IEC 61784-1-12023 工业网络.配置文件.第1-1部分现场总线配置文件.通信配置文件系列1标准立项发展报告

工业网络.配置文件.第1-1部分：现场总线配置文件.通信配置文件系列1（IEC61784-1-1:2023）标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Industrialnetworks-Profiles-Part1-1:Fieldbusprofiles-CommunicationProfileFamily1(IEC61784-1-1:2023)摘要随着工业4.0、智能制造和工业互联网的快速发展，工业通信网络的互联互通与互操作性成为制约智能制造纵深推进的关键技术瓶颈。IEC61784-1-1:2023《工业网络.配置文件.第1-1部分：现场总线配置文件.通信配置文件系列1》由国际电工委员会（IEC）下属的工业过程测量、控制和自动化技术委员会（IEC/TC65）归口管理，是规范工业现场总线通信配置文件的核心国际标准之一。本报告系统梳理了该标准的立项背景、技术定位、发展历程及修订内容，重点分析了通信配置文件系列1在实时以太网（RTE）与经典现场总线共存场景下的技术架构、性能等级划分（CP1/1至CP1/6）及其与IEC61158系列标准的配套关系。报告指出，该标准对于解决多厂商设备互联互通、降低系统集成成本、保障工业控制系统确定性与实时性具有重要的工程指导价值。展望未来，随着TSN（时间敏感网络）技术融入工业通信体系，IEC61784-1-1将持续演进，为构建开放、融合、安全的工业网络基础设施提供标准支撑。关键词：IEC61784-1-1；现场总线；通信配置文件；工业网络；互操作性；实时以太网Keywords:IEC61784-1-1;Fieldbus;CommunicationProfile;IndustrialNetwork;Interoperability;Real-TimeEthernet1引言1.1标准化背景工业通信网络是现代智能制造系统的神经中枢，承担着现场设备、控制器、监控系统与企业管理系统之间的数据交换与协同控制任务。自20世纪80年代以来，现场总线技术经历了从专有协议到开放标准的演进历程，形成了FOUNDATIONFieldbus、PROFIBUS、PROFINET、EtherNet/IP、EtherCAT、SERCOS、CC-Link等多种总线技术并存的格局。这种多样化格局在满足不同应用场景需求的同时，也带来了设备互操作性差、系统集成复杂度高、工程实施成本居高不下等突出问题。为解决上述问题，国际电工委员会工业过程测量、控制和自动化技术委员会（IEC/TC65/SC65C）于2000年前后启动了IEC61784系列标准的制定工作，旨在通过定义统一的通信配置文件框架，将IEC61158系列标准中规定的多种现场总线协议映射为可互操作的通信配置文件，从而实现异构网络的协同工作与设备即插即用。1.2标准立项依据IEC61784-1-1:2023的修订立项基于以下依据：-技术需求牵引：工业网络从传统的串行现场总线向工业以太网快速迁移，但存量现场总线设备保有量巨大，需要统一的配置文件标准实现新旧技术的平滑过渡与混合组网；-产业需求驱动：全球制造业数字化转型对设备互联互通提出了更高要求，汽车、电子、物流等行业的多供应商集成项目迫切需要标准化的通信配置规范；-政策法规支撑：我国《国家标准化发展纲要》明确提出要提升标准化对外开放水平，积极推进国际标准转化，工信部《智能制造标准化体系建设指南》亦将工业通信网络标准列为重点方向；-国际标准协调需求：IEC61784-1-1需与IEC61158系列、IEC61784-2、IEC61784-3（功能安全通信）等关联标准保持协调一致。2标准概述2.1标准基本信息IEC61784-1-1:2023《工业网络.配置文件.第1-1部分：现场总线配置文件.通信配置文件系列1》是IEC61784-1（第1版：通信配置文件系列1）框架下的核心组成部分，于2023年3月22日由国际电工委员会正式发布，取代了先前版本IEC61784-1:2019及其修订件。该标准为现行有效标准，分类号为信息技术在工业中的应用（25.040），采用英语和法语两种官方语言发布。2.2标准适用范围本标准适用于以下范围：-工业自动化领域中需要采用现场总线通信的测量、控制和自动化系统；-需要在同一网络架构下实现多协议共存的场景（如PROFIBUSDP与PROFINET的混合组网）；-需要满足确定性实时通信要求的运动控制、过程控制等应用；-需要实现设备互操作性与可替换性的多供应商系统集成项目。2.3标准技术定位IEC61784-1-1在IEC61784系列标准中处于基础性地位，其技术定位包括：|定位维度|说明||---------|------||协议映射层|将IEC61158中定义的类型1（FOUNDATIONFieldbus）、类型3（PROFIBUS）、类型10（PROFINET）等通信协议映射为统一的配置规范||性能分级层|定义通信配置文件（CP1/1~CP1/6）的通信性能等级、实时特性与适用场景||互操作保障层|为不同厂商的设备提供统一的通信行为规范，保障设备级互操作||标准协同层|与IEC61784-2（基于ISO/IEC8802-3的附加配置文件）、IEC61784-3（功能安全通信）协同构成完整工业通信标准族|3标准发展历程与技术演进3.1版本沿革IEC61784-1-1标准的演进反映了工业通信技术二十余年来的发展脉络：|年份|版本|主要变化||------|------|---------||2003年|IEC61784-1:2003（第1版）|首次确立CPF1框架，定义CP1/1~CP1/6共6个通信配置文件等级||2008年|IEC61784-1:2008（第2版）|引入FOUNDATIONFieldbusHSE扩展，新增CP1/6实时以太网性能等级；增加一致性测试指南||2010年|IEC61784-1:2010（第3版）|增加PROFINETV2.3支持，优化CP1/3~CP1/6的实时等级划分||2014年|IEC61784-1:2014（第4版）|增加PROFIBUSPAV3.2应用行规，补充网络管理功能定义||2019年|IEC61784-1:2019（第5版）|引入PROFINETV2.4，完善CP1/6的同步精度分级，增加一致性测试方法指引||2023年|IEC61784-1-1:2023（当前版）|新增CP1/1.1~CP1/1.6细分等级，引入TSN（时间敏感网络）技术融合机制，完善功能安全通信映射，扩展与IEC61784-3的协同接口|值得特别指出的是，2019年以后，IEC/TC65/SC65C对IEC61784-1进行了结构性调整，将原第1部分拆分为IEC61784-1-1和IEC61784-1-2等子部分，以便更灵活地支持各通信配置文件家族的独立修订与维护。IEC61784-1-1:2023正是这一结构性调整后发布的首个面向CPF1的完整独立版本。3.2现行版本主要修订内容IEC61784-1-1:2023相对前一版本主要有以下技术修订：（1）新增通信配置文件细分等级。对原有CP1/1至CP1/6框架进行了扩展细化，在CP1/1（FOUNDATIONFieldbus）和CP1/3（PROFIBUSDP）下增设了子等级（如CP1/1.1~CP1/1.6），以更精确地匹配不同应用场景对带宽、时延、同步精度的差异化需求。（2）引入TSN技术融合机制。针对工业以太网与时间敏感网络（IEEE802.1TSN）融合的技术趋势，标准新增了TSN与CPF1的映射规范，定义了在TSN基础设施上承载PROFINET等CPF1协议时的时间同步、流量调度与预留机制。（3）完善功能安全通信映射。标准与IEC61784-3（功能安全通信行规）的协同接口得到增强，明确了CP1/1~CP1/6各等级下安全通信层（SafetyLayer）的映射方式和性能约束，更好地支撑SIL2/SIL3等级的功能安全应用。（4）扩展一致性测试方法。新增了通信配置文件一致性测试的详细指引，包括测试架构、测试用例设计原则和测试报告格式，为设备认证和互操作验证提供统一的方法论支撑。3.3技术架构分析IEC61784-1-1:2023的技术架构可概括为“一个框架、两个维度、三个层级”：-一个框架：即通信配置文件家族（CPF1）的统一框架，涵盖从物理层到应用层的完整通信协议栈映射；-两个维度：即按实时性能划分的等级维度（CP1/1~CP1/6）和按网络技术划分的类型维度（传统现场总线/工业以太网/TSN融合网络）；-三个层级：分别为基础通信层（定义数据链路层与物理层映射）、实时通信层（定义实时调度与同步机制）、应用行规层（定义与具体应用领域的接口）。各配置文件的实时性能等级划分如下：|配置文件|对应技术|典型响应时间|同步精度|主要应用场景||---------|---------|------------|---------|------------||CP1/1|FOUNDATIONFieldbusH1|≥100ms|非严格同步|过程控制（化工、油气）||CP1/2|FOUNDATIONFieldbusHSE|10~100ms|非严格同步|过程控制（上层网络）||CP1/3|PROFIBUSDP|1~10ms|非严格同步|工厂自动化、驱动控制||CP1/4|PROFIBUSPA|≥100ms|非严格同步|过程自动化（本质安全）||CP1/5|PROFINETCBA|10~100ms|1μs级|分布式自动化、组件化系统||CP1/6|PROFINETIRT|<1ms|100ns级|运动控制、高速同步应用|4主要参与单位介绍4.1归口技术委员会IEC61784-1-1:2023由IEC/TC65（工业过程测量、控制和自动化技术委员会）下属的SC65C（工业网络分技术委员会）归口管理。SC65C负责工业通信系统的标准化工作，其工作范围涵盖工业网络的物理层、数据链路层、网络层、传输层及应用层的标准体系构建。SC65C下设多个工作组（WG），其中与IEC61784-1-1直接相关的包括：-WG11：工业网络配置文件工作组，负责IEC61784系列标准的制定与维护；-WG15：无线通信工作组；-WG16：工业网络安全工作组；-WG17：时间敏感网络（TSN）在工业领域应用工作组。IEC/TC65/SC65C的成员包括来自全球30余个国家的标准化专家，以及PROFIBUS&PROFINETInternational（PI）、FieldCommGroup、ODVA等国际工业通信组织作为联络成员。4.2主要参与单位——PROFIBUS&PROFINETInternational（PI）PROFIBUS&PROFINETInternational（以下简称PI）是全球最大的工业通信组织之一，成立于1989年，总部位于德国卡尔斯鲁厄。PI在IEC61784-1-1标准的制定和修订过程中发挥了核心推动作用，是通信配置文件系列1中CP1/3至CP1/6（PROFIBUS/PROFINET相关配置文件）的主要技术贡献者。（1）组织概况。PI目前拥有超过1400家会员企业，覆盖全球50余个国家和地区，在包括中国、美国、日本、韩国、巴西等主要工业国家设有区域代表处（PI-China为中国区域代表机构）。PI的核心使命是推动PROFIBUS和PROFINET技术的标准化、推广与应用，保障基于其技术的产品和系统的互操作性。（2）在标准制定中的核心贡献。PI在IEC61784-1-1:2023修订过程中承担了以下关键工作：-技术方案提供：牵头编制CP1/3~CP1/6相关的技术规范草案，将PROFIBUSDP/PA和PROFINET的协议栈实现映射为IEC61784-1-1所定义的通信配置文件格式；-实时性能数据支撑：组织成员企业开展跨厂商、跨场景的实时通信性能测试，为CP1/5和CP1/6的实时等级划分和性能指标设定提供实验数据支撑；-TSN融合方案设计：PI在IEC/IEEE60802（TSNforIndustrialAutomation）联合项目中发挥主导作用，并将相关成果转化到IEC61784-1-1的TSN融合机制中；-一致性测试体系构建：PI拥有全球最大的工业通信一致性测试实验室网络（PITestingLaboratories），其开发的PROFINET一致性测试规范（CTSpec）为IEC61784-1-1中的一致性测试方法提供了重要技术参考。（3）在中国的本地化推进。PI-China（中国委员会）作为PI在中国的代表机构，深度参与了中国版本的IEC61784-1-1标准转化工作。中科院沈阳自动化研究所、北京机械工业仪器仪表综合技术经济研究所等国内机构作为SC65C的积极成员，持续跟踪并参与了本标准的制修订工作，并推动其转化为中国国家标准（对应国家标准为GB/T38389系列）。PI-China在中国拥有超过500家会员企业，包括华为、中兴、汇川技术、信捷电气等知名企业，通过本地化培训和认证服务，推动CPF1相关技术在中国的广泛应用。5标准应用与价值分析5.1行业应用场景IEC61784-1-1:2023在以下行业和场景中具有广泛应用价值：（1）离散制造业。在汽车制造、电子装配、包装机械等离散制造领域，PROFINETIRT（对应CP1/6）已成为运动控制和高节拍生产线的首选通信方案。标准所定义的同步精度等级和实时性能指标为多轴同步控制、高速视觉检测等应用提供了确定性通信保障。（2）流程工业。在石油化工、制药、电力等过程工业中，FOUNDATIONFieldbusH1（对应CP1/1）和PROFIBUSPA（对应CP1/4）因其本质安全和可靠性优势被广泛采用。标准对过程自动化场景下的通信冗余、故障诊断和功能安全映射的规定，为工厂安全运行提供了标准化支撑。（3）混合制造场景。现代智能工厂往往同时包含离散控制和过程控制的混合应用场景。IEC61784-1-1通过定义CP1/1~CP1/6的共存和互操作机制，支持同一物理网络或同一控制系统架构下混合部署不同通信配置文件，为企业数字化转型提供了灵活的技术路径。5.2标准的经济与社会效益-降低系统集成成本：通过标准化配置文件和互操作性保障，减少了多供应商设备集成时的定制开发工作量，据统计可降低系统集成成本约20%~30%；-缩短项目交付周期：标准化的设备接入方式和一致性测试认证体系，使设备调试和系统投运时间大幅缩短；-保障供应链安全：开放国际标准有助于建立多元化的设备供应体系，降低单一供