[PDF] GBZ26157.3-2010 - 中国标准 英文版
| 标准号码 | 美元 | 购买PDF | 工期 | 标准名称(英文版) |
| GB/Z 26157.3-2010 | RFQ | 点击询价 | <=13 | 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 |
| 基本信息 | |
|---|---|
| 标准编号 | GB/Z 26157.3-2010 (GB/Z26157.3-2010) |
| 中文名称 | 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 |
| 英文名称 | Digital data communication for measurement and control -- Fieldbus for use in industrial control systems -- Type 2: ControlNet and EtherNet/IP specification -- Part 3: Data link layer |
| 行业 | 国家标准 |
| 中标分类 | N10 |
| 国际标准分类 | 25.040 |
| 字数估计 | 83,865 |
| 发布日期 | 2011-01-14 |
| 实施日期 | 2011-06-01 |
| 引用标准 | GB/T 9387; ISO/IEC 8802-4-1990; GB/T 15629.3-1995; GB/Z 26157.5-2010; GB/Z 26157.2-2010; GB/Z 26157.9-2010, |
| 采用标准 | IEC 61158-2003, MOD |
| 标准依据 | 国家标准批准发布公告2011年第2号 |
| 发布机构 | 中华人民共和国卫生部 |
| 范围 | 本指导性技术文件规定了在具有确定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/T 9387一致的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。 |
GB/Z 26157.3-2010
Digital data communication for measurement and control.Fieldbus for use in industrial control systems.Type 2.ControlNet and EtherNet/IP specification.Part 3.Data link layer
ICS ２５．０４０
N１０
中华人民共和国国家标准化指导性技术文件
GB ／Z２６１５７．３-２０１０
测量和控制数字数据通信
工业控制系统用现场总线
第３部分：数据链路层
（IEC ６１１５８：２００３ＴＹＰＥ２，ＭＯＤ）
２０１１-０１-１４发布
２０１１-０６-０１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 Ⅲ
引 言 Ⅳ
１ 范围 １
２ ＭＡＣ帧 １
２．１ 格式 １
２．２ 前同步码 ２
２．３ 分隔符 ２
２．４ 字节和排序 ２
２．５ 源 ＭＡＣＩＤ ２
２．６ 所有Ｌｐａｃｋｅｔｓ总的大小 ２
２．７ 循环冗余校验 ２
２．８ 异常中止 ＭＡＣ帧 ２
３ Ｌｐａｃｋｅｔ ３
３．１ 格式 ３
３．２ 大小 ３
３．３ 控制 ３
３．４ 标签 ４
３．５ 链路数据 ５
４ 协调器Ｌｐａｃｋｅｔ ５
４．１ 格式 ５
５ 建模语言（资料性的） ６
６ 外部接口 ７
６．１ 发送服务 ７
６．２ 队列维护服务 ８
６．３ 标签过滤管理 ８
６．４ 接收服务 ８
６．５ 网络同步服务 ９
６．６ 同步参数变化 ９
６．７ 事件报告 １０
６．８ 无效ＣＲＣ指示 １１
６．９ 当前协调器指示 １１
６．１０ 上电 １１
６．１１ 启用协调器 １２
６．１２ 只听 １２
７ 访问控制机（ＡＣＭ） １２
８ ＴｘＬＬＣ ４３
９ ＲｘＬＬＣ ４９
１０ 发送机（ＴｘＭ） ５３
GB ／Z２６１５７．３-２０１０
１１ 接收机（ＲｘＭ） ５９
１２ 并行串行转换器 ６８
１３ 串行并行转换器 ７１
１３．１ 字节构造 ７１
１３．２ ＣＲＣ校验 ７１
１３．３ 帧处理结束 ７１
１４ ＤＬＬ管理 ７１
图１ ＮＵＴ结构 Ⅳ
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 Ⅶ
图５ 与ISO ／ＯＳＩ模型的关系 １
图６ ＭＡＣ帧格式 ２
图７ 在传输期间异常中止一个 ＭＡＣ帧 ３
图８ Ｌｐａｃｋｅｔ格式 ３
图９ 固定标签Ｌｐａｃｋｅｔ格式 ４
图１０ 通用标签Ｌｐａｃｋｅｔ格式 ５
表１ 数据链路层组件 Ⅵ
表２ 固定标签服务定义 ４
表３ ＤＬＬ事件 １０
GB ／Z２６１５７．３-２０１０
前言
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：
---类型１：IEC 技术报告；
---类型２：ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ和Ｅｔｈｅｒｎｅｔ／ＩＰ；
---类型３：ＰＲＯＦＩＢＵＳ；
---类型４：Ｐ-Ｎｅｔ；
---类型５：ＦＦＨＳＥ；
---类型６：ＳｗｉｆｔＮｅｔ；
---类型７：ＷｏｒｌｄＦＩＰ；
---类型８：Ｉｎｔｅｒｂｕｓ；
---类型９：ＦＦＡＬ；
---类型１０：ＰＲＯＦＩＮＥＴ。
本标准化指导性技术文件修改采用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 类型２：ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ和ＥｔｈｅｒＮｅｔ／ＩＰ规范 第３部分：数据链路层》。
由于IEC ６１１５８系列标准将１０种现场总线技术混合在一起进行编写，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/T １．１的要求进行编写。
GB ／Ｚ２６１５７《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Ｅｔｈｅｒ-
Ｎｅｔ／ＩＰ规范》分为如下１０个部分：
GB ／Ｚ２６１５７．１ 一般描述；
GB ／Ｚ２６１５７．２ 物理层和介质；
GB ／Ｚ２６１５７．３ 数据链路层；
GB ／Ｚ２６１５７．４ 网络层及传输层；
GB ／Ｚ２６１５７．５ 数据管理；
GB ／Ｚ２６１５７．６ 对象模型；
GB ／Ｚ２６１５７．７ 设备行规；
GB ／Ｚ２６１５７．８ 电子数据表；
GB ／Ｚ２６１５７．９ 站管理；
GB ／Ｚ２６１５７．１０ 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。
GB ／Z２６１５７．３-２０１０
引 言
数据链路层（ＤＤＬ）的主要任务是与同一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；
下一节点侦听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 ／Ｚ２６１５７．９-２０１０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１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非调度的时间间隔内授权访问介质。
数据链路层协议
图１ NUT结构
在ＮＵＴ调度的部分，从节点０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
GB ／Z２６１５７．３-２０１０
发送的数据量。
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
ＭＡＣＩＤ开始。ＵＳＲ以 ＵＭＡＸ＋１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。
图３ 非调度期间的介质访问
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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
开始这一发送。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”），它完成以下两件事情：
---保持所有节点的ＮＵＴ定时器同步；
---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
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。协调器节点一旦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：
---链路上引入的噪声；
---质量低劣的电缆或终端器；
---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
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。
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；
---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；
---无论协调帧是否收到，按时启动下一ＮＵＴ；
---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１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
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ＣＲＣ
ＤＬＬ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。
GB ／Z２６１５７．３-２０１０
图４ 数据链路层内部结构
GB ／Z２６１５７．３-２０１０
测量和控制数字数据通信
工业控制系统用现场总线
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