GB T 20540.2-2006 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2部分 物理层规范和服务定义.pdf

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1、ICS 25.040 N 10 和国国家标准11: _;、中华人民GB/T 20540.2-2006 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2部分:物理层规范和服务定义Digital data communication for measurement and control-Fieldbus for use in industrial control systems-Type 3: PROFIBUS specification一Part 2: Physical layer specificaton and service definition CIEC 6

2、1158-2 Type 3: 2003 , MOD) 2006-10-16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2007-05-01实施发布中华人民共和国国家标准测量和控制数字数据通信工业控制系统用现场总结类型3:PROFIBUS规范第2部分:物理层规范和服务定义GB/T 20540. 2-2006 * 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* 开本880X12301/16 印张5.5 字数175千字2007年3月第一版2007年3月第一次印刷

3、击是书号:155066 1-28732 定价33.00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/T 20540. 2-2006 目次前言. . . . . . . . . . . . . . . . . . I . .咀引言1. I . . . . . . . . 1. .回1 范围2 规范性引用文件3 术语和定义3. 1 公用术语和定义3. 2 本部分使用的术语和定义4 符号和缩略语. . . . . . . . . . . . . . . . I . . . . . . 7 4. 1 符号4.2 缩略语. . . . . . . . . .

4、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 5 DLL-PhL接口. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0 I 1. . .四5. 1 概述105. 2 必需的服务(同步传输)115.3 必需的服务.，. 12 6 系统管理-PhL接口6. 1 概述. 6. 2 系统管理-PhL接口(同步传输)136. 3 系统管理-PhL接口四7 DCE无关子层(DIS)四7.1 概述7.2 DIS(同步传输). 7. 3 D IS . I I . I I ,

5、 . . . . . . . . . . . . . . 0 . 20 8 DTE-DCE接口和MIS专用功能208. 1 概述208.2 DTE-DCE接口(同步传输). . . . . . . . . . . . 20 8.3 DTE-DCE接口289 媒体相关子层CMDS). . . . . . . . . , . . . . . . . . . 28 9. 1 概述. . . . . 28 9.2 MDS:导线和光纤媒体同步传输).I I . . . . . . . . 28 9.3 MDS:导线和光纤媒体.10 MDS-MAU接口3110. 1 概述. 10.2 MDS-MAU接口:

6、导线和咒纤媒体(同步传输)10.3 MDS-MAU接口:导线和光纤媒体11 媒体附属单元:31.25 kbit/s、有低功率选项的电压方式、总线型和树型拓扑和100.0 导线媒体. 11. 1 概述3311. 2 发送比特速率. . . . . . . 33 I G/T 20540.2-2006 11. 3 11. 4 11. 5 11. 6 11. 7 11. 8 11. 9 网络规111.MAU发送电路规范MAU接收电路规范m非正常传输抑制. . . . . . . 41 配电41媒体规范. . . . . . . . . . . . . . . . ! . 46 本质安全. . . .

7、. . 48 11. 10 电隔离器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 12 媒体附属单元:同步传输，31.25 kbit/s.电压模式，导线媒体.,. 48 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 12.6 12. 7 概述. . . . . . . . 48 发送比特速率. . . . 49 网络规范. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 31. 25 kbit/ s电压模式MAU的

8、发送电路规范5031. 25 kbit/s电压模式MAU的接收电路规范u非正常传输抑制配电. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ., . . . . . . . . I . ., . . 51 12.8 媒体规范12.9 本质安全. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 12. 10 电隔离器.1.5413 媒体附属单元(MAU):异步传输，导线媒体.1.54 13. 1 电特性. . . . . . . . . . . . . . . . . . I . . . . .

9、. . . . . . . . M 13.2 媒体规m. . I . . . . . . . . . . . I I . . . . . . . . . 56 13.3 传输方法. . . . . . . . . . .四14 媒体附属单元:异步传输，光纤媒体. . . . . . . . .四14. 1 光数据传输的特性. . . . . . . . . . . . . .四川.2光数据传输媒体的基本特性. . . . . . . . . . . . . .四14. 3 光网络. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10、. . . . . . . . . . . . ., .,. . . . 60 14.4 标准光链路. . . . . . . . . . . . . . . . . 60 14.5 由标准光链路的组合而构成的同络结掏. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 14.6 比特编码. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 14. 7 光信号等级6114. 8 瞬时信号失真. . . . . . . . . . . .臼14. 9 比特差错率14. 10 纤维光缆的连接器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I ., . . .臼14.11 光传输网络中的冗余. . . . 附录A(资料性附录A. l 电辑描述和规范31. 25 kbitl气电压模式MAU的电

12、缆规范和干线及分支电缆长度.66 A.2 典型干线和分支电缆长度附录B(规范性附录)B.1 同步传输连接器B. 1. 1 概述连接器技术规程 . . .,. 66 . . . . . . . 6 6 68 . . . . . 68 68 B. 1. 2 M12圆型连接器的管脚分配. . . . 68 旦1.3 T型接头与站之间的连接. . . . . . . 68 E B. 3. 1 玻璃纤维光缆(850nm和1300 nm)用连接器B. 3. 2 塑料和玻璃纤维光缆(660nm)用连接器附录C(规范性附录)附录D(规范性附录)D.l 在光网络中的信号流D. 1. 1 橄述与有反射的网络相连接

13、与无反射的网络相连接B.2 B.3 D. 1. 2 D. 1. 3 D. 1.4 D. 1. 5 D. 1. 6 D. l. 7 GB/T 20540. 2-2006 异步传输连接器纤维光缆用的连接器. . . . . ., 69 :. 70 70 70 PhL和媒体的冗余. 光网络拓扑结构。白町，。Lfn，。，1、. . . . . . . . . . . . . . . . 0- . ., . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I . . . . . ., . . . . . . .

14、. 1. . . . 72 . 72 有反射功能的光MAU无反射功能的光MAU拓扑结构实例光功率预估i. .1. .: 73 73 , . .+ . . i. .-. . .-. . . . . , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 77 参考文献. . . . . . . . . . . . . .川.，;Ii.ii.80 图l圈2图3图4图5图6图7图8图9图10圈11图12图13图14图15图16图17图18圈19图20图21图22图23图24图25图26图27物理层与其他现场总结各层以及现场总线物理层服务的用户之间的关系.i.，.:.

15、四物理层的通用模型.j j . . . .，. . . . ., . . . . . . . . . . . . ; . .四在DLL-PhPDU接口上数据单元之间的映射. . . . . . . .四异步传输的数据服务. . . . . . .h. . .四RESET ,SET VALUE, GET VALUE.正I 0 .dz s.16 EVENT服务DTE/DCE定序机 I . . . . . . . . I . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . nhuun61t49白qhH1司 1 . . . . . . . t . 协

16、议数据单元(PhPDU). PhSDU编码和解码. . . . I . .6 . I I 1. . 29 曼彻斯特编码规则. . I . . . . . . . . i. . . oi. 1. i l;. 1 29 前同步码和定界特. . . . . . . . . . . . . ,. . . . . . . . 30 发送电路测试配置.:. . . . . .山36输出披形. . . . . . I . . .:.:山36发送和接收比特单元抖动(跨零点偏移). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 倩号极性. . .

17、. I . oi . 11 . . . . . . . .t: .， . 38 从接收到发迭的转变接收器灵敏度和噪声抑制. . . . . 40 供电电掘纹搅和噪声.，.JJ-. 42 用于单输出供电电掘的测试电路.Ii. . ;-.川43通过IS安全栅配电的测试电路. . .1 .1. . i. .1110 . . . 44 有信号桐合的多输出电掘的测试电路t. . . ., 45 现场总钱藕合器. . . . . . . . . . . . . . , . . . . . .川46保护电阻h. . 川. . . .川47电纹波和噪声.:.，.i. . . . . . . . . . . 1

18、 . I ., .川52在直线型总线拓扑中的中继器. . . . . .1. . . 1. 川55在树型拓扑中的中继器川6.56 带集成电J茧的连接器实例. . . . . . . . 1 I . I . 57 E GB/T 20540.2-2006 图28互连的接线. . . . . 57 固29总线终端器. , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 图30与光网络连接图31光网络的主要结掏m图32标准光链路的定义. . . . . . 60 图自光发送器的信号样板. . . . . . 64 图丑l站藕合器的示意图. . . . . .

19、. . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 图B.2IEC 947-5-2(A编码)插头和插座的管脚分配68图B.3连接器管脚引出，表示插头正视和插座后视. . . . . . . 69 图巳1PhL的MAU和媒体的冗余. . . . . . . . . . . . . . I . 71 图D.1在有反射的网络中的光MAU. . I . 72 图D.2在无反射的网络中的光MAU圄D.3通过接收信号的内部电反馈的有反射的光MAU. . . I . . . . . . ., . 73 图D.4无反射功能的光MAU74图且5星型拓扑结构的光网络. 图D.6环状拓扑结

20、构的光网络图D.7总线性拓扑结构的光网络固D.8由星型结构组合掏成的树型结构因D.9一个ANSITIA/EIA妇485-A/纤维光转换器的应用实例表1Ph-Set-Value request的参数名称和取值范围. . . . . . . . . . . . ., . . I . 14 表2Ph-Event indication的参数名称. . . . . . . . . . . . . . t . . 14 表3Ph管理服务和原语的摘要. 表4Reset的原语和参数. . . . . . . . . . . . 16 表5Reset服务的PhM-Status的值.I.17 表6Set Valu

21、e的原语和参数. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 表7必备的PhE变量17表8PhE变量的允许值. . . . I . . . . . . . . . . . . 11. . . .,. . 17 表9Set-Value服务的PhM-Status的值四表10Get Value的原语和参数. . . . . . . . . . . . . I 1. .四表11PhE变量的当前值四表12Get Value服务的PhM-Status的值四表口Eve旧的原语和参数四表14PhE变量的新值四表白DTE-DCE接口的信号.2

22、1 表16外露DTE-DCE接口的信号电平表17曼彻斯特编码规则表团在MDS-MAU接口上的最少的服务表19用于外露的MDS-MAU接口的信号电平u32表20MAU发送电平规范摘要.I . . . . . . . . . . 0 . . I . . . . . . 35 表21MAU发送定时规范摘要. . . . . . . . . . . . . . . 35 表22MAU接收电路规范摘要表23网络供电设备特性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 N GB/T 20540. 2-2006 表24网络供电电源要求. . . . . . . . . .

23、 . 1. . . . . . u 表25电缆颜色规范. . . . . . . . . . . . 48 表2631. 25 kbit/s电压模式MAU的网络供电设备特性. . . . . 51 表2731. 25 kbit/s电压模式MAU的网络供电要求. . . . . . . . . . 51 表28电缆技术规范. . . . . . . . . . . . . . . . 56 表29不同传输速率下的最大电缆长度. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 表30特性四表31用于多模玻璃纤维的光发送器的特性. . . . . . . . . .

24、 61 表32用于单模玻璃纤维的光发送器的特性I . . . . . . 61 表33用于塑料纤维的光发送器的特性. . . . . . . . . . . . 62 表34用于200/230玻璃纤维的光发送器的特性. . . . . . . 62 表35用于多模玻璃纤维的光接收器的特性. . . . . . . . . . 62 表36用于单模玻璃纤维的光接收器特性表37用于塑料纤维的光接收器的特性. . . . . . . . . . . 63 表38用于200/230玻璃纤维的光接收器的恃性1. 0 . . . . . . . . 63 表39在光发送器的电输入处允许的信号失真表40由于

25、光发送器引起的信号失真的允许值. . . . . 64 表41由于光接收器引起的信号失真的允许值. . . . . . . . . . 表姐由于捐合组件内部电子电路引起的信号影响的允许值表43元再定时的标准光链路的最大链路数. 表A.1典型的电缆技术规范. . . . 66 表A.2推荐的最大分支长度与通信组件数的关系. . . . . . . . . . . . . 67 表B.1用于苛刻工业环境的外部连接器的管脚分配. . . . I .四表B.2管脚分配. . . . . . . . . . I . ., . . . 69 表D.1多模玻璃纤维62.5m/125m的等级预估计算实例. .

26、 . . . . . . . . . . . . 78 表D.2单模玻璃纤维9m/125m的等级预估计算实例. . . . . . . . . . . . . . . 78 表D.3多模塑料纤维980m/1000m的等级预估计算实例. . . . . . 79 表D.4多模玻璃纤维200m/230m的等级预估计算实例. . . . . . . 79 V 目。GBjT 20540-2006(测量和控制数字数据通信规范的内容分为如下6个部分:一一GBjT20540. 1 概述和导则;一一GBjT20540. 2 物理层规范和服务定义;-一-GBjT20540. 3 数据链路层服务定义;一-GBjT

27、20540. 4 数据链路层协议规范;一一GBjT20540. 5 应用层服务定义;一-GBjT20540. 6 应用层协议规币。本部分为GBjT20540-200日的第2部分。GB/T 20540. 2-2006 工业控制系统用现场总线类型3:PROFIBUS本部分修改采用IEC61158-2 Type3: 2003(测量和控制数字数据通信工业控制系统用现场总统类型3:PROFIBUS规范第2部分z物理最规范和服务定义，在技术内容上与原圈际标准没有差异，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GBjT1.1的要求进行编辑。本部分基于JBjT10308. 3-2005制定口本部

28、分的附录B、附录C、附录D为规范性附录，附录A为资料性附录。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第四分技术委员会归口。本部分起草单位:中国机电一体化技术应用协会、机械工业仪器仪表综合技术经济研究所、西南大学、中海石油研究中心、上海自动化仪表股份有限公司、清华大学、重庆Jl仪总广、北京交通大学、天华化工机械及自动化研究设计院、中石化装备总公司、中国仪器仪表协会、西门子(中国)有限公司。本部分主要起草人:李百煌、欧阳劲松、王春喜、梅恪、王玉敏、如j枫、徐伟华、孙听、谢素芬、离敦炎、刘云男、阳宪惠、董景辰、姜金锁、冯秉耘、陈明梅、田英明。本部分为首次发布。V

29、II GB/T 20540. 2-2006 引1 慨述本部分是为方便实现自动化系统各组成部分互连所形成的系列标准之一。它与在某种程度上基于开放系统互连基本参考模型的三层现场总统参考模型所定义的标准系列中的其他标准有关。两种参考模型均将互连标准化区域细分为一系列层规范，每层有可管理的大小施围。2 现场总结概述现场总线是一种数字化、串行、多分支网络的数据总钱，用于工业控制和仪表设备(诸如传感器、执行机构和本地控制器，但井不限于此)的通信。本部分中所规定的物理层，为数据链路层实体之间通过物理连接的数据单元提供透明的传输。PhL(物理层)提供由数据链路协议和系统管理所使用的服务。图1阐述了现场总结数据

30、链路层标准、现场总线物理服务标准和系统管理应用之间的关系。注:本部分中使用的系统管理是用于管理层协议的本地机制。应用层数据链路层zi酣R z 物理服务隔. . . . . 物理层物理管理服务._.J 媒体圈1物理层与其他现场总统各层以及现场总结物理层服务的用户之间的关系3 物理层概述本部分的主要目的是提供一组通信规则，这些通信规则是依据对等的Ph实体在通信时刻要执行的步骤来表达的。物理层从数据链路层接收数据单元，对它们进行编码，必要时通过添加通信成帧信息(予以封装), 并将所形成的物理信号传输到一个节点上的物理媒体。然后，信号被一个或多个节点所接收，在将数据单元传给正在接收的设备的数据链路层之

31、前先进行译码，必要时去掉通信成帧信息。4 文件概述VI 物理层通用模型如图2所示。所有变型和类型的公共特征如下z一一数字数据传输;一一非独立的时钟传输;一一半双工通信(双向通信，但在每一时刻只有一个方向的通信)或全双工通信。GB/T 20540. 2-2006 DLL 间HQDL-Ph接口的HEt-TPhDIS DCE无关子层系统管理盹酬都A|lta-mo2 DTE-DCE接口PhMDS 媒体相关子层MDS-MAU接口1 i i PhMAU 媒体附属单元媒体接口媒体刷刷mp去EE起制阳制国mD骂肉同远斟啊阳物理层的通用模型固2在本部分中所规定的主要物理层类型5 区1 5. 1 xl(接线和光纤

32、媒体本部分规定下列同步传输类型:双绞线媒体，31.25 kbit/s，电压模式(井行藕合)，具有以下选项:一一经由总线导体供电:非本质安全;一一经由总线导体供电:本质安全。本部分规定下列异步传输类型:a) 双绞线媒体，最高速率12Mbit/s ,ANSI TIA/EIA-485-A; b) 光纤媒体，最高速率12Mbit/s。GB/T 20540. 2-2006 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2部分:物理层规范和服务定义1 范围本部分规定了现场总hb) 在物理层设现场总线物理定界符在物理层，GB 3836.4 1999) GB/T 9387 ( GB/T 17626. 2 1995) 61000-4-3: 1995) GB/T 17626. 4一199861000-4句4:1995)iffliJ的数据完整性;互操作性。试验和测量技术可幽暗暗边喃噩噩噩. 部酷有例外，如某些类型的帧部分的练款。肌是注日期的引用文本