(高清版)GB∕T 38002.1-2019 自動化系統(tǒng)與集成 制造業(yè)串行實(shí)時通信系統(tǒng)集成 第1部分：總則和框架

ICS35.240.50GB/T38002.1—2019自動化系統(tǒng)與集成制造業(yè)串行實(shí)時通信系統(tǒng)集成第1部分：總則和框架國家市場監(jiān)督管理總局中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會IGB/T38002《自動化系統(tǒng)與集成制造業(yè)串行實(shí)時通信系統(tǒng)集成》分為以下4個部分：——第1部分：總則和框架；本部分為GB/T38002的第1部分。本部分按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識別這些專利的責(zé)任。本部分由中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會提出。本部分由全國自動化系統(tǒng)與集成標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC159)歸口。本部分起草單位：北京機(jī)械工業(yè)自動化研究所、中國機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用協(xié)會。1GB/T38002.1—2019自動化系統(tǒng)與集成制造業(yè)串行實(shí)時通信系統(tǒng)集成GB/T38002的本部分規(guī)定了制造業(yè)生產(chǎn)過程串行實(shí)時通信系統(tǒng)總體框架結(jié)構(gòu)，包括串行通信系用于描述一個功能的不同參數(shù)構(gòu)成的集合。2GB/T38002.1—2019通用設(shè)備行規(guī)genericdeviceprofile子設(shè)備中不依賴于諸如驅(qū)動功能專用行規(guī)和輸入輸出設(shè)備功能專用行規(guī)等專用功能行規(guī)的通用功2.10現(xiàn)場總線應(yīng)用層協(xié)議中與子設(shè)備具體功能密切相關(guān)的功能組。下列縮略語適用于本文件。AT:反饋報文(acknowledgetelegram)CP:通信階段(communicationphase)C-Con:連接控制字(connectioncontrol)C-Dev:設(shè)備控制字(controldevice)C-Res:資源控制字(controlresource)EMC:電磁兼容性(electromagneticcompatibility)IDN:識別號(identificationnumber)MDT:主站數(shù)據(jù)報文(masterdatatelegram)RT:實(shí)時(real-time)RTC:實(shí)時通信通道(real-timechannel)SCP:SERCOS通信行規(guī)(SERCOScommunicationprofile)S-Dev:設(shè)備狀態(tài)字(statusdevice)S-Res:資源狀態(tài)字(statusresource)SERCOS:串行實(shí)時通信協(xié)議(serialrealtimecommunicationspecification)UCC:統(tǒng)一通信通道(unifiedcommunicationchannel)串行實(shí)時通信系統(tǒng)將以太網(wǎng)用作它的物理層和傳輸層，應(yīng)支持全雙工通信、傳輸速率為如圖1所示，串行實(shí)時通信系統(tǒng)采用主從通信結(jié)構(gòu)，在一個拓?fù)渲袘?yīng)由一個主站和N(其中N=0,3GB/T38002.1—2019P1P2從站3從站a)線性拓?fù)渖险緩恼?P1P2從站2從站3P1P2b)環(huán)型拓?fù)鋱D1環(huán)型和線型拓?fù)浯袑?shí)時通信系統(tǒng)定義了MDT和AT兩種報文類型，每種報文最多有4個，報文號碼分別為0、1、2、3,報文的數(shù)量應(yīng)根據(jù)需要由主站進(jìn)行配置。如圖2所示，串行實(shí)時通信系統(tǒng)報文采用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)報文結(jié)構(gòu)，以太網(wǎng)類型為0x88CD,首部和數(shù)據(jù)域?yàn)榇袑?shí)時通信系統(tǒng)的傳輸數(shù)據(jù)。MDT用來傳輸來自主站的數(shù)據(jù)，對于主站報文是可讀寫的，對于從站報文是只讀的；AT對于每個節(jié)點(diǎn)(主站和從站)都是可讀寫的。媒介層媒介層7+1字節(jié)幀長；72-1526字節(jié)數(shù)據(jù)域40-1494字節(jié)6字節(jié)2字節(jié)圖2用于串行實(shí)時通信系統(tǒng)報文的一般報文結(jié)構(gòu)通信周期計時以MST為基準(zhǔn)，一個通信周期為相鄰兩個MST之間的時間間隔。采用基于時間槽的通信機(jī)制，一個通信周期被分為實(shí)時通信通道(RTC)和統(tǒng)一通信通道(UCC)。按照報文傳輸順序可以分為兩種通信時序：MDT-AT-UCC和MDT-UCC-AT,如圖3所示。4GB/T38002.1—2019 以太網(wǎng)類型/0X88CI)MDTIHATl分公計時方式MDT3MDT2MDT0NRAT352HS3HD3H工H53實(shí)時通信通道近信周期DAT23MDT1MDT2MDT3MDT0MAT3AT1ATOlDRM5圖3通信周期中的報文以及通信時序下列為串行實(shí)時通信系統(tǒng)的4個邏輯通信通道：●SVC:主站和某個從站之間的非周期的、參數(shù)隨機(jī)訪問的、務(wù)通道),用于MDT和AT報文中；5設(shè)備模型從站設(shè)備的邏輯結(jié)構(gòu)如圖4所示，下列典型功能在復(fù)雜從站設(shè)備中的單個或多個實(shí)例中實(shí)現(xiàn)：服系統(tǒng)的執(zhí)行器物理性質(zhì)；b)虛擬主控軸；c)測量編碼器；d)編碼器仿真器；f)可編程序控制系統(tǒng)；g)數(shù)字和模擬I/O。GB/T38002為這些本質(zhì)上相互獨(dú)立工作的功能定義常規(guī)術(shù)語“資源”。一個資源包含了一個或多5GB/T38002.1—2019備中可以有多個子設(shè)備。每個子設(shè)備都具有它自己的獨(dú)立參數(shù)地址區(qū)域。子設(shè)備包含了多個功能組來滿足所需的管理功能，如：子設(shè)備初始化、參數(shù)保護(hù)、錯誤處理。每個子設(shè)備中都集成了一個或多個資源。為了通信，串行實(shí)時通信系統(tǒng)設(shè)備需要一個串行實(shí)時通信系統(tǒng)接口。該接口提供了訪問串行實(shí)時通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的物理途徑。串行實(shí)時通信系統(tǒng)接口由一個或多個從站組成，它們包括邏輯實(shí)時通道及其特定條件和通信相關(guān)的管理機(jī)制。一個從站具有邏輯通信通道MS、CC以及SVC通道。注：由于通信通道的這種劃分，可以對一個設(shè)備中的各個獨(dú)立的通信單元進(jìn)行管理，這類似于一個設(shè)備中有多個子串行實(shí)時通信系統(tǒng)從站將被恰當(dāng)?shù)胤峙浣o每個子設(shè)備。從站包含通信相關(guān)的功能組，如：MS和CC容器的實(shí)時通信通道的配置。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包含>包含于FG接口子設(shè)備包含>包含于>從站圖4從站設(shè)備的邏輯結(jié)構(gòu)框圖一個復(fù)雜資源(例如一個有著大約50個IDN的實(shí)際軸)宜被集成到一個單獨(dú)的子設(shè)備中。資源到子設(shè)備的恰當(dāng)分配是設(shè)備制造商的職責(zé)。5.2設(shè)備物理結(jié)構(gòu)一個串行實(shí)時通信系統(tǒng)設(shè)備的物理結(jié)構(gòu)由一個或多個組件組成。一般情況下，每個組件都可以獨(dú)立地排序。例如在一個模塊化的I/O設(shè)備系統(tǒng)中，這些組件通常被編入單獨(dú)的模塊中，分別代表這個模塊化I/O設(shè)備的各個槽。物理結(jié)構(gòu)可以完全獨(dú)立于設(shè)備的邏輯順序。所以，串行實(shí)時通信系統(tǒng)設(shè)備的完整設(shè)備模型由兩個獨(dú)立的邏輯和物理維度組成，從站設(shè)備的完整結(jié)構(gòu)如圖5所示。6GB/T38002.1—2019包含>1包含于I接口包含子設(shè)備組件/包含于從站資源1圖5從站設(shè)備的完整結(jié)構(gòu)圖(包括物理順序)5.3設(shè)備和通信規(guī)范按照圖6中所顯示的，使用串行實(shí)時通信系統(tǒng)的設(shè)備結(jié)構(gòu)圖，可以顯示設(shè)備和通信行規(guī)的劃分。“串行實(shí)時通信系統(tǒng)接口”和“串行實(shí)時通信系統(tǒng)從站”成分屬于串行實(shí)時通信系統(tǒng)的通信行規(guī)(SCP),并且為所有的串行實(shí)時通信系統(tǒng)從站設(shè)備定義?！霸O(shè)備”和“子設(shè)備”成分屬于類屬串行實(shí)時通信系統(tǒng)通用設(shè)備行規(guī)(GDP),并且也為所有串行實(shí)時通信系統(tǒng)從站設(shè)備定義。各個資源分別在不同的功能專用行規(guī)(FSP)中描述。來自不同資源種類的功能組可以被分配給一個子設(shè)備。系統(tǒng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)包含1包含于包含于接口從站SCP通訊配置文件設(shè)備GDP-通用設(shè)備配置文件功能特定的配置文件包含1...本圖6從站設(shè)備的通信和設(shè)備行規(guī)7GB/T38002.1—20195.4尋址方式和邏輯通信通道從站管理自己的邏輯MS、CC和SVC通道，而IP通道直接與串行實(shí)時通信系統(tǒng)接口相關(guān)。如圖7所示子設(shè)備相關(guān)尋址是通過串行實(shí)時通信系統(tǒng)從站的“從站地址”完成的。為了從一個主站與設(shè)備相關(guān)的尋址是使用串行實(shí)時通信系統(tǒng)接口的“MAC和IP地址”完成的。網(wǎng)絡(luò)包含從站IP信道從站子地址MS信道CC信道設(shè)備接口-IP地址包含包含資源1圖7設(shè)備的尋址方式和邏輯通信通道5.5通信和子設(shè)備狀態(tài)機(jī)如圖8所示，一個串行實(shí)時通信系統(tǒng)設(shè)備中的主狀態(tài)控制包含兩種機(jī)制：a)通信狀態(tài)機(jī)：串行實(shí)時通信系統(tǒng)的通信初始化由6個“通信階段”(CP)的狀態(tài)組成，它從CP1開始(這期間，沒有串行實(shí)時通信系統(tǒng)報文被發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上),并在CP4結(jié)束(這期間，所配置的所有定時和報文叢都處于活動狀態(tài)),并且所有已經(jīng)配置的循環(huán)連接都處于活動狀態(tài)；b)子設(shè)備狀態(tài)機(jī)：子設(shè)備由兩個主要的狀態(tài)組成：參數(shù)模式和操作模式。在參數(shù)模式下，一個子設(shè)備中的集成資源的所有配置參數(shù)都可更改，但是資源在典型情況下是處于一種基本配置模式下。在操作模式下，所集成的資源也處于操作模式下?？赡艿氖褂们闆r有：a)正常使用情況是：子設(shè)備及其集成資源在它們的專用從站的CP4(S-0-0128)階段的轉(zhuǎn)換檢查b)如果不希望這樣，則意味著串行實(shí)時通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該切換到第4階段，但是一個或多個子設(shè)備應(yīng)該停留在參數(shù)模式下。命令S-0-0420應(yīng)該在啟動S-0-0128之前執(zhí)行。這將子設(shè)備留置在參數(shù)模式下，盡管通信可以被切換到第4階段。c)通過使用S-0-0422和S-0-0420命令，可以單獨(dú)控制子設(shè)備及其資源，而通信停留在第4階段。這允許每個子設(shè)備的單獨(dú)控制，而不依賴于網(wǎng)絡(luò)上的通信狀態(tài)。8GB/T38002.1—20196通信模型6.1基本要求通信狀態(tài)機(jī)操作模式操作模式00422-0-0420CP2參數(shù)模式CP-1CP4CP3圖8通信和子設(shè)備狀態(tài)機(jī)如圖9所示，一般的通信結(jié)構(gòu)由一個三層結(jié)構(gòu)組成，包括：a)通信層；b)連接層；設(shè)備模型通信層和連接層屬于接口和從站，在SCP中詳述；應(yīng)用層屬于資源、子設(shè)備和設(shè)備，在GDP以及不同的FSP中詳述。主站設(shè)備不需要在它的通信層中區(qū)分不同的設(shè)備應(yīng)用程序類型。從站設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)同樣的通信通信層分為通信控制層和連接控制層。連接控制機(jī)制完全一致，并且與MS和CC連接不相沖突。每個從站中可以有多個連接。TSP's應(yīng)用層GDP資源設(shè)備TSP's應(yīng)用層GDP連接層接口從站從站9GB/T38002.1—2019a)階段處理；d)拓?fù)淇刂坪蜖顟B(tài)；站設(shè)備和從站設(shè)備之間的通信層之間存在一個點(diǎn)對點(diǎn)關(guān)系。這個通信關(guān)系在每一個通信階段中都是可a)連接的控制和監(jiān)控；b)實(shí)時數(shù)據(jù)的配置；c)連接錯誤處理。在一個生產(chǎn)者和一個或多個消費(fèi)者的連接層之間存在一個1對n的關(guān)系。每個總線從站和總線主站都可以是一個消費(fèi)者或生產(chǎn)者。任意兩個從站節(jié)點(diǎn)之間都可以存在交叉通信連接(CC)。每個串行實(shí)時通信系統(tǒng)支持多個MS或CC連接。一個網(wǎng)路中的兩個不同的節(jié)點(diǎn)之間，只有相同的層彼此通信。帶有不同連接的通信模型范例如圖10所示。GB/T38002.1—2019應(yīng)用程序應(yīng)用程序AT中的連接MIDT中的連接從站AT中的連接C應(yīng)用C應(yīng)用程序應(yīng)用從站說明：P——生產(chǎn)者；傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。圖10帶有不同連接的通信模型范例6.6設(shè)備控制字和狀態(tài)字控制和狀態(tài)字的結(jié)構(gòu)如圖11所示，由下列組成：a)設(shè)備控制/狀態(tài)字(C-Dev/S-Dev):包含設(shè)備、接口、從站以及子設(shè)備相關(guān)的控制/狀態(tài)信息；b)連接控制字(C-Conn):包含連接相關(guān)的控制信息；c)資源控制/狀態(tài)字(C-Res/S-Res)-16位的控制或狀態(tài)字含有一個資源的控制或狀態(tài)信息。資源控制/狀態(tài)字的內(nèi)容強(qiáng)烈地依賴于資源的類型。例如，驅(qū)動控制字不同于一種I/O單元控制字。C-Res/S-Res是可配置循環(huán)數(shù)據(jù)內(nèi)容的一部分，并且應(yīng)要明確地配置。如果不必通過一個連接來控制一個資源，則不必配置這個資源。如果一個連接控制著多個資源，則可以在一個連接中配置多個C-Res/S-Res。GB/T38002.1—201916位16位16位16位C-ConC/S-Res連接連接固定部分連接6.6.2設(shè)備控制/狀態(tài)字(C-Dev/S-Dev)如果MDT中有一個16位的控制字，并且在AT中有一個狀態(tài)字，包含1個用于接口控制/狀態(tài)錯誤標(biāo)志)的字節(jié)。C-Dev/S-Dev是一個MS連接的混合部分這是位于一個MS或CC連接的數(shù)據(jù)幀的開始處的一個16位的控制字，控制著從實(shí)時數(shù)據(jù)生產(chǎn)者到消費(fèi)者的連接。它包含ProducerReady、NewData、CCDataF配置的信號控制位。一個主從連接是SERCOS主站與一個含有兩個單極連接的帶有兩個不同連接控制字(每個方向各一個)的從站之間的一個雙極單模通信連接。一個交叉通信的通信關(guān)系是：任何兩個從站之間或任何從站與主站之間的一個單?；蚨嗄Ｍㄐ抨P(guān)系，并且含有一個連接控制字。C-Con是每每個資源都由它的資源控制字來控制，并為控制資源提供其資源狀態(tài)字。資源的控制字和狀態(tài)字的精確定義取決于該資源的類型。這意味著一個I/O資源與驅(qū)動資源相比，具有一種不同的定義。然而，所有資源控制字和狀態(tài)字定義都共享某些基本的控制位和狀態(tài)位?！癈/S-Res”是實(shí)時報文的可配圖12展示了一個子設(shè)備中的一個帶有“real-axis”資源和“I/O”資源的混合設(shè)備的全部MDT和AT循環(huán)數(shù)據(jù)，其中的驅(qū)動和I/O資源是通過MS連接而被控制的，該驅(qū)動還通過一個單獨(dú)的CC連接來發(fā)送其資源狀態(tài)。GB/T38002.1—2019接口從站Dig.161/16ODig.16_[/16_0Dig.32[資源Axis報文結(jié)構(gòu)如圖13所示。C-DevC-ConC-Res驅(qū)動循環(huán)配置數(shù)據(jù)C-Res循環(huán)配置數(shù)據(jù)MS-AT報文結(jié)構(gòu)驅(qū)動循環(huán)配置數(shù)據(jù)循環(huán)配置數(shù)據(jù)圖13一個混合子設(shè)備范例的控制和狀態(tài)字結(jié)構(gòu)圖14中顯示了上面設(shè)備的另一種結(jié)構(gòu)，它將“realaxis”和“I/O”兩個資源分到兩個不同的子設(shè)備從站內(nèi)。這意味著每個資源都有它自己的從站/子設(shè)備，有著它自己的SERCOS地址和子設(shè)備管理功能。GB/T38002.1—2019系統(tǒng)系統(tǒng)接口從站子設(shè)備Dig.32]設(shè)備模型RealAxis圖14一個單獨(dú)的子設(shè)備中含有資源“realaxis”和“I/O”的一個混合型子設(shè)備的范例報文結(jié)構(gòu)如圖15所示。MS-MI)I報文結(jié)構(gòu)C-DevC-Con驅(qū)動循環(huán)配置數(shù)據(jù)C-Kes循環(huán)配置數(shù)據(jù)MSAT報文結(jié)構(gòu)S-DevC-Cum驅(qū)動循環(huán)配置數(shù)據(jù)S-IDevC-ConS-Res循環(huán)配置數(shù)據(jù)圖15帶有2個單獨(dú)的從站/子設(shè)備的范例的控制和狀態(tài)字結(jié)構(gòu)7參數(shù)模型動行規(guī)，有必要對參數(shù)區(qū)域進(jìn)行擴(kuò)展(IDN地址區(qū)域)。類似地，應(yīng)要找到一種解決方案，以便讓現(xiàn)場總線支持設(shè)備中建立的復(fù)雜性(例如I/O,其中有大量的子模塊需要參數(shù)化和數(shù)據(jù)處理)。因此，可以引入7.2IDN如圖16所示，當(dāng)前參數(shù)的尋址范圍被限制到4096個不同的標(biāo)準(zhǔn)IDN,每個都有8個參數(shù)集合。同時，還可以實(shí)現(xiàn)4096制造商專用IDN,每個都有8個參數(shù)集合。GB/T38002.1—201911-0位：數(shù)據(jù)塊編號11-0位：數(shù)據(jù)塊編號14-12位：參數(shù)集(PS)圖162字節(jié)-IDN編碼用于以下目的：a)參數(shù)區(qū)域的擴(kuò)展；b)具有相同功能的IDN的邏輯分組；a)參數(shù)區(qū)域的擴(kuò)展；c)使能具有相同基本IDN的相同功能的實(shí)例，IDN識別區(qū)域被擴(kuò)展到32位，如圖17中所示。110位：數(shù)據(jù)塊編號2316位：結(jié)構(gòu)元素(SI)圖174字節(jié)-IDN編碼IDN的符號化表示法被定義如下：(IDN>.<SI>.(SE〉下列擴(kuò)展被詳細(xì)介紹：a)結(jié)構(gòu)元素(SE)。結(jié)構(gòu)元素用于尋址各個元素。因此，可以有多達(dá)256個元素。因此，數(shù)據(jù)類型“DataStructure”(每個結(jié)構(gòu)元素都是一個單獨(dú)的參數(shù))允許一個比以前大256倍的IDN區(qū)域——這意味著可以有超過一百萬個不同的參數(shù)。結(jié)構(gòu)元素1～127(如同先前的S參數(shù))被預(yù)定，其余的多達(dá)254個結(jié)構(gòu)元素是制造商專用的。b)結(jié)構(gòu)實(shí)例(SI)。這用于對一個子設(shè)備中的同一類型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行尋址。所以，一個子設(shè)備中，同一結(jié)構(gòu)可以有255個實(shí)例。一個假想?yún)?shù)S-x-1530.y.z的不同實(shí)現(xiàn)方法在圖18中顯示。GB/T38002.1—2019PSPSS-1-1530.1.1S-0-1530.0.6圖18SE、SI和參數(shù)集上的完整尋址范圍一個IDN的不同自由度的用法顯示于表1內(nèi)。表14字節(jié)IDN用法IDN描述結(jié)構(gòu)元素結(jié)構(gòu)實(shí)例參數(shù)集一般用法一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)IDN中的具有不同含義和布局的元素一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)IDN中的具有相同含義的元素一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)IDN中的具有相同含義的元素，由一個專用命令將其切換到活動狀態(tài)用于行規(guī)所有行規(guī)所有行規(guī)僅僅在FSP驅(qū)動中定義數(shù)據(jù)塊差別S/P-*-****,*.xS/P-*-關(guān)*關(guān)*.x,*S/P-x-*關(guān)關(guān).*,名稱V屬性轉(zhuǎn)換因子VVV屬性數(shù)據(jù)長度V屬性參數(shù)/命令V屬性數(shù)據(jù)類型VVV屬性小數(shù)點(diǎn)VVV屬性寫保護(hù)VVV單位VVV最小/最大值VVV操作數(shù)VVV數(shù)據(jù)狀態(tài)VVVGB/T38002.1—20197.2.2SE0的特殊含義SEO被保留用作特殊功能，不應(yīng)用于一般的參數(shù)用途。串行實(shí)時通信系統(tǒng)定義的結(jié)構(gòu)的制造商專用擴(kuò)展可以