IEC 61784-1-62023 工业网络.配置文件.第1-6部分现场总线配置文件.通信配置文件系列6标准立项发展报告

工业网络配置文件第1-6部分：现场总线配置文件通信配置文件系列6标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Industrialnetworks-Profiles-Part1-6:Fieldbusprofiles-CommunicationProfileFamily6摘要随着工业4.0和智能制造的深入推进，工业通信网络作为连接现场设备与控制系统的关键基础设施，其标准化工作日益受到国际社会的高度重视。国际电工委员会（IEC）于2023年3月21日正式发布IEC61784-1-6:2023《工业网络配置文件第1-6部分：现场总线配置文件通信配置文件系列6》，该标准隶属于IEC61784系列标准体系，是对工业通信网络配置文件体系的持续完善与更新。本报告全面梳理了该标准的立项背景、编制历程、技术内容及国际应用现状，分析了其在工业自动化、过程控制、设备互操作等领域的重要支撑作用。标准明确了CPF6系列（即PROFIBUS与PROFINET相关通信协议族）的性能等级划分、协议一致性要求及设备互操作性规范，为制造商、系统集成商和最终用户提供了统一的技术依据。本报告的发布旨在为国内相关标准化工作提供参考，推动我国工业通信网络标准化体系的完善与国际化对接。关键词：工业网络；现场总线；配置文件；通信配置文件系列6；IEC61784；互操作性；工业自动化Keywords:Industrialnetworks;Fieldbus;Profiles;CommunicationProfileFamily6;IEC61784;Interoperability;Industrialautomation一、引言1.1研究背景工业通信网络是现代工业自动化系统的神经系统，承担着传感器、执行器、控制器及管理层之间数据采集、传输与控制指令下达的关键任务。自20世纪80年代现场总线技术诞生以来，工业通信领域先后涌现出数十种各具特色的总线协议，包括PROFIBUS、PROFINET、FoundationFieldbus、HART、CANopen、DeviceNet等。这些协议在技术路线、传输方式、实时性能、应用领域等方面各具优势，但同时也带来了设备互操作性差、系统集成复杂度高等突出问题。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）于1999年启动IEC61784系列标准的制定工作，旨在通过建立统一的通信配置文件体系，规范各类现场总线协议的技术特性、性能等级和一致性要求，从而实现不同厂商设备在同一通信网络中的无缝协同工作。1.2标准定位与意义IEC61784-1-6:2023作为IEC61784系列的重要组成部分，专门针对通信配置文件系列6（CommunicationProfileFamily6,CPF6）进行技术规范。CPF6涵盖PROFIBUSDP、PROFIBUSPA及PROFINET等基于IEC61158协议的工业以太网与现场总线通信技术。该标准的发布实施对于推进工业通信网络的标准化、开放化和互操作化具有重要意义，是智能制造时代工业通信基础设施建设的核心依据之一。二、标准编制背景与立项依据2.1国际标准化环境当前，全球工业通信标准化格局呈现多体系并行、融合发展的态势。IEC/TC65负责工业过程测量与控制的标准化工作，其下属的SC65C（工业网络分技术委员会）具体承担工业通信网络的标准化任务。IEC61784系列标准是SC65C的核心工作成果，与IEC61158（工业通信网络-现场总线标准）、IEC61918（工业通信网络-安装布线）等标准共同构成完整的工业通信标准体系。2.2技术发展驱动力随着工业物联网（IIoT）、数字孪生、边缘计算等技术在制造业的加速渗透，工业通信网络正面临着带宽需求剧增、时延要求趋严、安全性要求提升等新的技术挑战。PROFINET作为基于工业以太网的新一代通信技术，其实时性能已能满足等时同步运动控制（IRT）的苛刻要求，同时支持TCP/IP标准协议，成为工业以太网领域的主流技术之一。对这些新型技术进行标准化规范，是IEC61784-1-6标准持续修订的内在驱动力。2.3立项必要性本次修订立项的必要性主要体现在以下方面：第一，原有版本（IEC61784-1:2019）中CPF6部分的技术内容需要与最新版IEC61158系列标准保持同步更新；第二，PROFINET技术的发展（如PROFINEToverTSN等新特性的引入）要求在配置文件中予以体现；第三，智能制造和工业互联网的应用需求对通信配置文件的功能安全、信息安全、系统冗余等提出了更高要求；第四，需要进一步完善一致性测试规范，降低设备互操作性验证的复杂度。三、标准主要内容3.1标准结构IEC61784-1-6:2023沿用了IEC61784-1的总体结构框架，在"通信配置文件"的大框架下针对CPF6进行了详细规定。该标准与IEC61784-1的其他部分（CPF1至CPF17等）并行，分别对应不同的通信协议族，各组成部分既可独立使用，也可配合使用。3.2关键技术内容（一）CPF6通信配置文件体系CPF6（CommunicationProfileFamily6）主要涵盖基于IEC61158Type3（PROFIBUS）和Type10（PROFINET）技术的通信配置文件。标准将CPF6细分为多个通信配置文件（CommunicationProfile，CP）：-CP6/1：PROFIBUSDP（DecentralizedPeriphery），用于工厂自动化中的分散式外围设备通信，支持从站间高速循环数据交换；-CP6/2：PROFIBUSPA（ProcessAutomation），用于过程自动化领域，支持在危险区域通过总线供电方式连接现场仪表设备，兼具本质安全特性；-CP6/3：PROFINETCBA（ComponentBasedAutomation），基于组件的自动化通信方式，适用于分布式智能设备的协同工作；-CP6/4：PROFINETIORT（Real-Time），软实时通信协议，适用于工厂自动化中的高性能I/O数据交换，循环周期可达数毫秒级别；-CP6/5：PROFINETIOIRT（IsochronousReal-Time），等时实时通信协议，通过硬件支持实现微秒级同步精度，适用于运动控制等高端应用场景。（二）性能等级划分标准依据IEC61784-2中定义的性能等级（PerformanceClasses）体系，对各通信配置文件规定了明确的性能要求。从基础的实时通信（RT）到高精度的等时实时通信（IRT），各性能等级在循环时间、同步精度、抖动控制等方面均有严格的量化指标，为设备选型和系统设计提供了重要依据。（三）一致性要求标准明确了设备实现各通信配置文件时应满足的一致性要求，包括协议实现一致性声明（PICS）、协议一致性测试（PCT）和互操作性测试（IOT）等三级验证体系，确保不同厂商制造的同类型设备在同一网络中能够实现即插即用和互操作。3.3标准间的协调关系IEC61784-1-6:2023在编制过程中充分考虑了与相关标准的协调性：-与IEC61158的关系：IEC61158规定了现场总线数据链路层和应用层的协议规范，IEC61784-1-6则在此基础上定义通信配置文件的组合方式及性能指标；-与IEC61784-2的关系：IEC61784-2规定了基于ISO/IEC8802-3（以太网）的实时通信配置文件，CPF6中的PROFINET部分与其密切相关；-与IEC61918的关系：IEC61918规定了工业通信网络的安装布线要求，与CPF6的应用部署直接关联；-与IEC61508、IEC61511的关系：在涉及功能安全的工业应用中，CPF6需要与功能安全标准配合使用，确保通信系统的安全完整性等级满足要求。四、标准编制过程与参编单位4.1编制过程IEC61784-1-6:2023由IEC/TC65/SC65C/WG10（工业通信网络工作组）负责维护与修订。标准修订工作严格遵循ISO/IEC导则所规定的标准制定程序，经历了NP（新工作项目提案）、WD（工作草案）、CD（委员会草案）、DIS（国际标准草案）、FDIS（最终国际标准草案）等关键阶段，最终于2023年3月21日由IEC正式出版发布。4.2主要参编单位CPF6系列通信配置文件的技术基础源自PROFIBUS与PROFINET国际组织（PI，Profibus&ProfinetInternational）的技术成果。PI组织成立于1989年，是全球最大的工业通信技术组织之一，在全球拥有超过1400家会员企业。在IEC61784-1-6的编制过程中，PI组织及其成员单位——包括西门子（Siemens）、菲尼克斯电气（PhoenixContact）、ABB、施耐德电气（SchneiderElectric）、库卡（KUKA）、倍福（Beckhoff）等国际知名企业深度参与，承担了技术方案提供、测试规范制定、实验验证等工作。五、标准应用与推广5.1国际应用现状IEC61784-1-6:2023作为国际通用的工业通信配置文件标准，已被全球主要工业自动化设备制造商、系统集成商和最终用户广泛采用。在欧洲，该标准已被CENELEC采纳为欧洲标准（EN61784-1-6）；在日本、韩国、美国等制造业发达国家，该标准也是工业通信系统设计与设备选型的重要参考依据。5.2技术应用场景标准所规范的CPF6通信配置文件广泛应用于以下典型场景：汽车制造领域，PROFINETIRT广泛应用于汽车焊接生产线、总装线的运动控制系统，实现多轴联动与高精度同步控制；过程工业领域，PROFIBUSPA广泛应用于化工、制药、油气等行业的过程控制系统，其本质安全特性使其能够在危险区域安全运行；物流仓储领域，PROFINETRT被大量应用于自动化立体仓库、分拣系统、AGV调度系统等场景，实现设备间的高效协同；能源基础设施领域，在风电场监控、变电站自动化、智能电网配电终端等场景中，PROFINET凭借其开放的以太网基础和良好的实时性逐步成为优选通信方案。5.3与智能制造战略的融合在智能制造和工业互联网的发展背景下，IEC61784-1-6:2023与工业4.0参考架构模型（RAMI4.0）、德国工业4.0通信体系及美国工业互联网联盟（IIC）参考架构等战略框架高度契合。该标准所规范的基于以太网的实时通信技术是工业4.0"管理壳"（AssetAdministrationShell）理念落地的关键通信基础。六、主要参编单位介绍6.1西门子股份公司（SiemensAG）西门子股份公司是全球领先的工业自动化与数字化解决方案提供商，总部位于德国慕尼黑，业务遍及全球200余个国家和地区。在工业通信领域，西门子是PROFIBUS和PROFINET技术的创始企业之一，长期担任PI组织的核心领导成员，深度参与IEC/TC65/SC65C的标准化工作。在CPF6系列标准的研发历程中，西门子贡献了其数十年积累的工业通信核心技术——包括实时以太网交换机制、等时同步协议实现、高性能ASIC芯片设计及通信系统诊断与运维技术等，并承担了大量一致性测试基准测试平台的开发与验证工作。西门子在其SIMATIC系列控制器、SINAMICS驱动系统、ET200分布式I/O等核心产品线中全面支持CPF6相关通信配置文件，其产品在全球范围内率先通过了相关一致性认证。同时，西门子依托其在汽车、制药、食品饮料、水处理等行业的丰富项目经验，为标准的工程应用提供了大量实践反馈与改进建议，有力推动了标准从技术规范向工程实践的落地转化。七、结论与展望7.1结论IEC61784-1-6:2023的发布实施是工业通信网络标准化进程中的重要里程碑。该标准通过对CPF6（PROFIBUS/PROFINET技术体系）通信配置文件的系统规范，为工业自动化领域提供了统一、开放、可互操作的通信技术框架。标准的实施有效降低了系统集成的技术壁垒和工程复杂度，提升了工业通信系统的可靠性、可用性和可维护性，对于推动全球制造业数字化转型具有重要意义。7.2发展趋势与展望展望未来，工业通信网络标准化面临新的发展机遇与挑战：一是时间敏感网络（TSN）技术的融合应用。随着IEEE802.1TSN系列标准的逐步成熟，PROFINEToverTSN的技术方案正在推进，未来的IEC61784-1-6修订版将进一步纳入TSN相关通信配置文件，实现IT与OT的深度融合，为工业互联网应用提供更高性能的通信底座。二是通信与信息安全的深度融合。面对日益严峻的网络安全威胁，IEC62443（工业通信网络安全）系列标准与IEC61784-1-6的衔接将更加紧密，未来的通信配置文件将内嵌安全机制设计要求。三是标准化与数字孪生技术的协同发展。工业通信系统的数字孪生建模要求通信配置文件提供更加结构化和语义化的信息描述，这也将成为未来标准修订的重要方向。中国作为全球最大的制造业国家和工业自动化市场，应积极跟踪和参与IEC61784-1-6及相关国际标准的制修订工作，加强国内相应标准化技术组织与国际标准体系的对接，推动我国工业通信技术的自主创新和国际兼容，为制造强国战略提供坚实的技术标准支撑。参考文献[1]IEC61784-1-6:2023,Industrialnetworks-Profiles-Part1-6:Fieldbusprofiles-CommunicationProfileFamily6[S].Geneva:IEC,2023.[2]IEC61158(allparts),Industrialcommuni