GB T 9469.1-1988 分散型过程控制系统用工业过程数据公路 总论.pdf

1、中华人民共和国国家标准分散型过程控制系统用工业过程数据公路总论Process data highway ,type C(PROWAY C) , for distributed process control systerns Overview UDC 681.32 :621-503 GB 9469.1-88 本标准等效采用国际电工委员会IEC标准955(分散型过程控制系统用工业过程数据公路。1 主题内容与适用范围本标准规定了在工业环境中使用令牌总线送取方法的局部区域网(LAN)要实现站的兼容互连所需规范的各个组成部分。这些组成部分包括:a. 传输媒体的电气和物理特性;b. 物理协议所使用的电信

2、号传输方法;c. 在物理和媒体送取控制实体之间接口上提供的服务和信号;d. 传送的帧格式;e. 令牌总线媒体送取控制;f. 在媒体送取控制(MAC)子层和PROWAY链路控制(PLC)子层之间概念性的接口上提供的服务;g. PROWAY链路控制(PLC)协议;h. 在PROWAY用户和PROWAY链路控制(PLC)子层之间概念性的接口上提供的服务;i. PROWAY站的管理。本标准适用于分散型过程控制系统的工业过程数据公路。第2层第2层数据链路公路层第l层桐合层第0层用户I I !一一一一一一一一一一|一一一一1-一一如部分I PLC i 1 I 第4部分PROWAY链路控制子层I I !一一

3、一一飞忑一一一一-lm i-一一第5黝! 媒体送取控制子层: 1第6部分i一一二一一一一一一-1第栅!-47部分PHY I ! 物理层l YB部分l一一一一|一一|一一一一一一_j_-Ms部分一一一一II一一一一一一一一一媒体第9部分图l与LAN模型的关系国家机械工业委员会1988-05-12批准1989-01-01实施GB 9469.1-88 2 概述2.1 分层在本标准内，将用图1所示的分层模型来规定站的操作。图中也表明了本标准哪些部分是规定层间接口以及哪些部分是规定层本身的操作。本标准的每个部分将重复使用这张图，以指明该部分与标准其余部分以及与LAN模型之间的关系。2.2 优先考虑顺序G

4、B 9469.1和GB9469.2实质上是介绍性和解释性的，他们不打算转为准确的技术规范。因而，在他们与本标准的其他部分矛盾时，应该服从其他部分的技术规范。2.3 定义本标准每个部分所用的特定术语或专业术语都在该部分的开头处给出定义。附录A的参考文献1和2中给出了通用的定义。2.4 参考文献附录A列出了本标准的参考文献。3 标准的符合3. 1 站的类型本标准定义三种类型的站:启动站:执行本地状态机的所有功能和远程状态机的接收功能的站。响应站:执行远程状态机的所有功能，并且不具有本地状态机的功能的站。一台简单的设备(如仪表)能够作为响应站连接到局部区域网络上。启动/响应站:执行本地和远程站所有功

5、能的站。3.2 符合标准的要求要求第3.1条中给出的某种类型站的具体实现符合本标准。符合本标准的具体实现都应该:a. 提供本标准为该类型站规定的必须具备的PLC-用户接口和服务;b. 支持本标准对该类型站规定的PROWAY链路控制协议;C. 支持本标准为该类型站规定的必须具备的PLC-MAC接口和服务;d. 提供本标准为该类型站规定的必须具备的站管理接口和服务;e. 支持本标准为该类型站规定的必须具备的令牌总线媒体送取协议特性;f. 支持本标准规定的MAC-PHY接口服务;g. 如果MAC子层和物理层分别为设备的独立部分，则支持本标准所规定的MAC-PHY接口的实现;h. 支持规定的物理属和媒

6、体;i. 符合本标准给出的媒体规范。这里竭力建议，启动站提供参与逻辑令牌环路的站表的报告。本标准规定了一定数量的选件。如果需要的话，具体实现必须指明支持哪一种选件和所支持的每个站属性的值。4 工业过程数据公路(PROWAY)的构成PROWAY数据公路有三个基本的功能层或实体:a. PROWAY链路控制层PLC; b. 媒体送取控制层MAC; C. 物理收发信号层一-PHY。GB 9469. 1-8 8 下面将简要介绍每一层。PLC和MAC子层在一起构成ISO模型的数据链路(公路)级。PHY层构成ISO模型的物理级。5 PROWAY链路控制层概述5.1 PROWAY链路控制服务PROWAY对其用

7、户提供三种基本服务:a. 由一个本地(源发)站到一个远程(响应)站使用证实(立即响应协议发送数据。这种服务称作要确认的发送数据或SDA;b. 由一个本地站到一个、几个或所有远程(接收)站无确认或重复地发送数据。这种低安全的服务称作不要确认的发送数据或SDN;c. 由一个本地站向一个远程站使用证实(直接响应)协议请求以前提供的信息。这种服务称作要回答的请求数据或RDR。5.2 PROWAY链路控制(PLC)子层的构成PLC子层功能在逻辑上分成两个独立的状态机。它们是:a. 本地状态机;b. 远程状态机。5.2.1 本地状态机功能本地状态机处理所有来自本地PLC用户的请求并给予证实。这些本地请求导

8、致请求帧的传输。本地PLC状态机的功能包括:接收本地用户请求(不包括更新请求); 产生请求帧;接收响应帧;传送证实给本地PLC-用户(不包括更新证实)。5.2.2 远程状态机功能远程状态机传送指示给远程PLC用户，管理共享的数据区，并将请求数据送回本地机。远程PLC状态机的功能包括:接收请求帧;传送指示给远程PLC-用户;产生响应帧;接收远程用户请求以更新共享的数据区;传送更新证实给远程PLC-用户。6 令牌总线送取方法概述6.1 令牌总线送取方法的实质6.1.1 令牌(或接力棒)控制对物理媒体的送取权;持蒋(拥有)令牌的站占有媒体。6.1.2 令牌由挂在媒体上的站进行传送。当令牌由一个站传送

9、到另一个站时就形成了逻辑环路。6.1.3 稳态操作由数据传送阶段和令牌传送阶段组成。6.1.4 站内的环路维护功能提供环路启动，令牌丢失的恢复，逻辑环路新站的增加和逻辑环路总的管理工作。环路维护功能在网络上所有使用令牌的站之间轮转。共享媒体的方式通常可分为两种主要的类型，这些类型是广播方式和顺序方式;本标准只研究广播方式。在广播方式的媒体上，每个站都可以接收所有被传送的信号。广播类型的媒体通常构成一个物理总线。GB 9469. 1-88 、坐坐, , 图2物理总线上的逻辑环路图2表明令牌总线送取方法从逻辑意义上来说总是顺序进行的。这就是说，在正常稳态操作时，送取媒体的权由一个站传送给另一个站。

10、进一步地说，物理连接性对逻辑环路的次序影响较小，甚至不是逻辑环路部分上的站也能响应令牌持有站的询问(例如，站H和F能够接收帧，但是由于它们永远不能得到令牌，所以不能启动传输)。通过逻辑环上一个站到另一个站媒体控制权的传送，媒体送取控制(MAC)子层提供对共享总线媒体的顺序送取。通过识别和接收前一个站的令牌，MAC子层决定本站何时具有对共享媒体的送取权，它也决定何时必须把令牌传送给后继站。6.2 MAC子层的一般功能a. 令牌丢失计时器fb. 分散启动;C. 令牌保持计时器(对于多级服务和环路维护hd. 有限的数据缓冲pe. 节点地址识别;f. 帧解封装(包括令牌准备); g. 帧检验序列(FC

11、S)的产生和检验ph. 有效令牌的识别pi. 增加新的环路单元;j. 节点故障差错恢复;k. 允许对令牌持有站发送的帧提供立即的PLC响应或确认;J. 重传某一级的服务。7 MAC层内部结构MAC层完成几种松散桐合的功能。本标准MAC子层的描述和规范是根据这些功能的几种可能的划分中的-种进行安排。这里所用的划分示于图3，图中画出了4个异步逻辑机构飞每个机构处理MAC的一些功能。7.1 接口机(lFM)该机在PLC和MAC子层之间以及站管理和MAC子层之间起接口和冲缓器的作用。它翻译所有输入的服务原语，并输出相应的服务原语。这个机构处理由PLC:flJMAC的服务质量参数的变换，并在需要时产生响

12、应帧。IFM处理发送给PLC胁议数据单元的服务请求的排队。它根据接收的PLC帧完成地址识别功能，同时仅接收对这个站的寻址。最后，在启动站请求时，它产生一个立即响应。7.2 送取控制机(ACM)该机与所有其他站的ACM相结合，用以控制共享总线媒体上的传输。为了对PLC层提供不同等GB 9469.1-88 级的服务质量，ACM管理多个MAC送取级。在需要时，它将等待来自远程站对传送帧的响应或确认。如果未收到所需的响应，则本地ACM将重发传输。ACM也负责逻辑环路的启动和维护，包括接纳新站。最后，它负责令牌总线网络故障的检测和在可能情况下的恢复，以及在令牌环路组成变化时站的管理。响应站不需要ACM。

13、PLC/LLC 撞口机(lFM)站管理PHYSICAL 图3MAC层功能划分7.3 接收机(RxM)该机从物理层接收原子符号输入，将它们组装成帧，在确认有效后传送给IFM和ACMoRxM通过识别帧起始定界符(SI)和帧结束定界符(ED)、检查帧检验序列(FCS)和确认帧结构有效性来完成上述功能。RxM也识别和指示突发噪声(noise-bursts)和总线静止(bus-quiet)状态的接收。7.4 发送机(TxM)该机通常接收来自ACM的数据帧.并按照原子符号顺序以相应的格式将它们发送给物理层。TxM通过所要求的前导码和SD作均每一帧的开始，并附加FCS和ED，以组成一个协议数据单元。8 令牌

14、总线送取方法特性了解令牌总线送取方法的基本特性，将有助于理解令牌总线是一种LAN技术。令牌总线送取方法的一些重要特点如下:a. 在高负载情况下，站的协调仅需要占用媒体容量很小的百分比，从其意义上讲，这种方法是有效的;b. 这种方法为每个站提供相同的分事媒体容量的能力。它不要求任何站使用它的整个分享能力。从其意义上讲，这种方法是合理的;c. 这种方法允许多级优先;d. 这种方法支持开环(元响应)和闭环(具有响应或确认)数据传送;e. 这种方法协调站的传输以尽量减小和控制对其它站的干扰;f. 这种方法对以指定的误码率传输和接收多比特、多帧序列所必需的媒体和调制能力不再提出GB 9469. 1 88

15、 另外的要求;g. 在没有系统噪声的情况下，对于任何给定的网络和负载结构，这种方法为最高优先级的服务送取延时提供可计算的、确定的、最坏情况的界限;h. 被控干扰的周期是可区别的，在剩余的周期时间内能够测量系统噪声Fi. 这种方法对于瞬时控制媒体的站如何使用它的分享媒体的能力给予的限制很小F特别是在站送取周期时间内，允许站使用请求/回答送取方法:j. 这种方法允许具有一个或多个全功能站(启动站)的网络中连接有大量低成本简化功能的站(响应站)(这里假设为了使系统操作，例如启动，至少需要有一个启动站)。响应站不需要媒体送取控制逻辑;k. 使用与确认的(SDA或RDR)数据传输服务相美联的立即响应特性

16、，就可以在任何所希望的可靠程度上防止帧的丢失或重复。9 物理层和媒体概述9. 1 相位连续FSK(频移键控)物理层提要发送电平:+64+66dB(1mV，750)(dBmV)，即大约2V(rms)。接收灵敏度:+4十50dB(1m V , 750) (dBm V)，并且能接收自身的传输。噪声场:在3叩7MHz范围内:-15dB(1mV，750)。数据速率:1Mbit/s。收发信号:曼彻斯特编码的数据、非数据和填充空间码元。传输码元表示如下:HL =o LH =1 数据LL HH为在一个MAC码元周期内，不包括频率转换的一对非数据码元连续的0和1八位位组=pad-idle(前导码)调制:相位连续

17、FSK(频移键控)(调频形式)。a. 高频:6.25士0.08MHz表示为H; b. 低频:3.75士0.08MHz表示为L0 时钟恢复:由曼彻斯特码转换产生。9.2 单信道同轴电缆总线媒体提要拓扑结构:全向总线。电缆:750同轴干线电缆，例如z半刚性分支电缆e站接插件:750N系列阴插座。推荐的电缆结构:半刚性干线和柔性分支电缆。干线连接器(TAP):使用750F系列连接器的750全向无源阻抗匹配接头。中继器z在工业过程数据公路系统中不使用有摞中继器和放大器。10 标准的构成GB 9469由10部分构成，现归纳如下:第1部分是总论，它对PROWAY链路控制服务和令牌总线送取方法进行了一般性讨

18、论;介绍了用于标准备部分的PLC和MAC于层功能的划分，同时归纳了令牌总线送取方法的特性;最后简要说明了物理层和媒体。第2部分给出了工业局部区域网络的功能要求。第3部分概述了与过程数据公路(PROWAY)的用户接口。第4部分规定了PROWAY链路控制(PLC)子层。GB 9469.1-88 第5部分详述了PLC和MAC子层之间的接口。它定义提供给PLC子层的接口和服务。第6部分规定了媒体送取控制(MAC)子层，并详述了协同操作的MAC实体之间交换帧的格式。第7部分详述了MAC子层和物理层间的接口。第8部分规定了相位连续FSK物理层实体及其与媒体的接口a第9部分给出了单信道同轴电缆总线媒体的要求

19、。第10部分定义了.工业过程数据公路站管理uGB9469.1-88 序号1 ISO IS-7498(1 984) , Information Processing System Interconnection -Basic Reference model 2 Standard 802.1 ,Local Area Network Standard-Overview ,Interworking , and Management 3 IEEE Standard 802.2(1985) ,Logical Link Control-Local Area Network Standard 4 IEEE S

20、tandard 802.4(1984)Token Passing Bus Network Standard 5 MIL Standard 1851A(1983) 6 Ada TM Programming Language 7 IEC Publication 79-10 (1972) 8 IEC PU blica tion 79-1 (1 97 1) 9 IEC Publication 79-3 (1972) 10 IEC Publication 79-11 (1 984) 附录A参考文献11 ISO 4902 : 1980 Data Communication-37-pin and 9-Pin

21、 DTE/DCE Interface Connectors and Pin assignments 12 CCITT Recommendations V.11 ,(1980) , characteristcs for balanced double-current for general use with integrated circuit equipment in the field of data communications 13 IEC Publication 348 (1 978) : Safety requirements for electronic measunng appa

22、ratus 14 FCC Class A Computer Device ,part 15 ,Subpart J Docket 20780 , Technical Standards for Computing Equipment , Reconsidered First Report and Order (APril 1980) 15 U. S. National Electrical Code ,Articles 250 ,800 ,820 16 UL 94;Rated Under V-O 17 UL 114 ;Office Equipment 18 UL 478;Data Process

23、ing Equipment 部分号所有部分1;10 1;3;4 1;5;6 1 1;6 2 2 2 2 7 7 7 8 8;9 8;9 8;9 8;9 GB 9469. 1-8 8 19 CSA 22.2 Data Processing Equipment 8;9 20 IEC 435-1 Safety of Data processing 8;9 Equipment(1978) 21 CCITT Recommendations of the V Series 8 (1980) , Vol ,8 , Fascicle 6A. 1 ,Geneva , (esp. V. 35-V. 37) 22

24、The Yellow Book , Data Communication 8 Network Transmission,Signalling and Switching ,Network Aspects ,Maintenance , Administrative Arrangements 23 CCITT Recommendation x. 150(1980) , 8 Vol 8, fascicle 6A. 3, Geneva 24 CCITT Recommendations of the H Series , 9 (1 980)Vo1. m: ,Fascicle :m:. 4.ITU. Ge

25、neva. (esp. H. 14) 25 The Yellow Book. Impedance Matching 9 Between Repeaters and Coaxial pair in Television Transmission 26 Annex A to Recommenda tion J. 73 , V 0 1. III 9 Fascicle 1. 4.ITU Geneva. 1980 27 GENERAL MOTORS UNIFIED CO岛f岛1UNICATIONS 9 SYSTEMS T ASKFORCE OF MCC/CMC COMPUTERS IN如1ANUFACT

26、URING SUBCO岛f岛lITTE(1978) General Specifications : Broadband Co-axial Cable Networks for Digital. Video ,and Audio Transmission, General Motors Detroit 28 RHEINFELDER. W.CATV Circuit 9 Engineering TAB Books (1975) .Blue Ridge Summit.PA 29 RHEINFELDER , W. CATV System Engineering. 9 TAB BOOKS(1962) .

27、Blue Ridge Summit.PA 30 Design and Construction of CA TV 9 Systems RCA/Cablevision Systems. Van Nuys ,CA 31 Basic CA TV Concepts. THET A COM CA TV / 9 TEXCAN ,Phoenix, Az 32 EIA Components Bulletin 8 8 33 IEC Publication 255-4 1 GB 9469.1-88 附录BGB 9469岛IEC955朝IEEE802棉准之间的对应关系(参考件GB 9469与IEC955和IEEE8

28、02标准的各部分相对应如下表:GB 9469 标准部分GB 9469. 1-88 GB 9469. 2-88 GB 9469. 3-88第1章GB 9469. 3-88第2章GB 9469. 3-88第3章GB 9469. 4-88第1章GB 9469. 4-88第2章GB 9469. 4-88第3章GB 9469. 4-88第4章GB 9469. 5-88 GB 9469. 6-88第1章GB 9469.688第2章GB 9469. 6-88第3话GB 9469. 6-88第4章GB 9469. 6-88第5意GB 9469. 7-88第1章GB 9469. 7-88第2章GB 9469.7

29、一88第3意GB 9469. 8-88 GB 9469. 9-88 GB 9469.9-88附录AGB 9469.10-88第1意GB 9469.10-88第2章GB 9469.10-88第3章GB 9469. 10-88第4章GB 9469.10-88第5章GB 9469.10-88第6章lEC 955 标准部分第1部分第1部分第2A部分第2日部分第3A部分第3B部分第3C部分第4部分第5A部分第四部分第5C部分第5D部分第6A部分第6B部分第8部分第9部分附录9一A第10A部分第10B部分第10C部分第10D部分第10E部分IEEE 802 标准部分802.4一第1部分802.2一第2部分802.2一定义802.2一第6部分和单帧802.2一第3.5部分802.4一第2部分802.4一第5部分802.4一第6部分802.4一第7部分802.4一第4部分802，4一第8部分802.4一第10部分802.4一第13部分802.4一附录13-A802.2一管理建议802.4一第2部分802.4一第9部分