IEC 61158-6-282023 工业通信网络.现场总线规范.第6-28部分应用层协议规范.28型元件标准立项发展报告

工业通信网络现场总线规范第6-28部分：应用层协议规范28型元件标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Industrialcommunicationnetworks-Fieldbusspecifications-Part6-28:Applicationlayerprotocolspecification-Type28elements摘要随着全球制造业数字化转型与智能工厂建设的深入推进，工业通信网络作为智能制造基础设施的核心组成部分，其标准化工作的重要性日益凸显。现场总线技术作为工业通信网络的关键支撑，历经数十年发展已形成多层次、多类型的标准体系。IEC61158-6-28:2023《工业通信网络现场总线规范第6-28部分：应用层协议规范28型元件》由国际电工委员会（IEC）正式发布，该标准隶属于IEC61158系列现场总线规范体系，针对28型元件的应用层协议进行了系统性规范，为工业自动化系统中异构设备间的互联互通提供了统一的协议支撑。本报告系统梳理了该标准的立项背景、编制过程、核心技术内容及预期应用效益，重点分析了其在工业以太网与现场总线融合发展趋势下的关键作用，并展望了以时间敏感网络（TSN）、OPCUA等信息模型融合为代表的新一代工业通信标准化方向。本报告旨在为行业决策者、标准化工作者以及工业自动化领域技术人员提供全面的标准发展参考与实施指引。关键词：工业通信网络；现场总线；应用层协议；IEC61158；28型元件；工业自动化；智能制造；标准化Keywords:Industrialcommunicationnetworks;Fieldbus;Applicationlayerprotocol;IEC61158;Type28elements;Industrialautomation;Smartmanufacturing;Standardization一、引言1.1研究背景工业通信网络是实现工业自动化系统中传感、控制、执行与管理各层级之间数据交互的神经中枢，其性能与可靠性直接决定智能制造系统的整体运行质量。自20世纪80年代现场总线技术兴起以来，国际上先后出现了数十种现场总线协议，形成了多种技术路线并行发展的格局。为解决协议碎片化带来的互联互通障碍，国际电工委员会工业过程测量与控制技术委员会（IEC/TC65）主导制定了IEC61158系列标准，以统一现场总线技术规范，促进不同厂商设备之间的互操作性。IEC61158系列标准采用"多类型"架构设计理念，将不同的现场总线协议作为不同类型（Type）纳入统一的标准框架之下，各类型在物理层、数据链路层和应用层分别进行规范。其中，第6部分针对应用层协议规范进行了细分，以"第6-X部分"的形式分别规范不同元件类型（TypeX）的应用层协议。IEC61158-6-28:2023即为该系列中针对28型元件应用层协议的最新修订版本。1.2标准定位与意义IEC61158-6-28:2023标准的发布具有重要的技术引领与产业指导意义。一方面，该标准为基于28型元件的工业通信产品提供了明确的应用层协议实现规范，确保不同厂商产品在应用层能够实现有效的数据交换与语义互操作；另一方面，该标准的持续更新反映了工业通信技术从传统现场总线向高性能工业以太网和智能工业网络演进的趋势，为智能制造时代新型工业通信架构的构建提供了标准化支撑。本报告将从标准概况、技术内容、立项背景、编制过程、应用场景、实施价值及发展趋势等多个维度，对该标准进行全面的发展分析与解读。二、标准概况2.1标准基本信息|项目|内容||------|------||标准编号|IEC61158-6-28:2023||标准名称|工业通信网络现场总线规范第6-28部分：应用层协议规范28型元件||英文名称|Industrialcommunicationnetworks-Fieldbusspecifications-Part6-28:Applicationlayerprotocolspecification-Type28elements||标准状态|现行||发布机构|国际电工委员会（IEC）||分类号|工业自动化系统||发布日期|2023年3月24日||发布年份|2023年||国别|国际组织||语言|英语、法语||ICS分类|25.040.40（工业过程测量与控制）、35.100.70（应用层）|2.2标准版本与发布形式该标准为电子版发行，采用加密PDF格式，用户下载后需安装FileOpen插件方可阅读，文件大小约为1分钟下载量级。在版权保护方面，该标准限制累计3台电脑使用，共计可打印5次，这一数字版权管理措施体现了IEC对标准知识产权的严格保护，也提示用户在采购和使用过程中需合理规划下载设备和打印需求。2.3标准定价该标准的定价为1294.0元人民币（含增值税），反映了IEC国际标准在中国市场的定价体系。对于标准化程度较高、涉及面广的工业通信类标准而言，该价格处于中等偏上水平，体现了其作为专业技术规范的知识产权价值。三、标准立项背景3.1工业通信技术演进与标准化需求工业通信技术的发展大致经历了三个阶段：20世纪80年代至90年代的现场总线技术兴起阶段，21世纪初至2015年前后的工业以太网普及阶段，以及2015年以来面向智能制造的下一代工业通信体系构建阶段。在此演进过程中，IEC61158系列标准始终作为工业通信领域最基础、最核心的国际标准体系，持续发挥着技术统一与规范引领的作用。随着工业互联网、边缘计算、数字孪生等新技术理念的不断渗透，工业通信网络正面临前所未有的变革压力。一方面，现有现场总线系统存量巨大，仍需维护和扩展；另一方面，新型应用对通信的实时性、确定性、安全性、灵活性提出了更高要求。在此背景下，IEC61158系列标准的持续修订完善具有重要的现实意义。3.2IEC61158系列标准的架构与发展IEC61158系列标准由IEC/TC65（工业过程测量与控制技术委员会）下的SC65C（工业网络分技术委员会）负责制定和维护。该系列标准最初发布于1999年，采用了革命性的"多类型"架构，将当时主流的多种现场总线协议统一纳入一个标准框架之中。经过二十余年的持续修订，IEC61158系列标准已经发展为包含数十个部分的标准家族，涵盖物理层、数据链路层、应用层以及网络管理等多个层次。在应用层规范方面，IEC61158-6系列标准针对不同的元件类型分别制定了对应的应用层协议规范，包括Type1（FoundationFieldbus）、Type2（CIP）、Type3（PROFIBUS）、Type10（PROFINET）、Type20（HART）、Type28等多个类型。其中，28型元件对应的技术方案在实时性、可靠性及与工业以太网技术的融合方面具有独特的技术优势。3.328型元件标准的立项动因28型元件应用层协议的标准化工作，源于以下几个方面的核心需求：第一，异构系统互联互通的需要。现代工业自动化系统往往需要在同一网络架构中集成多种通信协议设备，28型元件应用层协议的标准化为解决异构系统间的应用层数据交互提供了统一规范。第二，实时通信性能提升的需求。随着运动控制、机器人协同等高性能应用场景的普及，工业通信对实时性和确定性的要求不断提高。28型元件协议在设计上充分考虑了硬实时通信的需求。第三，与工业以太网融合发展的趋势。工业以太网技术在工厂层的广泛应用使得现场总线需要更具开放性和兼容性，28型元件协议的制定充分考虑了与工业以太网技术的对接能力。第四，智能制造对信息模型和语义互操作的新要求。智能制造强调设备间语义层面的互操作，而不仅限于数据位的传输，28型元件应用层协议需要支持更丰富的信息建模能力。四、标准编制过程4.1编制机构与组织架构IEC61158-6-28:2023标准由IEC/TC65/SC65C/WG17工作组具体负责维护和修订工作。该工作组汇聚了来自全球主要工业自动化企业、研究机构和标准化组织的技术专家，包括西门子、ABB、罗克韦尔自动化、施耐德电气、横河电机、霍尼韦尔等国际知名企业均深度参与了标准的制定和修订工作。4.2编制历程与关键节点IEC61158-6-28标准的前期版本经历了多轮修订与更新。自IEC61158系列标准首次发布以来，28型元件应用层协议规范便作为该系列的重要组成部分持续演进。2023年版本是在前期版本基础上，结合近年来技术发展和应用需求的变化进行系统性修订的结果。在修订过程中，工作组重点考虑了以下方面：一是与IEC61158系列其他部分的一致性协调；二是吸收近年来在工业通信安全、时间敏感网络（TSN）等领域的新成果；三是反映工业自动化对信息模型和语义互操作性不断提升的需求；四是兼顾与IEC61784、IEC62541等配套标准的兼容性。标准的制定遵循了ISO/IEC导则所规定的标准制定程序，包括工作草案（WD）、委员会草案（CD）、国际标准草案（DIS）和最终国际标准草案（FDIS）等阶段，并经过严格的投票表决程序，最终由IEC正式发布。五、标准技术内容详解5.1现场总线应用层协议的功能定位IEC61158-6-28:2023所规范的应用层协议位于OSI参考模型的应用层，是为工业自动化应用提供通信服务的最高层次协议。应用层协议的主要功能包括：为应用进程提供访问通信服务的接口手段；定义应用层服务的数据编码规则；规范服务执行过程中应用实体之间的交互行为等。在28型元件的协议设计中，应用层协议需要实现以下核心功能：-面向连接的数据传输服务：支持建立、管理和释放应用连接，确保数据传输的可靠性和有序性。-变量与对象访问服务：支持对远程设备中的变量、对象和数据结构进行读写访问，实现分布式的数据共享。-事件管理与报警通知：支持事件的上报与分发机制，实现对异常状态的实时监控与响应。-程序与设备管理：支持远程的程序下载、启动、停止等操作，以及设备参数的配置与管理。-时间同步与调度：支持精确的时间同步机制，为实时控制提供时间基准。5.2协议结构与应用层服务依据ISO/IEC7498-1（OSI参考模型）和ITU-TX.200建议的分层架构原则，28型元件的应用层协议在体系结构上遵循IEC61158-5系列所定义的通用应用层框架，在协议实现层面则通过IEC61158-6-28给出具体的协议描述与控制规则。28型元件的应用层协议体系由应用层服务元素（ASE）和应用关系（AR）等核心概念构成。其中，应用层服务元素定义了具体的服务类型和服务原语，而应用关系则规定了服务执行过程中应用实体之间的关联关系及双方向交互的规则。这种基于面向对象的建模方法，与制造报文规范（MMS）及现代工业以太网协议的设计理念一脉相承，为非实时性信息交互和实时性过程数据传输提供了统一的表达框架。5.3数据编码与传输语法28型元件应用层协议采用了ASN.1（抽象语法记法一）作为数据描述语言，定义了应用层协议数据单元（APDU）的抽象语法和传输语法。通过BER（基本编码规则）或PER（压缩编码规则）实现数据编码，在保证数据语义完整性的前提下有效控制编码开销。针对工业控制场景对实时性和确定性的高要求，28型元件协议在编码效率和传输效率方面进行了针对性优化，在保持与IEC61158系列其他类型协议兼容性的基础上，力求降低协议处理延迟和带宽占用。5.4与其他标准的关系和兼容性设计IEC61158-6-28:2023的内容编排与结构设计遵循了IEC61158系列标准的整体框架，以确保系列标准在体系结构上的一致性。28型元件应用层协议在设计中遵循以下兼容性原则：-向下兼容：与IEC61158-6-28的先前版本保持功能兼容，确保存量设备和新设备之间的互操作性。-横向协调：与IEC61158-5-28（应用层服务定义）中的定义保持一致性，确保服务定义与协议规范的无缝衔接。-纵向衔接：与IEC61158-4-28（数据链路层协议规范）和IEC61158-3-28（数据链路层服务定义）协同工作，形成完整的协议栈体系。-外围配套：与IEC61784（与工业通信子系统相关的行规）、IEC62541（OPCUA统一架构）等配套标准保持协调。六、应用场景与产业价值6.1典型应用领域28型元件应用层协议适用于广泛的工业自动化应用场景，主要包括：过程自动化领域：在石油化工、电力、冶金等流程工业中，28型元件协议支持分布式控制系统（DCS）和现场智能设备之间的可靠通信，实现过程参数的实时采集、控制回路的闭环调节以及设备状态的在线监测。工厂自动化领域：在汽车制造、电子装配、食品饮料等离散制造行业中，28型元件协议为PLC、机器人、传感器、执行器等设备提供高效的实时通信通道，支撑生产线的协同控制和柔性制造。运动控制领域：在高端装备和高精度运动控制场景中，28型元件协议的硬实时性能满足多轴同步控制和高速高精度定位的需求。基础设施与能源管理领域：在智能电网、智慧水务、智能楼宇等基础设施领域，28型元件协议支持分布式监控系统与现场设备间的数据交换和远程管理。6.2标准的产业价值分析从产业发展的角度审视，IEC61158-6-28:2023的发布具有多层面的价值贡献：降低系统集成成本：通过标准化的应用层协议，不同厂商设备间的集成复杂度显著降低，系统集成商无需针对每种设备开发专用的协议转换模块，有效节约了工程实施和维护成本。提升供应链灵活性：标准化协议打破了单一厂商的技术锁定，设备选型范围扩大，最终用户可以根据性价比、服务能力等多维度因素自由选择合适的产品。保障系统长期可维护性：标准的持续更新和版本管理确保基于28型元件的工业通信系统具有良好的生命周期支持，降低了技术过时风险。促进技术创新与产业升级：统一的标准框架为技术演进提供了稳定的平台基础，企业可以在标准化框架内聚焦核心技术创新，推动产业整体技术水平提升。七、主要参与单位介绍——IEC/TC65/SC65C7.1机构概述IEC/TC65（工业过程测量与控制技术委员会）是国际电工委员会下设的核心技术委员会之一，负责工业过程测量与控制领域的标准化工作。其下属的SC65C（工业网络分技术委员会）专门负责工业通信网络的标准化事务，是IEC61158系列标准的直接归口管理机构。SC65C的工作范围覆盖工业通信网络的各个技术层次，包括物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层以及工业网络安全、无线工业通信等新兴领域。SC65C的成员包括来自全球31个参与国（P-member）和17个观察国（O-member）的标准化专家，广泛覆盖了工业自动化领域的主要技术力量。7.2核心工作方向SC65C当前的核心工作方向包括：-维护和发展IEC61158系列现场总线标准，确保其持续适应技术演进需求；-推动工业以太网和实时以太网技术的标准化，促进传统现场总线向下一代工业网络的平滑过渡；-推进工业无线通信标准化（IEC62591等），支持工业无线网络与有线网络的融合；-开展工业通信信息安全标准化工作，构建面向工业环境的纵深防御体系；-积极对接时间敏感网络（TSN）、OPCUA等信息通信前沿技术，推动其与工业通信体系的深度融合。7.3对28型元件标准的贡献在IEC61158-6-28:2023的编制与修订过程中，S