GB/T 38687-2020
基本信息
标准号： GB/T 38687-2020
中文名称：橡胶塑料机械 外围设备通信协议
标准类别：国家标准(GB)
标准状态：现行
出版语种：简体中文
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标准分类号
关联标准
出版信息
相关单位信息
标准简介
GB/T 38687-2020.Rubber and plastics machinery-Communicating protocol for auxiliary equipment.
1范围
GB/T 38687规定了橡胶塑料机械外围设备通信协议的背景概要、CAN/CANopen通信协议总体描述、CANopen设备通信地址定义,CANopen外围辅助设备自定义子协议、Modbus协议总体描述、Modbus通信地址与通信变量定义。
GB/T 38687适用于橡胶塑料机械通用的成型主机设备(如注射成型机、挤出机等)与辅助主机完成加工工艺的外围辅助设备(如干燥机模温机、冷水机、上料机等)间进行数据交换用的通信协议。
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/T 19582.1基于Modbus协议的工业自动化网络规范(第1部分:Modbus应用协议
GB/T 19582.2-2008基于Modbus协议的工业自动化网络规范第2部分:Modbus协议在串行链路上的实现指南
GB/T 36587橡 胶塑料机械术语
ISO 11898-2道路车辆控 制器局域网(CAN)第2部分:高速介质访问单元[Road vehicles-Controller area network (CAN)-Part 2: High-speed medium access unit]
3术语.定义和缩略语
3.1术语和定 义
GB/T 19582.1、GB/T/19582.2-2008 和GB/T 36587界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1.1
外围辅助设备 auxiliary device;AU_ D
辅助主机完成加工工艺的设备(如干燥机.模温机.冷水机、上料机等)。
3.1.2
主机设备 master device;MA D
橡胶塑料机械通用的成型设备(如注射成型机、挤出机等)。
1范围
GB/T 38687规定了橡胶塑料机械外围设备通信协议的背景概要、CAN/CANopen通信协议总体描述、CANopen设备通信地址定义,CANopen外围辅助设备自定义子协议、Modbus协议总体描述、Modbus通信地址与通信变量定义。
GB/T 38687适用于橡胶塑料机械通用的成型主机设备(如注射成型机、挤出机等)与辅助主机完成加工工艺的外围辅助设备(如干燥机模温机、冷水机、上料机等)间进行数据交换用的通信协议。
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/T 19582.1基于Modbus协议的工业自动化网络规范(第1部分:Modbus应用协议
GB/T 19582.2-2008基于Modbus协议的工业自动化网络规范第2部分:Modbus协议在串行链路上的实现指南
GB/T 36587橡 胶塑料机械术语
ISO 11898-2道路车辆控 制器局域网(CAN)第2部分:高速介质访问单元[Road vehicles-Controller area network (CAN)-Part 2: High-speed medium access unit]
3术语.定义和缩略语
3.1术语和定 义
GB/T 19582.1、GB/T/19582.2-2008 和GB/T 36587界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1.1
外围辅助设备 auxiliary device;AU_ D
辅助主机完成加工工艺的设备(如干燥机.模温机.冷水机、上料机等)。
3.1.2
主机设备 master device;MA D
橡胶塑料机械通用的成型设备(如注射成型机、挤出机等)。
标准图片预览
标准内容
ICS71.120;83.200
中华人民共和国国家标准
GB/T38687—2020
橡胶塑料机械
外围设备通信协议
Rubber and plastics machineryCommunicating protocol for auxiliary equipment2020-03-31发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2021-02-01实施
规范性引用文件
术语、定义和缩略语
4CAN/CANopen通信协议总体描述4.1
物理层
CANopen设备结构
CANopen通信协议
CANopen设备子协议
厂商自定义子协议
5CANopen设备通信地址定义
5.2LSSMaster设备
5.3LSSSlave接口
外围辅助设备地址规范
6CANopen外围辅助设备自定义子协议6.1
干燥机
模温机
冷水机
上料机
Modbus协议总体描述
总体描述
8Modbus通信地址与通信变量定义外围辅助设备地址规范
数据地址规范
GB/T38687—2020
本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草本标准由中国石油和化学工业联合会提出。本标准由全国橡胶塑料机械标准化技术委员会（SAC/TC71)归口。GB/T38687—2020
本标准起草单位：东莞信易电热机械有限公司、博创智能装备股份有限公司、海天塑机集团有限公司、广东伊之密精密注压科技有限公司、桂林橡胶机械有限公司、东华机械有限公司、宁波力劲机械有限公司、泰瑞机器股份有限公司、余姚华泰橡塑机械有限公司、北京橡胶工业研究设计院有限公司、中国塑料机械工业协会。
本标准主要起草人：吴峻容、王立斌、李崇德、焦晓龙、蒋小军、车海峰、严厚明、周刚、魏建鸿、葛福炯、何成、李春燕、谢仲铭、王更新。HniKaeerKAca
1范围
橡胶塑料机械
外围设备通信协议
GB/T38687—2020
本标准规定了橡胶塑料机械外围设备通信协议的背景概要、CAN/CANopen通信协议总体描述、CANopen设备通信地址定义、CANopen外围辅助设备自定义子协议、Modbus协议总体描述、Modbus通信地址与通信变量定义。
本标准适用干橡胶塑料机械通用的成型主机设备（如注射成型机、挤出机等）与辅助主机完成加工工艺的外围辅助设备（如干燥机、模温机、冷水机、上料机等）间进行数据交换用的通信协议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/T19582.1基于Modbus协议的工业自动化网络规范第1部分：Modbus应用协议GB/T19582.2—2008基于Modbus协议的工业自动化网络规范第2部分：Modbus协议在串行链路上的实现指南
GB/T36587橡胶塑料机械术语
ISO11898-2道路车辆控制器局域网（CAN第2部分：高速介质访问单元[RoadvehiclesController area network (CAN)Part2:High speed medium access unit)ii
3术语、定义和缩略语
3.1术语和定义
GB/T19582.1、GB/T19582.2—2008和GB/T36587界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1.1
外围辅助设备auxiliarydevice;AU_D辅助主机完成加工工艺的设备（如干燥机、模温机、冷水机、上料机等）。3.1.2
主机设备
masterdevice;MAD
橡胶塑料机械通用的成型设备（如注射成型机、挤出机等）。3.1.3
底层设置服务layersettingservices；LSs提供查询和改变CANopen模块底层参数的功能。3.1.4
层管理layermanagement;LMT
查询和改变参数设置的一种CAL模式。3.1.5
网络管理
networkmanagementNMT
在CAN网络中用于配置、初始化和处理网络错误的应用层服务。GB/T38687—2020
缩略语
下列缩略语适用于本文件。
CAN：控制器局域网络（controllerareanetwork）CiA：自动化控制器局域网络（CANinautomation）CAL：控制器局域网络应用层（CANapplicationlayer）COB：控制器局域网络对象（CANobiect）COB-ID：控制器局域网络对象标识（CANobjectidentifier）4：CAN/CANopen通信协议总体描述4.1概述
从OSI网络模型的角度来看，CAN总线只定义了OSI网络模型的第一层（物理层）和第二层（数据链路层），而在实际设计中，这两层完全由硬件实现，设计人员无需再为此开发相关软件或固件。同时，CAN只定义物理层和数据链路层，没有规定应用层，本身并不完整，因此需要一个高层协议来定义CAN报文中的11位或29位标识符和8字节数据的使用。而且，基于CAN总线的工业自动化应用中，越来越需要一个开放的、标准化的高层协议：这个协议支持各种CAN厂商设备的互用性、互换性，能够实现在CAN网络中提供标准的、统一的系统通信模式，提供设备功能描述方式，执行网络管理功能。
CANopen协议是CAN-in-Automation(CiA）定义的协议之一，并且在发布后不久就获得了广泛的承认，尤其是在欧洲，CANopen协议被认为是在基手CAN的工业系统中占领导地位的协议。大多数重要的设备类型，例如数字和模拟的输入输出模块、驱动设备、操作设备、控制器、可编程控制器或编码器，都在称为“设备描述”的协议中进行描述；“设备描述”定义了不同类型的标准设备及其相应的功能。依靠CANopen协议的支持，可以对不同厂商的设备通过总线进行配置4.2物理层
4.2.1推荐使用两个9针D-SUB连接器，根据第二版CiA102定义了连接器的各针脚（含针连接器与孔连接器）。
4.2.2采用CANISO高速通信标准（ISO11898-2）。4.2.3pin(针脚)定义：
(pin2)CAN低电平；
（pin3)CAN接地（仅连接于绝缘侧）：一（pin5）CAN屏蔽（不能连接于9针D-SUB连接器的外壳或设备外壳）：（pin7)CAN高电平；
(pin9)可选CAN24VDC。
24VDC电源对于CAN网络是可选项4.2.4通信线定义：
双绞屏蔽线，线径不小于0.34mm2；CAN低电平与CAN高电平（针脚2与针脚7)使用一组双绞线：CAN接地与CAN24VDC(针脚3与针脚9)使用一组双绞线；屏蔽线接到针脚5，但不能连接到连接器的外壳：2
屏蔽线仅可通过主机的接地线接地。GB/T38687—2020
4.2.5所有外围辅助设备及主机设备须配备一个集成120Q电阻的孔连接器，该连接器可以使用链条、绳索或其他类似方法固定于设备上。CAN网络所有设备通过连接器连接。如果已由主机控制端集成了1202的总线终端电阻，则设备不需要外部端接连接器。4.2.6主节点（主机设备）配备一个针连接器。4.2.7波特率为250kbit/s。可以支持其他波特率。4.2.8应对对地绝缘电压不低于500V直流电的每个节点进行直流去耦。使用波特率为250kbit/s时，最小线路长度为180m可保证所有节点是隔离的4.2.9通信顿使用标准帧格式，不使用扩展顿格式。4.2.10CANopen设备ID号（两位数：01～99)可在设备上通过拔码器或是参数设定等带有记忆功能的设定实现
4.3CANopen设备结构
4.3.1概述
CAN设备以总线形式连接，通常配备两个CAN连接器。配线一般从主机设备的第一个连接器接出到第一台外围辅助设备的其中一个接口，由第一台外围辅助设备的另一个连接器接出再接入第二台外围辅助设备的其中一个连接器，依次类推。CAN总线应有终止措施，避免反射。图1描述了接线的基本原则。
CANopen是一个基于CAN串行总线系统和CAL(CAN应用层）的高层协议。CANopen的核心概念riiKae
是设备对象字典（OD：ObjectDictionary），CANopen通信通过对象字典（OD)能够访问驱动器的所有参数。橡胶塑料机械
主机设备
外用轨助设备！
CAN接口
含终端电矶的CAN接口
可选DSI.B9
针电阻接头
乱连按导
终缩中阻
外围辅助设备：
CAN按口
1连安器
终端中阻
外围辅助设备2
CAV接
图1CAN总线接线示意图
终端中阻
外辅助设备3
CAN接口
悠端电
GB/T38687—2020
4.3.2CANopen对象字典
CANopen对象字典（ObjectDictionary，OD)是CANopen协议最为核心的概念。所谓的“对象字典”，就是一个有序的对象组；每个对象采用一个16位的索引值来寻址。为了访问数据结构中的元素，同时定义了一个8位的子索引，对象字典的结构如表1所示。表1
0001h...001Fh
0020h.003Fh
0040h..005Fh
0060h...007Fh
0080h.009Fh
O0A0h.0FFFh
1000h..-1FFFh
2000h...5FFFh
6000h..9FFFh
Aoooh...BFFFh
Coooh.-FFFFh
不使用
静态数据类型
复杂数据类型此内容来自标准下载网
制造商规定的复杂数据类型
设备子协议规定的静态数据类型设备子协议规定的复杂数据类型保留
通信子协议区域（如设备类型、错误寄存器、支持的PDO数量）制造商特定子协议区域C
标准设备子协议区域
标准接口子协议区域
CANopen网络中每个节点都有一个对象字典。对象字典包含了描述这个设备和它的网络行为的所有参数
CANopen对象字典中的项由一系列子协议来描述。子协议描述对象字典中每个对象的功能、名字、索引、子索引、数据类型、读/写属性，以及这个对象是否必需等，从而保证不同厂商的同类型设备兼容。
CANopen协议的核心描述子协议是DS301，包括CANopen协议应用层及通信结构描述，其他子协议都是对DS301协议描述文本的补充与扩展。4.3.3CANopen子协议
4.3.3.1通信子协议
通信子协议（CommunicationProfile）描述对象字典的主要形式，以及对象字典中的通信对象和参数。这个子协议适用于所有的CANopen设备，其索引值范围为1000h～1FFFh。4.3.3.2
制造商自定义子协议
对于在设备子协议中未定义的特殊功能，制造商可以在制造商自定义子协议（ManufacturerspecificProfile)中根据需求定义对象字典项。因此，这个区域对不同厂商来说，相同的对象字典项的定义不一定相同，其索引值范围为2000h～5FFFh。4.3.3.3设备子协议
设备子协议（DeviceProfile）为各种不同类型设备定义对象字典中的对象，其索引值范围为4
6000h～9FFFh。
4.4CANopen通信协议
4.4.1概述
GB/T38687—2020
CANopen协议是基于CAN总线网络。它定义了消息标识符如何被分配到设备及消息如何构成。CANopen设备通过节点号（节点ID)进行识别，一般该识别号在设备中设定，例如可通过拔码器实现。
每一个CANopen设备的中央控制器就是一个对象字典。该目录包含设备的所有参数。这些参数由通信参数、应用参数及应用数据组成。其中部分对象在通信子协议及设备子协议中定义。此外，仍有很多空间保留为生产商扩展使用数据对象通常是8位、16位或32位有符号或无符号格式。也有可能是更大的数据，如字符串。在这种情况下，需要多个CAN消息进行存取不同的服务可以建立连接、配置、同步及对象目录的常用存取。在CANopen协议中主要定义网络管理对象（NMT）、服务数据对象（SDO）、过程数据对象（PDO）、预定义报文或特殊功能对象4种对象。4.4.2主机设备与CANopen
在橡胶塑料机械行业，外围辅助设备一般指模温机、冷水机、干燥机、上料机等辅助设备。主机设备即成型机.包括注塑机、挤出机等。外围辅助设备一般可由主机设备进行控制，如主机设备可以对模温机进行启停及设置温度等操作，模温机控制器也可将实际温度或其他参数值传送回主机设备，用于测量装置及闭环控制器的CANopen设备子协议CiADP-404已经对这样的设备进行了定义。该协议支持多通道设备。
已经有大量设备制造商的设备配备了CANopen接口。因而，基于CANopen构建一个新的标准适用于成型周边辅机设备通信是非常必要的。4.4.3外围辅助设备接口
外围辅助设备接口基于CANopen协议。在此协议内，针对各种不同装置定义了不同的子协议。这些子协议定义了不同的功能块，这些功能块可用于不同的场合。外围辅助设备定义如何使用常用的功能块。此外，CANopen协议为设备生产商指定扩展提供了空间。它们用于在实例中描述额外的需求信息4.4.4网络管理对象
网络管理对象负责层管理、网络管理和ID分配服务，例如，初始化、配置和网络管理。网络管理中，同一个网络中只允许有一个主节点、一个或多个从节点，并遵循主/从模式。4.4.5服务数据对象
服务数据对象主要用于主节点对从节点的参数配置。服务确认是SDO最大的特点，为每个消息都生成一个应答，以确保数据传输的准确性。在一个CANopen系统中，通常CANopen从节点作为SDO服务器，CANopen主节点作为客户端。客户端通过索引和子索引能够访问数据服务器上的对象字典，所以CANopen主节点可以访问从节点的任意对象字典项的参数，并且SDO可以传输任何长度的数据。
GB/T38687—2020
4.4.6过程数据对象
过程数据对象用来传输实时数据，其传输模型为生产者-消费者模型，数据长度被限制为1～8字节。PDO通信对象具有下列特点：
a）PDO通信没有协议规定PDO数据内容由它的COB-ID定义每个PDO在对象字典中用2个对象描述，分别是PDO通信参数和映射参数：b）
1）PDO通信参数：定义该设备所使用的COB-ID、传输类型、定时周期。2）PDO映射参数：包含一个对象字典中的对象列表，这些对象映射到相应的PDO.其中包括数据的长度。对于生产者和消费者，只有知道这个映射参数，才能够正确地解释PDC的内容。PDO内容是预定义的，如果PDO支持可变PDO映射，那么可以通过SDO进行配置。
c）PDO具有2种传输方式：同步传输和异步传输：同步传输：通过接收同步对象实现同步，按触发方式又可分为非周期传输和周期传输。1）
非周期传输由远程帧预触发，或者由设备子协议中规定的对象特定事件预触发。周期传输则通过接收同步对象来实现，可以设置1～240个同步对象触发。2）异步传输：由特定事件触发。按触发方式又可分为2种：一种通过发送与PDO的COBID相同的远程顿来触发；另一种由设备子协议中规定的对象特定事件来触发（如定时传KaeeiKAca
输、数据变化传输等）。
4.4.7预定义通信对象
4.4.7.1预定义
下列通信对象被预定义：
a）同步对象（SYNCobject)：
从站可以通过主站与同步对象同步。同步包含通信及设备中的活动两部分1）
2）同步对象由主站周期性地传送给所有从站。同步对象包含极高优先级的报文。报文没有数据字节。为了响应“同步”，从站可以传送3）
合适配置的PDO(主从原则)并且启动动作，如测量等。b）紧急对象（Emergencyobject)：参考异常处理。4.4.7.2异常处理
异常处理对象包含节点安全及紧急。节点安全：节点安全可以使主站与从站相互监视。主站需要周期性地通过RTR（远程传送）从各从站请求节点安全报文。主站可以通过“连接是否超时”监控识别节点是否异常。如果请求缺失，从站可识别异常并且按预定的行为做出反应紧急：从站可以通过紧急对象报告异常状态。该消息拥有高于PDO消息的优先级4.4.7.3网络管理
CANopen定义了简单的网络管理机制（NMT）。通过NMT命令可以切换不同的状态。这些状态仅在开始时由主站传送。NMT消息拥有最高有优先级。从站应至少支持表2的状态（最小设备能力）。6
初始化
预运行
标识符分配
GB/T38687—2020
通电之后的状态。从站设备自动对其本身进行初始化并且转换为预运行状态从站设备允许从其对象目录中以SDO的方式访问。这就意味着该从站可以被参数化。该状态下禁用PDO通信
从站设备可运行。如果适宜，可进行同步，且可建立SDO及PDO通信在该状态下，禁用SDO及PDO通信.但是启用节点安全消息标识符是由功能码与节点ID组成，表3为概览。预定义主/从连接集中的广播对象见表3。表3
时间标识
功能码(二进制）
预定义主/从连接集中的对等网络对象见表4K
PDO(tx)
PDO(rx)
PDO(tx)
PDO(rx)
SDO(tx)
SDO(rx)
节点安全
CANopen设备子协议
CiA404
功能码（二进制）
通信对象ID(COB-ID)
通信对象ID(COB-ID)
129--255
385~511
513~639
641~767
769-895
14091535
15371663
1793~1919
主站大于所有从站
主站大于所有从站
主站大于所有从站
从站大于主站
从站大于主站
主站大于从站
从站大于主站
主站大于从站
从站大于主站
主站大于从站
主站大于从站
当通过不同传感器或控制器获取过程数据时，可以使用CANopen子协议CiA404。基于此目的，CiA404定义了不同的功能块，见表5。每个功能块最高包含199个通道，GB/T38687—2020
功能块
数字输入功能块
模拟输入功能块
数字输出功能块
模拟输出功能块
控制器功能块
报警功能块
设备功能块
数字输入，每个通道可以映射8个数字输入应用
对于传感器，该功能块可以用于构建CANopen接口，包括诸如传感器类型信息和单位信息数字输出，每个通道可以映射8个数字输出模拟输出
为所有类型的控制器措述各种控制器PID算法传感器和极限值监控
基于此功能块产生警报；例如，传感器异常时，数据超出某个临界值或两个值的差异超过预设值
在对象目录中子协议指定的数据既可以根据功能块划分也可以根据数据类型分组，见表6、表7表6
6000h...6FFFh
7000h...7FFFh
8000h...8FFFh
9000h...9FFFh
对象类型
数字输入功能块
模拟输入功能块
数字输出功能块
模拟输出功能块
控制器功能块
报警功能块
数据格式和单位
浮点数
16位整数
24位整数
32位整数
6000h.·.60FFh
X100h.-X1FFh
6200h.··62FFh
X300h...X3FFh
X400h...X4FFh
X500h.·.X5FFh
数据类型
在CiA404中，任何值都可声明单位。并且可以将非整型值转化为16位整数。从而定义在某个对象中小数点后面可以包含位数（见CiA404对象6102h）。示例：67.8转化成678，小数点后面是1位数6厂商自定义子协议
CiA404对象
厂商自定义子协议使用下列CiA404功能块8
a）控制器功能块（Controllerfunctionblock）；b）报警功能块（Alarmfunctionblock）；c）本设备特有功能块。
控制器功能块包括通用控制器参数和控制方式报警功能块用于监控超限（下限或上限)的过程值。4.6.2扩展对象
GB/T38687—2020
原则上来讲，温度控制设备反馈的控制参数被映射在由设备子协议定义的控制器功能块中。然而，当这些预定参数不能满足实际设备的需求，就需要将更多参数定义在对象目录的厂商自定义子协议部分。
采用与CiA404相同的通道机制：分索引用于识别通道。如果仅1个通道可用，则分索引为1。分区与子协议指定区域的一样，见表8。表8
2000h---2FFFh
3000h.3FFFh
4000h...4FFFh
5000h.5FFFh
浮点数（不使用）
整数16
整数24(不使用）
整数32（不使用）
数据类型
注：本标准中CANopen自定义子协议的所有参数都定义为16位整数ii
过程值（如温度等）包括下列参数：a）有效值；
b）物理单位字段；
c）小数位字段。
控制字包括一些扩展命令，例如，负压模式（在系统有泄漏时的一种紧急操作模式）或故障重置。各种情况下的设备动作及异常通过字状态通知主机。该子协议仅定义了少量主要由用户预测的特定异常位如果一个辅机设备的异常没有相应的预定义异常位，则可使用“通用异常位”。已出现异常的详细信息可以在设备上查看。
CANopen设备通信地址定义
5.1概述
底层设置服务（LSS）和协议提供查询和修改CANopen设备物理层、数据链路层和应用层参数的功能。LSS能够查询和修改的参数包括：a）CANopen从节点的地址（Node-ID)；物理层的位定时参数（波特率）；b）
c）LSS地址（参考DS301索引1018h)。通过LSS及协议，LSSSlave可通过网络配置相应的参数（设置节点地址和波特率等），而无需使用硬件，如DIP开关等设置地址和波特率。9
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中华人民共和国国家标准
GB/T38687—2020
橡胶塑料机械
外围设备通信协议
Rubber and plastics machineryCommunicating protocol for auxiliary equipment2020-03-31发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2021-02-01实施
规范性引用文件
术语、定义和缩略语
4CAN/CANopen通信协议总体描述4.1
物理层
CANopen设备结构
CANopen通信协议
CANopen设备子协议
厂商自定义子协议
5CANopen设备通信地址定义
5.2LSSMaster设备
5.3LSSSlave接口
外围辅助设备地址规范
6CANopen外围辅助设备自定义子协议6.1
干燥机
模温机
冷水机
上料机
Modbus协议总体描述
总体描述
8Modbus通信地址与通信变量定义外围辅助设备地址规范
数据地址规范
GB/T38687—2020
本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草本标准由中国石油和化学工业联合会提出。本标准由全国橡胶塑料机械标准化技术委员会（SAC/TC71)归口。GB/T38687—2020
本标准起草单位：东莞信易电热机械有限公司、博创智能装备股份有限公司、海天塑机集团有限公司、广东伊之密精密注压科技有限公司、桂林橡胶机械有限公司、东华机械有限公司、宁波力劲机械有限公司、泰瑞机器股份有限公司、余姚华泰橡塑机械有限公司、北京橡胶工业研究设计院有限公司、中国塑料机械工业协会。
本标准主要起草人：吴峻容、王立斌、李崇德、焦晓龙、蒋小军、车海峰、严厚明、周刚、魏建鸿、葛福炯、何成、李春燕、谢仲铭、王更新。HniKaeerKAca
1范围
橡胶塑料机械
外围设备通信协议
GB/T38687—2020
本标准规定了橡胶塑料机械外围设备通信协议的背景概要、CAN/CANopen通信协议总体描述、CANopen设备通信地址定义、CANopen外围辅助设备自定义子协议、Modbus协议总体描述、Modbus通信地址与通信变量定义。
本标准适用干橡胶塑料机械通用的成型主机设备（如注射成型机、挤出机等）与辅助主机完成加工工艺的外围辅助设备（如干燥机、模温机、冷水机、上料机等）间进行数据交换用的通信协议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/T19582.1基于Modbus协议的工业自动化网络规范第1部分：Modbus应用协议GB/T19582.2—2008基于Modbus协议的工业自动化网络规范第2部分：Modbus协议在串行链路上的实现指南
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3术语、定义和缩略语
3.1术语和定义
GB/T19582.1、GB/T19582.2—2008和GB/T36587界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1.1
外围辅助设备auxiliarydevice;AU_D辅助主机完成加工工艺的设备（如干燥机、模温机、冷水机、上料机等）。3.1.2
主机设备
masterdevice;MAD
橡胶塑料机械通用的成型设备（如注射成型机、挤出机等）。3.1.3
底层设置服务layersettingservices；LSs提供查询和改变CANopen模块底层参数的功能。3.1.4
层管理layermanagement;LMT
查询和改变参数设置的一种CAL模式。3.1.5
网络管理
networkmanagementNMT
在CAN网络中用于配置、初始化和处理网络错误的应用层服务。GB/T38687—2020
缩略语
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CAN：控制器局域网络（controllerareanetwork）CiA：自动化控制器局域网络（CANinautomation）CAL：控制器局域网络应用层（CANapplicationlayer）COB：控制器局域网络对象（CANobiect）COB-ID：控制器局域网络对象标识（CANobjectidentifier）4：CAN/CANopen通信协议总体描述4.1概述
从OSI网络模型的角度来看，CAN总线只定义了OSI网络模型的第一层（物理层）和第二层（数据链路层），而在实际设计中，这两层完全由硬件实现，设计人员无需再为此开发相关软件或固件。同时，CAN只定义物理层和数据链路层，没有规定应用层，本身并不完整，因此需要一个高层协议来定义CAN报文中的11位或29位标识符和8字节数据的使用。而且，基于CAN总线的工业自动化应用中，越来越需要一个开放的、标准化的高层协议：这个协议支持各种CAN厂商设备的互用性、互换性，能够实现在CAN网络中提供标准的、统一的系统通信模式，提供设备功能描述方式，执行网络管理功能。
CANopen协议是CAN-in-Automation(CiA）定义的协议之一，并且在发布后不久就获得了广泛的承认，尤其是在欧洲，CANopen协议被认为是在基手CAN的工业系统中占领导地位的协议。大多数重要的设备类型，例如数字和模拟的输入输出模块、驱动设备、操作设备、控制器、可编程控制器或编码器，都在称为“设备描述”的协议中进行描述；“设备描述”定义了不同类型的标准设备及其相应的功能。依靠CANopen协议的支持，可以对不同厂商的设备通过总线进行配置4.2物理层
4.2.1推荐使用两个9针D-SUB连接器，根据第二版CiA102定义了连接器的各针脚（含针连接器与孔连接器）。
4.2.2采用CANISO高速通信标准（ISO11898-2）。4.2.3pin(针脚)定义：
(pin2)CAN低电平；
（pin3)CAN接地（仅连接于绝缘侧）：一（pin5）CAN屏蔽（不能连接于9针D-SUB连接器的外壳或设备外壳）：（pin7)CAN高电平；
(pin9)可选CAN24VDC。
24VDC电源对于CAN网络是可选项4.2.4通信线定义：
双绞屏蔽线，线径不小于0.34mm2；CAN低电平与CAN高电平（针脚2与针脚7)使用一组双绞线：CAN接地与CAN24VDC(针脚3与针脚9)使用一组双绞线；屏蔽线接到针脚5，但不能连接到连接器的外壳：2
屏蔽线仅可通过主机的接地线接地。GB/T38687—2020
4.2.5所有外围辅助设备及主机设备须配备一个集成120Q电阻的孔连接器，该连接器可以使用链条、绳索或其他类似方法固定于设备上。CAN网络所有设备通过连接器连接。如果已由主机控制端集成了1202的总线终端电阻，则设备不需要外部端接连接器。4.2.6主节点（主机设备）配备一个针连接器。4.2.7波特率为250kbit/s。可以支持其他波特率。4.2.8应对对地绝缘电压不低于500V直流电的每个节点进行直流去耦。使用波特率为250kbit/s时，最小线路长度为180m可保证所有节点是隔离的4.2.9通信顿使用标准帧格式，不使用扩展顿格式。4.2.10CANopen设备ID号（两位数：01～99)可在设备上通过拔码器或是参数设定等带有记忆功能的设定实现
4.3CANopen设备结构
4.3.1概述
CAN设备以总线形式连接，通常配备两个CAN连接器。配线一般从主机设备的第一个连接器接出到第一台外围辅助设备的其中一个接口，由第一台外围辅助设备的另一个连接器接出再接入第二台外围辅助设备的其中一个连接器，依次类推。CAN总线应有终止措施，避免反射。图1描述了接线的基本原则。
CANopen是一个基于CAN串行总线系统和CAL(CAN应用层）的高层协议。CANopen的核心概念riiKae
是设备对象字典（OD：ObjectDictionary），CANopen通信通过对象字典（OD)能够访问驱动器的所有参数。橡胶塑料机械
主机设备
外用轨助设备！
CAN接口
含终端电矶的CAN接口
可选DSI.B9
针电阻接头
乱连按导
终缩中阻
外围辅助设备：
CAN按口
1连安器
终端中阻
外围辅助设备2
CAV接
图1CAN总线接线示意图
终端中阻
外辅助设备3
CAN接口
悠端电
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4.3.2CANopen对象字典
CANopen对象字典（ObjectDictionary，OD)是CANopen协议最为核心的概念。所谓的“对象字典”，就是一个有序的对象组；每个对象采用一个16位的索引值来寻址。为了访问数据结构中的元素，同时定义了一个8位的子索引，对象字典的结构如表1所示。表1
0001h...001Fh
0020h.003Fh
0040h..005Fh
0060h...007Fh
0080h.009Fh
O0A0h.0FFFh
1000h..-1FFFh
2000h...5FFFh
6000h..9FFFh
Aoooh...BFFFh
Coooh.-FFFFh
不使用
静态数据类型
复杂数据类型此内容来自标准下载网
制造商规定的复杂数据类型
设备子协议规定的静态数据类型设备子协议规定的复杂数据类型保留
通信子协议区域（如设备类型、错误寄存器、支持的PDO数量）制造商特定子协议区域C
标准设备子协议区域
标准接口子协议区域
CANopen网络中每个节点都有一个对象字典。对象字典包含了描述这个设备和它的网络行为的所有参数
CANopen对象字典中的项由一系列子协议来描述。子协议描述对象字典中每个对象的功能、名字、索引、子索引、数据类型、读/写属性，以及这个对象是否必需等，从而保证不同厂商的同类型设备兼容。
CANopen协议的核心描述子协议是DS301，包括CANopen协议应用层及通信结构描述，其他子协议都是对DS301协议描述文本的补充与扩展。4.3.3CANopen子协议
4.3.3.1通信子协议
通信子协议（CommunicationProfile）描述对象字典的主要形式，以及对象字典中的通信对象和参数。这个子协议适用于所有的CANopen设备，其索引值范围为1000h～1FFFh。4.3.3.2
制造商自定义子协议
对于在设备子协议中未定义的特殊功能，制造商可以在制造商自定义子协议（ManufacturerspecificProfile)中根据需求定义对象字典项。因此，这个区域对不同厂商来说，相同的对象字典项的定义不一定相同，其索引值范围为2000h～5FFFh。4.3.3.3设备子协议
设备子协议（DeviceProfile）为各种不同类型设备定义对象字典中的对象，其索引值范围为4
6000h～9FFFh。
4.4CANopen通信协议
4.4.1概述
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CANopen协议是基于CAN总线网络。它定义了消息标识符如何被分配到设备及消息如何构成。CANopen设备通过节点号（节点ID)进行识别，一般该识别号在设备中设定，例如可通过拔码器实现。
每一个CANopen设备的中央控制器就是一个对象字典。该目录包含设备的所有参数。这些参数由通信参数、应用参数及应用数据组成。其中部分对象在通信子协议及设备子协议中定义。此外，仍有很多空间保留为生产商扩展使用数据对象通常是8位、16位或32位有符号或无符号格式。也有可能是更大的数据，如字符串。在这种情况下，需要多个CAN消息进行存取不同的服务可以建立连接、配置、同步及对象目录的常用存取。在CANopen协议中主要定义网络管理对象（NMT）、服务数据对象（SDO）、过程数据对象（PDO）、预定义报文或特殊功能对象4种对象。4.4.2主机设备与CANopen
在橡胶塑料机械行业，外围辅助设备一般指模温机、冷水机、干燥机、上料机等辅助设备。主机设备即成型机.包括注塑机、挤出机等。外围辅助设备一般可由主机设备进行控制，如主机设备可以对模温机进行启停及设置温度等操作，模温机控制器也可将实际温度或其他参数值传送回主机设备，用于测量装置及闭环控制器的CANopen设备子协议CiADP-404已经对这样的设备进行了定义。该协议支持多通道设备。
已经有大量设备制造商的设备配备了CANopen接口。因而，基于CANopen构建一个新的标准适用于成型周边辅机设备通信是非常必要的。4.4.3外围辅助设备接口
外围辅助设备接口基于CANopen协议。在此协议内，针对各种不同装置定义了不同的子协议。这些子协议定义了不同的功能块，这些功能块可用于不同的场合。外围辅助设备定义如何使用常用的功能块。此外，CANopen协议为设备生产商指定扩展提供了空间。它们用于在实例中描述额外的需求信息4.4.4网络管理对象
网络管理对象负责层管理、网络管理和ID分配服务，例如，初始化、配置和网络管理。网络管理中，同一个网络中只允许有一个主节点、一个或多个从节点，并遵循主/从模式。4.4.5服务数据对象
服务数据对象主要用于主节点对从节点的参数配置。服务确认是SDO最大的特点，为每个消息都生成一个应答，以确保数据传输的准确性。在一个CANopen系统中，通常CANopen从节点作为SDO服务器，CANopen主节点作为客户端。客户端通过索引和子索引能够访问数据服务器上的对象字典，所以CANopen主节点可以访问从节点的任意对象字典项的参数，并且SDO可以传输任何长度的数据。
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4.4.6过程数据对象
过程数据对象用来传输实时数据，其传输模型为生产者-消费者模型，数据长度被限制为1～8字节。PDO通信对象具有下列特点：
a）PDO通信没有协议规定PDO数据内容由它的COB-ID定义每个PDO在对象字典中用2个对象描述，分别是PDO通信参数和映射参数：b）
1）PDO通信参数：定义该设备所使用的COB-ID、传输类型、定时周期。2）PDO映射参数：包含一个对象字典中的对象列表，这些对象映射到相应的PDO.其中包括数据的长度。对于生产者和消费者，只有知道这个映射参数，才能够正确地解释PDC的内容。PDO内容是预定义的，如果PDO支持可变PDO映射，那么可以通过SDO进行配置。
c）PDO具有2种传输方式：同步传输和异步传输：同步传输：通过接收同步对象实现同步，按触发方式又可分为非周期传输和周期传输。1）
非周期传输由远程帧预触发，或者由设备子协议中规定的对象特定事件预触发。周期传输则通过接收同步对象来实现，可以设置1～240个同步对象触发。2）异步传输：由特定事件触发。按触发方式又可分为2种：一种通过发送与PDO的COBID相同的远程顿来触发；另一种由设备子协议中规定的对象特定事件来触发（如定时传KaeeiKAca
输、数据变化传输等）。
4.4.7预定义通信对象
4.4.7.1预定义
下列通信对象被预定义：
a）同步对象（SYNCobject)：
从站可以通过主站与同步对象同步。同步包含通信及设备中的活动两部分1）
2）同步对象由主站周期性地传送给所有从站。同步对象包含极高优先级的报文。报文没有数据字节。为了响应“同步”，从站可以传送3）
合适配置的PDO(主从原则)并且启动动作，如测量等。b）紧急对象（Emergencyobject)：参考异常处理。4.4.7.2异常处理
异常处理对象包含节点安全及紧急。节点安全：节点安全可以使主站与从站相互监视。主站需要周期性地通过RTR（远程传送）从各从站请求节点安全报文。主站可以通过“连接是否超时”监控识别节点是否异常。如果请求缺失，从站可识别异常并且按预定的行为做出反应紧急：从站可以通过紧急对象报告异常状态。该消息拥有高于PDO消息的优先级4.4.7.3网络管理
CANopen定义了简单的网络管理机制（NMT）。通过NMT命令可以切换不同的状态。这些状态仅在开始时由主站传送。NMT消息拥有最高有优先级。从站应至少支持表2的状态（最小设备能力）。6
初始化
预运行
标识符分配
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通电之后的状态。从站设备自动对其本身进行初始化并且转换为预运行状态从站设备允许从其对象目录中以SDO的方式访问。这就意味着该从站可以被参数化。该状态下禁用PDO通信
从站设备可运行。如果适宜，可进行同步，且可建立SDO及PDO通信在该状态下，禁用SDO及PDO通信.但是启用节点安全消息标识符是由功能码与节点ID组成，表3为概览。预定义主/从连接集中的广播对象见表3。表3
时间标识
功能码(二进制）
预定义主/从连接集中的对等网络对象见表4K
PDO(tx)
PDO(rx)
PDO(tx)
PDO(rx)
SDO(tx)
SDO(rx)
节点安全
CANopen设备子协议
CiA404
功能码（二进制）
通信对象ID(COB-ID)
通信对象ID(COB-ID)
129--255
385~511
513~639
641~767
769-895
14091535
15371663
1793~1919
主站大于所有从站
主站大于所有从站
主站大于所有从站
从站大于主站
从站大于主站
主站大于从站
从站大于主站
主站大于从站
从站大于主站
主站大于从站
主站大于从站
当通过不同传感器或控制器获取过程数据时，可以使用CANopen子协议CiA404。基于此目的，CiA404定义了不同的功能块，见表5。每个功能块最高包含199个通道，GB/T38687—2020
功能块
数字输入功能块
模拟输入功能块
数字输出功能块
模拟输出功能块
控制器功能块
报警功能块
设备功能块
数字输入，每个通道可以映射8个数字输入应用
对于传感器，该功能块可以用于构建CANopen接口，包括诸如传感器类型信息和单位信息数字输出，每个通道可以映射8个数字输出模拟输出
为所有类型的控制器措述各种控制器PID算法传感器和极限值监控
基于此功能块产生警报；例如，传感器异常时，数据超出某个临界值或两个值的差异超过预设值
在对象目录中子协议指定的数据既可以根据功能块划分也可以根据数据类型分组，见表6、表7表6
6000h...6FFFh
7000h...7FFFh
8000h...8FFFh
9000h...9FFFh
对象类型
数字输入功能块
模拟输入功能块
数字输出功能块
模拟输出功能块
控制器功能块
报警功能块
数据格式和单位
浮点数
16位整数
24位整数
32位整数
6000h.·.60FFh
X100h.-X1FFh
6200h.··62FFh
X300h...X3FFh
X400h...X4FFh
X500h.·.X5FFh
数据类型
在CiA404中，任何值都可声明单位。并且可以将非整型值转化为16位整数。从而定义在某个对象中小数点后面可以包含位数（见CiA404对象6102h）。示例：67.8转化成678，小数点后面是1位数6厂商自定义子协议
CiA404对象
厂商自定义子协议使用下列CiA404功能块8
a）控制器功能块（Controllerfunctionblock）；b）报警功能块（Alarmfunctionblock）；c）本设备特有功能块。
控制器功能块包括通用控制器参数和控制方式报警功能块用于监控超限（下限或上限)的过程值。4.6.2扩展对象
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原则上来讲，温度控制设备反馈的控制参数被映射在由设备子协议定义的控制器功能块中。然而，当这些预定参数不能满足实际设备的需求，就需要将更多参数定义在对象目录的厂商自定义子协议部分。
采用与CiA404相同的通道机制：分索引用于识别通道。如果仅1个通道可用，则分索引为1。分区与子协议指定区域的一样，见表8。表8
2000h---2FFFh
3000h.3FFFh
4000h...4FFFh
5000h.5FFFh
浮点数（不使用）
整数16
整数24(不使用）
整数32（不使用）
数据类型
注：本标准中CANopen自定义子协议的所有参数都定义为16位整数ii
过程值（如温度等）包括下列参数：a）有效值；
b）物理单位字段；
c）小数位字段。
控制字包括一些扩展命令，例如，负压模式（在系统有泄漏时的一种紧急操作模式）或故障重置。各种情况下的设备动作及异常通过字状态通知主机。该子协议仅定义了少量主要由用户预测的特定异常位如果一个辅机设备的异常没有相应的预定义异常位，则可使用“通用异常位”。已出现异常的详细信息可以在设备上查看。
CANopen设备通信地址定义
5.1概述
底层设置服务（LSS）和协议提供查询和修改CANopen设备物理层、数据链路层和应用层参数的功能。LSS能够查询和修改的参数包括：a）CANopen从节点的地址（Node-ID)；物理层的位定时参数（波特率）；b）
c）LSS地址（参考DS301索引1018h)。通过LSS及协议，LSSSlave可通过网络配置相应的参数（设置节点地址和波特率等），而无需使用硬件，如DIP开关等设置地址和波特率。9
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