ICS 25.040 N 10
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T31230.2—2014
工业以太网现场总线EtherCAT 第2部分：物理层服务和协议规范
IndustrialethernetfieldbusEtherCAT-
Part 2 : Physical Layer service and protocol specification
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/T 31230.2—2014
目 次
前言引言 1范围
IV
1.1本部分与IEC标准的关系 1.2概述 2规范性引用文件 3术语和定义 3.1通用术语和定义 3.2 EtherCAT术语和定义 4符号和缩略语 4.1符号 4.2缩略语 5数据链路层(DLL)-物理层(PhL)接口 5.1概述 5.2要求的服务 6系统管理-PhL接口，
.....
.
6.1 概述 6.2 系统管理-PhL接口
10 10
7DCE无关子层（DIS） 7.1 概述 7.2DIS 8DTE-DCE接口和MIS特定功能 8.1 概述· 8.2 DTE-DCE接口 9媒体相关子层（MDS) 9.1 概述· 9.2MDS：线缆媒体 10MDS-MAU接口
10 10 10 10
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11
11
13
10.1 概述 11媒体附属单元：电气媒体 11.1电气特性 11.2媒体规范 11.3传输方式参考文献
13 13
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15 GB/T 31230.2—2014
图1 物理层通用模型图2 通过DLL-PhL接口的数据单元间映射图3 协议数据单元图4 PhSDU编码与解码图5 曼彻斯特编码规则
I 8 11 11 12
表1 曼彻斯特编码规则
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II GB/T31230.2—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；一第4部分：数据链路层协议规范；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2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。
m GB/T31230.2—2014
引 言
本部分属于GB/T31230系列文件，其目的是为了便于实现自动化系统各部分间的互连。本部分与3层现场总线参考模型的其他标准相互关联，该总线参考模型由IEC/TR61158-1表述。
本部分的主要目的是提供一组通信规则，由对等物理层实体在通信时执行的规程来表达。 物理层从数据链路层接收数据单元，将它们编码，如果必要还要增加通信顿信息，将合成的物理信
号发送至一个节点的传输媒体。然后由另一个或者多个其他节点接收信号、解码，如果必要，在数据单元传递到接收设备的数据链路层之前还要删除通信顿信息。
物理层通用模型见图1。
DLL
DL-Ph接口 PhDIS DCE无关子层 DTEDCE-接口
系统管理 系统管理
-Ph接口
Ph MDS 媒体相关子层 MDS-MAU接口
智邮
茶
SaW
选型
nVW
OWd NVW4d
Ph MAU
2
媒体附属单元媒体接口
VA Ud
4
媒体
图1 物理层通用模型
所有变型和类型的共同特性如下：
数字数据传输； -非分离（单独）的时钟传输；半双工通信（双向，但同一时间只能一个方向)或全双工通信。
EtherCAT规定的线缆媒体具有以下特性：
低电压差分信号线（LVDS)传输速率高达100Mbit/s。
IV GB/T31230.2—2014
工业以太网现场总线EtherCAT 第2部分：物理层服务和协议规范
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系列文件类型12中相对应的部分。 1.2概述
本部分定义了现场总线组件部分的需求，还规定必要的媒体和网络配置以确保符合以下要求： a）数据链路层错误检查前的数据完整性 b）物理层各设备之间的互操作性。 现场总线物理层应符合由GB/T9387定义的7层模型的第1层，除了某些类型现场总线的顿定界
符存在于物理层，其他类型的顿定界符均存在于数据链路层。
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 ISO/IEC8802-3信息技术系统间通信和信息交换局域网和城域网特殊要求第3部分：
带碰撞检测的载波侦听多址访问（CSMA/CD）的访问方法和物理层规范（Informationtechnology一 Telecommunications and information exchange between systems-Local and metropolitan area net worksSpecificrequirements—Part3:Carrier sensemultipleaccesswithcollisiondetection(CSMA/ CD)access method and physical layer specifications)
ANSITIA/EIA-644-A低压差分信号（LVDS)接口电路的电气特性[ElectricalCharacteristicsof LowVoltageDifferential Signaling(LVDS)Interface Circuits)
3术语和定义
GB/T9387界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1通用术语和定义
注：很多定义为多个协议类型所共用，但并不是所有协议类型都适用。 3.1.1
活动activity 现场总线设备输人端的信号或噪声幅度高于该设备接收器的信号阈值的现象。
3.1.2
安全栅barrier 在危险区域内，为了满足本质安全需求对电流和电压进行限制的物理实体。
1 GB/T31230.2—2014
3.1.3
位bit 由0或1组成的数据单元。 注：位是可发送的最小数据单元。
3.1.4
总线 bus 通信干线以及与它连接的所有设备。
3.1.5
电缆设备接口连接器cableplantinterfaceconnector;CPIC 进行测试和一致性测量的点，也是网络设备与电缆设备的接口。
3.1.6
通信部件 communicationelement 通过总线与其他部件通信的现场总线设备的部分。
3.1.7
连接器 connector 用来连接两个电路或通信部件媒体的耦合设备。 [IEEEStd100-1996，已修改］
3.1.8
耦合器coupler 干线和支线或干线和设备之间的物理接口。
3.1.9
数据通信设备 DataCommunicationsEquipment;DCE 用现场总线连接的设备中与媒体、调制和编码相关的部分，包含设备物理层的较低部分。
3.1.10
数据终端设备 Data Terminal Equipment;DTE 用现场总线连接的设备中与媒体、调制和编码无关的部分，包含该设备物理层的最高部分和物理层
之上的所有层。 3.1.11
分贝（mW） decibel(milliwatt) dB(mW) 功率的对数单位，以1mW为基准（也写作dBm）。
PaBm =10 log(Pmw)
注：如果测量功率Pw的单位是mW，则功率的对数表达PaBm的单位是dB(mW)或dBm。 3.1.12
定界符 Fdelimiter 分隔和组织数据项的标志。
3.1.13
设备 Fdevice 连接到至少由一个通信部件（网络部件)组成的现场总线的物理实体，并且该物理实体可能包含一
个控制部件和/或一个终端部件（变送器、执行器等）。
注：一个设备可能包含多个节点。 3.1.14
有效发射功率 effectivelaunchpower 由发送耦合到光导纤维芯中的有效发射功率。该功率通过连接到CPIC的标准测试光纤来测量。
2 GB/T31230.2—2014
3.1.15
有效功率effectivepower 在高电平时间中点测量的绝对光强度（以mW表示）与在低电平时间中点测量的绝对光强度（以
mW表示）之差，以dBm表示。
注：有效功率比传统测量给出了更准确的测量，例如峰值和平均功率。测量有效功率的方法还有待进一步的研究。 3.1.16
误差 error 由计算、观察或测量而来的值或状态与指定或理论上正确的值或状态之间的差异。
3.1.17
消光比extinctionratio 在高电平时间中点测量的绝对光强度（以mW表示）与在低电平时间中点测量的绝对光强度测量
值（以mW表示）的比值。
注：以下给出计算有效功率和消光比的例子。
如果在高电平时间中点测出的绝对光强度为105μW，在低电平时间中点测出的绝对光强度为5μW，那么，差值是100μW。因此，有效功率为10log[（100μW)/1mW］=-10.0dBm。消光比为（105/5）=21：1。
3.1.18
光缆fiberopticcable 含一股或多股光导纤维且带有封套材料的线缆。封套材料使于操作与保护光纤。
3.1.19
光纤接收器 fiberopticreceive 通信设备中光器件和电子器件的组合，可接受通信设备通过CPIC接收的光信号。
3.1.20
光纤接收器工作范fiberopticreceiveroperatingrange CPIC必须具有的能够确保满足误码率规范的光功率范围。
3.1.21
光纤发送器fiberoptictransmitter 通过CPIC发射光信号传播进人光导纤维的设备。
3.1.22
光导纤维fiberopticwaveguide 柔韧的、光透明的导线束，用于在不同地理位置间传送光信号。
3.1.23
顿frame 一组连续的数字时隙，每一个数字时隙的位置可以通过参考成顿信号来识别。 [IEEEStd100-1996]
3.1.24
本质安全intrinsicsafety 在规定的试验条件下，一个电路或一组电路中正常工作状态或特定的故障状态下产生的任何电火
花或热效应都不能点燃特定的易爆环境的一种设计方法。
[GB3836.4] 3.1.25
隔离isolation 信号传输系统各部分的物理与电气之间的布置，以防止各部分内部或各部分之间的电干扰电流。 [IEEEStd100-1996]
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