ICS 25. 040. 20 J 50
中华人民共和国国家标准
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 Numerical control system of machine tool- Protocol specifications for NCUC-Bus fieldbus-
Part 1 : General principles
2013-07-01实施
2012-12-31发布
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 29001.1--2012
目 次
前言引言 1 范围
规范性引用文件 3 术语和定义、缩略语 3.1术语和定义 3.2缩略语· 4 NCUC-Bus 的总体概述 4.1 概述 4.2 NCUC-Bus 通信需求 4.3 NCUC-Bus 网络拓扑结构 4.4 NCUC-Bus网络模型分层结构 4.5 NCUC-Bus 设备模型 4.6　NCUC-Bus 同步 4.7 NCUC-Bus 故障检测 4.8 NCUC-Bus 设备允余 4.9 NCUC-Bus 状态机 4.10 NCUC-Bus 通信可靠性、安全性 4.11NCUC-Bus 与第三方总线的桥接模型 5　NCUC-Bus 的各层概述
2
■
5.1 NCUC-Bus 物理层 5.2 NCUC-Bus数据链路层 5.3 NCUC-Bus 应用层参考文献
10 10
11 GB/T 29001.1--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 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/T29001的第1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：大连光洋科技工程有限公司、武汉华中数控股份有限公司、广州数控设备有限公
司、沈阳高精数控技术有限公司、浙江中控电气技术有限公司。
本部分主要起草人：陈虎、王声文、张赞秋、李俊、宋宝、唐小琦、金健、杨东升、胡毅、何英武、张玉洁、 莫元劲、胡协和、冯冬芹。 GB/T 29001.1—2012
引言
机床数控系统 NCUC-Bus 现场总线（NC Union of China Field Bus，数控联盟总线，以下简称 NCUC-Bus)是用于机床数控系统及工业自动化控制过程而制定的通信协议规范
GB/T 29001的本部分是机床数控系统NCUC-Bus现场总线的总则,GB/T29001定义了“三层”现场总线参考模型，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。本部分与 GB/T29001参考模型所定义的各部分标准有关，是各部分结构及组成的总体描述。
本部分是结合近年来科学技术发展及机床数控系统的结构及功能需求制定的。
Ⅱ 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
1范围
GB/T29001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，确立了NCUC-Bus用于机床数控系统及工业自动化控制过程而制定的通信协议规范。
GB/T29001的本部分规定了NCUC-Bus网络拓扑结构、设备模型、网络层次模型、通信状态机的主要内容和通信过程一般原则。
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 9387.1一1998信息技术开放系统互连基本参考模型第1部分：基本模型（idt ISO/ IEC 7498-1 :1994)
IEEEStd802.3一2005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 and information exchange between systems-Local and metropolitan area networks- Specific requirements-Part 3: Carrier sense multiple access with collision detection(CSMA/CD)access method and physical layer specifications)
3术语和定义、缩略语
3.1术语和定义
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。
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。 3.1.3
物理层 physical layer 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 29001.1—2012
器（插头/插座）、接收器、发送器、中继器等，实现数据在传输介质上以一定的速率通过。 3.1.4
数据链路层data link layer 数据链路层为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。 3.1.5
应用层 application layer 应用层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。
3.1.6
设备：device 接人通信网络中，具有特定功能行为的物理实体，例如接人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。 3.1.7
主设备 master device 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。 3.1.8
从设备slave device 网络中除主设备之外，其他接人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。
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。发送方可
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。 3. 1. 10
单地址传输 single address transmission 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。 3.1.11
集总顿传输 slave device 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个端口。从设备在数据包经过时，依据数据包中的地址信息，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。 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
2 GB/T 29001.1--2012
要有星形结构、环形结构、线形结构、树形结构、网状结构等。 3.1.13
线形结构linear structure 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。
3.1.14
环形结构ring structure 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。
3.1.15
周期通信 cycle communication 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
3.1.16
周期数据cycle date 具有严格时效性的数据。
3.1.17
非周期通信 non cycle communication 内容不具有严格时效性的信息交换行为。
3.1.18
存取过程access procedure 设备获取网络中传输的数据的过程。
3.1.19
总线状态bus state 总线稳定地保持特定的工作模式。
3. 1.20
状态机 state machine 描述状态以及状态间转换过程的信息模型。
3.1.21
自举 boot up 通信系统自设备通电到可以进行正常通信的过程。
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通信行为的代码。
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。
3.1.24
ISO/OSI参考模型 reference model ISO/OSI 用于指导定义通信协议的网络层次体系结构（见GB/T9387.1一1998）。
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。
3 GB/T 29001.1-—2012
3.1.26
顿 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。顿由若干个字节组
成，通常由特定的字符表示信息的起始。 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，可以被分割为若干顿，在
接收端进行信息的组合。 3.1.28
IEEE 1394 4 Institute of Electrical and Electronics Engineers 1394 IEEE1394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。 3.1.29
超五类线 enhanced gategory 5 cable 用于运行快速以太网的非屏蔽双绞线电缆，传输频率为100MHz，传输速度也可达到100Mbit/s。
3.2缩略语
下列缩略语适用于本文件。 100 Base-Tx AL
运行在两对五类双绞线上的快速以太网应用层
Application Layer
CRC-32(16) Cycle Redundancy Check 32(16）32(16)位循环允余码校验算法 DLE
Data Link Entity Data Link Layer Media Access Control Open Systems Interconnection 开放系统互连 Physical Layer
数据链路实体数据链路层介质访问控制
DLL MAC OSI PhL.
物理层
4　NCUC-Bus 的总体概述
4.1概述
NCUC-Bus是机床数控系统现场总线技术联盟为机床数控系统等包含运动控制的工业自动化控制过程制定的通信协议规范。 4.2　NCUC-Bus 通信需求
NCUC-Bus 协议是通过网络回路，实现高速、高可靠数据传输的通信规范。在 NCUC-Bus 协议规范下，数据顿由主设备发出，支持单个主设备与多个从设备进行数据通信，支持网络拓扑结构检测、设备地址自动分配、广播通信及集总通信服务，支持单地址通信服务，支持总线延时测量和时间截服务。 在确定的网络拓扑结构下，从设备通过对集总帧实时转发来保证通信的实时性。 4.3NCUC-Bus 网络拓扑结构
NCUC-Bus 的典型拓扑结构是环形和线形结构（见图1～图 3）。
4