1、ICS 25. 040 N 10 GB 中华人民共和国国家标准GB/T 27960-2011 以太网POWERLINK通信行规规范Ethernet POWLINK communication profile specification 2011-12-30发布:J:g:，均j勺:3号码防吃/中华人民共和国国家质量监督检验检瘦总局中国国家标准化管理委员会2012-07-01实施发布GB/T 27960-20门目次E1111577889001355669990122316623331 -i1it-i1iTi-1it-inLRURUEdphuponyQununununu-式格理?性处p特址报u层卜里
2、要式寻浦容序肌t部主uuu模tu的儿兼顺明-俨目，霄EA句iHLF附给以器阻挠MMM制件制义网u器UH川接和Id网址口层UJ口阳肌附f盹mM栩栩栩翩翩耐唯时四川队吓阻仲跚层议mm姐刊.H寻定语略隙仰成川剧考备信扑络口缆路作仰本A仰结据锵协仰仰u据象性-叫术缩时p集模参设通层拓网端线链工P基MP帧数MEPP层数对围范语述型理据络用=习范规术JJ概JJJJ模JJJ物JJJJ数JJJJJJJ网JJJ应JJ-FMFquqdA哇A哇A哇A吐FUFbFUEUPO户b户b句I哼tqt勺勺巧i巧t。0000OQUQd前123456789_. 布ih GB/T 27960-2011 9. 3 服务数据对象(SD
3、O)1169. 4 过程数据对象(PDO)1549. 5 错误信号通知(ErrorSignaling) 165 9. 6 程序下载1769. 7 配置管理1809. 8 从可编程设备输入19110 网络管理(NMT)19410.1 NM丁状态机19410.2 NMT对象字典条目20810. 3 网络管理服务24810.4 启动管理节点26911 诊断29711. 1 诊断对象字典条目29712 路由30112. 1 路由类型l30112. 2 路由类型232513 指示器32513.1 指示器状态和闪烁率32613. 2 指示器信号32613.3 推荐标记327附录A(规范性附录)对象库一览表
4、 328 A.1 对象字典条目，按索引排序328A.2 对象字典条目，按名称排序333附录B(规范性附录)设备描述条目338附录C(规范性附录)常量值分配343C. 1 POWERLINK报文类型ID343C. 2 AsyncSend请求优先级343C.3 ASnd服务ID343C.4 SoA RequestedServiceID 344 C.5 对象字典对象类型344C.6 NMT状态344C.7 NMT命令345C.8 通用目的常量346C.9 错误代码常量348C.10 SDO中止代码349附录D(规范性附录)数据手册要求351参考文献 . . . . . . . . 352 图1日才隙
5、通信网络管理(SCNM)图2基于POWERLINK的机器集成到终端用户的IT网络基础设施GB/T 27960-2011 图3典型的集中式与分散式控制器结构9图4参考模型四图5服务类型11图6设备模型四图7非证实的主从通信M图g证实的主从通信M图9客户机/服务器通信14图10“推“模型15图11“拉“模型15图12星型拓扑结构和总线型拓扑结构16图13RJ45引脚分配(左:连接器;右:端口)17图14IP67端口引脚分配17图15推荐的RJ45到RJ45连接的引脚分配四图16不推荐的RJ45到R45连接的引脚分配四图17M12到M12连接的引脚分配四图18M12到町45连接的引脚分配四图19PO
6、WERLINK周期 “ . . “ . . . . . “ . . “ . . “ . . “ . . “ 21 图20POWERLINK等时同步过程22图21复用类POWERLINK周期23图22异步调度24图23异步传输优先级处理(优先级PR:7 =PRIO_NMT_REQUEST , 3=PRIO_GENERIC_ REQUEST) 26 图24POWERLINK短周期“. . “ . . “ . . . “ “ . . “ . . . . . . “ 27 图25POWERLINK周期定时，起始阶段和等时同步阶段28图26POWERLINK周期定时，异步阶段和CN的AsyncSend传
7、输29图27POWERLINK周期定时，异步阶段和MN的AsyncSend传输 30 图28复用类时隙分配40图29CN周期状态机，以及状态NMT_GS_INITIALISA TION、NMT_CS_NOT_ACTIVE、NMT _CS_BASIC_ETHERNET和NMT_CS_PRE_OPERATIONAL_l42图30CN周期状态机(DLL_CS)，对NMT_CS的状态NMT_CS_PRE_OPERA TIONAL_2、NMT _CS_READY _ TO_OPERA TE以及NMT_CS_OPERATIONAL有效43图31MN周期状态机，NMT-MS-PRE-OPERATIONAL-
8、1状态47图32MN周期状态机，以及NMT_MS_OPERATIONAL、NMT_MS_READY _ TO_OPERA TE 和NMT_MS_PRE_OPERATIONAL_2状态49图33错误登记65图34阔值计数器“. . “ . . “ . . “ . . “ . . . . . “ . . “ 66 图35超时69图36定时违规70图37超出周期时间72图38IP叫地址的结构“. . . . . “ . . “ . . “ . . “ 98 图39POWERLINK帧结构103图40POWERLINK兼容的UDP/IP帧结构103图41传统以太网帧结构103皿茸GB/T 27960-
9、2011 图42图43图44图45图46图47图48图的图50图51图52图53图54图55图56图57图58图59图60图61图62图63图64图65图66图67图68图69图70图71图72图73图74图75图76图77图78图79图80图81图82图83图84N SDO层模型117嵌入UDP/IP帧的POWERLINKSDO 118 UDP套接字119异步连接的初始化异步连接的关闭正常的异步通信延迟的异步通信发送者历史缓存满时的异步通信异步帧丢失错误异步确认帧丢失错误异步帧重复错误异步通信断开错误异步命令溢出错误. 121 122 122 . . . . 123 . 124 . . 12
10、4 125 125 . 126 . 126 POWERLINK命令层信息结构127分段大小定义POWERLINK命令层:典型的下载传输POWERLINK命令层:典型的上传传输中止传输嵌入连接的初始化关闭连接正常嵌入的通信嵌入的请求丢失错误嵌入的响应丢失错误嵌入的分段下载嵌入的分段上传“错误信号通知“参考模型“错误信号通知“总览“错误信号通知“的初始化. 129 . 129 130 . . . 131 146 . . 146 . 147 . . 148 . . . . 149 149 150 165 166 169 通过PReq帧和PRes帧的错误信号通知170仅异步CN和处于NMT_CS_PR
11、E_OPERATIONAL_l状态的CN的错误信号通知通用初始化NMT状态机MN的NMT状态图 171 195 198 CN状态图202NMT _RestoreDefParam_REC恢复步骤217POWERLINK通信时隙 . . . . . . . . . . . . . . . . 241 隐式NMT状态命令服务协议249 显式NMT状态命令服务协议250 NMT管理命令服务协议255NMT状态响应服务协议(等时间步CN)257NMT状态响应服务协议(仅异步CN)257Iden tRes ponse服务协议258StatusResponse服务协议 261 NMT信息服务协议263GB/
12、T 27960-20门图85NMT_MS_NOT_ACTIVE状态 269 图86NMT一MS_PRE_OPERATIONAL_l详细状态271图87NMT_MS_PRE_OPERATIONAL_2详细状态272图88NMT _MS_READY _ TO_OPERA TE详细状态273图89NMT_M旦OPERATIONAL详细状态275图90在NMT超状态NMT_MS下的启动过程 276 图91可选CN和必备CN的网络启动过程与NMT_MS的相关性277图92BOOT_STEP1子状态278图93CHECK_IDENTIFICA TIONNodeID子状态 279 图94CHECK_SOFT
13、W ARENodeID子状态280图95CHECK_CONFIGURA TIONNodeID子状态282图96GET _IDENTNodeID子状态283图97BOOT_STEP2NodeID子状态、.284图98CHECK_COMMUNICATIONNodeID子状态285图99START一CNNodeID子状态286图100START_ALL子状态 287 图101CHECK_STATE子状态288图102CHANGE_NMT_STATE子状态289图103ERROR_TREATMENT子状态290图104最小NMT启动过程295图105单个CN启动程序示例.296 图106POWERLI
14、NK路由器，黑箱模型302图107通过POWERLINK路由器的可能的通信关系303图108POWERLINK路由器参考模型.303图109对称n对NAT306图110NAT结构306图111POWERLINK路由器中NAT的集成 307 图112数据包过滤器的过滤器表309图113POWERLINK路由器类型2 325 图114ERROR LED状态机326表1对象字典结构四表2R45端口引脚分配17表3IP67端口引脚分配四表4POWERLINK周期定时参数31表5POWERLINK周期定时验证:错误代码及处理38表6CN周期状态机转换，以及状态NMT_GS_INITIALISA TION
15、、NMT_CS_NOT_ACTIVE、NMT_CS_PRE_ OPERA TION AL_l和NMT_ CS_BASIC_ETHERNET 42 表7CN周期状态机转换，以及NMT_CS_OPERATIONAL、NMT_CS_PRE_OPERA TIONAL_2 和NMT_CS_READY _ TO_OPERA TE状态u表8MN周期状态机转换，以及NMT_MS_PRE_ OPERA TION AL_l状态. 47 表9MN周期状态机转换，以及NMT_MS_OPERATIONAL、NMT一MS_READY_ TO_ OPERATE和NMT_MS_PRE_OPERATIONAL_2状态49V G
16、B/T 27960-2011 表10分配的多播地址52表11POWERLINK的NodeID分配 53 表12POWERLINK帧结构M表13POWERLINK帧的字段M表14POWERLlNK报文类型55表15SoC帧结构55表16SoC帧数据宇段55表17PReq帧结构56表18PReq帧数据宇段57表19PRes帧结构 57 表20PRes帧数据宇段四表21SoA帧结构四表22SoA帧数据宇段四表23SoA帧中RequestedServiceID的定义60表24ASnd帧结构.60 表25ASnd帧数据字段61表26ASnd帧中的ServiceID值61表27CN错误处理表62表28MN
17、的错误处理表.63 表29POWERLlNK节点的IP参数.98 表30POWERLlNK兼容UDP/IP帧格式102表31比特序列传输语法105表32UNSIGNEDn数据类型的传输语法107表33数据类型INTEGERn的传输语法107表34数据类型REAL32的传输语法108表白MAC地址编码示例109表36IP地址编码示例109表37对象类型定义112表38数据对象的访问属性113表39数据对象的PDO映射属性113表40静态数据对象定义示例113表性复杂数据类型对象定义示例114表42NumberOfEntries子索引描述示例114表。记录类型对象子索引描述示例114表44数组类型
18、对象子索引描述示例115表日子索引F瓦的结构115表46复杂数据类型描述示例116表47通过UDP/IP传输SDO118表48通过UDP/IP传输的SDO的宇段说明118表49UDP首部119表50通过POWERLINKASnd帧传输的SDO 120 表51通过POWERLINKASnd帧发送的SDO宇段说明120表52异步数据帧的POWERLlNK顺序层120VI GB/T 27960一20111i巧io01A。L。LqJ4AA哇A丛14AEURUFhdnbFO巧ii巧，。OOOQdQdnunu-iq?“9nJqUA哇AU工phdEU门U1inb1i1inbnbqutuJqdqJqJququ
19、qdqJquqJqdqJqJqdqJA哇A哇4A4A4AA吐A哇A哇A哇4A哇A件AA吐EUFDEdpb户bnb-A1i1iTi-11111i1i111i1i1111咱1111111111i1i1i1i11111i1i1i1i1i1i1i111i111i1i1i1i1i1i啊U明说段明J宇层层瞅序序陌以回川队子的UUUHHUUUHUUUHUUUkkNN ZUUUHUHU-HUHHUUHuy-用升明明J明明.肌肚.回即UUUHHHUUuuuuuuu说说说说u明EE令令川叫卜卜叫叫卜卜时MMM制MMM卜节目?时阳u字明说艳求字求宇说说明月数技数E数拉数应兑.的的的知如比盯钮旷酬14札报术拗硝阳硝阳
20、来辄术刊酬阳修椭惨叫惨脯惨叫们栩mm瞅瞅uuW酬师四命命字机请的请的所毒所青请的请的求字求字多参多参多参多参大的SS中中00结的的肿M川j川时捐献瞅酥阴阳刊阳阳妇问帧袜哺阳附阳归队引泪如刊知瞧知如川川帕ut姗姗mm肿栩栩主蜘mm捕捕鹏报同时暗协调吵闹zu帧卅骑州附zz的暗刷版献州刚刚刷刷剧削附附z叫hyWWUUM令令如人打如令索令索令名令名令件令件令索令索令知AU知令大入入入M今UAUOOO剧目异问问中中命命按命按命按命按命按命按命文命文命按命按命按命按命最嵌嵌嵌嵌命命mmm条条ndA体AEUnbqtOOQdnu-quqdA吐EdnbtoOQunu-9缸qJA忡AFhdb勺OOQdnu-?“q
21、J4一一-根据EPSGDS 301CV1. 1. O)Pre. 8定义和缩略语，编写本标准的第3章术语、定义和缩略语;一一根据标准正文对其他标准的引用情况及EPSGDS 30 1( V1. 1. 0) Pre. 9，编写本标准的规范性引用文件和参考文献;一一将EPSGDS 30 1(V1. 1. 0)的第1章作为本标准的第4章，并相应编排后续文本章条号。本标准还做了下列编辑性修改:一一删除了EPSGDS 30 1(V1. 1. 0)前言CPre.lPre. 9)。本标准由机械工业联合会提出。本标准由全国工业过程测量和控制标准化技术委员会CSAC/TC124)归口。本标准起草单位:机械工业仪器仪
22、表综合技术经济研究所、上海自动化仪表股份有限公司、深圳步进科技有限公司、西南大学、清华大学、中国科学院沈阳自动化研究所、山东大学、北京交通大学、上海工业自动化仪表研究所、贝加莱工业自动化(上海)有限公司。本标准主要起草人:刘丹、谢素芬、潘长清、丁露、包伟华、池家武、刘枫、王雪、杨志家、张承瑞、孙昕、彭瑜、张继培、宋华振、上官小晶、周靖、张桂玲。XI . GB/T 27960一2011以太网POWERLINK通信行规规范1 范围POWERLINK是实时以太网(RTE)的一个通信行规。它对基于GB/T15629. 3标准的以太网进行扩展，使其传输数据具有可预测的定时和精确同步的机制。POWERLI
23、NK通信行规适用于高性能自动化与运动应用，可满足这些应用的苛刻实时要求。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/T 15629.3-1995 信息处理系统局域网第3部分:带碰撞检测的载波侦听多址访问(CS-MA/CD)的访问方法和物理层规范(idtISO/IEC 8802-3: 1990) GB/T 15969.3-2005 可编程序控制器第3部分:编程语言(lEC61131-3:2002 , IDT) EPSG DS 302-A .以太网POWERLIN
24、K第A部分:高可用性(V1. O. 0) Ethernet POWER LINK ,Part A: High AvailabiJi ty (Version 1. O. 0) J EPSG DS 302-B 以太网POWERLINK第B部分:多异步发送(V1. O. 0) Ethernet POWER LINK ,Part B:Multiple-ASnd (Version 1. o. O)J 3 术语、定义和缩畸语3. 1 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3. 1. 1 时效Ageing 时效是维护(高速缓存)表的一种公共机制。不使用的或未刷新的条目在规定时间后将被移除。3. 1. 2 应
25、用进程Application Process 应用进程是应用层上的任务。3. 1. 3 仅异步CNAsync-only CN 工作方式为:在等时同步时隙内，它不被MN周期性访问;在异步阶段，通过StatusRequest报文轮询该CN。3. 1.4 异步数据Asynchronous Data 在POWERLINK网络中对时间无严格要求的数据。在POWERLINK周期中保留一个特定阶段用于异步数据，该阶段由所有节点共用。连接到网络的每个节点都能通过向管理节点的请求来发送异步数据。管理节点保存一个所有异步数据请求的列表，随后逐个向各节点授予网络访问的权限。GB/T 27960一20113. 1.
26、5 异步阶段Asynchronous Period POWERLINK周期的第二部分，从一个异步起始CSoA)帧开始。3. 1.6 异步调度Asynchronous Scheduling 由MN的异步调度器决定，所请求的异步数据传输从何时开始。3. 1. 7 基本以太网模式Basic Ethernet Mode 提供传统以太网通信。设备配置文件CXDC)用于保存特定设备的配置参数。3. 1. 15 设备描述文件Device Description File 每个设备的设备描述文件CXDm用于保存设备相关的所有信息。3. 1. 16 D-NATC目的NAT)D-NAT Destination N
27、AT D-NATC目的网络地址转换)转换IP/ICMP数据包的目的地址。3. 1. 17 域Domain/ 在CANopen的环境中，域是指可在POWERLINK网络上传输的、具有任意类型与长度的数据对2 GB/T 27960-2011 象。在因特网协议的环境中，域是指因特网名称空间的一部分，因特网名称空间由域名系统(DNS)支持。3. 1. 18 POWERLINK命令层POWERLINK Command Layer POWERLINK命令层定义了访问对象字典参数的命令。该层处于顺序层之上，并区分快速传输与分段传输。3. 1. 19 POW-f个周期开始前的时间间隔。等时同步叫on吟 / 适
28、用于要求成功实现时间协调r致的过程二等时间茸数据佬输肃保了数据按照连接设备所能提供的精确定时，连续地并以固定的速率进行在轨丁-三Y等时同步数据Isochronous Data 等时同步数据是POWERLINK网络中每个周期(或复用类等时同步数据情况下，每n个周期)都要传输的数据。等时同步阶段Isochronous Period POWERLINK周期的等时同步阶段提供确定性操作，即被保留用于(连续类或复用类)等时同步数据的交换。传统以太网Legacy Ethernet 符合GB/T15629.3标准的以太网(在对时间没有严格要求的环境下的不确定性操作)。3 . GB/T 27960-20门3.
29、 1.29 管理节点Managing Node; MN POWERLlNK网络中具备SCNM机制管理能力的节点。3. 1. 30 媒体访问控制Media Access Control; MAC POWERLlNK参考模型中数据链路层的子层之一，用来控制由哪个节点获得媒体访问来发送报文。3. 1. 31 复用类Multiplexed POWERLlNK的一个通信类。在该通信类中循环通信以这样的方式实现:m个节点的数据交换在s个周期内进行(与连续类相对)。3.1.32 复用类CNMultiplexed CN 允许每n个周期发送一次等时同步数据的节点。3.1.33 复用类时隐Multiplexed
30、Timeslot 用于传输复用类等时同步数据的时隙，即该时隙由多个节点共用。3.1.34 网络时间NetTime 在SoC帧内向所有CN分发的MN时钟时间。3.1.35 网络管理Network Management; NMT POWERLlNK模型中的网络管理功能和服务，在POWERLlNK网络中执行初始化、配置和错误处理。3. 1. 36 NMT状态机NMT State Machine 控制POWERLlNK节点的全部工作模式与状态的状态机。3. 1. 37 对象目录Object Directory 通过POWERLlNK通信可访问的所有数据对象的信息库。3. 1. 38 轮询请求PolIR
31、equ创在循环通信的等时同步部分中使用的帧。MN使用该帧来请求CN发送其数据。3. 1. 39 轮询晌应PolIResponse 在循环通信的等时同步部分中使用的帧。CN使用该帧来响应来自MN的PollRequest帧。3.1.40 精确时间协议Precision Time Protocol; PTP IEEE 1588，网络测量和控制系统的精确时钟同步协议。3. 1.41 过程数据对象Process Data Object; PDO 用于POWERLlNK节点间等时同步数据交换的对象。4 GB/T 27960一20113. 1. 42 POWERLINK模式POWERLINK Mode 提供
32、了等时同步通信和异步通信。节点通过专用的POWERLINK帧(该帧的抖动极低)进行同步。3.1.43 保留Reserved 保留的比特应由发送者将其设为0。接收者对这些比特不应进行解释。不允许使用保留比特，它们被保留用于将来的开发或本标准的扩展。3. 1. 44 路由器类型1Router Type 1 网络中的稿合部件，允许在POWERLINK网段与带有IP的任何其他数据链路层协议(例如，传统以太网、POWERLINK等)之间进行IP通信。它通常是独立的网络设备(部件)，在POWERLINK网段中作为受控节点。3. 1. 45 路由器类型2Router Type2 POWERLINK网段与CA
33、Nopen网络间的路由器。3. 1. 46 服务数据对象Service Data Object; SDO 用于访问设备对象字典的点到点通信。3. 1. 47 顺序层Sequence Layer 提供可靠的双向连接的服务，保证没有报文丢失或重复，并且保证所有报文以正确顺序到达。3.1.48 时隙通信网络管理Slot Communication Network Management; SCNM 在POWERLINK网络中，管理节点在确定的周期时间内，以循环的方式，为每个节点的数据分配数据传输时间。在每个周期内，既有用于等时同步数据的时隙，也有用于ad-hoc通信的异步数据的时隙。SCNM机制保证任何网络节点的物理网络访问期间没有冲突发生，以实现利用传统以太网提供确定性通信。3. 1. 49 S-NAT(源NAT)S-NAT Source NAT S-NAT(源网络地址转换)转换IP/ICMP数据包的源地址。3.1.50 StatusRequest/StatusResponse StatusRequest帧被用来轮询仅异步CN。当通过SoA帧中的StatusRequest分配了异步时隙时，CN发送StatusResponse帧。3. 1.51 StatusResponse 当通过SoA帧中的StatusRequest分配了异
