為了允許一個臨時的MACID為

零的節(jié)點執(zhí)行鏈路維護,在訪問協(xié)議中加入了特定的行為。一個鏈路上所有節(jié)點的MACID號都是唯

一的。DLL一旦檢測到重復的MACID,則立即停止發(fā)送。

一種隱性的令牌傳遞機制用來授權(quán)訪問介質(zhì)。每一節(jié)點監(jiān)測接收的每一MAC幀的源MACID。

在MAC幀的結(jié)束,每一DLL將一個“隱性令牌寄存器”設置為等于所接收的源MACID的MACID+

1。如果隱性令牌寄存器等于本地MACID,則該節(jié)點就可以發(fā)送一個MAC幀。在其他情況下,該節(jié)

點或者等待來自“隱性令牌寄存器”所指定的節(jié)點的一個新MAC幀,或者等待一個超時值,如果指定節(jié)

點發(fā)送失敗的話。無論哪種情況,“隱性令牌”都自動地增量到下一個MACID。所有節(jié)點的“隱性令牌

寄存器”都含有相同的值,以避免介質(zhì)上的沖突。

超時周期(稱為“時隙時間”)基于以下所需時間的總和:

當前節(jié)點偵聽到前一節(jié)點的發(fā)送的結(jié)束;

當前節(jié)點開始發(fā)送;

下一節(jié)點偵聽到當前節(jié)點發(fā)送的開始;

時隙時間被調(diào)整以補償介質(zhì)的總長度,因為介質(zhì)的傳播延遲會影響以上所列的第一項和最后一項。

注:時隙時間的計算在GB/Z26157.9—2010站管理中規(guī)定。

每個NUT分為三個主要部分:調(diào)度的,非調(diào)度的和維護段,如圖1所示。這一序列在每一NUT中

重復。隱性令牌傳遞機制用于在調(diào)度的和非調(diào)度的時間間隔內(nèi)授權(quán)訪問介質(zhì)。

數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議

圖1犖犝犜結(jié)構(gòu)

在NUT調(diào)度的部分,從節(jié)點0開始到節(jié)點SMAX結(jié)束的每一節(jié)點,都有一個機會發(fā)送對時間有

嚴格要求(調(diào)度)的數(shù)據(jù)。SMAX是在NUT調(diào)度的部分能訪問介質(zhì)的最高編號節(jié)點的MACID。在每

一NUT中,0到SMAX之間的節(jié)點只有一次機會發(fā)送調(diào)度的數(shù)據(jù),且每個節(jié)點在調(diào)度的時段內(nèi)對介質(zhì)

的訪問機會是均等的。這允許在NUT調(diào)度的部分發(fā)送的數(shù)據(jù)以可預知和確定的方式進行傳送。圖2

顯示了在調(diào)度時段內(nèi)如何授權(quán)允許發(fā)送。網(wǎng)絡層和傳輸層調(diào)節(jié)在這調(diào)度的令牌傳遞期間每一節(jié)點可以

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發(fā)送的數(shù)據(jù)量。

圖2在調(diào)度時段的介質(zhì)訪問

在NUT非調(diào)度的部分,從0到UMAX的每一節(jié)點都享有以循環(huán)的方式發(fā)送對時間無嚴格要求的

數(shù)據(jù)的機會,直到所分配的NUT時間用盡。UMAX是在NUT的非調(diào)度部分能訪問介質(zhì)的最高編號

節(jié)點的MACID。從0到UMAX的每一節(jié)點可能有零個、一個或多個傳送非調(diào)度數(shù)據(jù)的機會,這取決

于調(diào)度的時段完成后此NUT還剩多少。每一NUT中,在非調(diào)度時段內(nèi)訪問介質(zhì)的機會對每一節(jié)點可

能會不同。圖3顯示了在非調(diào)度時段內(nèi)如何授權(quán)允許發(fā)送。對每一NUT來說,在NUT的非調(diào)度部分

的起始節(jié)點的MACID每次加1。非調(diào)度的令牌從前一協(xié)調(diào)幀的非調(diào)度起始寄存器(USR)所規(guī)定的

MACID開始。USR以UMAX+1為模每一NUT加1個模。如果USR在維護段之前達到了

UMAX,則它返回到0,令牌傳遞繼續(xù)。

圖3非調(diào)度期間的介質(zhì)訪問

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當?shù)竭_維護段時,所有節(jié)點停止發(fā)送。如果一次發(fā)送不能在維護段開始前完成,則該節(jié)點不被允許

開始這一發(fā)送。在維護段期間,具有最低MACID的節(jié)點(稱為“協(xié)調(diào)器”)發(fā)送一個維護信息(稱為“協(xié)

調(diào)幀”),它完成以下兩件事情:

———保持所有節(jié)點的NUT定時器同步;

———發(fā)布關鍵的鏈路參數(shù),使得本地DLL組的所有成員能夠共享重要DLL值的共同版本,如

NUT、時隙時間、SMAX、UMAX等。

協(xié)調(diào)器發(fā)送協(xié)調(diào)幀,重新同步所有節(jié)點并重新啟動NUT。接收一個有效的協(xié)調(diào)幀后,每一節(jié)點將

其內(nèi)部值與協(xié)調(diào)幀所發(fā)送的值相比較。使用與協(xié)調(diào)器不一致的鏈路參數(shù)的節(jié)點自己不能工作。如果在

兩個連續(xù)的NUT內(nèi)沒有收到協(xié)調(diào)幀,則最低MACID的節(jié)點擔當起協(xié)調(diào)器的角色,在第3個NUT的

維護段開始發(fā)送協(xié)調(diào)幀。協(xié)調(diào)器節(jié)點一旦發(fā)現(xiàn)另外的節(jié)點在線并發(fā)送其MACID比自己的還低的幀

時,則立即取消自身的協(xié)調(diào)器角色。

可能引起DLL訪問協(xié)議中斷的典型情況包括:

———鏈路上引入的噪聲;

———質(zhì)量低劣的電纜或終端器;

———網(wǎng)絡正在運行時物理地將兩個鏈路連接在一起。

這一中斷的通常結(jié)果是可能會造成節(jié)點間在哪個節(jié)點該發(fā)送問題上的不一致,這稱為網(wǎng)絡的“非合

作”。當節(jié)點不符合相同的鏈路配置參數(shù)時會出現(xiàn)另一個潛在的問題。一個與協(xié)調(diào)器發(fā)送的鏈路參數(shù)

不一致的節(jié)點稱為“游離節(jié)點”,并立即停止發(fā)送。DLL訪問協(xié)議將企圖修復一個游離節(jié)點,并使其回

到在線。

在數(shù)據(jù)鏈路層中,訪問控制機(ACM)主要負責檢測和修復網(wǎng)絡中斷。ACM的主要任務是:

———確保本地節(jié)點檢測及充分地利用協(xié)議中分配給它的槽;

———確保本地節(jié)點不會干擾其他節(jié)點的發(fā)送,特別是協(xié)調(diào)器節(jié)點;

———無論協(xié)調(diào)幀是否收到,按時啟動下一NUT;

———如果本地節(jié)點是協(xié)調(diào)器,則嚴格地按時發(fā)送每一協(xié)調(diào)幀。

數(shù)據(jù)鏈路層由表1的組件構(gòu)成:

表1數(shù)據(jù)鏈路層組件

組件描述

訪問控制機(ACM)接收和發(fā)送控制幀及頭部信息,決定發(fā)送的時間表和持續(xù)時間

發(fā)送LLC(TxLLC)緩沖來自站管理、網(wǎng)絡層和傳輸層的SDU,決定下一個要發(fā)送的

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