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
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资料介绍
ICS 25. 040. 20 J 50
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
Numericalcontrolsystem ofmachinetool—
ProtocolspecificationsforNCUC-Busfieldbus—
Part2:Physicallayer
2012-12-31发布 2013-07-01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
GB/T 29001.2—2012
目 次
前言 Ⅲ
引言 Ⅳ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 、缩略语 1
3. 1 术语和定义 1
3. 2 缩略语 5
4 概述 5
5 体系结构 6
6 物理拓扑结构 6
6. 1 概述 6
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 8
7. 2 连接端子 9
7. 3 通信线缆 9
7. 4 状态指示灯 10
8 电气特性 10
9 规程特性 10
10 标识 10
附录 A(资料性附录) 连接端子 11
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 :
—GB/T 29001. 1 总则 ;
—GB/T 29001. 2 物理层 ;
—GB/T 29001. 3 数据链路层 ;
—GB/T 29001. 4 应用层 ;
—GB/T 29001. 5 测试 ;
—GB/T 29001. 6 安全 ;
… …
本部分为 GB/T 29001的第 2部分 。
本部分按照 GB/T 1. 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 : 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 、胡协和 、冯冬芹等 。
Ⅲ
GB/T 29001.2—2012
引 言
0. 1 概述
机床数控 系 统 NCUC-Bus现 场 总 线 (NC Union 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-Bus现场总线按 GB/T 9387. 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 数控系统现场总线物理层概述
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 描述了机床数控系统 NCUC-Bus现场总线的物理层与 NCUC-Bus的数据链路层及系统管理应用等之间的关系 。
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 :
a) 与以太网兼容 ;
b) 支持环形和线形网络 ;
c) 通信速率最高可达 100 Mbit/s;
d) 挂接设备数最多可达 255个 ;
e) 采用平衡方式 ,支持五类/超五类双绞线和光纤传输 。
Ⅳ
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
1 范围
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/T 9387. 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(IP代码)(IEC 60529:2001,IDT)
GB/T 9387. 1—1998 信息技术 开放系统互连 基本参考模型 第 1 部分 :基本模型(idtISO/ 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(IEC 61156-1: 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 :总则
ANSI/TIA/EIA 568-B 商 业 建 筑 电 信 布 线 标 准 (Commercial building telecommunications cabling standard)
IEEE Std802. 3—2005 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 :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(Information technology—Tele- communications andinformation exchangebetween systems—Localand metropolitanareanetworks—Specific requirements—Part3:Carrier sense multiple access with collision detection (CSMA/CD) access method and physicallayerspecifications)
IEEE Std1394a—2000 高性能串行总线 IEEE标准—第 1 次修订版(IEEE standard fora high perormance serialbus—Amendment1)
USB Specification Revision2. 0 USB通用串行总线规范 2. 0规格(Universalserialbus specifica- tion revision2. 0)
3 术语和定义、缩略语
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 protocol
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. 1] 3. 1. 2
总线 bus
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 。
[GB/T 29001. 1—2012,定义 3. 1. 2] 3. 1. 3
物理层 physicallayer
处于 ISO/OSI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. 3] 3. 1. 4
数据链路层 data link 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 。每次通信都要经过建立通信联络和解除通信联络两个过程 ,这种建立起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 ,为上层提供无差错的数据传输 ,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. 4] 3. 1. 5
应用层 application 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—2012,定义 3. 1. 5] 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 ,例如接入 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. 6] 3. 1. 7
主设备 masterdevice
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 : 主设备又称为主站 。
[GB/T 29001. 1—2012,定义 3. 1. 7] 3. 1. 8
从设备 slavedevice
网络中除主设备之外 ,其他接入 NCUC-Bus网络的设备称为从设备 ,例如伺服驱动装置或I/O装置等。注 : 从设备又称为从站 。
[GB/T 29001. 1—2012,定义 3. 1. 8]
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. 9]
3. 1. 10
单地址传输 singleaddresstransmission
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. 1. 10]
3. 1. 11
集总帧传输 slavedevice 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. 11]
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 、形状无关的点 、线关系的方法 ,把网络中的通信设备抽象为一个点 ,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. 1—2012,定义 3. 1. 12]
3. 1. 13
线形结构 linearstructure
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. 1. 13]
3. 1. 14
环形结构 ringstructure
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 ,数据在其中只能单向传输 。 [GB/T 29001. 1—2012,定义 3. 1. 14]
3. 1. 15
周期通信 cyclecommunication
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. 1. 15]
3. 1. 16
周期数据 cycledata
具有严格时效性的数据 。
[GB/T 29001. 1—2012,定义 3. 1. 16]
3. 1. 17
非周期通信 non cyclecommunication
内容不具有严格时效性的信息交换行为 。
3
GB/T 29001.2—2012
[GB/T 29001. 1—2012,定义 3. 1. 17]
3. 1. 18
存取过程 accessprocedure
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. 18]
3. 1. 19
总线状态 busstate
总线稳定地保持特定的工作模式 。
[GB/T 29001. 1—2012,定义 3. 1. 19]
3. 1. 20
状态机 statemachine
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. 20]
3. 1. 21
自举 bootup
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. 21]
3. 1. 22
指令 instruction
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. 22]
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. 23]
3. 1. 24
ISO/OSI参考模型 referencemodelISO/OSI
用于指导定义通信协议的网络层次体系结构(见 GB/T 9387. 1) 。
[GB/T 29001. 1—2012,定义 3. 1. 24]
3. 1. 25
带宽 bandwidth
在固定的时间段内可传输的资料数量 , 即在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. 25]
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. 26]
3. 1. 27
报文 telegram
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 。
4
GB/T 29001.2—2012
[GB/T 29001. 1—2012,定义 3. 1. 27]
3. 1. 28
逻辑链路控制 logic linecontrol
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
超五类线 enhanced gategory5 cable
用于运行快速以太网的非屏蔽双绞线电缆 ,传输频率为 100 MHz,传输速率也可达到 100 Mbit/s。 [GB/T 29001. 1—2012,定义 3. 1. 29]
3. 2 缩略语
下列缩略语适用于本文件 。
100Base-Tx
运行在两对五类双绞线上的快速以太网
AL
Application Layer
应用层
CRC-32(16)
Cycle Redundancy Check 32(16)
32(16)位循环冗余码校验算法
DLE
Data Link Entity
数据链路实体
DLL
Data Link Layer
数据链路层
MAC
Media Access Control
介质访问控制
NCUC-Bus
NC Union ofChina FieldBus
中国数控系统联盟现场总线
OSI
Open Systems Interconnection
开放系统互连
PhL
Physical Layer
物理层
4 概述
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 , 同时规定了以下物理接口的各种特性 :
— 机械 :物理连接器的尺寸 、形状 、规格 ;
— 电气 :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 ;
— 功能 :接口引(线)脚的功能和作用 ;
— 规程 :信号时序 、应答关系 、操作过程等 。
NCUC-Bus物理层兼容 IEEE Std802. 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 100 Mbit/s,挂接设备数最多可达 255个 。
NCUC-Bus物理层具有以下特点 :
— 与以太网兼容 ;
— 支持环形和线形网络 ;
— 通信速率最高可达 100 Mbit/s;
— 挂接设备数最多可达 255个 ;
— 采用平衡方式 ,支持五类/超五类双绞线和光纤传输 。
物理层数据服务主要有以下的功能 :
— 检测数据传输链路连接 ;
— 拓扑结构连接状态评估 ;
— 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 。
图 2 NCUC-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) 。
图 3 环形网络拓扑结构
6
GB/T 29001.2—2012
图 4 单线形网络拓扑结构
图 5 双线形网络拓扑结构
NCUC-Bus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 , 每个端口包含独立的物理层芯 片 和 一 对 收 发 接 口 。 利 用 网 络 2× 100 (Mbit/s)传输特性 ,支持网络冗余 、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 。
图 6 环形结构
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 2) ,通过两对通信介质(如图 7 所示)连接 , 只形成一个物理环路 。
图 7 单线形结构
6. 4 双线形结构
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 。
图 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 29001.2—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 :
—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 ;
—NCUC-Bus连接端子插座处应有标识 ;
—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 ;
—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子座之间金属触点分离 ;
—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 ;
—NCUC-Bus连接端子至少需要同时提供 RX+ 、RX- 、TX+ 、TX- 、FG 5 路信号连接 ;
—NCUC-Bus连接端子中 RX+ 、RX-应定义在相邻的引脚上 ;
—NCUC-Bus连接端子中 TX+ 、TX-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 :
—NCUC-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 ;
—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子座之间光纤接触面分离 。
注 : 可采用 USB、IEEE 1394和 RJ-45接插件 ,建议使用具有锁紧装置的接插件 。
7. 2. 2 DB-9
DB-9连接器应符合 GB/T 11014—1989的要求(参见附录 A) 。
7. 2. 3 USB
USB连接器应符合 USB Specification Revision2. 0 的要求(参见附录 A) 。
7. 2. 4 IEEE 1394
IEEE 1394连接器应符合 IEEE Std1394a—2000的要求(参见附录 A) 。
7. 2. 5 RJ-45
RJ-45连接器应符合 ANSI/TIA/EIA 568-B 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 通信线缆
7. 3. 1 CAT-5、UTP-5、STP-5
CAT-5、UTP-5、STP-5应符合 GB/T 18015. 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 ,常熄灭为网络无连接/故障 。
规定通信状态指示灯常亮表示网络连接正常 ,常熄灭为网络无连接/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 IEEE Std 802. 3—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 。
标识应清晰可靠并标于产品的明显位置 。
标识的内容应包括 :
a) NCUC-Bus的版本号 ;
b) 设备的 MAC号 。
10
GB/T 29001.2—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/T 11014—1989的要求(见图 A. 1) 。
图 A. 1 DB-9接口端子
A. 2 USB
USB连接器应满足 USB Specification Revision2. 0 的要求(见图 A. 2) 。
图 A. 2 USB接口端子(包括带锁紧装置的)
A. 3 IEEE 1394
IEEE 1394连接器应满足 IEEE Std1394a—2000的要求(见图 A. 3) 。
11
GB/T 29001.2—2012
图 A. 3 IEEE 1394接口端子
A. 4 RJ-45
RJ-45连接器应满足 ANSI/TIA/EIA 568-B 的要求(见图 A. 4) 。
图 A. 4 RJ-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) 。
图 A. 5 光纤接口端子
12
GB T 29001 2 2012
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中 华 人 民 共 和 国
国 家 标 准
机床数控系统
NCUC-Bus现场总线协议规范
第 2 部分 :物理层
GB/T 29001. 2—2012
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中 国 标 准 出 版 社 出 版 发 行
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北京市西城区三里河北街 16号(100045)
网址:www. gb168. cn
服务热线 :010-51780168
010-68522006
2013年 5 月第一版
*
书号 : 155066 · 1-47206
版权专有 侵权必究
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