GB/T 29001.4-2012 机床数控系统 NCUC-Bus现场总线协议规范 第4部分：应用层

　　ICS 25. 040. 20 J 50

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 29001.4—2012

　　机床数控系统

　　NCUC-Bus现场总线协议规范

　　第 4 部分 :应用层

　　Numericalcontrolsystem ofmachinetool—

　　ProtocolspecificationsforNCUC-Busfieldbus—

　　Part4:Application layer

　　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 29001.4—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 6

　　4 体系结构 6

　　5 协议规范 7

　　5. 1 概述 7

　　5. 2 数据类型 7

　　5. 3 通信模式 10

　　5. 4 总线状态机 10

　　6 服务 12

　　6. 1 基本服务 12

　　6. 2 通信准备服务 15

　　6. 3 控制运行服务 19

　　6. 4 故障处理服务 22

　　6. 5 其他控制管理服务 25

　　7 应用层帧格式与数据识别 26

　　7. 1 概述 26

　　7. 2 NCUC-Bus协议网络类型规定 26

　　7. 3 NCUC-Bus数据帧命令字 CM-ID格式 26

　　7. 4 NCUC-Bus通信数据格式 27

　　7. 5 NCUC-Bus数据帧寻址和识别 29

　　8 通信错误检测和恢复 31

　　8. 1 数据差错检测 31

　　8. 2 连接故障检测 32

　　8. 3 差错纠正 32

　　9 命令 34

　　9. 1 概述 34

　　9. 2 总线管理 34

　　9. 3 参数读写 47

　　9. 4 集总帧读写 49

　　9. 5 运行态的数据读写 50

　　Ⅰ

　　GB/T 29001.4—2012

　　10 同步机制 51

　　10. 1 概述 51

　　10. 2 时间同步 51

　　10. 3 数据执行同步 52

　　11 设备数据字典和标准设备模型 52

　　附录 A (资料性附录) 参数表 58

　　参考文献 69

　　Ⅱ

　　GB/T 29001.4—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 4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 :广州数控设备有限公司 、沈阳高精数控技术有限公司 、武汉华中数控股份有限公司 、大连光洋科技工程有限公司 、浙江中控电气技术有限公司 。

　　本部分主 要 起 草 人 : 何 英 武 、张 玉 洁 、莫 元 劲 、宋 宝 、唐 小 琦 、陈 虎 、金 健 、王 声 文 、杨 东 升 、胡 毅 、胡协和 、冯冬芹 。

　　Ⅲ

　　GB/T 29001.4—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. 4 为 NCUC-Bus协议规范的各组成且互连的部 分 标 准 之 一 — 即 NCUC-Bus协 议规范的第 4部分 :应用层 ,本部分与 NCUC-Bus所定义参考模型的其他部分有关 。

　　0. 2 数控系统现场总线应用层概述

　　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 。本部分所规定的 NCUC-Bus的应用层是在物理层和链路层之上 ,用户任务之下的所有任务 。

　　图 1 描述了机床数控系统 NCUC-Bus现场总线的应用层服务 、协议和系统管理之间的关系 ,通过使用 NCUC-Bus的数据链路层和其他相邻的更低层提供的服务来提供应用服务 。

　　图 1 应用层与 NCUC-Bus其他各层之间的关系

　　本部分主要阐述连接数控装置与驱动装置(伺服 、主轴) 、I/O装置 、测量装置等的全数字 、串行 、同步 、双向 、多站点的通信网络 , 以及用来完成数控装置对驱动装置 、I/O装置等的控制 、参数调整 、状态监控和诊断等的数据通信 。本部分同时对 NCUC-Bus协议规范的物理层及数据链路层之上 、用户任务之下的所有应用进行 了 描 述 , NCUC-Bus的 应 用 层 在 物 理 层 、数 据 链 路 层 之 上 为 用 户 任 务 提 供 接 口 和服务 。

　　Ⅳ

　　GB/T 29001.4—2012

　　机床数控系统

　　NCUC-Bus现场总线协议规范

　　第 4 部分 :应用层

　　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的本部分规定了机床数控系统 NCUC-Bus的应用层协议规范 。

　　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 。

　　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(包括所有的修改清单)适用于本文件 。

　　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

　　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)

　　3 术语和定义、缩略语

　　3. 1 术语和定义

　　GB/T 29001. 1—2012界定的以及下列术语和定义适用于本文件 。

　　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

　　1

　　GB/T 29001.4—2012

　　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

　　数据链路层为基于物理层的数据通道 。在数据通信期间 , 收发两端可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作数据链路 。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 , 为弥补物理层上的不足 ,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 。数据链路层的建立 、拆除 、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

　　应用层位于物理层和链路层之上 ,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

　　指接入通信网络中 ,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 。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 ,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] 3. 1. 9

　　广播 broadcast

　　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]

　　2

　　GB/T 29001.4—2012

　　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打成一个数据包 ,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依次连接的路由方法 ,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 。

　　[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

　　GB/T 29001.4—2012

　　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—1998) 。

　　[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 。

　　[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 ,然后对他们进行封装 。

　　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]

　　4

　　GB/T 29001.4—2012

　　3. 1. 30

　　介质访问控制 media accesscontrol

　　MAC

　　MAC主要功能包括数据帧的封装/卸装 、帧的寻址和识别 、帧的接收与发送 、链路的管理 、帧的差错控制等 。MAC 的存在屏蔽了不同物理链路种类的差异性 ,是提供连接服务类型 ,其中面向连接的服务能提供可靠的通信 。

　　3. 1. 31

　　应用层协议 application layerprotocol

　　NCUC-Bus所定义的主设备与从设备之间对应用层实体之间的规范 。

　　3. 1. 32

　　应用层服务 application layerservice

　　NCUC-Bus所定义的应用层为用户任务提供服务的规范 。

　　3. 1. 33

　　应用层接口 application layer interface

　　NCUC-Bus链路层为应用层提供服务的访问点 。

　　3. 1. 34

　　时钟同步 timesynchronization

　　时钟同步是指从设备时钟与主设备时钟最大可能保持一致 。

　　3. 1. 35

　　制造商标识符 manufacturerID

　　识别每一个产品的制造商的唯一号码 。

　　3. 1. 36

　　应用实体 application entity

　　应用层中能够收发信息和处理信息的任何软硬件 。

　　3. 1. 37

　　应用协议数据单元 application protocoldata unit

　　应用层对等实体之间通过协议传送的信息报文 。

　　3. 1. 38

　　用户任务 consumerprocess

　　数控系统和操作系统的任务 。

　　3. 1. 39

　　目的地址 destination address

　　指令发往的站点地址 。

　　3. 1. 40

　　源地址 sourceaddress

　　指令发出的站点地址 。

　　3. 1. 41

　　数据格式 data format

　　数据的封装规范 。

　　3. 1. 42

　　应用编程接口 application programminginterface

　　应用层提供的函数功能模块 。

　　5

　　GB/T 29001.4—2012

　　3. 1. 43

　　差错检测 errordetection

　　采用不同校验策略检测信道上数据的误码和帧丢失等 。

　　3. 1. 44

　　差错控制 errorcontrol

　　在数据通信过程中能发现或纠正差错 ,把差错限制在一定范围内的技术和方法 。

　　3. 1. 45

　　正向端口与反向端口 forward pork and backward pork

　　正向端口和反向端 口 ,正向端口是相对反向端口而言的 。NCUC-Bus所规定的发送数据流向为逆时针方向的主设备发送端口为正向端 口 ,发送数据流向为顺时针方向的主设备发送端口为反向端 口 。

　　3. 1. 46

　　IEEE 1394 InstituteofElectricalandElectronicsEngineers1394

　　IEEE 1394是为了增强外部多媒体设备与电脑连接性能而设计的高速串行总线 ,传输速率可以达到 400 Mbit/s。

　　[GB/T 29001. 1—2012,定义 3. 1. 28]

　　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

　　ARP

　　Address Resolution Protocol

　　地址解析协议

　　CRC-32(16)

　　Cycle Redundancy Check 32(16)

　　32(16)位循环冗余码校验算法

　　DLL

　　Data Link Layer

　　数据链路层

　　DLE

　　Data Link Entity

　　数据链路实体

　　IPX/SPX

　　Internetwork PacketExchange/

　　LLC

　　Sequences PacketExchange Logic Line Control

　　分组交换/顺序分组交换

　　逻辑链路控制

　　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

　　PTP

　　Precision Timing Protocol

　　精确时间同步协议

　　SNMP

　　Simple Network ManagementProtocol

　　简单网络管理协议

　　4 体系结构

　　NCUC-Bus的应用层结构模型如图 2所示 ,对应用层而言 , 向上通过提供通信服务形式以实现与用户进程的交互 , 向下通过应用层接口方式实现与下层数据链路层的交互 ,其中应用层与数据链路层交换的是封装好的数据单元 。 主 、从设备应用层之间的规范为应用层协议 ,包括数据类型规范和服务状态机以及与协议的映射和封装 、安全性和差错控制等 。

　　6

　　GB/T 29001.4—2012

　　图 2 NCUC-Bus体系结构关系图

　　5 协议规范

　　5. 1 概述

　　主设备与从设备之间对于应用层实体之间的通信规范的集合 ,包括所传输数据的格式 、差错控制方式以及在计时与时序上的有关约定等 。

　　5. 2 数据类型

　　5. 2. 1 位

　　最小的内存存储单位 ,取值包括“0”和“1”两种 。

　　约定 :在本规范中以“b”为位元单位的缩写 , 即 1b表示 1个位元(1bit) 。

　　5. 2. 2 字节

　　每 8个位构成 1个字节 。

　　约定 :在本规范中以“B”为字节单位的缩写 , 即 1B表示 1个字节(1byte) 。

　　5. 2. 3 布尔

　　规定布尔变量取值为 0及非 0,其中“0”表示假逻辑 ,“非 0”数据表示真逻辑 。

　　5. 2. 4 整型

　　带有符号的整型数 。可以使用 8 bit、16bit、32 bit、64 bit等多种方式进行存储 。其中最高位为符号位 。

　　整数取值范围 :

　　7

　　GB/T 29001.4—2012

　　8 bit -128~ 127;

　　16bit -32 768~ 32 767;

　　32bit -2 147483 648~ 2 147483 647。

　　编码方式 ,规定最高存储位 MSB为符号位 ,所记录数据为负数时 ,符号位为 1,数据以补码形式表示 ;所记录数据为 0 或者正数时 ,符号位为 0,数据以原码形式表示 。

　　约定 : 以 8 bit、16bit、32bit存储的有符号整型数在本规范中以 ixx表示 :

　　8 bit整型数 i8;

　　16bit整型数 i16;

　　32bit整型数 i32。

　　5. 2. 5 无符号整型

　　不带有符号的整型数 。可以使用 8 bit、16bit、32bit等多种方式进行存储 。

　　整数取值范围 :

　　8 bit 0~ 255;

　　16bit 0~ 65 535;

　　32bit 0~4 294 967295。

　　约定 : 以 8 bit、16bit、32bit存储的无符号整型数在本规范中以 Unsigned xx表示 :

　　8 bit整型数 u8;

　　16bit整型数 u16;

　　32bit整型数 u32。

　　5. 2. 6 浮点

　　一种实数表示方法 。

　　约定 :本规定中 , 以 float或者 Float表示浮点数 。

　　5. 2. 7 串

　　串是由一组同类 、固定长度的基本数据类型或者结构数据类型元素组成 。

　　5. 2. 8 空

　　空数据类型长度为零 。约定以 NULL表示 。

　　5. 2. 9 地址

　　5. 2. 9. 1 MAC地址

　　采用 48bit的标准以太网物理地址格式 ,一般用十六进制格式显示 。

　　5. 2. 9. 2 站点地址

　　站点地址采用 8 bit无符号整型 ,范围 0~ 255。

　　5. 2. 9. 3 索引地址

　　索引地址采用 16bit无符号整型 ,范围 0~ 65 535。

　　8

　　GB/T 29001.4—2012

　　5. 2. 10 日期时间

　　5. 2. 10. 1 日期格式

　　日历日期部分结构体包括 : 日期 day,月 month,年份 year。

　　取值范围 :

　　日期(day) :1~ 31;

　　月 (month) :1~ 12;

　　年(year) :0000~ 9 999。

　　5. 2. 10. 2 时间格式

　　时间部分结构体包括 :纳秒 ns,微秒 μs,毫秒 ms,秒 s,分 min,小时 h,时区 。

　　取值范围 :

　　纳秒(ns) :0~ 999;

　　微秒(μs) :0~ 999;

　　毫秒(ms) :0~ 999;

　　秒(s) :0~ 59;

　　分(min) :0~ 59;

　　小时(h) :0~ 23;

　　时区 : -12~ +12。

　　5. 2. 10. 3 时间戳格式

　　时间部分结构体包括 :纳秒 ns,微秒 μs,毫秒 ms,取值范围 :

　　纳秒(ns) :0~ 999;

　　微秒(μs) :0~ 999;

　　毫秒(ms) :0~ 999。

　　5. 2. 10. 4 时差格式

　　包括两部分结构体数据 ,分别表示毫秒和 日 ,用来表示两个时间的差值 。

　　取值范围 :

　　毫秒(ms) :0~4 294 967295。

　　日 (d) :0~ 65 535。

　　5. 2. 11 数组

　　数组是由一个同类元素的有序集合组成 ,本协议对数组元素的数据类型没有约束但每个元素需要来自同一个类型 。数组一旦被定义了 ,数组中元素的数量不能改变 。

　　5. 2. 12 结构体

　　结构是由一组相同或者不同数据类型元素构成 ,本协议不限制字段的数据类型 ,一个结构可以包含基本数据元素 、更多其他结构元素或者用户定义的数据元素 。

　　5. 2. 13 列表

　　列表是指由一组对象索引值组成的变量 ,对列表变量本身的访问根据调用服务的不同 ,可对列表变

　　9

　　GB/T 29001.4—2012

　　量的成员(即对象索引值)进行访问 ,也可以对列表的实例化数据进行访问 。

　　5. 2. 14 对象

　　具有一组确定属性的可操作的集合体 。

　　5. 3 通信模式

　　5. 3. 1 广播通信

　　主设备通过广播帧的形式将数据发送给所有的从设备 ,从设备不上传数据 , 广播帧最终返回到主设备 。

　　5. 3. 2 单地址通信

　　主设备通过单地址的形式将数据帧发送给特定的从设备 ,数据帧返回主设备 ,从设备既可以上传数据 ,也可以不上传数据 。

　　5. 3. 3 双向通信

　　主设备通过数据帧的形式将数据发送给所有的从设备 ,各从设备将需要上传的数据替换传送给本站的数据 ,数据帧返回主设备 。双向通信包括周期帧通信及非周期帧通信 。

　　5. 4 总线状态机

　　5. 4. 1 总线状态机概述

　　总线通信状态包括 :初始态 、等待态 、运行态 、停止态 。

　　建立状态机机制 ,NCUC-Bus在不同的状态执行相应权限的总线功能 ,从而保证 NCUC-Bus运行的有序性 、安全性和健壮性 。

　　5. 4. 2 总线状态机切换图

　　总线状态机状态和状态切换关系如图 3所示 。

　　图 3 NCUC-Bus总线状态机

　　10

　　GB/T 29001.4—2012

　　5. 4. 3 总线状态机说明

　　以下是总线状态机的说明 :

　　— 初始态 :主设备在初始态下主要完成对总线的初始化任务 。 系统上电后 , 主设备进入初始态 ,通过通信初始化状态切换命令通知从设备进入初始态 。待确认从设备进入初始化态后 , 系统对总线进行初始化操作 。首先是总线环路拓扑结构的判别 , 主设备分别从正向端口和反向端口发送总线拓扑结构判别命令确认总线的拓扑结构 。在确认总线的拓扑方式后 , 主设备通过发送从设备地址编号命令对从设备进行地址编号 。在地址编号完成后 , 主设备通过该地址编号对 特 定 的 从 设 备 地 址 进 行 访 问 , 同 时 在 初 始 态 阶 段 , 主 设 备 可 选 择 简 单 同 步 延 时 测 量 或PTP延时测量对从设备进行延时测量 。

　　从设备接收初始态转换命令后进入初始态 ,在初始态下主要是配合主设备完成总线的初始化操作 。从设备通过接收总线拓扑结构判别命令完成设备的拓扑结构判别 ,通过接收从设备地址编号命令对本设备的地址进行编号 ,通过接收延时测量命令完成对本设备的延时时间计算和设置 ;

　　— 等待态 :主设备在等待态下通过参数写命令对从设备的通信参数和设备参数进行配置 。通信参数包括通信周期、CRC16使能、站点工作模式等通信参数 。主设备完成对从设备的参数读写后 ,进入运行态 。从设备在等待态下主要是接收参数读写命令 ,对参数进行读写操作 。另外在总线发生通信故障或设备故障时 ,主设备发送命令通知所有从设备进入等待态 ,进行故障处理 ;

　　— 运行态 :主设备在运行态实现运动控制和监测 , 以及利用参数读写命令对可在运行态中修改的参数进行修改设置 ,有关运行态的数据读写见 9. 5;

　　— 停止态 :在系统准备正常关闭或系统异常时 ,主设备将通过发送停止切换命令 ,配置系统进入停止态 ,停止除了状态切换之外的所有总线活动 。

　　5. 4. 4 状态机状态切换条件

　　以下是状态机状态切换条件的说明 :

　　—E0:各站点完成上电初始化 。 当连接在总线上的站点完成自身上电初始化后 ,进入初始态 ;

　　—E1:总线初始化成功 。 当主设备成功完成对总线初始化操作后 , 主设备利用等待切换命令使主设备和从设备都进入等待态 ,应用层主设备在等待态中对从设备通信 ,进行相关参数配置 ;

　　—E2:运行态切换 。 当主设备准备好并确认从设备也为运行态准备好的时候 , 主设备利用运行态切换命令从等待态进入运行态 ;

　　—E3:正常系统关闭或系统异常需停止总线通信活动 。 主设备将通过停止态切换命令通知从设备 ,各站点进入停止态 。在停止态下 ,从设备只响应状态切换数据帧 ;

　　—E4:完成总线关闭 。 当各站点完成总线关闭前准备后 , 主设备将通过结束切换命令通知从设备进入结束通信状态机 ,执行总线关闭 ;

　　—E5:异常停止 。 当总线运行在等待态 , 由于总线或系统异常要求总线停止工作 , 主设备将通过停止态切换命令通知从设备执行停止操作 ;

　　—E6:重新初始化 。 当总线处于停止态 ,需复位并重新初始化总线设备 , 主设备将通过初始态切换命令通知从设备执行初始化操作 ;

　　—E7:恢复等待态 。 当总线处于停止态 ,需重新配置设备参数等 , 主设备将通过等待态切换命令通知从设备进入等待态 ,进行设备参数配置 ;

　　—E8:恢复运行态 。 当总线由于异常等原因进入停止态 ,在异常原因排除后系统要求继续运行时 ,主设备将通过运行态切换命令通知从设备进入运行态 ,继续进行运动控制和监测数据通信 ;

　　—E9:返回等待态 。在处于运行态的系统运行过程中 ,需变更总线设备参数等原因 , 以保证安全防止影响运动控制与监测数据通信 ,需回到等待态 ,则主设备通过等待态切换命令通知从设备进入等待态进行设备参数的修改变更 ;

　　11

　　GB/T 29001.4—2012

　　—E10:运行态重新初始化总线设备 。 主设备通过初始态命令通知从设备进入初始态 ,重新对总线进行初始化操作 ;

　　—E11:等待态重新初始化总线设备 。 主设备通过初始态命令通知从设备进入初始态 ,重新对总线进行初始化操作 。

　　6 服务

　　6. 1 基本服务

　　6. 1. 1 概述

　　应用层基本服务包括应用层为用户进程提供的接 口 ,他通过一系列命令 、数据 、参数和信息来实现服务 。

　　服务原语说明 :

　　. req请求原语 ,. ind指示原语 ,. rsp响应原语 ,. cnf证实原语 。

　　M 对于此原语 ,参数是必备的 。

　　U 参数是一个用户选项 ,是否提供此参数取决于服务用户的动态使用 。 当不提供时 ,采用此参数的缺省值 。

　　C 参数是有条件的 ,依赖于其他参数或服务用户的环境 :

　　— (空白)此参数从不出现 。

　　S 参数是一个选择项 。

　　某些登录项还需由括号内的项目进一步加以限定 ,这些限定可能是 :

　　参“(特)”定的限制(指示此参)数:语义上等同于该表中紧邻其左侧的那个服务原语的参数 。

　　指示某些注释()适用于此登录项 :

　　“(n) ”指示以下的第“n”条注释包含适合于此参数及其使用的附加信息 。

　　6. 1. 2 对象读

　　对象读服务用来读取对象的具体数值 ,这是一个证实服务 。

　　服务原语 ,对象读服务的参数如表 1所示 。

　　表 1 读服务参数

　　参数

　　. req

　　. ind

　　. rsp

　　. cnf

　　Argument

　　ServeID

　　SourceID

　　DestinationID ParameterID MessageID

　　SubIndex Data

　　Result( +)

　　MessageID

　　DestinationID

　　Result( -)

　　MessageID

　　DestinationID

　　ErrorType

　　M

　　M

　　M

　　M

　　M

　　M

　　M

　　M

　　(((((((( ))))))))

　　S

　　M

　　M

　　S

　　M

　　M

　　S

　　((()))

　　())))

　　12

　　GB/T 29001.4—2012

　　Argument:

　　表示服务的参数 。

　　ServeID:

　　服务标识号 ,对象读编号 11H。

　　SourceID:

　　该参数用来表示服务源的标识符 。

　　DestinationID:

　　该参数用来表示服务目的的标识符 。

　　ParameterID:

　　服务调用参数标识 。

　　MessageID:

　　服务发出信息标识 。

　　SubIndex:

　　表示子服务索引 。

　　Data:

　　该参数包含了相关的数据 。

　　Result(+) :

　　这个参数表示服务请求被正确执行 ,返回的正响应 。

　　Result( -) :

　　表示服务请求执行失败 。

　　ErrorType:

　　这个参数提供了失败的类型 。

　　6. 1. 3 对象写

　　对象写服务用来设置对象的具体数值 ,这是一个证实服务 。服务原语 ,对象写服务的参数如表 2所示 。

　　表 2 写服务参数

　　参数

　　. req

　　. ind

　　. rsp

　　. cnf

　　Argument

　　ServeID

　　SourceID

　　DestinationID ParameterID MessageID

　　SubIndex Data

　　Result( +)

　　MessageID

　　DestinationID

　　Result( -)

　　MessageID

　　DestinationID

　　ErrorType

　　M

　　M

　　M

　　M

　　M

　　M

　　M

　　M

　　(((((((( ))))))))

　　S

　　M

　　M

　　S

　　M

　　M

　　S

　　((()))

　　())))

　　13

　　GB/T 29001.4—2012

　　Argument:

　　表示服务的参数 。

　　ServeID:

　　服务标识号 ,对象写编号 12H。

　　SourceID:

　　该参数用来表示服务源的标识符 。

　　DestinationID:

　　该参数用来表示服务目的的标识符 。

　　ParameterID:

　　服务调用参数标识 。

　　MessageID:

　　服务发出信息标识 。

　　SubIndex:

　　表示子服务索引 。

　　Data:

　　该参数包含了相关的数据 。

　　Result(+) :

　　这个参数表示服务请求被正确执行 ,返回的正响应 。

　　Result( -) :

　　表示服务请求执行失败 。

　　ErrorType:

　　这个参数提供了失败的类型 。

　　6. 1. 4 调度服务

　　调度服务用于传输通信状态的改变 ,这是一个证实服务 。服务原语 ,调度服务的参数如表 3所示 。

　　表 3 调度服务参数

　　参数

　　. req

　　. ind

　　. rsp

　　. cnf

　　Argument

　　ServeID

　　SourceID

　　DestinationID CommandID ParameterID MessageID

　　Data

　　Result( +)

　　MessageID

　　DestinationID

　　Result( -)

　　MessageID

　　DestinationID

　　ErrorType

　　M

　　M

　　M

　　M

　　M

　　M

　　M

　　S

　　((((())))))))

　　S

　　M

　　M

　　S

　　M

　　M

　　S

　　((()))

　　())))

　　14

　　GB/T 29001.4—2012

　　Argument:

　　表示服务的参数 。

　　ServeID:

　　服务标识号 ,调度编号 13H。

　　SourceID:

　　该参数用来表示服务源的标识符 。

　　DestinationID:

　　该参数用来表示服务目的的标识符 。

　　CommandID:

　　服务调用命令标识 。

　　ParameterID:

　　服务调用参数标识 。

　　MessageID:

　　服务发出信息标识 。

　　Data:

　　该参数包含了相关的数据 。

　　Result(+) :

　　这个参数表示服务请求被正确执行 ,返回的正响应 。

　　Result( -) :

　　表示服务请求执行失败 。

　　ErrorType:

　　这个参数提供了失败的类型 。

　　6. 2 通信准备服务

　　6. 2. 1 概述

　　通信准备服务提供给用户进程用来进行通信准备 ,包含自举(环路检测 ,从设备地址编号) 、时间同步 、初始化等子服务 ,这是一个证实服务 。

　　服务原语 ,通信准备服务的参数如表 4所示 。

　　表 4 通信准备服务参数

　　参数

　　. req

　　. ind

　　. rsp

　　. cnf

　　Argument

　　M

　　M(= )

　　ServeID

　　M

　　M(= )

　　SourceID

　　M

　　M(= )

　　DestinationID

　　M

　　M(= )

　　SubIndex

　　M

　　MessageID

　　M

　　M(= )

　　M(= )

　　Result( +)

　　S

　　S(= )

　　MessageID

　　M

　　DestinationID

　　M

　　M(= )

　　M(= )

　　Result( -)

　　S

　　S(= )

　　MessageID

　　M

　　M(= )

　　DestinationID

　　M

　　M(= )

　　ErrorType

　　M

　　M(= )

　　15

　　GB/T 29001.4—2012

　　Argument:

　　表示服务的参数 。

　　ServeID:

　　服务标识号 ,通信准备编号 2XH。

　　SourceID:

　　该参数用来表示服务源的标识符 。

　　DestinationID:

　　该参数用来表示服务目的的标识符 。

　　SubIndex:

　　表示子服务索引 。

　　MessageID:

　　服务发出信息标识 。

　　Result(+) :

　　这个参数表示服务请求被正确执行 ,返回的正响应 。

　　Result( -) :

　　表示服务请求执行失败 。

　　ErrorType:

　　这个参数提供了失败的类型 。

　　6. 2. 2 自举

　　用户进程发出 自举服务请求 ,应用层调用链路层接口实现总线 自举过程 ,进行环路检测 、拓扑结构判别和从设备地址识别 ,组建起完整的网络拓扑和连接 。 自举服务为通信准备子服务 。

　　服务原语 ,通信准备服务的参数如表 5所示 。

　　表 5 通信准备服务参数

　　参数

　　. req

　　. ind

　　. rsp

　　. cnf

　　Argument

　　ServeID

　　CommandID ParameterID MessageID SubIndex

　　Data

　　Result( +)

　　MessageID

　　Result( -)

　　MessageID

　　ErrorType

　　M

　　M

　　M

　　M

　　M

　　M

　　M

　　M(= )

　　M(= )

　　M(= )

　　M(= )

　　M(= )

　　M(= )

　　M(= )

　　S

　　M

　　S

　　M

　　M

　　S(= )

　　M(= )

　　S(= )

　　M(= )

　　M(= )

　　Argument:

　　表示服务的参数 。 ServeID:

　　16

　　GB/T 29001.4—2012