GB Z 26157.3-2010 测量和控制数字数据通信 工业控制系统用现场总线 类型2:ControlNet和EtherNet IP规范 第3部分:数据链路层.pdf
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1、GB ICS 25.040 N 10 中华人民共和国国家标准化指导性技术文件GB/Z 26157.3-2010 测量和控制数字数据通信工业控制系统用现场总线类型2: ControlNet和EtherNetjIP规范第3部分:数据链路层Digital data communication for measurement and control一Fieldbus for use in industrial control systems-Type 2: ControlNet and EtherNet/IP specification一Part 3: Data link layer CIEC 611
2、58:2003 TYPE 2,扣10D)2011-06-01实施2011白01-14发布发布中华人民共和国国家质量监督检验检茂总局中国国家标准化管理委员会一二,均、WW内时】【、MWaw 声型骨中华人民共和国国家标准化指导性技术文件测量和控制数字数据通信工业控制系统用现场总结类型2:ControlNet和EtherNet/IP规范第3部分:数据链路层GB/Z 26157. 3-2010 头中国标准出版社出版发行北京复兴门外三里河北街16号邮政编码:100045网址电话:6852394668517548 中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销争夺开本880X1230 1/16 印张5.2
3、5 字数158千字2011年6月第一版2011年6月第一次印刷9咛书号:155066 1-42655 定价69.00元如有印装差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究举报电话:(010)68533533GB/Z 26157.3-2010 目h次前言.皿引言凹1 范围2 MAC帧12. 1 格式12.2 前同步码.4.22. 3 分隔符.22.4 字节和排序.22. 5源MACID 2 2. 6 所有Lpackets总的大小22. 7 循环冗余校验.2 2.8 异常中止MAC帧.2 3 Lpacket 3 3. 1 格式33.2 大小33.3 控制33.4 标签43.5 链路数据.5 4 协调器L
4、packet54. 1 格式55 建模语言(资料性的)66 外部接口76. 1 发送服务76. 2 队列维护服务86. 3 标签过滤管理86.4 接收服务86. 5 网络同步服务96. 6 同步参数变化96. 7 事件报告106.8 无效CRC指示116. 9 当前协调器指示116. 10上电116.11 启用协调器四6.四只昕四7 访问控制机(ACM)128 TxLLC 43 9 RxLLC . 49 10 发送机(TxM)53GB/Z 26157.3-2010 11 接收机CRxM)5912 并行串行转换器6813 串行并行转换器7113. 1 字节构造7113.2 CRC校验7113.3
5、 帧处理结束7114 DLL管理71图1NUT结构凹图2在调度时段的介质访问v图3非调度期间的介质访问v图4数据链路层内部结构四图5与ISO/OSI模型的关系图6MAC帧格式2图7在传输期间异常中止一个MAC帧.3 图8Lpacket格式3图9固定标签Lpacket格式4图10通用标签Lpacket格式表I数据链路层组件n表2固定标签服务定义表3DLL事件10H GB/Z 26157.3-2010 目。昌IEC 61158:2003(测量和控制数字数据通信工业控制系统用现场总线包括了10种现场总线类型:一一类型1:IEC技术报告;一类型2:ControlNet和Ethernet/IPj 类型3
6、:PROFIBUSj类型4:P-Netj 类型5:FFHSEj 类型6:SwiftNet j 一一类型7:WorldFIPj 类型8:Interbus j 类型9:FFALj 类型10:PROFINET。本标准化指导性技术文件修改采用IEC61158:2003(测量和控制数字数据通信工业控制系统用现场总线类型2:ControlNet和EtherNet/IP规范第3部分t数据链路层。由于IEC61158系列标准将10种现场总线技术氓合在一起进行编写,不便于国内的工程技术及相关人员对各种总线技术的阅读和理解,因此全国工业过程测量和控制标准化技术委员会在采用国际标准时,只采用了其中在国内有广泛应用的
7、类型2:ControlNet和EtherNet/IP规范的相关技术内容,并根据技术开发人员的习惯将其分为10个部分进行编写。在技术内容上与国际标准没有差异,为方便我国用户使用,在文本结构编排上进行了适当调整,并按GB/T1. 1的要求进行编写。GB/Z 26157(测量和控制数字数据通信工业控制系统用现场总线类型2:ControlNet和EtherNet/IP规范分为如下10个部分:GB/Z 26157. 1 一般描述;GB/Z 26157.2 物理层和介质;GB/Z 26157.3 数据链路层;GB/Z 26157.4 网络层及传输层;GB/Z 26157. 5 数据管理;GB/Z 2615
8、7.6 对象模型;GB/Z 26157. 7 设备行规;GB/Z 26157. 8 电子数据表;GB/Z 26157.9 站管理;GB/Z 26157. 10 对象库。本指导性技术文件为第3部分。本指导性技术文件由中国机械工业联合会提出。本指导性技术文件由全国工业过程测量和控制标准化技术委员会(SAC/TC124)归口。本指导性技术文件起草单位:机械工业仪器仪表综合技术经济研究所、清华大学、西南大学、北京钢铁设计研究总院、中国仪器仪表协会、中国机电一体化技术应用协会、上海自动化仪表股份有限公司、上海工业自动化仪表研究所、上海电器科学研究所(集团)有限公司、罗克韦尔自动化研究(上海)有限公司。本
9、指导性技术文件主要起草人:郑旭、梅恪、陈开泰、王锦标、彭瑜、刘枫、包伟华、夏德海、董景辰、阮于东、李百煌、王春喜、王玉敏。阳山GB/Z 26157.3-2010 I 数据链路层(DDL)的主要任务是与同链路上的其他数据链路层协作,来决定允许在介质上进行发送的授权。在其与上层的接口,DDL为网络层、传输层和站管理提供服务数据单元(SDU)接收和交付的服务。DDL协议基于一个称为网络更新时间(NUT)的固定的、重复的时间周期。NUT在链路上所有的节点中保持严格的同步。如果一个节点的NUT与当前链路上使用的NUT不一致,则该节点不允许在介质上发送。不同的链路可能有不同的NUT。每一节点都含有与本地链
10、路的NUT同步的定时器。介质的访问由本地NUT细分而成的访问槽来决定。对媒体的访问是基于节点的MACID的排序顺序进行的。为了允许一个临时的MACID为零的节点执行链路维护,在访问协议中加入了特定的行为。一个链路上所有节点的MACID号都是唯一的。DLL一旦检测到重复的MACID,则立即停止发送。一种隐性的令牌传递机制用来授权访问介质。每一节点监测接收的每一MAC帧的源MACID。在MAC帧的结束,每一DLL将一个隐性令牌寄存器设置为等于所接收的源MACID的MACID+ 1。如果隐性令牌寄存器等于本地MACID.则该节点就可以发送一个MAC帧。在其他情况下,该节点或者等待来自隐性令牌寄存器所
11、指定的节点的一个新MAC帧,或者等待一个超时值,如果指定节点发送失败的话。无论哪种情况,隐性令牌都自动地增量到下一个MACID。所有节点的隐性令牌寄存器都含有相同的值,以避免介质上的冲突。超时周期(称为时隙时间)基于以下所需时间的总和:当前节点侦听到前一节点的发送的结束;当前节点开始发送;下一节点侦昕到当前节点发送的开始;时隙时间被调整以补偿介质的总长度,因为介质的传播延迟会影响以上所列的第一项和最后一项。注:时隙时间的计算在GB/Z26157. 92010站管理中规定。每个NUT分为三个主要部分:调度的,非调度的和维护段,如图l所示。这一序列在每一NUT中重复。隐性令牌传递机制用于在调度的和
12、非调度的时间间隔内授权访问介质。数据链路层协议网络更新时间(NUT)维护段图1NUT结构在NUT调度的部分,从节点。开始到节点SMAX结束的每一节点,都有一个机会发送对时间有严格要求(调度)的数据。SMAX是在NUT调度的部分能访问介质的最高编号节点的MACID。在每一NUT中.0到SMAX之间的节点只有一次机会发送调度的数据,且每个节点在调度的时段内对介质的访问机会是均等的。这允许在NUT调度的部分发送的数据以可预知和确定的方式进行传送。图2显示了在调度时段内如何授权允许发送。网络层和传输层调节在这调度的令牌传递期间每一节点可以N GB/Z 26157.3-2010 发送的数据量。1 2 3
13、 在调度期间,每个节点允许发送一次(隐性令牌)每丢失一个0到SMAX间的节点(MACID),其他节点就等待一个槽时间。1 2 3 例如-由于211节点丢失,311节点等待一个槽时间二调度的非调度的维护段俨SMAX最大受调度的网络地址根据调度的时间的利用,这一边界线在NUT间移动图2在调度时段的介质访问在NUT非调度的部分,从0到UMAX的每一节点都享有以循环的方式发送对时间无严格要求的数据的机会,直到所分配的NUT时间用尽。UMAX是在NUT的非调度部分能访问介质的最高编号节点的MACID。从0到UMAX的每一节点可能有零个、一个或多个传送非调度数据的机会,这取决于调度的时段完成后此NUT还剩
14、多少。每一NUT中,在非调度时段内访问介质的机会对每一节点可能会不同。图3显示了在非调度时段内如何授权允许发送。对每一NUT来说,在NUT的非调度部分的起始节点的MACID每次加1。非调度的令牌从前一协调帧的非调度起始寄存器(USR)所规定的MAC ID开始。USR以UMAX+l为模每一NUT加1个模。如果USR在维护段之前达到了UMAX,则它返回到0,令牌传递继续。17 |一。i , 1 |二|1 , 月|发送的许可权按循环方式传递每丢失一个0到UMAX间的节点(MACID),其他节点就等待一个槽时间图318 ! 9 : 10 1111t 上一时间间隔的起始MACID加l后得到的MACID在
15、下一时间间隔将首先得到发送机会时间非调度期间的介质访问UMAX 最大非调度MACID 每一节点可以发送多次或者不发送V GB/Z 26157.3-2010 当到达维护段时,所有节点停止发送。如果一次发送不能在维护段开始前完成,则该节点不被允许开始这发送。在维护段期间,具有最低MACID的节点(称为协调器)发送一个维护信息(称为协调帧勺,它完成以下两件事情:一保持所有节点的NUT定时器同步;一发布关键的链路参数,使得本地DLL组的所有成员能够共享重要DLL值的共同版本,如NUT、时隙时间、SMAX、UMAX等。协调器发送协调帧,重新同步所有节点并重新启动NUT。接收一个有效的协调帧后,每一节点将
16、其内部值与协调帧所发送的值相比较。使用与协调器不一致的链路参数的节点自己不能工作。如果在两个连续的NUT内没有收到协调帧,则最低MACID的节点担当起协调器的角色,在第3个NUT的维护段开始发送协调帧。协调器节点一且发现另外的节点在线并发送其MACID比自己的还低的帧时,则立即取消自身的协调器角色。可能引起DLL访问协议中断的典型情况包括:链路上引人的噪声;质量低劣的电缆或终端器;一一网络正在运行时物理地将两个链路连接在一起。这一中断的通常结果是可能会造成节点间在哪个节点该发送问题上的不一致,这称为网络的非合作。当节点不符合相同的链路配置参数时会出现另一个潜在的问题。一个与协调器发送的链路参数
17、不一致的节点称为游离节点,并立即停止发送。DLL访问协议将企图修复一个游离节点,并使其回到在线。VI 在数据链路层中,访问控制机(ACM)主要负责检测和修复网络中断。ACM的主要任务是:确保本地节点检测及充分地利用协议中分配给它的槽;一一确保本地节点不会干扰其他节点的发送,特别是协调器节点;一一-无论协调帧是否收到,按时启动下NUT;一如果本地节点是协调器,则严格地按时发送每一协调帧。数据链路层由表l的组件构成:表1数据链路层组件组件描述访问控制机(ACM)接收和发送控制帧及头部信息,决定发送的时间表和持续时间吗发送LLC(TxLLC)缓冲来自站管理、网络层和传输层的SDU,决定下一个要发送的
18、SDU接收LLC(RxLLC)执行检验所接收到的链路信息包的任务,直到它们被一个好的CRC确认有效发送机(TxM)接收发送MAC帧头部、尾部和来自ACM的Lpacket的请求,将其分解为要传送到并行串行转换器的字节符号请求接收机(RxM)把从串行并行转换器接收的字节符号装配成接收的Lpacket,并把他们提交给RxLLC并行串行转换器接收字节符号,对其编码和串行化,把它们作为MAC符号传送给物理层。同时也负责生成CRC串行并行转换器接收来自物理层的MAC符号,转换MAC符号为字节并传送他们到接收机。同时也负责校验CRCDLL管理接口保持属于DLL的站管理变量,帮助管理链路参数的同步改变这些组件
19、的内部安排以及他们的接口见图4。箭头指明了控制和数据流的主要方向。站管理Ili-lllil-GB/Z 26157.3-2010 一一-一-一一一-一一-一一-一一一一-一一一一-.,网络层和传输层| L_一一-一一-一一-一-一-一一一一-一一一一-一一DLL管理r-一-一一-一一-一-一一一-一一-一一一-一寸物理层和介质i L_一一-一一-一一一-一一-一-一-一_J圈4数据链路层内部结构VIl GB/Z 26157.3-2010 测量和控制数字数据通信工业控制系统用现场总线类型2:ControlNet和EtherNetjIP规范第3部分:数据链路层1 范围本指导性技术文件规定了在具有确定
20、性的控制网络上节点的数据链路层需求。本指导性技术文件适用于确定性控制网络的数据链路层对应于与GB/T9387一致的OSI七层模型中的第二层定义。图5给出了在OSI模型中数据链路层的位置。注:数据链路层中的大多数术语和模型都采用自ISO/IEC8802-4: 1990或GB/T15629. 3-1995中的术语。所用的数据类型在GB/Z26157.5-2010:数据管理中的描述。OSI参考模型的分层ControINet网络的分层层7第5部分表示层对象和对象模型数据管理第10部分:对象库第6、7、8部分应用层层6空会话层层5空传输层一一一-屋乞一一一一报文路由传输连接管理第4部分网络层层3第3部分
21、数据链路层 / qu +U D e m e L a =时re ee9 n,de ia噜t唱beacht a/S m e a L S state : = state: transition养transition . = event: TU D USINT gentag3 ); BOOL result ); J飞s eJH mvk e r -DA -FA C LT牛cy eJ n町mdm -卫e -i b a s -4 ,d TU L D /飞m r -l FE 口。c c, id rEl e n eR QE -TI eE 14了l牛、bTaN SE 工D,dI TU L nu US工NTgent
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