【国家标准(GB)】 测量和控制数字数据通信 工业控制系统用现场总线 类型3：PROFIBUS规范 第4部分：数据链路层协议规范

ICS25.040
中华人民共和国国家标准
GB/T20540.4--2006
测量和控制数字数据通信
工业控制系统用现场总线
类型 3:PROFIBUS 规范
第4部分：数据链路层协议规范
Digital data communication for measurement and control-Fieldbus for use in industrial control systems-Type 3: PROFIBUS specification-Part 4:Data link layerprotocol specification
(IEC 61158-4 Type 3:2003,MOD)2006-10-16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
2007-05-01实施
前言，
引言，
范围·
1.1概述
1.2技术规定
1.3规程·
1.4适用性
1.5一致性
规范性引用文件
3术语和定义
参考模型的术语和定义
服务协议术语和定义
公用术语和定义
3.4本部分的术语和定义，
符号和缩略语·
公用符号和缩略语
4.2本部分的符号和缩略语
多种DL协议类型公用的DL协议基本原理5
顿检验序列
6DL协议概述（同步传输）：
所采用的PhL服务
DL协议概述
概述，
媒体访问控制和传输协议概述，7.3
传输模式和DL实体
所采用的PhL服务
操作原理
循环和系统响应时间·
DLPDU通用结构和编码以及有关规程原理·8
DLPDU间隔大小·
长度八位位组（LE，LEr）
地址八位位组，
控制八位位组(FC)
DLPDU内容差错检查
DATA_UNIT
差错控制规程·
9DLPDU专用的结构、编码和规程原理9.1
无数据字段的固定长度的DLPDU：次
GB/T20540.4—2006
GB/T20540.4—2006
有数据字段的固定长度的DLPDU
有可变数据字段长度的DLPDU：
令牌DLPDU，
ASPDLPDU.
SYNCH DLPDU
时间事件（TE）DLPDU
时钟值（CV）DLPDU
传输规程·
其他的DLE规程原理
DL实体的初始化
10.2DL实体的媒体访问控制的状态10.3时钟同步协议，
附录A（资料性附录）
附录B（规范性附录）
附录C（资料性附录）
参考文献·
同步：典型的FCS实现示例：
DL协议状态机
典型的令牌规程和报文传送周期数据链路层与其他各层以及数据链路服务的用户之间的关系DLSAP,DLSAP地址和组DL地址之间的关系·逻辑令牌传递环
用于异步传送的PhL数据服务
空闲时间TaD
空闲时间Te（SDN，CS）
空闲时间Trpe（MSRD）
时隙时间TsL!
时隙时间TsL2
时隙时间TsLI：
时隙时间TsL2
令牌传送周期·
报文传送周期·
UART字符·
八位位组结构
长度八位位组编码·
地址八位位组编码·
DLPDU中的DAE/SAE八位位组
地址扩展八位位组：
用于发送/请求DLPDU的FC八位位组的编码·用于确认或响应DLPDU的FC八位位组的编码：FCS八位位组的缩码·
数据字段
标识用户数据：
无数据字段固定长度的DLPDU：
无数据字段固定长度的DLPDU，
有数据字段长度固定的DLPDU：
有数据字段的固定长度的DLPDU：有可变数据字段长度的DLPDU，
有可变数据字段长度的DLPDU：
令牌DLPDU：
令牌DLPDU·
无数据固定长度的发送/请求DLPDU令牌DLPDU和有数据的固定长度的发送/请求DLPDU有可变数据字段长度的发送/请求DLPDU无数据的固定长度的发送/请求DLPDU令牌DLPDU和有数据固定长度的发送/请求DLPDU有可变数据字段长度的发送/请求DLPDUDL状态图
时钟同步的概貌
时间主站状态机·
时间接收器状态机
时钟同步序列·
FCS生成（用于同步）的示例
在接收时FCS综合检查的示例（用于同步）：协议机的结构
SRU状态机的结构
令牌持有时间（T）的推导·
没有使用令牌持有时间（TTH），使用令牌持有时间（TTH）传送报文（在每个主站的TTH之间平等）在不同的工作负载情况下令牌持有时间（TTH）的使用·FCS长度、多项式和常数
现场总线数据链路协议特性
传输功能码
响应方中的FCB,FCV
操作参数·
状态机的分配：
数据资源
由DL用户发给FLC的原语
由FLC发给DL用户的原语：
由DL用户发给DLM的原语·
由DILM发给DL用户的原语·
在DL用户与FLC之间交换的原语所使用的参数·DL用户与DLM之间交换的原语所使用的参数·FLC/DLM状态表·
FLC/DLM功能表
GB/T20540.4-2006
GB/T20540.4—2006
由DLM发给MAC的原语
由MAC发给DLM的原语
在DLM与MAC之间交换的原语所使用的参数本地MAC变量
MAC状态表
MAC功能表·
由DLM发给SRC的原语
由SRC发给DLM的原语
由MAC发给SRC的原语
由SRC发给MAC的原语
MAC与SRC之间交换的原语所使用的参数FC结构
SRC的本地变量
SRC状态表
SRC功能
，149
GB/T20540.4—2006
类型3：PROFIBUS
GB/T20540—2006《测量和控制数字数据通信工业控制系统用现场总线规范》的内容分为如下6个部分：GB/T20540.1概述和导则；
—GB/T20540.2
物理层规范和服务定义；
GB/T20540.3
—GB/T20540.4
GB/T20540.5
数据链路层服务定义；
数据链路层协议规范；
应用层服务定义；
应用层协议规范。
GB/T20540.6
本部分为GB/T20540-—2006的第4部分。本部分修改采用IEC61158-4Type3：2003《测量和控制数字数据通信工业控制系统用现场总线类型3：PROFIBUS规范第4部分：数据链路层协议规范》，在技术内容上与原国际标准没有差异，为方便我国用户使用，在文本结构编排上进行了适当调整，并按GB/T1.1的要求进行编辑。本部分基于JB/T10308.3—2005制定。本部分的附录B为规范性附录，附录A、附录C为资料性附录。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第四分技术委员会归口。本部分起草单位：中国机电一体化技术应用协会、机械工业仪器仪表综合技术经济研究所、西南大学、中海石油研究中心、上海自动化仪表股份有限公司、清华大学、重庆川仪总厂、北京交通大学、天华化工机械及自动化研究设计院、中石化装备总公司、中国仪器仪表协会、西门子（中国）有限公司。本部分主要起草人：李百煌、欧阳劲松、王春喜、梅恪、王玉敏、刘枫、徐伟华、孙昕、谢索芬、惠敦炎、刘云男、阳宪惠、董景辰、姜金锁、冯秉耘、陈明海、田英明。本部分为首次发布。
GB/T20540.4—2006
1概述
本部分是为方便实现自动化系统各组成部分互连所形成的系列标准之一。它与在某种程度上基于开放系统互连基本参考模型的“三层”现场总线参考模型所定义的标准系列中的其他标准有关。两种参考模型均将互连标准化区域细分为一系列层规范，每层有可管理的大小范围。数据链路协议利用物理层提供的服务来提供数据链路服务。图1解释了用于现场总线的数据链路服务、现场总线数据链路协议、现场总线物理层服务和系统管理等标准之间的关系。注：本部分中所使用的系统管理是用于管理层协议的一种本地机制。数据链路服务
应用层
数据链路层
物理层
数据链路
管理服务
图1数据链路层与其他各层以及数据链路服务的用户之间的关系本部分的主要目的是提供一组依据对等数据链路实体(DLE)在通信时刻要执行的步骤表达的通信规则。这些通信规则旨在为服务于以下各种目的的开发提供可靠的基础：a）作为实现者和设计者的指南；b）在设备测试和采购中使用；
c）作为系统准人开放系统环境约定的一部分；d）作为对理解OSI中严格时间要求的通信的明确表达。本部分特别考虑了传感器、执行机构和其他自动化设备的通信和相互协调工作。本部分与在OSI或现场总线参考模型内的其他标准一起使用，但随意组合共同工作的系统可能是不兼容的。2本部分引用的命名法
条款（包括附录）以及任何从属的子条款可全部引用，如“条款N”或“附录N”，此处N是此条款的编号或此附录的字母。
子条款以及此子条款的任何从属子条款可全部引用，如“N.M”或“N.M.P”等（依据此子条款的级别类推），此处N是此子条款的编号或附录的字母，而M、P等表示上一子条款的后续级别，并包括其所涉及的子条款。
当一个条款或子条款包含一个或多个从属的子条款时，该条款或子条款标题与其第一个从属子条款之间的正文可全部被引用，如“N.0”或“N.M.0”或“N.M.P.0”等，此处的N，M和P如前所述。不同的是，以“.0”结束的引用表示一个条款或子条款标题与其第一个从属子条款之间的正文和图。M
1范围
1.1概述
测量和控制数字数据通信
工业控制系统用现场总线
类型3：PROFIBUS规范
第4部分：数据链路层协议规范
GB/T20540.4—2006
现场总线数据链路层在自动化环境中提供各设备之间基本的严格时间要求的报文通信。本部分的目的是定义现场总线数据链路协议。本部分中所定义的协议与GB/T20540.3中相应的服务紧密相关，并位于其应用的场合内。此协议类型是用于GB/T20540DI.服务的DL协议。最大的系统规模对链路的数量没有限制，每个链路可以有127个节点，每个节点可以有66个DLSAP地址。1.2技术规定
本部分规定：
a）用于从一个数据链路用户实体到另一个对等的用户实体实时地传输数据和控制信息的协议规程，并在这些数据链路实体之间形成分布式数据链路服务的提供者；通过此协议传输数据和控制信息所使用的现场总线数据链路(DL)协议数据单元的结构，以及b）
其作为物理接口数据单元的表达法。注；贯通整个本部分，在表中使用灰色盒子来指出所规定的字段不属于特定DLPDU的概念部分。1.2.1附加特性
本协议为一个预选的数据链路实体的\主”(“master”)子集中的每一个数据链路实体顺序地提供以循环异步方式通信的机会。其他数据链路实体只有在被这些主数据链路实体允许和指定时，才进行通信。
对于一个特定主站而言，它与其他数据链路实体的通信可能是具有优先访问权的循环或非循环的或是上述二者组合的通信。
本协议提供一种以平等方式共享有效通信资源的手段。本协议有用于时间同步和等时同步操作的保证措施。
1.3规程
依据以下条款来定义规程：
a）对等DL实体（DLE)之间的交互作用通过现场总线数据链路协议数据单元的交换来实现：b）在同一系统中，IDL服务（DLS)提供者与DLS用户之间的交互作用通过交换DLS原语来实现；
c）在同一系统中，DLS提供者和物理服务提供者之间的交互作用通过交换Ph服务原语来实现。1.4适用性
这些规程可应用于在OSI或现场总线参考模型的数据链路层中支持严格时间要求的通信服务的系统之间的通信示例，而这些系统需具备在开放系统互连环境中互连的能力。行规提供了一种简单的概述实现能力的多属性方法。也就是使行规具有了对各种严格时间要求通信的可适用性。
1.5一致性
本部分还为实现这些规程的系统规定了一致性要求，但不包括验证这些要求的符合性测试。GB/T20540.4—2006
2规范性引用文件
下列文件中的条款通过GB/T20540的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。
GB/T15969.3—2005
5可编程序控制器第3部分：编程语言GB/T9387.11998信息技术开放系统互连基本参考模型第1部分：基本模型(idtISO/IEC7498-1:1994)
GB/T17967—2000
IEC10731:1994)
主基本参考模型OSI服务定义约定（idtISO/信息技术开放系统互连
GB/T20540.2—2006
测量和控制数字数据通信工业控制系统用现场总线类型3：PROFI-
BUS规范第2部分：物理层规范和服务定义（IEC61158-2Type3：2003，MOD)GB/T20540.3一2006测量和控制数字数据通信工业控制系统用现场总线类型3:PROFI+BUS规范第3部分：数据链路层服务定义（IEC61158-3Type3：2003，MOD）GB/T20540.5-2006测量和控制数字数据通信工业控制系统用现场总线类型3:PROFI-BUS规范第5部分：应用层服务定义（IEC61158-5Type3：2003，MOD）GB/T20540.6一2006测量和控制数字数据通信工业控制系统用现场总线BUS规范第6部分：应用层协议规范（IEC61158-6Type32003，MOD)类型3:PROFI-
ISO/IEC7498-3：1997信息技术开放系统互连基本参考模型第3部分：命名和编址3术语和定义
本部分确定采用以下的术语和定义。3.1参考模型的术语和定义
本部分基于GB/T9387.1和ISO/1EC7498-3中提出的概念，并使用在这些标准中的术语和定义。
DL地址
DL连接
DL名称
DL协议
DL-address
DL-connection
DL-name
DL-protocol
DL协议数据单元
DL服务数据单元
DL用户数据
DL-protocol-data-unit
DL-service-data-unit
DL-user-data
本（N)-entity
(N）实体
DL实体DL-entity（N=2）
Ph实体
Ph-entity (N=1)
（N)-interface-data-unit免费标准下载网bzxz
（N）接口数据单元
DL服务数据单元
Ph接口数据单元
(N）层
(N)-layer
DL-layer
Ph-layer
（N）服务
DL服务
Ph服务
DL-service-data-unit
Ph-interface-data-unit
(N)-service
DL-service
Ph-service
（N）服务访问点
DL服务访问点
Ph服务访问点
(N)-service-access-point
DL-service-access-point
Ph-service-access-point
（N）服务访问点地址
(N)-service-access-point-addressDL服务访问点地址DL-service-access-point-addressPh服务访问点地址Ph-service-access-poinf-address3.1.14
对等实体
peer-entities
Ph接口控制信息
Ph接口数据
原语名称
Ph-interface-control-informationPh-interface-data
primitive name
routing
系统管理
systems-management
服务协议术语和定义
本部分还使用在GB/T17967中定义的用于数据链路层的术语和定义：3.2.1
证实(原语）
DL服务原语
confirm(primitive)
DL-service-primitive
DL服务提供者
DL服务用户
DL-service-provider
DL-service-user
GB/T20540.4—2006
GB/T20540.4—2006
指示（原语）indication（primitive）3.2.6
请求（原语）
响应方
request(primitive)
requestor
响应（原语）
response（primitive)
3.3公用术语和定义
本部分还采用下列定义：
数据链路段
DL-segment
本地链路
locallink
单一的DL子网络。在此子网络中任何所连接的DLE无需插人任何DL中继就可以直接通信；无论何时，所有试图通信的DLE都伺时注意着此DL子网络。3.3.2
一种特殊的点，在这一点上单个的DL实体给单个的较高层的实体提供DL服务。注：此定义源于GB/T9387.1，在这里重复此定义是为了便于理解DLSAP与它们的DL地址之间的关键区别（见图2)。
DLS-用户-实体
DLS-用户
DL-层
Ph-层
DL-实体
groupDL
注1：DLSAP和PhSAP以跨越两个相邻层的分界线的椭圆来表示。DLSAP
注2：DLSAP地址以在DLSAP的DLL部分内指明的小间隙（访问点）来表示。DLS-用产-实体
注3：单个DL实体可以有多个DLSAP地址以及与单个DLSAP相关联的组DL地址。图2DLSAP,DLSAP地址和组DL地址之间的关系4
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