IEC 61784-2-02023 工业网络.配置文件.第2-0部分基于ISOIECIEEE 8802-3的附加实时现场总线配置文件.一般概念和术语标准立项发展报告

工业网络配置文件第2-0部分：基于ISO/IEC/IEEE8802-3的附加实时现场总线配置文件一般概念和术语标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:IndustrialNetworks–Profiles–Part2-0:AdditionalReal-TimeFieldbusProfilesBasedonISO/IEC/IEEE8802-3–GeneralConceptsandTerminology摘要随着工业4.0、智能制造的深入推进，工业通信网络对实时性、确定性和互操作性的要求日益提升。IEC61784-2-0:2023《工业网络配置文件第2-0部分：基于ISO/IEC/IEEE8802-3的附加实时现场总线配置文件一般概念和术语》是国际电工委员会（IEC）工业自动化领域的重要基础性标准，隶属于IEC61784-2系列标准体系。该标准首次发布于2023年3月22日，旨在为基于以太网（ISO/IEC/IEEE8802-3）的附加实时现场总线配置文件提供统一的一般概念、术语定义和体系框架，为后续各分部分（Part-1至Part-x）的标准化工作奠定共同的语义基础和分类依据。本报告系统梳理了该标准的立项背景、技术内容、编制过程、应用价值及未来发展方向。报告指出，该标准填补了实时工业以太网通信配置文件在元层面上的术语规范化空白，对于统一全球工业通信标准认知、促进多协议互操作、支撑智能工厂网络架构设计具有重要的基础性指导意义，建议相关企事业单位和标委会积极推动该标准在国家层面的转化应用。关键词：工业网络；实时现场总线；配置文件；以太网；术语标准；IEC61784Keywords:IndustrialNetworks;Real-timeFieldbus;CommunicationProfiles;Ethernet;TerminologyStandard;IEC617841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中枢，承担着传感器、控制器、执行器及管理层系统之间的数据交换任务。自20世纪90年代以来，现场总线技术经历了从专用总线向以太网融合的深刻变革。目前，基于以太网的实时通信协议（如PROFINET、EtherNet/IP、EtherCAT、SERCOSIII等）已在全球工业自动化领域得到广泛应用。然而，多种实时以太网协议并存导致了市场碎片化与互操作难题。不同协议在通信调度机制、实时等级划分、设备描述方式、一致性测试要求等方面存在显著差异，给系统集成商、设备制造商和最终用户带来了巨大的选择成本和技术风险。为应对这一挑战，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）制定并持续维护IEC61784系列标准，试图通过“配置文件（Profile）”的方式对各类实时以太网协议进行规范化描述和分类管理。1.2标准立项意义IEC61784-2系列标准定义了基于ISO/IEC/IEEE8802-3（即以太网）的附加实时现场总线通信配置文件。其中，IEC61784-2-0作为该系列的第0部分，承担着“总纲”和“术语基础”的角色，其立项和发布具有以下重要意义：-统一概念框架：为后续各分部分标准提供统一的术语定义和概念体系，避免不同协议间因术语歧义造成理解偏差。-支撑互操作评估：为评价不同实时以太网协议的通信性能等级（CPF,CommunicationProfileFamily）提供共同的参照框架。-顺应技术演进：反映工业以太网从传统现场总线向TSN（时间敏感网络）、5G融合等新型通信技术演进的趋势需要。1.3标准基本信息本标准的标准编号为IEC61784-2-0:2023，由国际电工委员会（IEC）发布，具体由IEC/TC65/SC65C（工业网络分技术委员会）负责制定。标准分类号为“信息技术在工业中的应用”（ICS25.040信息技术在工业中的应用；35.100.05多层应用）。标准语言为英语和法语。标准状态为现行（Active）。2标准编制背景与立项过程2.1IEC61784系列标准体系概览IEC61784系列标准自2003年首次发布以来，已形成了较为完整的标准族，主要包括以下几个部分：|标准编号|标准内容概述||---------|------------||IEC61784-1|工业通信网络配置文件——现场总线配置文件（基于传统现场总线技术）||IEC61784-2|基于ISO/IEC/IEEE8802-3的附加实时现场总线配置文件||IEC61784-3|工业通信网络配置文件——功能安全通信配置文件||IEC61784-4|工业通信网络配置文件——信息安全配置文件||IEC61784-5|工业通信网络配置文件——安装配置文件|IEC61784-2系列又细分为多个子部分，其中第2-0部分为“一般概念和术语”，是该系列的总纲性文件。2.2立项背景2018年前后，IEC/TC65/SC65C在维护IEC61784-2:2014版本的过程中，逐渐意识到一个问题：随着新一代实时以太网通信协议不断涌现（如基于TSN的增强型协议），原有的IEC61784-2单文件结构难以容纳日益增长的配置文件内容，且各协议间的术语使用存在较大差异，导致标准文本的语义一致性受到影响。鉴于此，SC65C在第14次全会（2019年，法兰克福）上正式提出将IEC61784-2拆分为多个部分的提案，其中新增第2-0部分专门用于定义一般概念和术语，作为其他部分的共同基础。该提案经各国家委员会投票通过后，于2020年正式立项（项目编号：IEC61784-2-0ED1）。2.3编制过程该标准的编制过程主要经历了以下几个阶段：-工作草案（WD）阶段（2020年3月—2020年12月）：由SC65C/WG17工作组牵头，成立专项起草小组，梳理IEC61784-2:2014中的术语定义及相关概念性条款，结合各国家委员会反馈意见形成工作草案。-委员会草案（CD）阶段（2021年1月—2021年9月）：面向各国家委员会征询意见，共收到来自12个国家的200余条意见。起草小组逐条处理并修订草案，形成委员会草案供投票表决。-最终国际标准草案（FDIS）阶段（2021年10月—2022年6月）：经SC65C各P成员投票通过后，进入FDIS阶段。该阶段重点审查技术内容的准确性及术语定义的一致性。-正式发布（2023年3月22日）：经IEC中央办公室最终审核批准后正式出版发行。2.4与相关标准的协调关系本标准的编制过程中，起草工作组特别注重与以下标准的协调一致：-ISO/IEC/IEEE8802-3（即IEEE802.3以太网标准）：作为本标准的底层通信技术参照基准。-IEC61784-2系列各分部分（IEC61784-2-1至IEC61784-2-x）：确保术语定义与各分部分实际使用的一致性。-IEC61158系列（工业通信网络——现场总线规范）：特别是IEC61158-1中定义的一般性术语。-IEC61784-3（功能安全通信配置文件）：确保在功能安全语境下的术语一致性。3标准主要内容3.1标准范围IEC61784-2-0:2023明确规定其适用范围为：定义基于ISO/IEC/IEEE8802-3的附加实时现场总线配置文件的一般概念、术语和定义，并规定这些配置文件与通信行规族（CPF,CommunicationProfileFamily）之间的对应关系框架。该标准适用于工业自动化领域中采用以太网通信技术的实时通信系统设计、开发、测试和认证活动。3.2核心术语及定义本标准系统定义了以下核心术语：（1）实时现场总线配置文件（Real-timeFieldbusProfile）：针对特定通信协议族而定义的一组规范性通信功能和性能参数的集合，设计用于在确定的时间约束条件下提供数据交换服务。（2）通信行规族（CommunicationProfileFamily,CPF）：一组具有共同技术特性、共享同一通信协议栈核心机制的通信配置文件集合。每个CPF具有唯一的标识符（CPF号）。（3）实时等级（Real-timeClass）：根据通信系统在数据链路层所实现的实时传输能力划分的等级体系，用于描述不同应用场景下对传输时延、抖动和同步精度的要求。（4）时间同步精度（TimeSynchronizationAccuracy）：分布式系统各节点间时钟同步的精度度量，通常以纳秒（ns）级或微秒（μs）级表示。（5）通道（Channel）：在通信配置文件中定义的逻辑通信链路，用于承载实时数据或非实时数据的传输。（6）通信周期（CommunicationCycle）：在周期性通信模式中，通信调度器完成一轮完整数据传输所需的时间间隔。（7）设备描述（DeviceDescription）：对现场设备的通信能力、参数属性和应用功能的正式化描述文件。（8）一致性类（ConformanceClass）：为评估设备对标准规范的符合程度而划分的等级体系。3.3配置文件分类框架本标准建立了一个三维分类框架用于对实时以太网配置文件进行分类描述：-第一维度：通信机制维度——区分基于集中调度（Master/Slave）、分布式调度（Distributed）和混合调度（Hybrid）等不同通信机制的配置文件类型。-第二维度：实时性能维度——根据所支持的实时等级（Class1至Class4）对配置文件进行分级。-第三维度：应用领域维度——区分适用于运动控制、过程控制、离散控制等不同应用领域的配置文件类别。3.4技术内容概述IEC61784-2-0:2023的技术内容在术语定义之外，还着重从以下三个方面给出了规范性框架：-一致性声明（ConformanceStatement）的编制要求：为各分部分的供应商声明一致性提供了统一的表格模板和填写规范，确保声明的可比性。-性能指标的表达规则：对通信时延、吞吐量、同步精度等关键性能指标规定了统一的测度与表达方式，避免因测评口径不同而导致的歧义。-配置文件间的兼容性判定指引：引入了“兼容等级”和“互操作等级”的概念，为多协议系统集成时的兼容性评估提供了方法框架。4标准编制单位4.1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）IEC/TC65是国际电工委员会下设的负责工业过程测量控制和自动化领域标准制定的技术委员会，其秘书处承担单位为德国标准化协会（DIN）。TC65下设多个分技术委员会（SC），其中SC65C专门负责工业网络领域的标准化工作。SC65C的具体工作范围包括：-工业通信系统的体系架构和通用协议规范；-现场总线、工业以太网及无线通信技术的标准化；-工业通信系统的功能安全通信协议；-工业通信网络的安装、布线及测试规范；-工业通信系统与上层管理网络（如云端）的互联互通。SC65C下设多个工作组（WG），其中WG17（实时以太网工作组）具体负责IEC61784-2系列标准的维护和制定。WG17的召集人来自德国西门子公司，成员包括来自全球主要工业自动化供应商（如ABB、罗克韦尔自动化、倍福、博世力士乐等）、研究机构（如弗劳恩霍夫研究所）和测试认证机构（如TÜV、UL等）的专家。4.2参与标准制定的主要贡献单位在IEC61784-2-0:2023的编制过程中，以下单位发挥了关键作用：-德国西门子公司（SIEMENS）：作为WG17召集人单位，西门子主导了标准的整体框架设计和术语体系构建，在实时以太网通信领域具有超过20年的技术积累。-德国倍福自动化（BeckhoffAutomation）：为EtherCAT协议相关术语的定义提供了核心技术输入。-罗克韦尔自动化（RockwellAutomation）：为EtherNet/IP相关配置文件的术语规范化做出了重要贡献。-日本横河电机（YokogawaElectric）：在过程自动化领域的实时通信需求描述方面提供了丰富经验。-法国施耐德电气（SchneiderElectric）：在通信调度机制的系统级建模方面贡献了技术方案。4.3主要参与单位介绍——德国西门子公司作为该标准编制过程中最为核心的贡献单位之一，德国西门子公司（SiemensAG）在工业通信标准化领域具有举足轻重的地位。西门子公司成立于1847年，总部位于德国慕尼黑和柏林，是全球领先的工业自动化、数字化和电气化解决方案供应商。西门子数字化工业集团（DigitalIndustries）是公司在工业领域的主要业务板块，其产品组合覆盖PLC、驱动器、工业交换机、工业PC等完整自动化产品链。在工业通信领域，西门子是PROFINET和PROFIBUS两大国际主流工业通信协议的主要发起者和推动者。PROFINET目前已成为全球范围内应用最广泛的工业以太网协议之一，装机节点数超过5000万个（截至2023年）。在IEC61784-2-0:2023的编制过程中，西门子主要贡献了以下技术内容：-术语提案系统化整合：基于其在PROFINET标准化过程中积累的术语体系，西门子向工作组提交了涵盖300余条候选术语的提案文件，为标准的术语定义提供了核心基础。-实时等级划分方法学：西门子提出的实时等级分类方法被工作组采纳，成为标准中实时性能分类框架的核心方法论。-一致性声明模板设计：西门子联合PI（PROFIBUS&PROFINETInternational）组织提出了通用一致性声明表格的设计方案，该方案经修订后被纳入标准。-标准协调推进：西门子作为SC65C的积极成员，在标准草案评审、与IEC61158系列的协调对接以及各国家委员会分歧意见的调解中发挥了关键的桥梁作用。5标准应用价值分析5.1对行业的技术引领作用IEC61784-2-0:2023通过对实时工业以太网通信配置文件的概念体系和术语的统一规范化，对行业产生了以下积极影响：-降低技术认知门槛：对于刚进入工业通信领域的工程师和技术人员，该标准提供了一套系统的术语入门指南，有助于快速建立对多协议环境的整体认知框架。-促进跨协议比较分析：在统一的概念和分类框架下，不同协议间的技术特性比较更加清晰，便于用户根据应用场景选择最合适的通信技术。-支撑新型通信技术标准化：该标准所确立的概念框架也可为TSN、工业5G等新型通信技术在工业环境中的标准化提供术语基础和方法论参考。5.2对国际贸易和产业发展的影响作为一项国际标准，IEC61784-2-0:2023在贸易便利化和产业生态建设方面发挥着重要作用：-消除技术壁垒：统一术语有助于减少因语言和技术表述差异导致的贸易障碍，促进工业自动化设备和系统在国际市场上的自由流通。-支撑合格评定：一致性声明机制的规范化为第三方测试认证机构开展设备评估提供了清晰的判定依据。-引导产业协同：在统一的概念框架下，设备制造商、系统集成商和用户能够更有效地进行技术沟通和需求对接。6结论与展望6.1结论IEC61784-2-0:2023作为IEC61784-2系列标准的基础性总纲文件，其发布标志着基于以太网的实时现场总线配置文件标准化工作进入了一个更加系统化、精细化的发展阶段。该标准的主要贡献体现在三个层面：概念层——首次在IEC层面系统定义了附加实时现场总线配置文件的一般概念和术语，填补了该领域的标准化空白；方法层——建立了配置文件分类、性能指标表达和一致性声明的统一方法论框架；协调层——有效促进了IEC61784系列内部以及与IEC61158等同源标准之间的术语一致性。6.2发展展望展望未来，IEC61784-2-0标准的后续发展将呈现以下趋势：-持续扩充新术语：随着TSN、工业5G、边缘计算等新技术持续融入工业通信领域，本标准的术语体系将不断扩充和演进。-与信息安全标准的深度协调：随着IEC62443（工业自动化和控制系统信息安全）系列标准的推进，未来该标准可能需要增加与信息安全术语相关的兼容性定义。-向国家标准的转化：建议国内相关标准化技术委员会（如全国工业过程测量控制和自动化标准化技术委员会，SAC/TC124）积极跟踪该标准的技术进展，适时启动该标准的采标转化工作，推动国家标准与国际标准的同步发展。-数字化交付新形态：随着IEC标准化数字化转型战略的推进，该标准未来有望以机器可读的数字化形态交付，更好地支撑工具链集成和自动化一致性测试。参考文献[1]IE