全分布式工业控制智能测控装置第2部分：通信互操作方法

全分布式工业控制智能测控装置第2部分：通信互操作方法

国家标准 GB/36211.2一2018 全分布式工业控制智能测控装置 第2部分通信互操作方法 ntelligentme:surimgamdcontroldevieeintll-distributedl lindustrialcontrosystemm- Part2:Communicationinteroperabilitytestspeeification 2018-05-14发布 2018-12-01实施 国家市场监督管理总局 发布 币国国家标准化管理委员会国家标准
GB;/T36211.2一2018 目 次 前言 范围 2 规范性引用文件 术语和定义、缩略语 3.1术语和定义 3.2缩略语 通信互操作概述 4.I概述 4.2互操作工作流程 通信互操作实现方法 5,l 相同协议装置的通信互操作实现方法 5.2不同协议装置的通信互操作实现方法 互操作测评方法 6.1互操作测试的规划 6.2互操作环境的搭建 6.3互操作的测试 10 6.!互操作的评估 附录A(资料性附录)互操作测试示例 参考文献 13 图1请求转发型网关的互操作流程 图2数据交换型网关的互操作流程 图3网关示意图 图4OPCUA方法 图5FDT方法 图6功能兼容性等级 图7独立网关互操作环境 图8PILC网关互操作环境 图9EDD的互操作环境 图10FDT应用环境内集成EDD的应用
GB;/T36211.2一2018 前 言 GB/T3621l《全分布式工业控制智能测控装置》分为2部分 第1部分:通用技术要求; -第2部分;通信互操作方法 本部分为GB/T36211的第2部分 本部分按照GB/T1.1一2009给出的规则起草 本部分由机械工业联合会提出 本部分由全国工业过程测量控制和自动化标准化技术委员会(SAC/TC124)归口 本部分起草单位;机械工业仪器仪表综合技术经济研究所、福建上润精密仪器有限公司,罗克韦尔 自动化()有限公司浙江中控技术股份有限公司、电力工程顾问集团有限公司,东风设计研究 院有限公司深圳万讯自控股份有限公司、航空工业集团公司北京航空精密机械研究所、菲尼克斯 ,北京国电智深控制技术有限公司,北京和利时系统工程有限公司、 电气(南京)研发工程中心有限公司 北京安控科技股份有限公司、上海自动化仪表有限公司电子科技大学、中信戴卡股份有限公司 本部分起草人王玉敏、戈剑、华僻,黄文君,张晋宾、游和平,成继勋,朱勇、杜品圣、朱镜灵、罗安 卢铭、张庆军、黄琦、黄亮、王成城、梅恪、柳晓菁、俞文光,邹靖、张龙、卓明、韩卫国
GB;/T36211.2一2018 全分布式工业控制智能测控装置 第2部分;通信互操作方法 范围 GB/T36211的本部分规定了全分布式工业控制智能测控装置(以下简称装置)的通信互操作实现 方法和测评方法 本部分适用于离散制造业和过程工业的全分布式工业控制智能测控装置 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的 凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件 凡是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/T340642017通用自动化设备行规导则(IEc/TR62390;2005,IDT) 术语和定义、缩略语 3.1术语和定义 下列术语和定义适用于本文件 3.1.1 互操作interoperabilty 同种协议或不同种协议的相同版本或者不同版本间的互通能力 3.1.2 互操作测试interoperabilitytest 检查同种协议或不同种协议的相同版本或者不同版本间的互通能力 3.1.3 设备device 具有在特定环境中执行一个和多个规定功能的能力,并由其按口分隔开 独立的物理实体 [GB/19769.1一2015,定义3.30] 3.1.4 现场设备fielddeviee -种实体,它完成控制、执行和/或传感功能,并与自动化系统内的其他类似实体连接 3.1.5 功能部件funetonalelement 能够实现设备特定功能的软件实体或软硬件结合的实体 注1;功能部件具有与其他功能部件和功能相组合的按口 注2:功能部件可由功能块、对象或参数表来形成 3.1.6 功能块numetonlek 指定了单独、命名相同的数据结构及其相关操作的软件功能部件 注，源自GB/T19769.1一2015
GB/T36211.2一2018 3.1.7 输入数据imputdata 由外部源传人设备、资源或功能部件的数据 3.1.8 实例 instance 由相应功能块类型指定了单独命名相同的数据结构及其相关操作的软件功能部件 3.1.9 接口interface 根据功能特性、信号特性或其他特性来定义的两个功能单元之间的共享界面 [GB/T2900.56一2008,定义351-21-35 3.1.10 操作operatiom 可被某对象所请求,以产生某种行为的服务 3.1.11 输出数据outputdata 设备,资源或功能部件所产生的数据,并将它们传给外部系统 3.2缩略语 下列缩略语适用于本文件 ERP 企业资源计划(EnterpriseResourcePlanning EDDL lectronicDeviceDe 电子设备描述语言(Ele escriptionLanguage 现场设备工具(FieldDeviceTool 输人输出(Input/Output) MEs 制造执行系统(ManufacturingExeeutionSystem) oPc UA 用于过程控制的OLE(OLEforProcessControl) PLc 可编程逻辑控制器(ProgrammableLogieController TCP/IP 传输控制协议/因特网协议(TransmissionControlProtocol/InternetProtocol) 通信互操作概述 4.1概述 通常互操作是指装置与系统和装置与装置间通过数据交换,从而能够协调工作,达到共同目标的能 力 IT领域的互操作是指“不同平台或编程语言之间交换和共享数据的能力” 本部分中全分布式工 业控制智能测控装置的互操作是指通过规范的接口,装置具有能够处理和交换各类信息的能力 互操作是发生在多个至少两个)装置或系统)之间的一种关系,但并没有要求参与的各方具有相 同或类似的性质(指资源提供、节点行为、体系结构、底层平台及实现方法等);同时要求各方之间具有良 好的合作,且对各种资源(提供的服务和数据)的使用应是透明的 从这个角度所获得的互操作本质就 是从异构系统中获得资源透明使用的能力 对于装置的互操作可以分为同协议的互操作和不同协议的互操作;本部分提出装置互操作协议是 基于互操作设备的装置互操作,可以实现同协议以及不同协议的互操作,解决装置通信问题 4.2互操作工作流程 4.2.1概述 不同协议的装置与装置(系统)间的互操作,宜采取协议转换型方式实现;对装置与装置(系统)之间
GB;/T36211.2一2018 只要求交换数据,宜使用数据交换型方式实现 4.2.2协议转换型网关互操作流程 装置与装置(系统)之间要求协议转换的互操作流程,如图1所示 协议A的请求通过协议转换网关转发给协议B;或者协议B的请求通过协议转换网关转发给协议A， 以实现协议转换型网关互操作流程 请求/转发 转发/储求 协议A 协议B 协议转换网关 请求转发型网关的互操作流程 图1 4.2.3数据交换型网关互操作流程 装置与装置(系统)之间要求交换数据的互操作流程,如图2所示 协议A写区协议B读区 协议A 协议B 协议A读区协议B写区 图2数据交换型网关的互操作流程 在定义了协议A与协议B之间需要交换的数据后,协议A把输出数据写人协议A的写区中,然后 由协议B读取该输人数据,这就实现了协议A到协议B的数据交换过程;同理,协议B把输出数据写人 协议B的写区,然后由协议A读取该输人数据,这就实现了从协议B到协议A的数据交换 通信互操作实现方法 5.1相同协议装置的通信互操作实现方法 5.1.1现场总线协议概述 在IEC61784中,定义了以下类型的现场总线 FoumdationFitldbus CIP; PROFIBUS: PNET:; WorldFIP; INTERBUS. CC-Link; HART; -Modlus SERCOS;
GB/T36211.2一2018 MECHATROLINK 5.1.2相同现场总线协议装置的通信 相同现场总线协议装置的通信宜满足以下要求 物理层 a 支持多种物理层连接的规范,如既支持RS232,又支持RS485,连接之前宜确认装置的电气接 口和连接电缆是否一致,否则无法通信 b 数据链路层 -般现场总线为主从连接方式,其中一台装置(或多台装置)为主站,其他装置为从站 所以总 线上至少有一台主站装置,连接前要确认装置的主或从 如果是从站,对装置进行设置,如;从 站地址.波特率,数据位.校验码等,其中一个设不对,就无法进行通信 如果是主站,设置内容 同上 有的现场总线为对等方式(peertopeer),这时总线上的装置都是平等的,可以发送也可以接收 通信信息 装置也需要进行设置,方法同上类似 应用层 应用层支持不同的应用,如.I/0刷新、运动控制、时间同步、功能安全、气动阀门等 所以连按 前要考虑装置支持的协议子集,如果子集不能匹配就无法进行通信 5.1.3工业以太网协议概述 IEC61784中定义的工业以太网包括 EtherNet/IP; PROFINET; PNETonIP; CC-LinkIE; Vnet/IP EtherCAT EthernetPOwERLINK; EPA; Modbus/TCP; SERcOsI; RAPIEnet; MECHATROLINK-皿; 5.1.4相同工业以太网协议装置的通信 相同工业以太网协议装置的通信宜满足以下要求 物理层 a 工业以太网的物理层宜使用带屏蔽层的以太网电缆或者光缆 电接口可选择RJ45,M12等 类型 b 数据链路层 当链路层采用专用协议(如时间片方式传送数据)时,应使用支持该专用协议的网络设备 网络层和传输层
GB;/T36211.2一2018 对采用传输控制协议和因特网协议(TCP/IP)的工业以太网,应对IP地址和TCP端口进行正 确设置 应用层 d 为了支持正常通信,装置之间的应用层功能子集应匹配 5.1.5无线网络 工业无线网络可采用以下类型: -IEC62591:WirelessHART; -IEC62601:wIA-PA -IEC62734:ISAl00; IEEE802.11系列 无线网络应满足工业环境适应性的要求 5.2不同协议装置的通信互操作实现方法 5.2.1概述 不同协议装置的互操作实现可采用网关、OPCUA,FDT和EDDL等 网关方法 5.2.2 网关的方法如图3所示,网关既可以是独立式,也可以是机架式(如插在PLC的槽位中),任何现场 总线或以太网可以通过该方式与任何现场总线或以太网连接 该网关要完成物理层、数据链路层、网络 层、传输层和/或应用层的转换 网关 现场总线A 现场总线B 或以太网c 或以太网D 图3网关示意图 5.2.3oCUA方法 OPCUA方法如图4所示,客户端和服务器端是以太网协议,oPC服务器与设备之间可以是现场 总线,以太网等协议,OPC服务器装载不同设备制造商的oPC服务器软件 oPC客户端通过OPC服 务器连接不同制造商的智能测控装置,与不同设备通信,并通过标准的oPC信息模型为不同的应用系 统(如MEs,ERP)提供数据信息、事件信息和互操作方法 OPC服务器负责采集不同制造商的智能测控装置的数据,对客户端提供一些操作方法,并不能实
GB/T36211.2一2018 现互操作 如果要实现互操作,还要对OPC服务器进行配置和oPC客户端进行编程完成互操作功能 OPC-Cient OPC.Seyer OPC.Cient 协议A 协议B 协议C 协议D 协议E 协议F 协议G 厂家G 厂家D 厂家E 厂家c 厂家E 厂家A 厂家B 图4OPCUA方法 5.2.4FDT方法 FDT的方法如图5所示,上位计算机宜安装FDT框架应用软件(如:PACTwARE,Fiedeare等 或者支持FDT功能的资产管理软件,上位计算机还要安装支持不同现场总线协议的CommDTM,而现 场总线上的智能测控装置宜具有厂家提供的设备DTM 在这种情况下,上位机打开FDT框架应用 就可以直接连接现场总线上测控装置的DrM了,最终给用户显示智能装置的现场状态,可以包括厂 家 制作的各种仪表板,如:装置外形图、棒图、趋势图报警图等 同OPC一样,FDT框架应用只是把DTM的数据显示在框架应用中,并不实现互操作 如果需要 实现互操作,应通过编程,完成对不同装置的写操作,这样才能实现互操作 现场总线A 现场总线B 图5FDT方法
GB;/T36211.2一2018 5.2.5EDDL方法 EDDL是基于结构化文本的描述性语言,提供了一整套可裁剪的基本结构元素,用于处理简单或复 杂的设备 EDDL技术由两部分组成 EDD文件 a EDD文件是设备厂商开发的AsC格式文本文件,通过EDDL规范提供的16种基本结构元 素,定义了现场总线设备的变量.结构和功能.以一种被动的方式对设备数据进行封装 b EDD解释程序 在主系统的设备管理软件或组态工具中,嵌人EDD解释程序(EDDI)以后,无论现场设备使用 的是HART、FF还是PROFBUS通信协议,确保所有的设备有统一的处理方式,与设备的类 型和设备供应商无关,只要EDD解释程序(EDD1)导人并解释现场设备的EDD文件,就可以 对现场设备进行组态、维护诊断和标定等任务 互操作测评方法 6.1互操作测试的规划 6.1.1概述 图6(GB/T34064一2017中的图9)列出了不同等级的兼容性 从图6中可见,通用自动化设备的 兼容性有6级 不兼容 aa 共存; b 互连; c 互通; d) 互操作 e fD 互换 根据装置的应用要求选择兼容等级 兼容性等级 可互换性 可互操作性 互通性 可互连性 共存性 设备特征 不兼容 动态行为 X X 应用功能 X) 设条 行规 X 参数语义 X 数据类型 X 数据访问 X 通信 x x 通信接口 X 行规 通信协议 图6功能兼容性等级
GB/T36211.2一2018 6.1.2网关的互操作方法 5.2.2中介绍了网关方法 互操作方法应结合制造商的网关说明来实现 6.1.3FDT的互操作方法 5.2.4中介绍了FDT方法 互操作方法参见IEC62453 6.1.4EDDL的互操作方法 EDDL描述了现场设备的设备属性,能够对仪表进行组态、故障诊断、在用户界面上显示数据、确定 过程报警,获得用于诸如MEs,U1/sCADA、工.厂历史、资产管理以及ERP等上层软件的信息 使用 EDDL.的典型现场总线协议是HART、FF和PROFIBUS,目前已经成为国际标准IEC61804-2 EDD设备描述在使用的过程中,需要将设备描述文件安装在设备管理软件、手操器或者类似的组 态工具中 设备描述文件依据EDDL的规范编写,但是最终提交的形式可能是AsCI码的文本文件， 也可能是经过DDL编译器编译成的二进制文件 如果是二进制文件,不同现场总线协议的二进制DD 文件格式是不公开的,需要获取相应现场总线组织的解析软件来实现互操作 EDDL互操作实现方法需提供设备管理软件、手操器或者类似的组态工具,现场设备以及连接现场 设备电缆、终端、网络接口等附件 6.1.5OPC的互操作方法 5.2.3中介绍了OPC方法,互操作方法参见IEC62541 6.2互操作环境的搭建 6.2.1独立网关解决方案 互操作环境构建方法如图7所示 协议A 协议B 图7独立网关互操作环境 6.2.2LC网关解决方案 互操作环境构建方法如图8所示
GB;/T36211.2一2018 协议a 协议B 图8PLC网关互操作环境 6.2.3EDDL解决方案 如图9所示的是EDD的互操作环境,基于EDDL技术的集成环境需要嵌人EDD解释程序,并通 过相应的现场总线通信接口与提供EDD的设备之间实现通信 FDT技术专门针对原有的设备描述技术(如EDDL,GsD,EDs),也提出了相应的DTM解决方案 可以为用户提供一致的集成环境 EDDL技术 组态工具或设备管理软件 -嵌入EDD解释程序 提供信息 设备的EDD文件 认 参数可视化描述 参数和功能描述 通信协议的映射 随同设备提供 的EDD文件 现场设备 图9EDD的互操作环境 如图10所示的是在FDT的应用环境内集成EDD的应用,在一个通用DTM中实现基于原有DD 技术的EDD解释器,来实现在FDT框架内实现EDD的集成应用
GB/T36211.2一2018 组态工具或 FDT框架应用 设备作理软件 FDT概念的范围 通信DTM FDT按口 通用DTM 设备DIM 专用 EDD 组态 解释器 软件 EDD文件 访问 设备DTM 访问 访问 拉制 控制 控制 现场设备 图10FDT应用环境内集成EDD的应用 6.2.4oPC解决方案 互操作环境构建方法如图4所示 6.3互操作的测试 应按照不同的解决方案实施互操作测试,互操作测试的示例参见附录A 6.4互操作的评估 应根据测试内容和结果,对下面的内容进行逐级评估 通信协议; a) 通信接口 b) 数据访问 e 数据类型 d 参数语义 e 应用功能; f) )动态行为 按照要求的格式写出评估报告,完成智能测控装置的互操作评测 10
GB;/T36211.2一2018 附 录 A 资料性附录 互操作测试示例 独立网关的互操作测试 A.1 其示例如下 使用网关厂家提供的配置软件 a b 建立一个项目 起一个名称 c d)对客户端x的设置 最小命令延时; 1) 响应超时; 2 3 重试次数 对客户端x的命令 1) 命令表; 2)命令输人格式 f 使用公共网络数据映射: 移动数据; 1) 开始地址 2 3 到达地址; 4)寄存器数量; 5)交换码; 6)延时预设 以太网口配置 下载项目到网关 h) 在智能测控装置中编程,对协议B的智能测控装置进行写操作,观察结果 A.2Ic网关的互操作测试 其示例如下 在协议A智能测控装置中创建项目: a 创建新项目; 22) 建立模块属性; 3)导人程序 使用网关厂家配置软件: b 1创建模块新项目; 协议B主站配置; 2 3 协议B从站配置; 下载项目到模块; 4 5 调整输人/输出数据长度; 11
GB/T36211.2一2018 6 决定协议B使用的输人/输出数量; 7)项目存储; 8 启动项目; 9 观察互操作的结果 A.3oPC互操作测试 其示例如下 a 对OPC服务器安装协议A的OPC服务器软件; b 对OPC服务器安装协议B的OPC服务器软件; c 对OPC服务器或者客户端安装OPC客户机软件 d 启动oPC服务器上协议A的oPC服务器软件,配置并找到对应协议A的智能测控装置 启动oPC服务器上协议B的OPC服务器软件,配置并找到对应协议B的智能测控装置; e f 启动oPC服务器上或oPC客户端上oPC客户端软件,连接oPC服务器中协议A和协议 曾能测控装置中数枞,并在客户蹦中显示 如果需要,把互操作的数据分别写人协议A和协议B中智能测控装置,完成互操作的执行 g h观察互操作的结果 12
GB;/T36211.2一2018 参 考文献 [1]IEC62453(所有部分现场设备工具(FDT)接口规范[Fieddevicetool(FDTinterface specifieation] [[2]IEC62541(所有部分oPC统一架构(OPCUnifiedarchitecture)

全分布式工业控制智能测控装置第2部分：通信互操作方法GB/T36211.2-2018

随着工业自动化技术的不断发展，全分布式工业控制智能测控装置越来越受到关注。这种装置可以实现对生产过程的实时监控和智能控制，有效提高生产效率和产品质量。

在全分布式工业控制智能测控装置中，通信互操作是至关重要的一环。只有不同设备之间的通信互操作达到一定的标准，才能确保整个系统的稳定运行和高效工作。

国家标准GB/T36211.2-2018《全分布式工业控制智能测控装置 第2部分：通信互操作方法》规定了全分布式工业控制智能测控装置中通信互操作的实现方法和标准规范。

该标准主要包括以下内容：

• 通信互操作的概念和原则
• 通信协议的选择和应用
• 数据交换格式的确定和使用
• 数据传输方式的选择和实现
• 系统安全性的保障

在实际应用中，全分布式工业控制智能测控装置可以通过TCP/IP协议和Modbus协议进行通信。其中，TCP/IP协议是一种常用的协议，具有可靠性高、传输速率快等优点；Modbus协议则是一种广泛应用于工业自动化领域的协议，具有简单易学、灵活性强等特点。

除了通信协议的选择外，数据交换格式的确定也是关键因素之一。在GB/T36211.2-2018标准中，定义了一套通用的数据交换格式，所有设备在进行数据交换时必须采用这种格式，以确保数据的正确传输。

全分布式工业控制智能测控装置中还需要考虑系统安全性的问题。为了确保整个系统的安全运行，可以采用多种手段，如数据加密、身份认证等方式。

总的来说，全分布式工业控制智能测控装置中通信互操作的实现需要遵循一定的标准规范，同时根据具体情况进行灵活选择。只有在通信互操作达到一定的标准要求之后，才能确保整个系统的高效运行和稳定工作。

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