《工业现场通信质量检测 通用技术规范（征求意见稿）》.docx

Q/LB.□XXXXX-XXXX ICS 25.040 CCS N10 团 体 标 准 T/CAMS XXXX—XXXX 工业现场通信质量检测 通用技术规范 Industrial field communication quality inspection：General technical specification XXXX - XX - XX发布 XXXX - XX - XX实施 中国机械工业标准化技术协会  发布 T/CAMS XXXX—XXXX 目次 前言 III 1 范围 1 2 规范性引用文件 1 3 术语和定义 1 4 缩略语 2 5 工业现场的典型工业通信网络 2 5.1 工业通信网络类型 2 5.2 工业通信协议层次结构 3 6 工业现场通信质量关键指标 4 6.1 概述 4 6.2 物理层质量指标 4 6.3 数据链路层质量指标 5 6.4 应用层质量指标 6 7 工业现场通信质量主要影响因素 6 7.1 概述 6 7.2 设备故障因素 6 7.3 物理介质因素 6 7.4 安装不规范因素 6 7.5 电磁干扰因素 7 7.6 组态配置因素 7 7.7 互操作不兼容因素 8 8 工业现场通信典型故障 8 8.1 概述 8 8.2 数据链路层典型故障 9 8.3 应用层典型故障 10 9 工业现场通信质量检测 10 9.1 检测方法 10 9.2 检测及诊断流程 11 附录APROFI BUS通信网络的通信质量检测技术 （资料性） 12 A.1 PROFIBUS DP物理层检测 12 A.2 PROFIBUS PA物理层检测 15 A.3 PROFIBUS数据链路层检测 15 17 前言 本文件按照GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。 本文件由中国机械工业标准化技术协会提出。 本文件由中国机械工业标准化技术协会仪器仪表及自动化专业委员会归口。 本标准起草单位：机械工业仪器仪表综合技术经济研究所、北京鼎实创新科技股份有限公司、东北大学、中国科学院沈阳自动化研究所、上海自动化仪表有限公司、中电科仪器仪表有限公司、中国信息通信研究院、山东大学。 本标准主要起草人：王振、刘丹、李文娟、张晓玲、杨江涛、王剑、刘明哲、刘格娜、罗小易、陆妹、赵勇、刘谦、张承瑞、敖日格勒，李春雨、韩丹涛、胡永康、李方建、郑秋平。 工业现场通信质量检测 通用技术规范 1　 范围 本文件规定了工业现场环境中工业通信网络通信质量检测的通用技术要求，定义了衡量工业现场通信质量的关键指标，列出了工业现场通信质量的主要影响因素和典型故障，给出了工业现场通信质量的通用检测方法和检测流程。 本文件适用于指导工业用户和系统集成商、服务商进行工业现场环境中工业通信网络的通信质量检测、故障诊断和故障排除。 2　 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 9387.1—1998 信息技术 开放系统互连 基本参考模型 第1部分:基本模型 GB/T 26336-2010 工业通信网络 工业环境中的通信网络安装 GB/T 38868-2020 工业控制网络通用技术要求 有线网络 GB/T 38869-2020 基于OPC UA的数字化车间互联网络架构 GB/T 41588 道路车辆 控制器局域网（CAN）（所有部分）  IEC 61158 工业通信网络 现场总线规范（所有部分） IEC 61784-5 工业通信网络 行规 第5部分：现场总线安装导则（所有部分） 3　 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1　 数据编码 data coding 工业通信网络中的物理信号形式，包含用数字信号表示数据和用模拟信号表示数据两种方式。 3.2　 工业通信设备 industrial communication device 按照特定工业通信协议开发的具有工业通信能力的控制设备、现场设备和网络设备。 注1：本标准所提及的设备均指工业通信设备。 注2：控制设备包括可编程控制设备（如PLC、DCS、IPC）和监控设备（如SCADA、HMI），现场设备包括传感器、变送器、执行机构、远程IO设备等。 3.3　 通信质量 communication quality 通信的时效性、准确性、完整性、可靠性等标准程度。 3.4　 总线供电 bus power supply 一根线缆上同时提供通信和设备供电。 注：一般指能够提供总线供电的两线制的现场总线。 3.5　 循环通信 cyclic communication 设备之间周期性交换数据包的过程。 注：循环通信一般用于可编程控制设备与现场设备之间按照预先的组态配置而周期性交换输入/输出数据。 3.6　 非循环通信 acyclic communication 设备之间非周期性交换数据包的过程。 注：非循环通信一般用于可编程控制设备、监控设备对现场设备进行读写访问，如进行参数设置、数据获取等。 3.7　 循环数据 cyclic data 设备之间周期性交换的数据。 注：循环数据一般是可编程控制设备与现场设备之间周期性交换的输入或输出数据，这些数据主要与物理过程相关，也被称为过程数据。 3.8　 循环时间 cycle time 一个通信周期的持续时间。 3.9　 通信宏周期 communication macrocycle 网段上所有已组态设备完成一次循环通信所需的基本周期的集合。 注：通信宏周期一般为网段上所有已组态设备循环周期的最小公倍数。 4　 缩略语 DCS：分布式控制系统（Distributed Control System） FSK：频移键控（Frequency Shift Keying） HMI：人机接口（Human Machine Interface） IPC：工业计算机（Industrial Personal Computer） IO：输入输出（Input and Output） NRZ：不归零（Non-Return-to-Zero） OFDM：正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) OSI：开放系统互连（Open System Interconnection） PLC：可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller） SCADA：数据采集与监视控制系统（Supervisory Control And Data Acquisition） 5　 工业现场的典型工业通信网络 5.1　 工业通信网络类型 工业现场使用的工业通信网络范围覆盖GB/T 38869-2020中4.1规定的数字化车间互联网络层次的设备层和控制层，主要实现设备层和控制层上各种现场设备、控制设备、监控系统之间的相互连接。 工业通信网络主要包括现场总线、实时以太网、工业无线网。现场总线是基于串行数据传输并用在工业自动化或过程控制应用中的通信系统。实时以太网（也叫工业以太网）是基于ISO/IEC 8802-3的包含实时通信的网络。IEC 61158规定了常用的现场总线和实时以太网类型，当前维护版本（预计2023年IEC发布）为28种类型（其中，类型6由于缺乏市场而撤销），主要包括： ——现场总线：FF H1（类型1和类型9），ControlNet/DeviceNet（类型2），PROFIBUS（类型3），P-NET RS-485（类型4），WorldFIP（类型7），INTERBUS（类型8），MODBUS-RTPS（类型15），SERCOS（类型16），CC-LINK（类型18），HART（类型20），MACHATROLINK（类型24），Autbus（类型28）； ——实时以太网：Ethernet/IP（类型2），P-NET on IP（类型4），FF HSE（类型5），PROFINET（类型10），TCnet（类型11），EtherCAT（类型12），Ethernet POWERLINK（类型13），EPA（类型14），MODBUS TCP（类型15），Vnet/IP（类型17），SERCOS III（类型19），RAPIEnet（类型21），SafetyNet P（类型22），CC-LINK IE（类型23），ADS-net（类型25），FL-net（类型26），MACHATROLINK-4（类型27）。 工业无线网络是基于IEEE 802.11、IEEE 802.15.4等无线技术的包含实时通信的网络，主要包括：WirelessHART（IEC 62591），WIA-PA（IEC 62601），ISA 100.11a（IEC 62734）和WIA-FA（IEC 62948）。 工业现场使用的工业通信网络一般具有设备节点数量多、通信协议种类多、现场环境干扰大等特点，因此，对工业通信网络的通信质量要求较高。工业通信设备在应用于工业现场之前宜先通过经授权的检测实验室进行协议一致性和互操作性测试、EMC测试等，以保证设备本身的通信质量。 5.2　 工业通信协议层次结构 工业通信协议分层结构一般采用 ISO/IEC 7498-1规定的OSI参考模型中的物理层、数据链路层和应用层，有的实时以太网协议还包括网络层（如IP 层）和传输层（如TCP/UDP 层），如表1所示。 表1 OSI和工业通信协议结构 OSI层次 功能 工业通信网络层次 7 应用层 将协议栈上的需求转换为较低层可以理解的形式，反之亦然 应用层 ↑ ↑ 6 表示层 将数据转换为标准网络格式或从标准网络格式转换数据 5 会话层 创建和管理较低层之间的对话 4 传输层 提供透明可靠的数据传输（跨网络的端到端传输，可能包括多个链路） ↓或↑ ↓或↑ 数据链路层 3 网络层 执行报文路由 2 数据链路层 控制对通信介质的访问，执行错误检测（链路上点到点传输） 1 物理层 以适合通信介质的格式对传输/接收的信号进行编码/解码。 物理层 注：↑和↓指示该层的功能（如果存在）包括在沿箭头方向最近的现场总线层中。因此，网络层和传输层功能可能包括在数据链路层或应用层中，会话层和表示层功能可能包括在应用层中，但不包括在数据链路层中。 现场总线的物理信号及传输介质的特性是协议特定的，实时以太网的物理信号及传输介质的特性应符合ISO/IEC 8802-3。常用的现场总线物理信号及传输介质特性如表2所示。 表2 现场总线物理层介质特性 类型 介质类型 接口通信方式 编码 传输速率 FF H1（类型1） WorldFIP（类型7） 双绞线 PA：端子，M12 电压模式（并行耦合），曼切斯特编码总线供电（本安或非本安） 31.25kbit/s 单模光纤 31.25kbit/s ControlNet/ DeviceNet（类型2） 同轴电缆、光纤 基于GB/T 41588 （CAN总线） 基于GB/T 41588（CAN总线） 5 Mbit/s PROFIBUS（类型3） 双绞线 DP：RS-485 DP：不归零 (NRZ) 编码 DP：最大12Mbit/s 光纤 DP：最大12Mbit/s 双绞线 PA：端子