GB T 29001.2-2012 机床数控系统 NCUC-Bus现场总线协议规范 第2部分：物理层.pdf

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1、ICS 25.040.20 J 50 .L;工.飞:.，冒fIi.:飞:.-:_一L -=司;i;a白白白-.!丘i二一;?;!;.主i_一_ r:i. W.，;:，.:，.1;:，; 略，:.;.:.:.;.:-:.:.:-:.年画唱唱.1iI._ . 中华人民共和国国家标准GB/T 29001.2-2012 机床数控系统NCUC-Bus现场总线协议规范第2部分:物理层Numerical control systern of rnachine tool一Protocol specifications for NCUC-Bus fieldbus-一Part 2 : Physical layer

2、 2012-12-31发布2013-07-01实施f四飞中华人民共和国国家质量监督检验检蔑总局也士叶牛毛中国国家标准化管理委员会a叩lj;余层g;_n伪/GB/T 29001.2-2012 目次前言.m 引言.N 1 范围-2 规范性引用文件3 术语和定义、缩略语.3.1 术语和定义3.2 缩略语.5 4 概述. 5 5 体系结构.6 6 物理拓扑结构.66. 1 概述-6.2 环形结构.7 6.3 单线形结构.8 6.4 双线形结构.8 7 机械特性.8 7.1 概述87.2 连接端子.9 7.3 通信线缆.7.4 状态指示灯.10 8 电气特性.10 9 规程特性.10 10 标识.10

3、附录A(资料性附录)连接端子.I GB/T 29001.2-2012 前言GB/T 29001(机床数控系统NCUC-Bus现场总线协议规范分为以下部分z一-GB/T29001. 1 总则;一-GB/T29001. 2 物理层z一二GBjT29001. 3 数据链路层F一一GB/T29001. 4 应用层z一二GB/T29001. 5 测试z一-GB/T29001. 6 安全;本部分为GB/T29001的第2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。本部分由全国机床数控系统标准化技术委员会(SAC/TC367)归口。本部分起草单位:沈阳高精数控技术

4、有限公司、广州数控设备有限公司、大连光洋科技工程有限公司、武汉华中数控股份有限公司、浙江中控电气技术有限公司。本部分主要起草人z杨东升、胡毅、宋宝、唐小琦、金健、陈虎、王声文、何英武、张玉洁、莫元劲、胡锦和、冯冬芹等。回皿GB/T 29001.2-2012 51 旨o. 1 概述机床数控系统NCUC-Bus现场总线(NCUnion of China Field Bus，数控系统联盟总线，简称NCUC-Bus)通信协议规范是为用于机床数控系统及工业自动化控制过程而制定的，本协议规范结合近年来科学技术发展及机床数控系统的结构和功能对数据通信的需求进行了详细描述，并规定了机床数控系统NCUC-Bus

5、现场总线的数据类型和基本的数据传输方式。机床数控系统NCUC-Bt1.s现场总线按GB/T9387.1-1998定义了三层参考模型(即物理层、数据链路层、应用层)，参考模型将互连标准化区域细分为一系列层次规范，每层有可管理的范围。GB/T 29001的本部分是机床数控系统NCUC-Bus现场总线协议规范的物理层，本部分与参考模型所定义的系列部分标准中的其他部分有关。0.2 鼓控系统现场总统物理层概述机床数控系统NCUC-Bus现场总线是一种数字化、串行网络的数据总线，用于机床数控系统各组成部分互连通信。本部分所描述的物理层，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。图1描述r机

6、床数控系统NCUC-Bus现场总线的物理层与NCUC-Bus的数据链路屁及系统管理应用等之间的关系。应用层数据链路层物理层服务物理层-坠-物理管理服务传输介质图1物理层与NCUC-Bus其他各层之间的关系机床数控系统NCUC-Bus现场总线的物理层主要提供建立和拆除物理连接、位流传输、管理等，同时还规定了NCUC-Bus的物理接口的各种特性，具有以下特点za) 与以太网兼容Fb) 支持环形和线形网络;c) 通信速率最高可达100Mbit/s; d) 挂接设备数最多可达255个Fe) 采用平衡方式，支持五类/超五类双绞线和光纤传输。N GB/T 29001.2-2012 1 范围机床数控系统NC

7、UC-Bus现场总线协议规范第2部分:物理层GB/T 29001规定了机床数控系统NCUC-Bus现场总线(以下简称NCUC-Bus)的数据类型和基本的数据传输方式，确立了NCUC-Bus用于机床数控系统及工业自动化控制过程而规定的通信协议规范。GB/T 29001的本部分规定了NCUC-Bus物理层的要求，同时规定了介质和网络组态的要求。本部分适用于机床数控系统。其他用途的数控系统可参照本部分。注1:NCUC-Bus的物理层与GB/T9387.1-1998所定义的ISO/OSI的七层模型的第一层一致。注2:NCUC-Bus所规定的介质和网络组态要求，用以保证在数据链路层差错检查之前的数据完整

8、性及物理层设备之间的互操作性.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 4208-2008 外壳防护等级(lP代码)(lEC 60529 :2001 ,IDT) GB/T 9387. 11998信息技术开放系统互连基本参考模型第1部分z基本模型(idtISOI IEC 7498-1:1994) GB/T 11014-1989 平衡电压数字接口电路的电气特性GB/T 18015.1-2007数字通信用对绞或星绞多芯对称电缆第1部分=总规范。EC61156-1:

9、2002 ,IDT) GB/T 29001. 1-2012 机床数控系统NCUC-Bus现场总线协议规范第1部分z总则ANSI/TIA/EIA 568-B 商业建筑电信布线标准(Commercialbuilding telecommunications cabling standard) IEEE Std 802. 32005信息技术系统间通信和信息交换局域网及城域网特殊要求第3部分z带冲突检测载波监听多从访问(CSMA/CD)的访问方式及物理层规范(Informationtechnology-Tele mmuru臼tionsand information exchange between s

10、ystems-Local and metropolitan area networks-Specific requirements-Part 3: Carrier sense multiple access with collision detection (CSMA/CD)access method and physical layer specifications) IEEE Std 1394a-2000 高性能串行总线IEEE标准一第1次修订版(IEEEstandard for a high perormance serial bus-Amendment 1) USB Specifica

11、tion Revision 2. 0 USB通用串行总线规范2.0规格(Universalserial bus specification revision 2.0) 3 术语和定义、缅略语3. 1 术语和定义GB/T 29001. 1 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。1 GB/T 29001.2-2012 3. 1. 1 协议pro阳col对通信系统数据交换中的数据格式、时序关系和纠错方法的约定。GB/T 29001.1-2012，定义3.1.1J 3. 1.2 总结b田通过分时复用的方式，将信息从一个或多个源部件传送到一个或多个目的部件的一组传输线，是通信系统中传输数据的公共通道。G

12、B/T 29001. 1-2012，定义3.1.2J 3. 1.3 物理层physical layer 处于IS0/0SI通信参考模型的最底层，是整个通信系统的基础。物理层为设备之间的数据通信提供传输介质及互连设备，为数据传输提供可靠的环境，包括传输介质(光纤、双绞线、同轴电缆等)、连接器(插头/插座)、接收器、发送器、中继器等，实现数据在其上以一定的速率通过。GB/T 29001. 1-2012，定义3.1. 3J 3. 1.4 数据链路雇data Iink layer 数据链路层是建立在物理层之上的数据通道。在数据通信期间，收发两端可以进行不等的一次或多次数据通信。每次通信都要任过建立通信

13、联络和解除通信联络雨个过程，这种建立跑来的数据收发关系就叫做数据链路。而在物理介质上传输的数据难免受到各种不可靠因素的影响而产生差错，为了弥补物理层的不足，为上层提供元差错的数据传输，就要能对数据进行检错和纠错。数据链路的建立、拆除和对数据的检错、纠错是数据链路层的基本任务。GB/T 29001. 1-2012，定义3.1. 4J 3. 1.5 应用层applicaton layer 应用层是位于物理层和数据链路层之上，用户任务之下的所有部分，并向上提供接口和服务。GB/T 29001. 1-20凹，定义3.1.5J 3. 1.6 设备device 接入通信网络中，具有特定功能行为的物理实体，

14、例如接人NCUC-Bus网络的数控装置、伺服驱动装置或I/O装置等。每个设备在NCUC-Bus中具有唯一的设备地址。GB/T 29001. 1-2012，定义3.1.6J 3. 1.7 主设备master device 网络中发起通信的设备称为主设备。NCUC-Bus协议约定在一个NCUC-Bus环路中只能有一个主设备，通常为数控装置。注s主设备又称为主站.GB/T 29001. 1-2012，定义3.1.7J 3. 1.8 从设备slave device 网络中除主设备之外，其他接人NCUC-Bus网络的设备称为从设备，例如伺服驱动装置或l/O装置等。注s从设备又称为从站.GB/T 2900

15、1. 1-2012，定义3.1.8J 2 GB/T 29001.2-2012 3. 1.9 广播broadcast 广播为在网络中多设备通信的最普遍的形式，发送方向每一个目的设备投递一个分组的拷贝。发送端可以通过多个单次分组的投递完成，也可以通过单独的连接传递分组的拷贝，直到每个接收方均收到一个拷贝为止。GB/T 29001. 1-2012，定义3.1.9J 3. 1. 10 单地址传输single address transmission 单地址传输是针对网络中传输的两个设备间的关系而言的，单地址传输指的是发送端把数据传给网络中指定的设备。GB/T 29001.1-2012，定义3.l. 1

16、0J 3. 1. 11 集总帧传输slave device information train packed transmission 发送端将需要向网络中各从设备传输的数据依次封装成一个数据包，然后从发送端的一个端口发出，依次通过各从设备，然后回到主设备的另一个端口或者同一个端口。从设备在数据包经过时，依据数据包中的地址信息，下载主设备传输给该设备的数据，同时将需要反馈的数据上载到数据包中。GB/T 29001. 1-2012，定义3.1.11J 3. 1. 12 拓扑结构topology structure 网络的拓扑结构是引用拓扑学中研究与大小、形状元关的点、线关系的方法，把网络中的通信

17、设备抽象为一个点，把传输介质抽象为一条线，由点和线组成的几何图形就是网络的拓扑结构。网络的拓扑结构反映出网络中各实体的结构关系，是建立网络的第一步及实现各种网络协议的基础。拓扑结构主要有星形结构、环形结构、线形结构、树形结构、网状结构等。GB/T 29001. 12012，定义3.l. 12J 3. 1. 13 线形结构linear structure 一种网络拓扑结构，设备之间通过通信线路依次连接的路由方法。GB/T 29001. 1-2012，定义3.l. 13J 3. 1. 14 环形结构ring structnre 一种网络拓扑结构，设备之间通过通信线路组成闭合回路的路由方法，数据在其

18、中只能单向传输。GB/T 29001. 1-2012，定义3.l. 14J 3. 1. 15 周期通信cycle commnnication 内容具有严格时效性的信息交换行为，每隔特定的时间长度，设备进行一次通信。GB/T 29001. 1-2012，定义3.l. 1日3. 1. 16 周期数据cycle data 具有严格时效性的数据。GB/T 29001. 1-2012，定义3.l. 16J 3. 1. 17 非周期通信non cycle communication 内容不具有严格时效性的信息交换行为。3 G/T 29001.2-2012 GB/T 29001.1-2012，定义3.1.1

19、7J3. 1. 18 存取过程acc四sprocedure 一个站点获得网络中传输数据的过程。GB/T 29001. 1-2012，定义3.1.18J 3. 1. 19 总结状态bus state 总线稳定地保持特定的工作模式。GB/T 29001. 1-2012，定义3.1.19J 3. 1. 20 状态机state machine 描述状态以及状态间转换过程的信息模型。GB/T 29001. 1-2012，定义3.1. 20J 3. 1. 21 自举boot up 通信系统自设备通电到可以进行正常通信的过程。GB/T 29001.1-2012，定义3.1.21J 3. 1.22 指令ins

20、truction 网络中传递的一组能够被设备识别的，表示设备需完成特定行为的代码。GB/T 29001. 1-2012，定义3.1.22J 3. 1. 23 反馈feedback NCUC-Bus网络中从设备发出的被主设备接收的包含从设备信息的代码。GB/T 29001.1-2012，定义3.1. 23J 3. 1.24 ISO/OSI参考模型reference model ISO/OSlI 用于指导定义通信盼议的网络层次体系结构(见GB/T9387. 1)。GB/T 29001. 1-2012，定义3.1.24J 3. 1.25 带宽bandwidth 在固定的时间段内可传输的资料数量，即在

21、通信线路中传输数据的能力，又叫频宽。在数字设备中，频宽通常以bit/s表示，即每秒可传输的数据位数。GB/T 29001.1-2012，定义3.1. 25J 3. 1.26 帧frame数据链路层的协议数据单元，也是数据链路层发起一次通信的基本信息单位。帧由若干个字节组成，通常由特定的字符表示信息的起始。GB/T 29001. 1-2012，定义3.1.26J 3. 1.27 报文tel咿am网络中交换与传输的数据单元。报文包含了将要发送的完整的数据信息，可以被分割为若干帧，在接收端进行信息的组合。, GB/T 2900 1.2-2012 GB/T 29001. 1一2012，定义3.1.27

22、J 3. 1.28 逻辑链路控制logic line control LLC LLC子层的主要功能是控制对传输介质的访问，LLC子层负责向其上层提供服务;LLC负责识别数据链路层的上层协议，然后对其进行封装。3. 1.29 超五类结enhanced gatego叮5cable 用于运行快速以太网的非屏蔽双绞线电缆，传输频率为100MHz，传输速率也可达到100Mbit/s. GB/T 29001.1-2012，定义3.1. 29J 3.2 缩瞄语下列缩略语适用于本文件。100Base-Tx AL Application Layer 运行在两对五类双绞线上的快速以太网应用层CRC-32 (16)

23、 Cycle Redundancy Check 32 (16) DLE Data Link Entity DLL Data Link Layer MAC Media Access Control NCUC-Bus NC Union of China Field Bus OSI Open Systems Interconnection PhL Physical Layer 4 概述32(16)位循环冗余码校验算法数据链路实体数据链路层介质访问控制中国数控系统联盟现场总线开放系统互连物理层NCUC-Bus的物理层协议规范主要提供建立和解除机床数控系统通信的物理连接、位流传输、管理等，同时规定了以下

24、物理接口的各种特性:一二机械z物理连接器的尺寸、形状、规格z电气z信号电平、信号的脉冲宽度和频率、数据传送速率、最大传输距离等z一一功能z接口引线脚的功能和作用z一一规程z信号时序、应答关系、操作过程等。NCUC-Bus物理层兼容IEEEStd 802. 3-2005的以太网物理层，其传输介质为五类/超五类双绞线和光纤，通信速率最高可达100Mbit/s，挂接设备数最多可达255个。NCUC-Bus物理层具有以下特点:一一与以太网兼容z一一支持环形和线形网络z一一通信速率最高可达100Mbit/的一一挂接设备数最多可达255个z一一采用平衡方式，支持五类/超五类双绞线和光纤传输。物理层数据服务

25、主要有以下的功能=一一检测数据传输链路连接z一一拓扑结构连接状态评估F一一一收发数据。5 GB/T 29001.2-2012 5 体系结构NCUC-Bus协议规范的物理层结构模型如图2所示，对物理层而言，向上为数据链路层的MAC子层提供服务，向下在各种通信介质上实现比特流传输。用户进程用户进程应用层表示层应用层协议应用层 会话层传输层网络层l接口链路层链路层协议链路层 EE 物理层物理层物理层ISO体系结构主设备体系结构从设备体系结构固2NCUC-Bus体系结构关系图6 物理拓扑结构6. 1 概述NCUC-Bus网络支持物理拓扑结构为环形结构见图3)、单线形结构(见图4)、双线形结构见图5)。

26、圄3环形网络拓扑结构6 GB/T 29001.2-2012 圄4单线形网络拓扑苗构主王cG=图5双线形网络拓扑笛构NCUC-Buli的主站与从站采用五类、超五类双绞线或光纤依次连接，形成NCUC-Bus通信环路。每个从设备包含两个网络端口，每个端口包含油立的物理层芯片和一对收发接口。利用网络2X 100 CMbit/s)传输特性，支持网路冗余、容错处理等。本部分仅规定NCUC-Bus物理拓扑结构。6.2 环形结构每个站点包含两个相同的网络端口(端口1和端口2)，通过两对通信介质(如图6所示连接，形成两个物理环路。主站从站2从站n端口2I TI 1. i R ! 通讯链路二! 一一一嗣同 圄6环

27、7 GB/T 29001.2-2012 6.3 单线形结构每个站点包含两个相同的网络端口(端口1和端口幻，通过两对通信介质如图7所示)连接，只形成一个物理环路。主站从站1端口2RX212 从站nTX2 RX2 端口2j -H主平白马丁; 中间从站端口i 占用端口空闲端口端口l或2端口2或1;呵!日|旺斗_.，.i i 1. Dl I日L.-J一-. :前向链路|囚I坠寸之二; 前向口| : ; 返回链路-6.4 圄7单线形结构双雏形结构如图8所示，由两个单线形结构组成。主站的两个端口分别组成一个单线形结构。I又2RX2 从站i端口2TXl RXl 端口1从站m主站端口i r-白白白白一中间从站

28、端口1 I 终端从站端口; 用端口占用端口I i 端口1或2端口2或1i I 占用端口空闲端口平:|二二32|:返回链路1返回链路24v i i刑; 圄8双线形结构7 机械特性7. 1 概述NCUC-Bus的物理层的机械特性主要规范网络物理连接器的尺寸、形状、规格。8 GB/T 2900 1.2-2012 7.2 连接端子7.2. 1 概述为保证NCUC-Bus网络传输的可靠性，对采用电信号互联的NCUC-Bus连接端子设计要求如下z一-NCUC-Bus连接端子由端子插头及端子插座两部分组成，NCUC-Bus连接端子插座及插头之间金属触点通过物理插接接触方式互联z一-NCUC-Bus连接端子插

29、座处应有标识z一-NCUC-Bus连接端子插座及插头需采用符合IP54(GB4208-2008)防护等级要求的接插件z一-NCUC-Bus物理连接端子插头及插座之间应具备额外的连接固定装置，固定装置应在完全解锁后才允许端子插头与端于座之间金属触点分离自-一-NCUC-Bus连接端子插头与插座触点之间应采用接触面连接方式;一-NCUC-Bus连接端子至少需要同时提供RX十、RX一、TX十、TX.FG5路信号连接z一-NCUC-BuS连接端子中RX+、RX一应定义在相邻的引脚上z一-NCUC+Bus连接端子中TX+、TX一应定义在相邻的引脚上。对采用光信号互联的NCUC-Bus连接端子设计要求如下

30、z一-NCVC-Bus连接端子插座处应有保护盖帽及保护盖帽固定位置;NCUC-Bus连接端子插座及插头需采用符合IP54(GB4208-2008)防护等级要求的接插件zNCUC-Bus物理连接端子插头呆插座之间应具备额外的连接固定装置，问定装置应在完全解锁后才允许端子插头与端子座之间光坪接触面分离。注z可采用USB、IEEE1394和RJ45接插件，建议使用具有锁紧装置的技揭件。7.2.2 DJ同DB-9连接器应符合GB/T11014-1989的要求参见附录A)。7.2.3 USB USB连接器应符合USBSpecification Revision 2. 0的要求(参见附录A)0 7.2.4

31、 IEEE 1394 IEEE 1394连接器应符合IEEEStd 1394a-2000的要求参见附录A)。7.2.5 RJ-45 RJ-45连接器应符合ANSIjTIA/EIA568心的要求(参见附录A)。7.2.6 光纤连接器光纤连接器应符合相关产品标准的要求(参见附录A)。7.3 通信撬缆7.3. 1 CAT-5、UTP-5、STP-5CAT-5、UTP-5、STP-5应符合GB/T18015.1-2007的要求。7.3.2 光纤光纤应符合相关产品标准的要求。9 GB/T 29001.2-2012 7.4 状态指示灯NCUC-Bus要求在每个端子插座处安装有通信连接指示灯(绿、通信状态指

32、示灯(橙)。规定通信连接指示灯常亮表示网络连接正常，常熄灭为网络元连接/故障。规定通信状态指示灯常亮表示网络连接正常，常熄灭为网络元连接/故障，闪烁表示正在进行数据通信。8 电气特性NCUC-Bus的物理层电气特性包括信号电平、信号的脉冲宽度和频率、数据传送速率、最大传输距离等，应符合以太网的要求。9 规程特性NCUC-Bus物理层规程特性包括信号时序、应答关系、操作过程等，其特性应符合IEEEStd 802.3一2005的要求。10 标识标识用于识别和管理符合NCUC-Bus的物理层协议规范的产品。标识应清晰可靠井标于产品的明显位置。标识的内容应包括za) NCUC-Bus的版本号;b) 设

33、备的MAC号。10 GB/T 2900 1.2-2012 附录A(资料性附录连接端子A.1 DB-9 DB-9连接器应满足GB/T11014-1989的要求(见图A.1)。固A.1DB-9接口端子A.2 USB USB连接器应满足USBSpecification Revision 2. 0的要求(见图A.2)。 /尸川吧、-品吧-，、气、蜘、马t气扬aa将固A.2USB接口端子(包括带锁紧装置的A. 3 IEEE 1394 IEEE 1394连接器应满足IEEEStd 1394a一2000的要求(见图A.3)。11 GB/T 29001.2-2012 固A.3 IEEE 1394接口端子A.4

34、 RJ-45 RJ-45连接器应满足ANSI/TIA/EIA568-B的要求(见图A.的。固A.4R.J-45接口端子(包括带锁紧装置的)A.5 光纤连接器光纤连接器应符合相关产品标准的要求(见图A.5)。固A.5光纤接口端子12 NFON-N.FOOmNH阁。华人民共和国家标准机床数控系统NCUC-Bus现场总结协议规范第2部分z物理层GB/T 29001. 2-2012 国中司除中国标准出版社出版发行北京市朝阳区和平里西街甲2号(100013)北京市西城区三里河北街16号(100045)网址总编室:(010)64275323发行中心:(010)51780235读者服务部:(010)68523946中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销导印张1.25 字数28千字2013年5月第一次印刷开本880X12301/16 2013年5月第一版 书号:155066. 1-47206定价21. 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)685101071.2-2012 打印H期:2013年6月51:3F002A