GB/T31230.5-2014
工业以太网现场总线EtherCAT第5部分：应用层服务定义
IndustrialethernetfieldbusEtherCAT—Part5:ApplicationLayerservicedefinition
- 中国标准分类号（CCS）N10
- 国际标准分类号（ICS）25.040
- 实施日期2015-04-01
- 文件格式PDF
- 文本页数108页
- 文件大小1.51M
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工业以太网现场总线EtherCAT第5部分：应用层服务定义
国家标准 GB/T31230.5一2014 工业以太网现场总线EtherCAT 第5部分:应用层服务定义 IndustrialethernetfiedbusEtherCAT一 Part5:ApplieationLayerservicedefinition 2014-09-30发布 2015-04-01实施 国家质量监督检验检疫总局 发布 国家标准化管理委员会国家标准
GB/T31230.5一2014 目 次 前言 范围 1.1本部分与IEC标准的关系 1.2概述 1.3规范 1.4 -致性 规范性引用文件 术语,定义、符号,缩略语和约定 3.1参考模型术语和定义 3.2服务约定术语和定义 3.3应用层和数据链路服务术语和定义 3.4通用符号和缩略语 3.5约定 概念 10 -般概念 4.1 10 4.2类型特定概念 10 数据类型ASE 16 5.I慨述 16 5.2数据类型对象的形式化定义 S 5.3FAL定义的数据类型 16 5.4数据类型ASE服务规范 25 通信模型规范 25 ASE 6.1 25 6.2AR 94 参考文献 103 图1生产者消费者模型 图2客户机服务器模型 图3服务器触发调用 图4从站参考模型 图
简单的从站设备 图复杂的从站设备 5 图7主站功能概述 26 图8过程输出数据序列 26 图9过程输人数据序列
GB/T31230.5一2014 图10CoE服务器模型 48 图11成功的单个SDO下载序列 48 图12不成功的单个SDO下载序列 图13成功的分段SDO下载序列 49 图14成功的单个SDO上传序列 5d 图15不成功的单个SDO上传序列 5( 图16成功的分段SDO上传序列 图17SD0信息序列 图l8紧急服务 图19命令序列 52 图20PDO映射 53 同步管理器PD0分配 53 图21 图 55 22RxPD(O服务 图23TxPD0服务 55 图24RxPD0远程传输序列 56 图25TxPD0远程传输序列 56 图 26EoE序列 76 FoE读序列成功 图 83 27 28FoE读序列失败 图 84 图 29FoE写序列成功 84 30FoE写序列失败 8: 图31FoE写序列忙 8: 图32成功的AL.Control序列 95 图33不成功的ALControl序列 95 图34AL状态改变序列 96 表1ProcessOutputData 28 表2ProcesslnputData 26 表3UpdateProcessInputData 30 表4SIIRead 38 SIWrite 39 表 5 表6SIIReoad 表7SDo区分配 表8SDODownloadExpedited 6C 表9SD0DownloadNormal 6C 表10DownloadSDOSe begmenmt 63 表11SDoUploadExpedited
GB/T31230.5一2014 63 表12SDOUploadNor ormal 65 表13UploadSDOSegment 65 表14AbortSDOTransfer 66 表15GetODList 67 表16ODList tsegmens 68 表17GetObjectDescr )escription 6 表18GetEntryDescription 72 表19ObjectEntrySegment 表20Emergency 表21RxPDo 表22 TxPDO 表23RxPD0remotetransmission 表24TxPDOremotetransmission 表 79 25InitiateEoE 表26 EoEFragment 8G 表27setIPParameter 81 表28SetAddress 82 表29FoEReaad 87 表30FoEwrite 87 表31FoEData 88 表32FoEAck 88 表33FoEBusy 89 表34FoEEror 89 表35MBXreadl 91 表36MBXwrite 92 表37MBxReadUpd 93 表38AL管理原语和ESM服务原语 94 表39ALControl 101 102 表40ALstatechange m
GB/T31230.5一2014 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 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5部分
本部分按照GB/T1.12009给出的规则起草
本部分由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
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
GB/T31230.5一2014 工业以太网现场总线EtherCAT 第5部分;应用层服务定义 范围 1.1本部分与IEC标准的关系 GB/T31230的本部分依赖于IEC61l58系列文件类型12中相对应的部分
1.2概述 现场总线应用层(FAL)为用户程序提供一种访间现场总线通信环境的方法,以此观点,FAL可以 看作“相应应用程序间的窗口”
针对EtherCAT现场总线的自动化环境和材料,本部分为应用程序之间基本的时间关键及非时间 关键信息的交流提供公共要素
“时间关键”一词代表存在一个时窗,在此时窗内,要求完成一个或多个 有明确定义的指定动作
在时窗内没有完成指定的动作,有可能造成需要该动作的应用的失败,甚至会 影响设备、厂房及人身安全
本部分以一种抽象的方式定义由不同类型的现场总线应用层提供的外部可视的服务,含以下方面 a)用来定义用户能通过使用FAL服务来操作的应用资源(对象)的抽象模型; b)服务原语的动作和事件; 原语动作和事件相关的参数以及它们采用的格式; e) 动作和事件之间的关系及其有效顺序 d 本部分的目的是为下列两项定义服务
在用户与现场总线参考模型之间的边界处的FAL用户 1 在应用层与现场总线参考模型的系统管理之间的边界处的系统管理
2 本部分指定了在IEC现场总线应用层的结构和服务,并与Os1基本参考模型(GB/T9387)及Os1 应用层结构(GB/T17176)相一致
包含在应用过程中的FAL应用实体(AE)提供FAL服务和协议
FAL
AE由一组面向对象的应 用服务单元(ASE)和一个管理AE的层管理实体(LME)组成
ASE提供操作一组应用过程对象 APO)类的通信服务
在FALASE中有一个管理ASE,它能提供一组用于FAL类实例管理的通用 服务
从应用的角度,尽管这些服务定义了请求和响应怎样被发布和传送,但它们都不包括关于请求和响 应中的应用发布和传送内容的规范
也就是,应用的行为方面没有被定义
只对它们可以发送/接收什 么样的请求和响应进行了明确定义
这使得FAL用户在标准化这种对象行为时更具灵活性
除了这 些服务之外,在该部分中也定义了一些支持服务,以提供对控制操作的某些方面的FAL的访问
1.3规范 本部分的主要目的是定义适合于时间关键通信的应用层概念性服务的特点,并以此补充OSI基本 参考模型,来指导服务于时间关键的应用层协议的开发
其次的目的是为了从现有的工业通信协议中 另辟路径
本部分可作为正式应用编程接口的根据
不过,它不是正式的编程接口,任何正式的接口都需要解
GB/T31230.5一2014 决本部分未涉及的实现问题,包括 各种多八位位组服务参数的大小和八位位组的排序; a b成对的请求和证实,或指示和响应原语之间的相关性
1.4 -致性 本部分不指定个别的实现或产品,也不具体约束工业自动化系统中的应用层实体的实现
本部分虽然没有与设备的一致性,然而,通过执行相应的满足本部分中任意给定类型的应用层服务 定义的应用层协议可以实现一致性
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 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 件
信息技术信息交换用七位编码字符集 GB/T1988一1998 GB/T9387(所有部分信息技术开放系统互连基本参考模型 GB130o0信息技术通用多八位编码字符集(Ucs) GB/T15969.3可编程序控制器第3部分;编程语言 GB/T17176信息技术开放系统互连应用层结构 GB/T17967信息技术开放系统互连基本参考模型Os服务定义约定 IEc/TR61158-1;2010工业通信网络现场总线规范第1部分;IEC61158和IEc61784系列 标准概述和导则(Industrialcommunicationnetworks一Fieldbusspecifications一Part1:Overviewand guidancefortheIEc61158andIEc61784series) IEC61158-3-12工业通信网络现场总线规范第3-12部分;数据链路层服务定义-类型12元 素(Industrialcommunicationnetworks一Fieldbusspecifieations一Part3-12:data-linklayerservice definitionType12elements 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 冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD)的访问方法和物理层规范[lnformationtechnologyTele communicationsandinformationexchangebetweensystemsLocalandmetropolitanareanetworks Speeificrequirements一Part3:Carriersensemultipleaccesswithcollisiondeteetion(cSMA/CD)ac cessmethodandphysicallayerspecifications IEEE802.1D用于局域网和城域网的IEEE标准-公共规范-媒体访问控制(MAC)网桥[IEEE standardforlocalandmetropolitanareanetworksCommonspecifications一Mediaaccesscontrol MAC)Bridges;availableathttp;//www.ieee.org IETFRFC791因特网协议DARPA因特网程序协议规范(InternetProtocoldarpainternetpro gramprotocolspeeification;availableathttp://www.ietl.org) 术语、定义、符号、缩略语和约定 下列术语,定义,符号、缩略语和约定适用于本文件 3.1参考模型术语和定义 3.1.1 N)-entitiesn 对应(N)实体correspondent
GB/T31230.5一2014 AL-entitiesN=7) 对应AL实体correspondent [GB/9387.1 3.1.2 N实体 N)entity AL实体(N=7AL-entity(N=7 [GB/9387.1] 3.1.3 N层N)-layer AL层(N=7 N=7 [G;B/T9387.1 AL-yer" 3.1.4 [GB/T9387.1] 层管理 layer-managemmen 3.1.5 peerentities 对等实体 [GB/T9387.11 3.1.6 原语名 primitivename [GB/T9387.3 3.1.7 AL协议 AL-protocol [GB/T9387.11 3.1.8 AL协议数据单元 AL-protocol-data-unit [GB/T9387.11 3.1.9 复位 reset [GB/T9387.11 3.1.10 路由 routing [GB/T9387.11 3.1.11 分段 [GB/T9387.1] segmenting 3.1.12 (N)服务 (N)-service [[GB/T9387.1 A服务(N=7) AL-serviee(N=7) 3.1.13 [[GB/9387.1 AL服务数据单元 AL-service-data-nit 3.1.14 AL单工传输 [[GB/T9387.1] AL-simplex-transmission 3.1.15 AL子系统 [[GB/T9387.1] AL-subsystem 3.1.16 系统管理 [GB/9387.1 systems-manageent 3.1.17 AL用户数据 [GB/9387.1] AI-user-data 3.2服务约定术语和定义 3.2.1 「GB/T179671 接受者 acceptor 3.2.2 不对称服务 [GB/T17967] asymetricalservice
GB/I31230.5一2014 3.2.3 nitive 证实(原语 confirmprimt .deliver mnitive [GB/T17967 请求者.交付(原语 reguestor. prim 3.2.4 [GB/T17967] deliher(primmitve) 交付(原语 3.2.5 AL-serviceprimitive [GB/T17967 AL服务原语 3.2.6 AL-serviceprovider [GB/T17967] AL服务提供者 3.2.7 AL服务用户 AL-service-user [GB/T179671 3.2.8 指示原语 indicationprimitive 接受者.交付原语 acceptor.deliverprimitive [GB/T17967] 3.2.9 请求(原语 requestprimitive 请求者.提交原语 reguestor.submitprimitive [GB/T179671] 3.2.10 请求者 requestor [GB/T179671] 3.2.11 响应(原语 responseprimitive) 接受者.提交(原语 acceptor,submitprimitive [GB/T17967 3.2.1 3 提交(原语 [GB/T1796 submitprimitive 3.2.13 对称服务 [[GB/T17967 symmetriealservice 3.3应用层和数据链路服务术语和定义 3.3.1 应用 application 生产或消费数据的函数或数据结构
3.3.2 应用对象 appliecatioobjects 通过网络间和网络设备内来管理和提供信息交换的运行时的多个对象类
3.3.3 基本型从站 basicslave 只支持数据物理寻址的从站设备
3.3.4 比特bit 由1和0组成的信息单元,是可发送的最小数据单元
3.3.5 elient 客户机 1 使用另一个对象的服务来执行任务的对象;
GB/T31230.5一2014 服务器所响应的消息的发起者
3.3.6 通信对象 eommunieationobjeet 管理和提供网络上运行时的报文交换的组件 3.3.7 连接 cOnnection 在相同或不同设备中的两个应用对象之间的逻辑绑定 3.3.8 周期eyclie 以定期和重复模式进行重复的事件
3.3.9 数据 data 泛指现场总线上传送的任何信息
3.3.10 数据一致性 dataconsistency 实现客户机与服务器之间及其内部对输人或输出数据对象的一致性传输和访问的方法
3.3.11 数据类型datatype 某种数据类型的值与编码之间的关系
GB/T15969.3的数据类型定义适用于本规范 3.3.12 数据类型对象dataypetbjet 在对象字典中指示为数据类型的条目
3.3.13 默认网关 defaultgateway 至少有两个接口在不同的IP子网,并作为子网路由器的设备
3.3.14 设备 device 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 个控制部件和/或一个终端部件(变送器、执行器等)
3.3.15 设备行规 deviceprofile 设备相关信息以及提供相似设备间的兼容性的功能的集合
3.3.16 诊断信息 diagn0sisinformation 在服务器上出于维护目的的所有可用的数据
3.3.17 分布式时钟ditstrtmtel clocks 同步从站并维持一个全局时基的方法
3.3.18 误差 err0r 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
GB/I31230.5一2014 3.3.19 错误类 errorclass 相关错误定义与对应错误码的通用类
3.3.20 错误码 err0”c0de 在一个错误类中一个特定类型错误的标识 3.3.21 事件 eVent 状态发生变化的实例
3.3.22 iedbusmemorymanagementunit 现场总线内存管理单元 现场总线内存管理单元拥有在逻辑地址和物理内存间建立一个或多个对应关系的功能 3.3.23 ieldbusmemrymanageentunitentity 现场总线内存管理单元实体 现场总线的内存管理单元的单个元素;一个连贯的逻辑地址空间和一个连贯的物理内存之间的对 应关系 3.3.24 帧 frame DLPDU的同义语
3.3.25 完整型从站 fullslave 同时支持数据的物理寻址和逻辑寻址的从站设备
3.3.26 索引 inde% 在应用过程中一个对象的地址
3.3.27 接口 interface 由功能特性、信号特性或其他合适的特性划分的两个功能单元之间的共享边界
3.3.28 小端模式 littleendian -种数据表示方法,对于大于8位的数,先发送低8位
3.3.29 主站 master 控制网络上的数据传送,通过发送报文来初始化对从站的媒体访问,并构成控制系统的接口的 设备
3.3.30 映射 mapping 两个对象间的对应关系,使得一个对象成为另一对象的一部分 3.3.31 映射参数 mappingparameters 用于定义应用对象与过程数据对象之间通信的一组值
GB/T31230.5一2014 3.3.32 媒体 medium 在两点或多点间传输通信信号的电缆,光纤或其他介质
3.3.33 报文 meSsage 用于传送信息的一系列有序的八位位组 注;通常用于在应用层对等实体之间传递信息
3.3.34 network 网络 所有的媒体、连接器,中继器,路由器,网关和相关节点通信部件,用以实现一组通信设备互连
3.3.35 节点 node a)出现在一个本地链路上的单个DL实体 个网络的链路端点或两个及以上链路的交点[见IEc61158-2]
b 3.3.36 对象 oljeet 设备内某一特定组件的抽象描述
注，一个对象可以是: 一个设备能力的抽象描述,它由以下任一或所有部分组成 ? l)数据随时间改变的信息) 2)组态(行为的参数); 方法(用数据和组态可以做的事情 3 b 相关数据以变量的形式)和操作这些数据的方法(程序)的集合
这些方法具有明确定义的接口和行为
3.3.37 对象字典 objeetdietionary 通过包含数据类型对象,通信对象和应用对象描述的索引和子索引寻址的数据结构 3.3.38 sdata 过程数据 proceSs 以测量和控制为目的的数据对象,其中包含指定周期传输或非周期传输的应用对象
3.3.39 过程数据对象 preessdataobjeet 通过包含一个或多个过程数据实体的映射参数来描述的结构
3.3.40 段 segment 现场总线被其特性阻抗终止的主干电缆段 3.3.41 服务器 server 为另一个客户机)对象提供服务的对象
3.3.42 服务 service 对象和/或对象类的执行是建立在另一个对象和/或对象类的请求基础上的操作或功能 3.3.43 从站 slave 只有在被主站或前面的从站启动后,才能执行媒体访问的DL实体
GB/I31230.5一2014 3.3.44 子索引 Sub-indeX 在对象字典中的一个对象的子地址
3.3.45 同步管理器syncManager 控制单元的集合,用来协调对同时使用的对象的访问
3.3.46 Man 同步管理器通道 sync nagerchannel 用来协调对同时使用的对象的访问的单个控制单元
3.3.47 switch 交换机 在IEEE802.ID中定义的MAC桥
通用符号和缩略语 3.4 AML.应用层(作为前缎LAnianionhyere" prefix)] ALE;应用层实体(应用层的本地活动实例[AL-entity(thelocalactiveinstanceofthe applieation layer AL;应用层(ALlayer) APDU;应用层协议数据单元(AL-protocol-datarunit) ALM;应用层管理(AL-management) ALME;应用层管理实体(应用层管理的)本地活动实例)[AL-managementEntity(thelocalactive instanceofAl-management ALMS;应用层管理服务(ALmanagementservice) ALs;应用层服务(AL-service) AR;应用关系(Applicationrelationship ASE;应用服务元素(Appicationserviceelement) CAN;控制器局域网(Controlerareanetwork CiA:自动化中的CAN(CANinAutomation) CoE;基于EtherCAT服务的CAN应用协议(CANapplicationprotocoloverEtherCATservices7 CSMA/CD;带冲突检测的载波监听多路访问(Carriersensemultipleaccesswithcolisiondetec tion DC;分布式时钟(Distributedclocks DL;数据链路层(Data-link-layer) DS;域名服务器(在IP网络中用于名称解析的服务器)[Domainnamesystem(serverforname resolutioninIPnetworks)门] A EPROM电可擦可编程只读存储器(Electrical yerasableprogrammablereadonlymemory) EoE;基于EtherCAT服务的以太网隧道(EthernettunneledoverEtherCATservices) ESC;EtherCAT从站控制器(EtherCATslavecontroller FCS;校验序列(Framechecksequence) rst-infirst FIFO:先进先出队列方式[Firs tout(queuingmethod门 unit FMMU现场总线内存管理单元(Fiedbusmemorymanagement leaccesswithEtherCATservices) FoE;基于EtherCAT服务的文件访问(File HDR帧头(Header
GB/T31230.5一2014 ID;标识符(Identifier) IETF;因特网工程任务组(Inm nternet enginreerimngtskforcee) IP因特网协议(Internetprotocol) LAN:局域网(L.ocalareanetwork iumaccesscontrolD MAC;媒体访问控制(Medi OD;对象字典(Objectdicti ionary) OSI;开放系统互连(Opensystems 1nterconnection PDI:物理设备内部接口(允许从AL访问DL服务的一组元素)[Physicaldeviceinteralinterlace(a setofelementsthatallowsaccesstoDL-servicesfromthe .AL刀 PD0;过程数据对象(Pro ocessdataobject) PhL物理层(Ph-layer QoS;服务质量(Qualityofservice RAM:随机存取存储器(Random acceSsmemory Rx;接收(Re eceive SDO服务数据对象(Ser ervicedataobject) SIl;从站信息接口(Slar 1veinformationinterlace SM:同步管理器(Sy nchronizationmanager syncM同步管理器(Synv 1chronizationmanager ransmissioncontrolprotocol TCP;传输控制协议(Tr Tx:发送(Tr ransmit UDP;用户数据报协议(UserdatagramprotocolD wKC:工作计数器(workingcounter 3.5约定 本部分采用GB/T17967中给出的描述性约定
服务模式、服务原语和时序图完全是抽象的描述,它们不描述具体的实现规范
服务原语,用来表述服务用户/服务提供者间的交互(见GB/T17967),并传递在用户/提供者交互 中指示可用信息的参数
本部分用表格的形式描述服务原语的参数
在本部分后续的表中列出了用于每组服务原语的参 数
每个表最多由五列组成,包括服务参数名称,以下原语及服务所使用参数的传递方向各占一列: 请求原语的输人参数 指示原语的输出参数; 响应原语的输人参数; 证实原语的输出参数 注;请求,指示、响应、证实原语分别对应于requestor.sbnmit，acceptor.deliver，acceptor,.submit，requestor.deliver 见GB/T17967 个参数(或其一部分)在每个表的各行中列出
在相应的服务原语列内,使用以下代码规定原语 参数的使用类型和参数方向 -M:参数对于该原语是必备的
-U:由用户选择参数,根据服务用户的动态用途可提供也可不提供
在不提供的情况下,需要 为参数设定一个默认值 C;以其他参数或服务用户环境为使用条件的参数
空):参数从未出现
GB/T31230.5一2014 某些项在括号内进一步限定,它们可能是参数特定的约束: =):该参数从语义上与表中左侧紧邻的服务原语参数相同
在任何特定接口上,不是所有参数都必须显性地陈述
其中某些可能隐性地与原语关联
在表示这些接口的图上,虚线指的是因果或时序关系,而波浪线指的是大致同时发生的事件
概念 4.1 -般概念 除了4.2特定的部分外,其他概念见IEC/TR61158-1的第9章
4.2 类型特定概念 4.2.1 工作原理 本标准和EtherCAT配套标准描述了一种实时以太网技术,旨在最大限度地利用全双工以太网带 宽
媒体访问控制采用主站/从站原则,主站节点(通常是控制系统)发送以太网帧给从站节点,从站节 点从这些帧中提取和插人数据 从以太网的角度看，一个EtherCAT网段就是一个单个的以太网设备,它接收和发送标准的Iso 1EC8802-3以太网帧
但这种以太网设备并不局限于带后方的微处理器的单个以太网控制器,它可能 还包含大量的EtherCAT从站设备
这些从站设备直接处理到来的以太网帧,从中读取数据和/或插人 自己的数据,并把帧传给下一个从站设备
网段内的最后一个从站设备将完全处理的以太网帧返回,并 通过第一个从站设备把它做为响应帧发给主站 此方法采用以太网全双工的模式:双方向的通讯都是独立执行的,主站设备和由一个或多个从站设 备构成的EtherCAT网段直接通信不需要使用交换机
工业通信系统在数据传输特性方面需要满足不同的需求
参数数据通常以非周期性,大批量方式 传输,其中时序要求相对不苛刻,传输通常由控制系统触发
诊断数据也是以非周期性、事件驱动方式 传输,但时序要求更为苛刻.传输通常由外围设备触发 另一方面,过程数据以不同的周期时间周期性的传输
过程数据通信要求严苛的时序
EtherCAT应用层支持多种不同的服务和协议来满足这些不同的要求
4.2.2通信模型概述 EtherCAT应用层区分主站和从站,通信关系总是由主站发起
-个EtherCAT网段包括至少一个主站设备和一个或多个从站设备
所有从站设备支持 EtherCAT状态机(ESM)和支持EtherCAT过程数据的传输
应用关系模型与通信关系无关
主从关系是标准的应用关系
4.2.3应用层要素描述 4.2.3.1管理 必备的管理由一组控制从站状态的对象组成
到DL的接口提供对所有DL寄存器的读访问
4.2.3.2信息接口 必备的从站信息接口包含所有能够永久保存的对象
10o
GB/T31230.5一2014 4.2.3.3同步支持 可选的等时同步操作支持包含用于二进制信号的同步性和时间戳的多个属性
4.2.3.4对从站的访问 实时实体包含网络触发的数据交换接口和用户触发的访问从站对象的接口
主要用于网络触发访 问的对象称为PDO
SD0是用于用户触发访问的对象
PDO的访问方法是读写一个数据缓存区
通信结构是如图1所示的生产者-消费者关系,数据传 递后没有直接确认
主站和从站通过其他的方式来监控数据传递如看门狗和工作计数器)
生产者既 可以是主站也可以是从站
生产者 消费者 消费者 消费者 图1生产者消费者模型 从站开始执行服务并随后返 SDO访问遵循客户机/服务器原则
客户机向服务器发出服务调用
回结果
通常需要一个响应来结束这类服务
图2给出这种通信交互的工作流程 请求 客户机 服务器 T 图2客户机服务器模型 服务器也可能向客户机发起未经请求的交互
这种模式通常用于传输服务器触发的数据
这种服 务类型称为通知,如图3所示
客户机 服务器 通知 图3服务器触发调用 4.2.3.5TcP/UDP/IP协议组 该可选的协议专门用于使用标准互联网协议组的从站
协议本身已经在IETF中定义
EoE描 述了IP协议(或类似的通信方式)到EtherCAT数据链路层的映射
IP是无连接的双向数据流通信 类型
1l
GB/I31230.5一2014 4.2.3.6文件访问 文件传输的主要用途是下载和上传程序文件和配置数据
文件访问是通过客户机/服务器协议架 构完成的
4.2.4从站参考模型 4.2.4.1到oSI基本参考模型的映射 EtherCAT的描述使用了ISO/IEC7498信息处理系统一开放系统互连一基本参考模型(OSI)的 原理,方法和模型
OSI模型提供了一种通信标准分层的方法,其中各层可以独立开发和修改
Ether CAT规范定义了完整的自顶向下的OsI协议栈和一些栈用户的功能
OSI中间的36层功能被并人 到了EtherCAT数据链路层或EtherCAT应用层
同样地,EtherCAT应用层提供了和现场总线应用 层通用的用户特性,这简化了用户操作,如图4所示 HTTP， 文件 FTP 应用 CANopen服务(CoE :rCP UDp 对象字典 文件访问 E AI 送道 sDo Ppo吹射 E9 ALControl SyncM 邮箱 过程数据 设定 ALStatus D FMMUn 从站地址 层管理 信息 DLControl DLStatns 数据链路层 物理层 图4从站参考模型 4.2.4.2数据链路层特性 数据链路层为通过EtherCAT段连接的设备之间的数据通讯提供基本时间关键的支持
“时间关 键”一词用来描述带时窗的应用,在此时窗内,要求完成一个或多个有明确定义确定度的规定动作
在 时窗内没有完成指定的动作,有可能造成需要该动作的应用的失败,甚至会影响设备、厂房及人身安全
数据链路层的任务包括计算、比较、生成校验序列,并通过从以太网帧中提取或插人数据来实现 通讯
这些任务依据在被预先定义的内存位置中的数据链路层参数来实现
在物理内存中通过邮箱配 置或过程数据部分使得应用层能够使用应用数据
另外,数据链路层还有一些协调主/从站交互的数据结构,例如AL控制/状态和事件,以及同步管 理器设定等
12
GB/T31230.5一2014 4.2.43从站应用层分类 4.2.4.3.1简单从站设备 从应用层角度看,从站设备被分为不具有应用控制器的简单设备和具有应用控制器的复杂设备
注:基本从站和完整型从站的DL从站分类独立于应用层,因为DL寻址机制在AL接口中是不可见的
简单设备有一个固定的过程数据布局,这在设备描述文件中描述
如图5所示,简单设备可以在没 有本地应用程序作出反应的情况下证实AL管理服务
在安全状态下操作不需要特别的反应例如,值 0将以与没有有效值发送相同的方式处理)
应用 A 管理适配器 过程数据 DL用户 寄存器 DL ECAT-读写服务 图5简单的从站设备 4.2.4.3.2复杂从站设备 如图6所示,复杂从站设备支持 -ESM; -邮箱(可选); CoE对象字典(如果支持邮箱时推荐); SD0服务,读和/或写对象字典数据项(如果支持邮箱,推荐); SDo信息服务,以紧凑的格式读取对象字典中定义的对象和每个项的描述(如果支持邮箱,推 荐) 为了传输过程数据,必须可以读取描述过程数据布局的PDo映射对象和同步管理器Pp0分配对 象
如果一个复杂设备支持可配置的过程数据,通过写PD0映射对象和/或同步管理器PD0分配对 象来配置
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GB/I31230.5一2014 应川 OD PD0映射 SM-PD0.分配 ESM 过程数据 邮箱 DL用户 寄存器 CAT-读写服务 图6复杂的从站设备 在本标准中定义了不同的交互类型 -基于EtherCAT服务的CAN应用协议(CoE); 基于EtherCAT服务的以太网(EoE); 基于EtherCAT服务的文件访问(FoE)
不同的类型用于寻址不同的对象类
这些类型可以在单个应用关系中混合使用
4.2.5主站参考模型 4.2.5.1概述 主站使用在从站章节中描述的服务与从站进行通信
此外,在主站中,为每个从站都定义了一个从 站处理程序(Huandler)用于控制从站的ESsM.以及实现从站到从站通过邮箱进行通信的路由器 Router),如图7所示
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GB/T31230.5一2014 应用 组态数据 诊断数据 过程数据 AI 从站 路由器 处理程序 EthercA下数据报 D 图7主站功能概述 4.2.5.2从站处理程序(slavehandler 主站应为每个从站支持一个从站处理程序,以通过使用状态服务来控制从站的ESM
从站处理程 序就是从站ESM在主站的映像
另外,从站处理程序在改变从站ESM的状态之前可以发送sDO 服务
参数 Position 该参数规定从站在逻辑环中的位置,用于读取标识符和写人站地址时寻址从站
该参数对于 所有从站是必备的
Expectedldentification 该参数规定从站的预期标识符,该标识符应在初始状态(Init)时被主站读取和比较
该参数 对于所有从站是必备的
StationAddress 该参数规定在初始状态(Init)时被分配给从站的站地址
所有后续服务将使用这个站地址寻 址从站
该参数对于所有从站是必备的
-MailboxConfiguration 该参数规定用于邮箱的同步管理器通道0和1的配置信息,在初始状态(Init)时被写人从站
该参数对于复杂从站是必备的
-FMMUConfiguration 该参数规定FMMU通道的配置信息,在预运行(Pre-Operational)状态下被写人从站
S ProcessDataConl figuration 该参数规定用于过程数据的同步管理器通道配置信息,在预运行状态(Pre-Operational)下被 写人从站
-PD(O mapping 15
GB/I31230.5一2014 该参数规定PD0映射对象,可在预运行状态(Pre-Operational下写人从站
rPDO; SsyncManager assign 该参数规定同步管理器PD0分配对象,可在预运行状态(PreOperational)下写人从站 StartUpObjects 该参数规定来自从站对象字典的对象,可在启动阶段从从站处理程序写人从站
4.2.5.3路由器 路由器可以用于以下几个应用 路由从客户机从站到服务器从站的邮箱服务 -路由从服务器从站到客户机从站的邮箱服务响应; 转发来自第三方设备的邮箱服务; 转发到第三方设备的邮箱服务响应
路由器的任务;在将邮箱服务路由到由原始地址字段寻址的服务器之前,路由器用客户机地址或虚 拟地址来覆盖邮箱服务的地址字段;在将邮箱服务响应路由到原始地址字段寻址的客户机从站,或使用 虚拟地址时相应的IP地址或MAC地址之前,路由器用服务器站地址覆盖邮箱服务响应的地址字段
数据类型ASE 5.1 概述 本条参考IEC/TR61158-1中5.1的所有内容
5.2数据类型对象的形式化定义 本条参考IEC/TR61158-1中5.2的所有内容 5.3FAL定义的数据类型 5.3.1固定长度类型 5.3.1.1布尔(Boolean)类型 Data 类 type 属性 Numericldentifier Data type Data Boolean typeName Format FXEDLENGTH OctetLe 4. ength Boolean 数据类型的数取值为TRUE或FALSE
5.3.1.2位串(Bitstrimg)类型 5.3.1.2.1BI12 Data 类: type 属性: 31 DatatypeNumerieIdenifier BIT2 DatatypeName 16
GB/T31230.5一2014 3 Format FIXEDLENGTH 4. OetetLength BIT2是一个Boolean 类型的有序序列,编号从1一2 5.3.1.2.2BT3 Data" 类 type 属性 Data NumericIdentifier 32 type Data Name BIT3 type！ Format FXEDLENGTHI 4.1 OctetLength BIT3是一个Boolean类型的有序序列,编号从13 5.3.1.2.3BIT4 类 Datatype 属性 Data Numericldentifier 33 type DatatypeName BIT4 FIXEDLENGTH Format 4.1 Octetlength BT4是一个Boolean类型的有序序列,编号从1一4
5.3.1.2.4BIT5 类 Datatype 属性 DatatypeNumericldentifier 34 BIT5 DatatypeName FIXEDLENGTH Format 4. Octetlength BIT5是一个Boolean类型的有序序列,编号从15
5.3.1.2.5BII6 类: Datatype 属性: DatatypeNumerieIdentifier 35 BIT6 DatatypeName FIXEDLENGTH Format 4. oetetl.ength BHT6是一个Boolean类型的有序序列,编号从1一6. 5.3.1.2.6B7 类: Datatype 属性 17
GB/I31230.5一2014 36 DatatypeNumerieldentifier Data Name BIT7 type！ Format FXEDLENGTHI 4.1 OctetLength BT7是一个Boolean类型的有序序列,编号从17？
5.3.1.2.7BIT8 类 Datatype 属性: 37 DatatypeNumericldentifier BIT8 DatatypeName Format FIXEDLENGTH Octet 4. Lengt BIT8是一个Boolean类型的有序序列,编号从18
5.3.1.3货币(Curreney)类型 EtherCAT没有定义货币数据类型 5.3.1.4日期/时间(Date/Timme)类型 5.3.1.4.1TimeoDay 类: Datatype 属性: Data NumericIdentifier 12 type Data typeName TimeOfDay Format FIXEDIENGTIHI 4.l Octetlength 该数据类型由两个无符号数组成,分别表示时间和日期
第一个元素是Unsigned32类型的数据 为零点开始以ms为单位的时间
第二个元素是Unsigned6类型的数据,为1984年1月1日以来的 总天数
5.3.1.4.2TimeDifrrerenee 类 Dataype 属性 Data Numericldentifier 13 type TimeDifference atatypeName Format FIXEDIENGTH 4.1 O)ctetlength 4or6 该数据类型由两个无符号数组成,用于表示时间差
第一个元素是Unsigned32类型的数据,提供 以ms为单位表示一天中的小数部分
可选的第二个元素是Unsigned16类型的数据,提供以天为单位 的时间差
5.3.1.5 ed类型 Enuerate EtherCAT没有定义Enumerated类型 18
GB/T31230.5一2014 5.3.1.6Handle类型 EtherCAT没有定义Handle类型 5.3.1.7数值(Numerie)类型 5.3.1.7.1浮点型 5.3.1.7.1.1 float float等同于Float32
5.3.1.7.1.2Foat32 类: Datatype 属性: Data NumericIdentifier type Name Data Float32 type FIXEDLENGTH Format 4.l OctetLength Float32由四个八位位组组成
Float32的格式等同于IEC60559中定义的单精度浮点数
5.3.1.7.1.3Double Double等同于Float64
5.3.1.7.1.4Float64 类: Dataype 属性 DatatypeNumericldentifier 17 Float64 DatatypeName Format FIXEDLENGTH 4. OctetlLength Float64由八个八位位组组成
Float64的格式等同于IEC60559中定义的双精度浮点数
5.3.1.7.2整数(Integer)类型 5.3.1.7.2.1Integers Data 类 type 属性 DatatypeNumericldentifier DatatypeName Integer8 FIXEDLENGTH Format 4. OctetLength lnteger8是用2的补码表示的二进制数,长度为一个八位位组
5.3.1.7.2.2SINT sINT(符合GB/T15969.3)等同于Ineger8. 19
GB/I31230.5一2014 5.3.1.7.2.3Char Char等同于lntegerts 5.3.1.7.2.,4Integer16 类 Datatype 属性 Data NumericIdentifier type Data Name ntegel6 type Format FIXEDLENGTH 4. Oetet1 Iength Integerl6是用2的补码表示的二进制数,长度为2个八位位组
5.3.1.7.2.5INT INT(符合GB/T15969.3)等同于lnteger16
5.3.1.7.2.6Short Short等同于Integerl6. 5.3.1.7.2.7 Integer24 类 Datatype 属性 Data 16 typeNumerieIdentifier Data Name lnteger24 type Format FIXEDLENGTH 4. Oetet Iength Integer24是用2的补码表示的二进制数,长度为3个八位位组
5.3.1.7.2.8Integer32 类 Datatype 属性 Data Numericldentifier type Data Name nteger32 type！ Format FIXEDLENGTH 4. otet" Length lnteger32是用2的补码表示的二进制数,长度为4个八位位组
5.3.1.7.2.9IN1 DINT(符合GB/T15969.3)等同于Integer32 5.3.1.7.2.10 Long Long等同于Integer32. 20
GB/T31230.5一2014 r40 5.3.1.7.2.11 nteger 类: Dataype 属性 Data NumericIdentifier 18 type Integer40 DatatypeName FIXEDLENGTH Format 4.1 O)ctetlength lnteger40是用2的补码表示的二进制数,长度为5个八位位组
5.3.1.7.2.12Imteger48 类: Datatype 属性: Data NumericIdentifier 19 type Name Data nteger48 type FIXEDLENGTH Format 4.l Octetlength lnteger48是用2的补码表示的二进制数,长度为6个八位位组
5.3.1.7.2.13Integer56 类 Datatype 属性: Data Numericldentifier 20 type Name Data lnteger56 type！ Format FXEDLENGTHI 4.1 OctetLength Integer56是用2的补码表示的二进制数,长度为7个八位位组
5.3.1.7.2.14Integerf64 类 Datatype 属性: 21 DatatypeNumerieldentifier Data Name hneger64 type Format FXEDLENGTHI 4.1 OctetLength Integer64是用2的补码表示的二进制数,长度为8个八位位组
5.3.1.7.2.15L.INT LINT(符合GB/T15969.3)等同于Integer64 5.3.1.7.3无符号(Unsigned)类型 5.3.1.7.3.1Unsigned8 类 Dataype 21
GB/T31230.5一2014 属性: DatatypeNumerieIdenifier Data Unsigned8 typeName Format FXEDLENGTHI 4.1 OetetL.ength Uns ned8是一个二进制数
最高有效八位位组的最高有效位总是二进制数的最高有效位,没有 igom 符号位
长度为1个八位位组
5.3.1.7.3.2USINT USINT(符合GB/T15969.3)等同于Unsigned8. 5.3.1.7.3.3unsignedchar unsignedchar等同于Unsigned8
5.3.1.7.3.4Unsigned16 类 Datatype 属性 DatatypeNumericldentifier DatatypeName Unsigned16 FIXEDLENGTH Format 4. O)ctetlength Unsigned16是一个二进制数
最高有效八位位组的最高有效位总是二进制数的最高有效位,没有 符号位
长度为2个八位位组
5.3.1.7.3.5UINT UINT(符合GB/T15969.3)等同于Unsignedl6
5.3.1.7.3.6woRD wORD等同于UINT 5.3.1.7.3.7Unsigned24 类: Datatype 属性: DatatypeNumericIdentifier 22 Unsigned24 DatatypeName Format FIXEDLENGTH 4.1 ocetetL.ength Unsigned24是一个二进制数
最高有效八位位组的最高有效位总是二进制数的最高有效位,没有 符号位
长度为3个八位位组
5.3.1.7.3.8Unsignedl32 类: Datatype 属性 22
GB/T31230.5一2014 DatatypeNumerieIdenifier DatatypeName Unsigned32 Format FIXEDLENGTH 4. OetetL.ength Unsigned32是一个二进制数
最高有效八位位组的最高有效位总是二进制数的最高有效位,没有 符号位
长度为4个八位位组
5.3.1.7.3.9UDINT UDINT(符合GB/T15969.3等同于Unsigned32 5.3.1.7.3.10Unsigned40 类: Datatype 属性 Data 24 typeNumerieldentifier Data ypeName Unsigned40 Format FIXEDLENGTH 4.1 OctetLength Unsigned40是一个二进制数
最高有效八位位组的最高有效位总是二进制数的最高有效位,没有 符号位
长度为5个八位位组
5.3.1.7.3.11Unsigned48 类 Datatype 属性 DatatypeNumericldentifier 25 DatatypeName Unsigned48 FIXEDLENGTH Format 4. Octetlength Unsigned48是一个二进制数
最高有效八位位组的最高有效位总是二进制数的最高有效位,没有 符号位
长度为6个八位位组
5.3.1.7.3.12Unsigned56 类: Datatype 属性: DatatypeNumericldentifier 26 Unsigned56 DatatypeName Format FIXEDLENGTH 4.1 ocetetL.ength Unsigned56是一个二进制数
最高有效八位位组的最高有效位总是二进制数的最高有效位,没有 符号位
长度为7个八位位组
5.3.1.7.3.13Unsigned64 类: Datatype 属性 23
GB/I31230.5一2014 27 DatatypeNumerieldentifier Name Datatype Unsigned64 FIXEDLENGTH Format 4. Octetlength Unsigned64是一个二进制数
最高有效八位位组的最高有效位总是二进制数的最高有效位,没有 符号位
长度为8个八位位组
5.3.1.7.3.14ULINT ULINT(符合GB/T15969.3)等同于Unsigned64
5.3.1.8指针(Pointer)类型 EtherCAT没有定义Pointer类型的数据
八位位组串(Oetesiring) 5.3.1.9 类型 EtherCAT没有定义固定长度的OetetString数据
5.3.1.10可视串字符(VisibleStringcharaeter)类型 EtherCAT没有定义固定长度的VisibleString数据
5.3.2字符串(String)类型 5.3.2.1oetetString 类: Datatype 属性 DatatypeNumericldentifier 10 DatatypeName OctetString sTRING Format 4.1 O)ctetlength ton OctetString是一个编号从1n的八位位组有序序列,方便起见,指定编号为1的八位位组为起始 八位位组
注:GB;/T31230.6规定了传输的顺序
5.3.2.2VisibleString 类 Datatype 属性 typeNumerieIdentifer Data Data Name VisibleString type Format STRING 4.1 OetetLength ton 等同GB/T19881998字符串类型定义
5.3.2.3UniedeString 类 Dataype 24
GB/T31230.5一2014 属性: Numerieldentifier Datatype Data Name UnicodeString type！ Format STRING OctetILe 1 4. ton -ength 等同GB1300字符申串类型定义
5.4数据类型ASE服务规范 本条参考IEC/TR61158-1中5.4的所有内容
通信模型规范 6.1 ASE 6.1.1 过程数据ASE 6.1.1.1概述 在EtherCAT应用层环境中,从站的每一个应用过程都可包含相应实例的若干对象以传递过程数 据
它由PDo构成
过程数据的内容可以通过PDo映射与CoEAsE的同步管理器PD0分配对象 来表述
对于简单从站设备,过程数据为固定的,并通过设备描述文件定义
过程数据通信通常采用缓存类型的应用存储器,以使主站和从站总是可以访问过程数据
EtherCAT还提供其他服务来非周期地读取过程数据对象值,以及为输人和输出数据对象指示 新值
过程数据对象由相关服务隐式寻址
服务器/提供者中的输人或输出数据的间隔由相应的配置属 性来决定
过程数据AsE采用生产者/消费者的访问模式
这就意味着用输人值更新过程数据和用过程数据 更新输出与数据传输不关联
通过过程输出数据(ProcessOutputData)指示服务原语来表示接收到 个新值
过程输出数据(ProcessOutputData)服务原语被映射到在DL.中描述的缓冲类型应用内存原语
推荐但不要求使用FMMU实体
使用FMMU配置时,单个过程输出数据请求能导致多个过程输出数 据指示
过程数据证实原语可以告诉主站更新过程是否成功
图8给出了主站和从站间用于过程输出数据序列的原语
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工业以太网现场总线EtherCAT第5部分：应用层服务定义GB/T31230.5-2014
工业以太网在现代工业中扮演着越来越重要的角色。作为一种开放性、高效率、实时性强的通信协议，它已经被广泛应用于各种工业自动化系统中。 在众多工业以太网协议中，EtherCAT是一种拥有独特优势的协议。它采用了“主站-从站”的结构，在物理层上实现了链式连接，可以实现极高的数据传输效率和实时性。 而在EtherCAT的标准化方面，GB/T31230.5-2014《工业以太网现场总线EtherCAT 第5部分：应用层服务定义》则是其中一个重要的标准。该标准规定了在EtherCAT协议中的应用层服务定义，包括了一系列的数据交换对象和数据类型以及相应的传输方式。 具体而言，GB/T31230.5-2014标准中对应用层服务的定义进行了详细的说明。其中，包括了数据交换对象和传输方式的规定，以及针对不同类型的数据交换对象所需的命令和响应格式等内容。 此外，该标准还对一些特殊情况下的数据交换进行了详细的描述，例如同步、异步、周期性、事件触发等情况下的数据传输方式和相关协议等。 总之，GB/T31230.5-2014《工业以太网现场总线EtherCAT第5部分：应用层服务定义》是EtherCAT协议的重要组成部分，它为EtherCAT在工业自动化领域的广泛应用提供了有力的保障，并且也为相关领域的研究和开发提供了重要的参考依据。
