ICS25.040 N10 中华人民共和国国家标准 GB/T31230.1—2014 工业以太网现场总线EtherCAT 第1部分:概述 IndustrialethernetfieldbusEtherCAT—Part1:Overview 2014-09-30发布 2015-04-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会发布目 次 前言 Ⅰ ………………………………………………………………………………………………………… 1 范围 1 ……………………………………………………………………………………………………… 2 规范性引用文件 1 ………………………………………………………………………………………… 3 缩略语 1 …………………………………………………………………………………………………… 4 EtherCAT的概念 1 ……………………………………………………………………………………… 5 对OSI基本参考模型的映射 3 …………………………………………………………………………… 5.1 概述 3 ………………………………………………………………………………………………… 6 每个服务和协议特性的简述 4 …………………………………………………………………………… 6.1 物理层服务和协议特性概述 4 ……………………………………………………………………… 6.2 数据链路层服务特性概述 4 ………………………………………………………………………… 6.3 数据链路层协议特性概述 4 ………………………………………………………………………… 6.4 应用层服务特性概述 4 ……………………………………………………………………………… 6.5 应用层协议特性概述 4 ……………………………………………………………………………… 7 数据类型ASE 4 …………………………………………………………………………………………… 7.1 数据类型对象的形式定义 4 ………………………………………………………………………… 图1 一般的现场总线网络 2 ………………………………………………………………………………… 图2 DL/AL服务和协议的概念 2 ………………………………………………………………………… 图3 基本现场总线参考模型 3 ……………………………………………………………………………… 表1 OSI和EtherCAT各层 3 ………………………………………………………………………………GB/T31230.1—2014 前 言 GB/T31230《工业以太网现场总线EtherCAT》分为以下6个部分: ———第1部分:概述; ———第2部分:物理层服务和协议规范; ———第3部分:数据链路层服务定义; ———第4部分:数据链路层协议规范; ———第5部分:应用层服务定义; ———第6部分:应用层协议规范。 本部分为GB/T31230的第1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。 本部分由全国工业过程测量和控制标准化技术委员会(SAC/TC124)归口。 本部分起草单位:机械工业仪器仪表综合技术经济研究所、北京仪综测业科技发展有限公司、西南 大学、上海自动化仪表股份有限公司、中科院(沈阳)自动化研究所、清华大学、北京航空航天大学、北京 交通大学、北京和利时系统工程有限公司、中科院计算所顺德分所、欧姆龙工业自动化公司、倍福北京分 公司、ETG中国。 本部分主要起草人:谢素芬、高镜媚、刘丹、刘枫、包伟华、杨志家、王雪、刘艳强、范瑜、罗安、陈冰冰、 李天兵、关鹏、范斌、程庚。 ⅠGB/T31230.1—2014 工业以太网现场总线EtherCAT 第1部分:概述 1 范围 1.1 本部分与IEC标准的关系 GB/T31230的本部分依赖于IEC61158系列标准类型12中相对应的部分。 1.2 概述 本部分通过以下内容介绍GB/T31230的概述和导则: ———说明GB/T31230的结构和内容; ———关联GB/T31230的结构与GB/T9387OSI基本参考模型; ———展示GB/T31230的逻辑结构。 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。 GB/T9387(所有部分) 信息技术 开放系统互连 基本参考模型 3 缩略语 以下缩略语适用于本文件,部分基于GB/T9387.1的概念。 AL:应用层(N=7)[Applicationlayer(N=7)] AR:应用关系(Applicationrelationship) AREP:应用关系端点(Applicationrelationshipendpoint) DL-:数据链路层(作为前缀)[Data-linklayer(asaprefix)] DLL:数据链路层(N=2)[Data-linklayer(N=2)] IETF:因特网工程任务组(InternetEngineeringTaskForce) IP:因特网协议(见RFC791)[InternetProtocol(seeRFC791)] (n)-layer:OSI基本参考模型的n层(LayernoftheOSIBasicReferenceModel) OSI:开放系统互连(Opensystemsinterconnection) Ph-:物理层(作为前缀)[Physicallayer(asaprefix)] PhL:物理层(N=1)[Physicallayer(N=1)] 4 EtherCAT的概念 从概念上讲,现场总线是一种数字式通信网络,用于将工业控制和仪表设备集成为一个系统。典型 设备有变送器、传感器、执行机构和控制器。 1GB/T31230.1—2014 EtherCAT协议已被工程化,以支持任何工业部门及相关领域的信息处理、监视和控制系统。图1 示出了在过程车间的传感器、执行机构、本地控制器之间,并与可编程控制器互连在一起的一个高完整 性的低层通信应用示例。 图1 一般的现场总线网络 图2阐明了数据链路层和应用层的服务与协议视点之间的差异。协议部分表示层实现者的视点, 服务部分表示层用户的视点。 图2 DL/AL服务和协议的概念 应用层结构如下: ———GB/T31230.5的类型特定部分中的应用服务元素(ASE)描述“做什么”; ———GB/T31230.6的类型特定部分中的应用关系(AR)描述“怎么做”。 数据链路层结构如下: ———GB/T31230.3的类型特定部分中的数据链路层服务和模型描述“做什么”; ———GB/T31230.4的类型特定部分中的数据链路层协议机以及媒体访问原理描述“怎么做”。 物理层的结构类似,但因其服务容易描述,因此,这些服务定义与物理层协议规范在同一规范 (GB/T31230.2)中: 2GB/T31230.1—2014 ———物理层服务和模型描述“做什么”; ———物理层电磁和机械规范描述“怎么做”。 5 对OSI基本参考模型的映射 5.1 概述 采用GB/T9387的原理、方法论和模型来描述EtherCAT的协议类型。OSI模型提供了对通信标 准的分层方法,据此可独立地开发和修改各层。EtherCAT规定了完整的OSI通信栈由顶至底的功能, 以及潜在地规定了通信栈用户的某些功能。OSI的中间层(第3~第6层)的功能可浓缩到EtherCAT 的数据链路层或EtherCAT的应用层,或可由一个单独的层实现。同样,为了简化用户操作, EtherCAT应用层可提供现场总线应用层的用户公用的若干特性。 表1列出了OSI各层、它们的功能以及在EtherCAT基本现场总线参考模型(见图3)中等效的 各层。 表1 OSI和EtherCAT各层 OSI各层 功 能 EtherCAT各层 7 应用层 将位于通信栈中的命令要求译成低层所理解的形式,反之亦然 6 表示层 将数据变换为标准化的网络格式,或将标准化的网络格式变换为数据 5 会话层 创建和管理低层间的对话应用层 (GB/T31230.5、 GB/T31230.6) ↑ ↑ 4 传输层提供透明可靠的数据传输(在可能包括多个链接的网络间端到端的 传输) 3 网络层 执行报文路由 2 数据链路层 控制对通信媒体的访问。执行差错检测(在一条链路上的点到点传输)↓或↑ ↓或↑ 数据链路层 (GB/T31230.3、 GB/T31230.4) 1 物理层以一种适合于通信媒体的形式对发送/接收的信号进行编码/译码。规 定通信媒体的特性物理层 (GB/T31230.2) 注:↓与↑表示这一层的功能(当存在时)可包括在按箭头所指的方向最近的现场总线层内。因此网络层和传输 层功能可包括在数据链路层或者应用层中,而会话层和表示层功能可包括在应用层中,但不能包括在数据链 路层中。 图3 基本现场总线参考模型 3GB/T31230.1—2014 6 每个服务和协议特性的简述 6.1 物理层服务和协议特性概述 6.1.1 EtherCAT:线缆和光纤媒体 EtherCAT规定ISO/IEC8802-3物理层及以下变型: ———导线媒体,100Mbit/s,低压差分信号模式(平行耦合),符合ANSITIA/EIA-644-A规定。 6.2 数据链路层服务特性概述 EtherCAT支持数据链路服务,其能提供ISO/I