ICS 25.040 N 10
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T31230.1—2014
工业以太网现场总线EtherCAT
第1部分：概述
Industrial ethernetfieldbus EtherCAT-—Part 1:Overview
2015-04-01实施
2014-09-30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/T31230.1—2014
目 次
前言范围
1
2 规范性引用文件
缩略语 EtherCAT的概念对OSI基本参考模型的映射 5.1概述 6 每个服务和协议特性的简述 6.1 物理层服务和协议特性概述 6.2 数据链路层服务特性概述 6.3 数据链路层协议特性概述 6.4 应用层服务特性概述 6.5 应用层协议特性概述 7数据类型ASE·
3
4 5
7.1 数据类型对象的形式定义
图1一般的现场总线网络图2DL/AL服务和协议的概念图3 基本现场总线参考模型
2
.
3
表1OSI和EtherCAT各层 GB/T31230.1—2014
前言
GB/T31230《工业以太网现场总线EtherCAT》分为以下6个部分：
第1部分：概述；第2部分：物理层服务和协议规范；
—第3部分：数据链路层服务定义；
第4部分：数据链路层协议规范；
-
一第5部分：应用层服务定义；
第6部分：应用层协议规范本部分为GB/T31230的第1部分。 本部分按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本部分由中国机械工业联合会提出。 本部分由全国工业过程测量和控制标准化技术委员会（SAC/TC124)归口。 本部分起草单位：机械工业仪器仪表综合技术经济研究所、北京仪综测业科技发展有限公司、西南
大学、上海自动化仪表股份有限公司、中科院（沈阳）自动化研究所、清华大学、北京航空航天大学、北京交通大学、北京和利时系统工程有限公司、中科院计算所顺德分所、欧姆龙工业自动化公司、倍福北京分公司、ETG中国。
本部分主要起草人：谢素芬、高镜媚、刘丹、刘枫、包伟华、杨志家、王雪、刘艳强、范瑜、罗安、陈冰冰、 李天兵、关鹏、范斌、程庚。
I GB/T 31230.12014
工业以太网现场总线EtherCAT
第1部分：概述
1范围
1.1本部分与IEC标准的关系
GB/T31230的本部分依赖于IEC61158系列标准类型12中相对应的部分。 1.2概述
本部分通过以下内容介绍GB/T31230的概述和导则：
说明GB/T31230的结构和内容；关联GB/T31230的结构与GB/T9387OSI基本参考模型；
一一展示GB/T31230的逻辑结构。
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/T9387（所有部分）信息技术开放系统互连基本参考模型
3缩略语
以下缩略语适用于本文件，部分基于GB/T9387.1的概念。 AL：应用层（N=7)[Applicationlayer(N=7)] AR：应用关系（Applicationrelationship） AREP：应用关系端点（Applicationrelationshipendpoint） DL-：数据链路层（作为前缀)[Data-linklayer（asaprefix)］ DLL：数据链路层（N=2)[Data-linklayer（N=2)] IETF：因特网工程任务组（InternetEngineeringTaskForce） IP：因特网协议（见RFC791)[InternetProtocol（seeRFC791)] (n)-layer：OSI基本参考模型的n层（LayernoftheOSIBasicReferenceModel) OSI：开放系统互连（Opensystemsinterconnection） Ph-：物理层（作为前缀）[Physicallayer（asaprefix）」 PhL：物理层（N=1)[Physical layer(N=1)］
4EtherCAT的概念
从概念上讲，现场总线是一种数字式通信网络，用于将工业控制和仪表设备集成为一个系统。典型设备有变送器、传感器、执行机构和控制器。
1 GB/T31230.1—2014
EtherCAT协议已被工程化，以支持任何工业部门及相关领域的信息处理、监视和控制系统。图1 示出了在过程车间的传感器、执行机构、本地控制器之间，并与可编程控制器互连在一起的一个高完整性的低层通信应用示例。
信息系统网络
网关
网关]
现场总线网段
过程空间
工厂车间
控制器
可编
现场总线网段
可编
传感器执行机构
可编程控制器
监控系统
【网桥
现场总线网段
图1一般的现场总线网络
图2阐明了数据链路层和应用层的服务与协议视点之间的差异。协议部分表示层实现者的视点，服务部分表示层用户的视点。
面向层实现者的视点
面向层用户的视点
AL服务 EtherCAT的第5部分模型和概念一数据类型定义一应用对象一服务描述通信端点管理
AL协议 EtherCAT的第6部分 -语法定义和编码 -应用关系程序 -协议机（状态机）
DL服务 EtherCAT的第3部分 -模型和概念一服务描述管理服务
DL协议 EtherCAT的第4部分一编码一媒体访问 -协议机（状态机）
图2DL/AL服务和协议的概念
应用层结构如下：
GB/T31230.5的类型特定部分中的应用服务元素（ASE)描述“做什么”； -GB/T31230.6的类型特定部分中的应用关系（AR)描述“怎么做”。
数据链路层结构如下：
-GB/T31230.3的类型特定部分中的数据链路层服务和模型描述“做什么”； -GB/T31230.4的类型特定部分中的数据链路层协议机以及媒体访间原理描述“怎么做”。
物理层的结构类似，但因其服务容易描述，因此，这些服务定义与物理层协议规范在同一规范 (GB/T31230.2)中：
2 GB/T 31230.1—2014
物理层服务和模型描述“做什么”；物理层电磁和机械规范描述“怎么做”。
5对OSI基本参考模型的映射
5.1概述
采用GB/T9387的原理、方法论和模型来描述EtherCAT的协议类型。OSI模型提供了对通信标准的分层方法，据此可独立地开发和修改各层。EtherCAT规定了完整的OSI通信栈由顶至底的功能，以及潜在地规定了通信栈用户的某些功能。OSI的中间层（第3～第6层）的功能可浓缩到EtherCAT 的数据链路层或EtherCAT的应用层，或可由一个单独的层实现。同样，为了简化用户操作， EtherCAT应用层可提供现场总线应用层的用户公用的若干特性。
表1列出了OSI各层、它们的功能以及在EtherCAT基本现场总线参考模型（见图3)中等效的各层。
表1OSI和EtherCAT各层
OSI各层
功 能
EtherCAT各层
应用层 (GB/T31230.5 GB/T 31230.6)
应用层
将位于通信栈中的命令要求译成低层所理解的形式，反之亦然
7
6 表示层会话层
将数据变换为标准化的网络格式，或将标准化的网络格式变换为数据创建和管理低层间的对话提供透明可靠的数据传输（在可能包括多个链接的网络间端到端的传输）执行报文路由
+ +
5
传输层网络层
+或+ +或+ 数据链路层
4
3
控制对通信媒体的访问。执行差错检测（在一条链路上的点到点传输） (GB/T31230.3
数据链路层
2
GB/T 31230.4)
以一种适合于通信媒体的形式对发送/接收的信号进行编码/译码。规定通信媒体的特性
物理层 (GB/T 31230.2)
物理层注：+与←表示这一层的功能（当存在时)可包括在按箭头所指的方向最近的现场总线层内。因此网络层和传输
层功能可包括在数据链路层或者应用层中，而会话层和表示层功能可包括在应用层中，但不能包括在数据链路层中。
应用层数据链路层物理层
辣罐
媒体
图3基本现场总线参考模型 GB/T 31230.1—2014
6每个服务和协议特性的简述
6.1特 物理层服务和协议特性概述 6.1.1EtherCAT：线缆和光纤媒体
EtherCAT规定ISO/IEC8802-3物理层及以下变型：
导线媒体，100Mbit/s，低压差分信号模式（平行耦合），符合ANSITIA/EIA-644-A规定。
6.2数据链路层服务特性概述
EtherCAT支持数据链路服务，其能提供ISO/IEC8886中规定的服务中的无连接子集。
6.3数据链路层协议特性概述
EtherCAT支持用于EtherCATDL-服务的DL-协议。最大系统大小含不限个数的段，每个段含有 216个节点。每个节点最大有216个对等端以及发布者/订阅者DLCEP。 6.4应用层服务特性概述
包含在应用过程中的FAL应用实体（AE)提供FAL服务和协议。FALAE是由一组面向对象的应用服务单元（ASE)和一个管理AE的管理实体（LME)组成。ASE提供工作在一系列相关的应用过程对象（APO)类的通信服务。在FALASE中有一个管理ASE，它提供一组用于管理FAL类实例的通用服务。
虽然这些服务从应用的视点规定了如何发出和传送请求和响应，但并未包括请求和响应的应用要用它们做些什么的规范。就是说，并未对应用的行为特性方面做出规定；仅仅是规定了它们能发送/接收什么请求和响应。这就使FAL用户在标准化这类对象的行为特性中具有更大的灵活性。
EtherCAT支持提供无连接循环数据交换的应用服务和用于不同ASE的自发通信。 6.5应用层协议特性概述
现场总线应用层（FAL)是一种应用层通信标准，被设计用来支持自动化环境下的各设备间时间关键的应用请求和响应的传送。“时间关键”一词用来描述带时窗的应用，在此时窗内，必须按某些已定义的确定性等级完成一个或多个规定的动作。在此时窗内没有完成规定的动作，有可能造成需要该动作的应用的失败，甚至会影响设备、厂房及可能的人身安全。
EtherCAT支持规定EtherCAT应用服务元素的抽象语法、编码及行为的应用协议。
7数据类型ASE
7.1数据类型对象的形式定义 7.1.1数据类型类 7.1.1.1模板
数据类型类规定数据类型类树的根。它的父类“top"表明FAL类树的顶端。 4 GB/T 31230.12014
DATA TYPE ASE DATA TYPE 5(FIXEDLENGTH&STRING),6(STRUCTURE),12(ARRAY) TOP
FAL ASE: CLASS: CLASS ID: PARENT CLASS: ATTRIBUTES: 1
(o) Key attribute: Data type numeric identifier (o) Key attribute: Data type name (m)Attribute:
2 3
Format (FIXEDLENGTH,STRING,STRUCTURE,ARRAY)4(c) Format=FIXEDLENGTHISTRING Format=FIXEDLENGTHISTRING Octet length
Constraint: (c) Constraint:
4 4.1 (m)Attribute:
(c) Constraint: Format=STRUCTURE (m) Attribute:
5 5.1 5.2 (m) Attribute: List of fields
Number of fields
Field name
5.2.1 (o) Attribute: 5.2.2 (m) Attribute: Field data type
(c) Constraint: Format=ARRAY
6 6.1 (m) Attribute: Number of array elements 6.2 (m) Attribute:
Array element data type
7.1.1.2 属性
Data type numeric identifier 该可选属性定义相关数据类型的数值标识符。 Data type name 该可选属性标识相关数据类型的名称。 Format 该必备属性标识数据类型为固定长度、字符串、数组或数据结构。 Octetlength 该条件属性定义相关类型对象大小的表示。当Format属性的值为“FIXEDLENGTH”或 “STRING”时显示该属性。对于FIXEDLENGTH数据类型，它以八位位组个数表示长度。 对于STRING数据类型，它以八位位组个数表示一个字符串的单个元素的长度。 Number of fields 该条件属性定义结构中字段的数量。当Format属性的值为“STRUCTURE”时显示该属性。 List of fields 该条件属性是包含在结构中有序字段的列表。由编号和类型规定每个字段。字段以其出现的顺序从0开始按顺序编号。通过用编号来标识字段支持对结构中部分字段的访问。当 Format属性的值为“STRUCTURE”时，显示该属性。 .Field name
该有条件的可选属性规定字段名称。当Format属性的值为“STRUCTURE”时显示该属性。 Field data type
·
该条件属性规定字段的数据类型。当Format属性的值为“STRUCTURE”时显示该属性。通过数值id来引用一个构造数据类型定义，或在此嵌人一个构造数据类型定义，该属
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