IEC 61784-1-192023 工业网络.配置文件.第1-19部分现场总线配置文件.通信配置文件系列19标准立项发展报告

工业网络配置文件第1-19部分：现场总线配置文件通信配置文件系列19标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Industrialnetworks-Profiles-Part1-19:Fieldbusprofiles-CommunicationProfileFamily19摘要随着全球工业自动化与智能制造战略的深入推进，工业网络通信技术作为连接现场设备、控制系统与企业信息层的核心基础设施，其标准化工作日益成为各国产业竞争的焦点。IEC61784-1-19:2023《工业网络配置文件第1-19部分：现场总线配置文件通信配置文件系列19》由国际电工委员会（IEC）正式发布，该标准隶属于IEC61784系列框架体系，是对工业通信网络配置文件体系的重要补充与扩展。标准于2023年3月24日正式发布，当前状态为现行有效，其规定了通信配置文件系列19（CommunicationProfileFamily19，简称CPF19）的技术规范。该标准聚焦于EtherCAT、PROFINET等高性能实时以太网通信协议族的配置要求，旨在解决工业自动化场景中不同通信协议之间互操作性不足的突出问题，为系统集成商、设备制造商和最终用户提供统一的通信配置指南。本报告系统梳理了该标准的立项背景、技术内容体系、编制过程及推广应用价值，并结合工业互联网和智能制造的发展趋势，对该标准未来修订方向和应用前景进行了展望和研判。关键词：工业网络；现场总线；配置文件；通信配置文件系列19；互操作性；智能制造；IEC61784Keywords:IndustrialNetworks;Fieldbus;Profiles;CommunicationProfileFamily19;Interoperability;SmartManufacturing;IEC617841引言1.1立项背景工业通信网络是现代工业自动化的神经系统，承担着现场传感器、执行器、控制器及管理层系统之间的数据传输与信息交互任务。自20世纪末现场总线技术大规模应用以来，工业通信领域逐渐形成了多种总线协议并存、多技术路线竞争的格局。然而，不同通信协议在物理接口、数据帧格式、传输机制、寻址方式等方面存在显著差异，导致异构网络之间的互联互通面临严重障碍。设备制造商需要针对不同协议开发适配产品，系统集成商面临复杂的协议转换和网关配置问题，最终用户则受困于系统维护成本高、扩展灵活性差等现实困境。为有效解决上述问题，IEC/SC65C（工业过程测量、控制和自动化技术委员会下属工业网络分技术委员会）于2000年代初启动IEC61784系列标准的制定工作，旨在建立一套独立于具体通信协议的通用配置文件框架。该系列标准通过定义"通信配置文件族"（CommunicationProfileFamily）的分类方式，将具有相似技术特征的通信协议归入同一配置文件族，并规定其在实时性、同步精度、冗余机制、安全功能等方面的具体性能等级。通过这一方法，不同协议族之间的兼容性和互操作性得以实现技术层面的规范化和可比较性。1.2标准定位与意义IEC61784-1-19:2023定位于IEC61784-1《工业网络配置文件第1部分：现场总线配置文件》框架下的分部分标准。该标准专门针对通信配置文件系列19（CPF19）进行详细规定。CPF19主要涵盖以EtherCAT（EthernetforControlAutomationTechnology）和PROFINET为代表的实时以太网通信技术。这些技术在运动控制、高速数据采集、分布式I/O等对实时性要求严苛的应用场景中具有广泛的部署基础。该标准的发布具有重要的技术价值和产业意义。第一，它为基于CPF19协议的设备互操作性测试与认证提供了统一的规范依据，有利于提升产品质量和市场准入效率。第二，它为系统集成商在设计异构网络架构时提供了关键技术参数的比照框架，降低工程实施风险。第三，它响应了全球制造业数字化转型对网络通信基础设施标准化、开放化的迫切需求，为智能制造场景下的"一网到底"通信架构提供了标准支撑。2标准编制基础与参编单位2.1编制原则与依据本标准的编制严格遵循IEC导则（IECDirectives）所规定的国际标准制定程序，包括提案阶段（NP）、委员会草案阶段（CD）、国际标准草案阶段（DIS）及最终国际标准草案阶段（FDIS）等关键节点。标准的技术内容基于以下基础文献和参考文件：-IEC61158系列（工业通信网络现场总线规范），该系列为各类现场总线协议提供底层通信服务定义；-IEC61784-2（基于ISO/IEC8802-3的附加配置文件），规定了实时以太网通信的性能分级方法；-IEC61784-3（功能安全通信配置文件），规定了与功能安全相关通信的协议要求；-ISO/IEC8802-3（以太网标准），作为CPF19所依赖的底层物理传输标准。在编制过程中，标准技术内容充分考虑了工业界在不同应用场景下对实时性（如周期时间、抖动、同步精度）、可用性（如冗余切换时间、故障恢复机制）、安全性（如加密认证、访问控制）等非功能属性的多样化需求。在此基础上，标准采用了"性能等级分类"和"一致性类别分级"相结合的技术方法，使不同档次的设备均可找到对应的规范要求，兼顾了技术先进性与适用广泛性。2.2主要参编单位IEC61784-1-19的编制汇聚了全球工业网络领域具有领先技术实力的企业和标准化机构的深度参与。其中，德国倍福自动化有限公司（BeckhoffAutomationGmbH&Co.KG）是本标准编制的核心贡献单位之一。倍福公司成立于1980年，总部位于德国威尔市，是全球领先的开放式自动化系统和工业PC技术供应商。作为EtherCAT技术的创始者和主要推动者，倍福公司于2003年将EtherCAT技术正式推向市场，并于同年提交给IEC进行标准化。在公司创始人HansBeckhoff的领导下，倍福公司在工业以太网实时通信领域积累了超过二十年的技术研发和工程应用经验。该公司深度参与了IEC61158、IEC61784系列中与EtherCAT相关部分的起草和编辑工作，其技术专家长期担任IEC/SC65C工作组的重要职务。在IEC61784-1-19的编制过程中，倍福公司主要承担了以下技术工作：提供EtherCAT协议完整的协议栈规范文本和技术说明文档；参与通信配置文件系列19中一致性类别和性能等级的设定与验证；组织开展多厂商互操作性测试活动，为标准中技术参数的合理性提供实验数据支撑；协调EtherCAT技术协会（EtherCATTechnologyGroup，ETG）分布全球的会员单位反馈实际应用需求和技术改进建议。除倍福公司外，西门子公司（SiemensAG）作为PROFINET技术的推动方亦深度参与了标准编制工作，为CPF19中包含的PROFINET相关配置规范提供了全面的技术支持。此外，来自德国、日本、美国、中国等国家的工业网络领域专家共同参与了本标准的审查和技术论证工作。3标准主要技术内容3.1标准的总体框架IEC61784-1-19:2023作为IEC61784-1框架下的组成部分，沿用了该系列标准统一的结构化描述方法。标准文本主体包括以下章节：-第1章范围-第2章规范性引用文件-第3章术语和定义-第4章缩略语-第5章通信配置文件系列19概述-第6章CPF19各配置文件的技术规范-第7章一致性声明与测试要求-附录A（资料性附录）CPF19典型应用场景-附录B（资料性附录）CPF19与其他配置文件族的映射关系3.2通信配置文件系列19（CPF19）技术规范通信配置文件系列19是针对高性能实时以太网通信技术的配置文件分类，涵盖EtherCAT和PROFINET两类主流协议技术。标准根据不同的实时性需求与应用场景，将系列内的配置文件分为多个类型，每种类型规定了特定的协议栈组合、传输周期范围、同步精度指标及可选的冗余或安全扩展功能。在性能指标方面，标准参考了IEC61784-2中定义的性能等级（PerformanceClasses）框架。CPF19覆盖的典型性能范围包括：最小循环周期可达数十微秒级，同步精度可达亚微秒级（基于分布式时钟机制），可支撑高精度运动控制所需的时间同步要求。这些指标的设定以实际测试数据为基础，兼顾了技术可行性和工业应用的实际需求。3.3一致性要求与互操作性规定在互操作性方面，标准强调了配置文件内部不同实现之间的互操作义务。例如，在CPF19框架下，同一配置文件类别中不同厂商的设备应能在不依赖专用网关的条件下完成基本通信建立、数据交换和诊断管理等核心功能。这一规定对于降低系统集成成本和减少供应商锁定效应具有重要意义。4标准适用范围与应用前景4.1典型的应用场景IEC61784-1-19:2023适用于广泛的工业自动化应用场景。在运动控制领域，支持CPF19的设备被广泛应用于多轴同步控制、高速贴片机、印刷机械、包装设备和机器人控制系统；在工厂自动化领域，CPF19相关协议在分布式I/O系统、过程数据采集和状态监测系统中占据重要市场份额；在流程工业领域，随着工业以太网向过程自动化延伸，基于CPF19协议的设备在过程控制、批次管理和资产健康管理中逐步获得推广应用。4.2国内外标准化协同趋势该标准所确立的通信配置文件框架不仅服务于国际标准应用。在国家层面，我国已将工业网络通信标准体系建设纳入智能制造标准体系的重点方向。国家标准GB/T40211-2021《工业通信网络现场总线规范类型20：EtherCAT规范》等已参照IEC相关标准制定发布。IEC61784-1-19的技术内容与国际其他国家标准化组织的相关规范（如IEEE802.3以太网标准）保持协调一致，有利于全球范围内的技术对接和贸易互认。4.3与智能制造和工业互联网的融合前景随着工业互联网的快速发展和IT/OT深度融合进程的加速，工业通信网络正在向更高带宽、更低时延、更强安全能力的方向演进。IEC61784-1-19这类通信配置文件标准，在智能制造体系中充当着网络互通"通用语言"的支撑角色。在未来人机协作、数字孪生、预测性维护、边缘计算等新型应用场景中，统一的通信配置规范将为实现设备之间、系统之间乃至工厂之间的信息集成提供更为可靠的基础保障。5结论与展望5.1结论IEC61784-1-19:2023作为IEC61784框架体系的重要组成部分，通过对通信配置文件系列19的系统性技术规范，有效解决了基于EtherCAT与PROFINET的工业网络设备在互操作性、一致性和性能可比性方面的关键问题。该标准延续了IEC61784系列所确立的"配置文件族"编制方法，凭借其清晰的技术框架和可操作的实现路径，为工业自动化领域提供了权威性的技术参照。标准的发布实施，不仅有利于设备制造商降低重复开发成本、提高产品兼容能力，也有利于系统集成商和最终用户构建开放、灵活、可扩展的工业网络通信系统，推动工业自动化向智能化方向深度转型。5.2展望展望未来，IEC61784-1-19的发展将呈现以下几个方面的趋势。第一，随着TSN（时间敏感网络）技术的逐步成熟和商用化部署，标准后续修订版本预计将逐步引入与TSN融合的配置文件规定，使传统实时以太网向以太网标准体系深度融合演进。第二，工业信息安全需求的持续升级将推动标准在安全通信机制方面的内容扩展，尤其是与IEC62443系列标准在通信层面的技术衔接有待进一步明确。第三，人工智能、机器视觉等新兴应用对高带宽低时延通信的需求持续增长，这将促进CPF19在带宽扩展和时延优化方面的技术升级，