GB/Z 20830-2007基于PROFIBUSDP和PROFINETIO的功能安全通信行規(guī)-PROFIsafe

ICS25.040N10中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)化指導(dǎo)性技術(shù)文件GB/Z20830—2007基于PROFIBUSDP和PROFINETIO的功能安全通信行規(guī)——PROFIsafePROFIsafe-ProfileforsafetytechnologyonPROFIBUSDPandPROFINETIO2007-01-18發(fā)布中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局發(fā)布中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會

GB/Z20830—2007三前言引言范圍2規(guī)范性引用文件3術(shù)語和定義4縮略語5概述5.1PROFIsafeV2.0版的主要改進(jìn)5.2一般要求………….5.3安全通信原理(黑色通道)5.4“黑色通道”的邊界條件和約柬5.5安全行規(guī)…5.6特征和應(yīng)用…………6安全行規(guī)的基礎(chǔ)……6.1系統(tǒng)特征…106.2PROFINETIO和PROFIBUSDP內(nèi)的循環(huán)數(shù)據(jù)交換二6.3安全層使用的標(biāo)準(zhǔn)通信服務(wù)二6.46.5安全層對總線部件的影響·風(fēng)險考店···········································6.66.7應(yīng)可控的出錯情況…PROFIsafe安全措施……6.8安全層服務(wù)……77.1PROFINETIO和PROFIBUSDP的基礎(chǔ)PROFlsafe頓結(jié)構(gòu)…7.2FF-主機(jī)服務(wù)……….7.37.4FF-設(shè)備服務(wù)·7.5安全時間監(jiān)視……8安全層協(xié)議………8.1PROFlsafe動態(tài)特征·故障事件中的反應(yīng)………8.28.3F-啟動和改變協(xié)調(diào)·9安全層管理…………9.1F-參數(shù)結(jié)構(gòu)…9.248安全參數(shù)化·9.34910標(biāo)準(zhǔn)化的F-I/O數(shù)據(jù)格式55

GB/Z20830—2007PROFIsafe使用的數(shù)據(jù)類型10.110.2標(biāo)準(zhǔn)"F通道驅(qū)動程序"的規(guī)則10.3F-I/O數(shù)據(jù)描述的安全性（CRC7）…………57DataltemDataType（數(shù)據(jù)項數(shù)據(jù)類型）部分10.410.5關(guān)于"F通道主機(jī)聚動程序”的建議61概率的考慮12兼容性和從V1模式到V2模式的遷移(Vl-mode→V2-mode）12.1F-模塊調(diào)試/維護(hù)……12.212.3；安全要求的持續(xù)時間6512.4IED指示··…6512.5在PROFINETIO和PROFIBUSDP中的重試·65反應(yīng)時間·…………12.6受備制造商提供的數(shù)據(jù)圖表值12.7G912.8信息安全212.9職別和維護(hù)功能7012.10PROFIBUS的安裝指南7012.1170附錄A(資料性附錄）CRC計算參考文獻(xiàn)74圖1PROFIBUSDP和PROFINETIO上的PROFIsafeV2V圖2IEC工作狀況圖3黑色通道原理圖4安全層體系結(jié)構(gòu)圖5用于安全相關(guān)的數(shù)據(jù)報文模型圖6組合系統(tǒng)配置1O圖7環(huán)數(shù)據(jù)交換二圖8PROFINETIO通信層圖9多端口交換機(jī)總線結(jié)構(gòu)圖10線型PROFINETIO總線結(jié)構(gòu)圖11利用路由器路越網(wǎng)絡(luò)邊界12圖12完整的安全傳輸路徑13圖13整體安全功能··13圖14通信的比例風(fēng)險14圖15錯誤控制措施……15圖16PROFINETIO設(shè)備模型16圖17模塊化設(shè)備的應(yīng)用關(guān)系16圖18應(yīng)用關(guān)系和通信關(guān)系（AR/CR)17圖1917圖20單個PROFIsafe賴·18圖21狀態(tài)字節(jié)19圖22控制字節(jié)………

GB/Z20830—2007圖23觸發(fā)位功能·………….20圖24FF-設(shè)備序列號·圖25CRC2的生成(F-主機(jī)）圖26CRC2計算的細(xì)節(jié)（倒序）圖27F通信結(jié)構(gòu)…………F-主機(jī)驅(qū)動程序?qū)嵗挠脩艚涌趫D28圖29F-設(shè)備驅(qū)動程序接口·F-主機(jī)和F-輸出間監(jiān)視報文傳送時間圖30圖31F-輸人和F-主機(jī)間監(jiān)視報文傳送時間圖32安全層通信關(guān)系·……27F-主機(jī)狀態(tài)圖圖33：：：：：F-設(shè)備狀態(tài)圖圖34323圖35在啟動期間F-主機(jī)/F-設(shè)備的交互作用圖36在F-主機(jī)斷電→通電期間F-主機(jī)/F-設(shè)備的交互作用30圖37在延遲通電的情況下F-主機(jī)/F-設(shè)備的交互作用在斷電→通電期間F-主機(jī)/F-設(shè)備的交互作用圖3830圖39在主機(jī)識別CRC錯誤時F-主機(jī)/F-設(shè)備的交互作用40在設(shè)備識別CRC錯誤時F-主機(jī)/F-設(shè)備的交互作用·圖40圖41計數(shù)器復(fù)位信號的影響·…42圖42F-參數(shù)數(shù)據(jù)和CRC圖43F-主機(jī)對i參數(shù)賦值釋放圖44FPrmFlagl參數(shù)字節(jié)結(jié)構(gòu)……圖45FCheckSeqNr序列號…圖46F（heckJPar參數(shù)……圖47FSIL·圖48F（RCJength·.圖49FRrmFlag2圖50FBlockJD圖51FParVersion圖52F-參數(shù)·…圖53單個設(shè)備參數(shù)的數(shù)據(jù)完整性40圖54在GSDML規(guī)范內(nèi)F-參數(shù)擴(kuò)展……圖55CRC1包含CRC3簡單F-設(shè)備和F從站的F-參數(shù)賦值圖56復(fù)雜F-設(shè)備的F-參數(shù)和i參數(shù)賦值·圖57圖58CPD-工具的系統(tǒng)集成…………55圖59作為F-設(shè)備和用戶程序之間“粘合劑“的F通道驅(qū)動程序56圖60F通道主機(jī)驅(qū)動程序的布局圖圖6124位多項式的殘余誤差概率…G26不適合的多項式的殘余誤差概率示例圖62圖6352字節(jié)數(shù)據(jù)長度的32位多項式的殘余誤差概率圖64132字節(jié)數(shù)據(jù)長度的32位多項式的殘余誤差概率圖65說誤報文的監(jiān)視··……………

GB/Z20830—2007圖66DP中的重試在PROFIBUS6圖67在PROFINETIO中的重試圖68反應(yīng)時間的簡化模型…66圖69模型反應(yīng)時間的頻率分布67圖70模型和實(shí)時PROFIsafe應(yīng)用間的比較67圖71420次反應(yīng)時間測量的頻率分布圖72組合控制器程序分段的例子…………….66圖73遠(yuǎn)程工程的信息安全…圖74跨接Internet的安全子網(wǎng)絡(luò)的信息安全69圖A.1循環(huán)兄余校驗(yàn)的典型"C"過程71表1不同傳輸系統(tǒng)的位差錯概率14表2各個SIL等級允許的殘余差錯率14表3監(jiān)視時間周期26表4安全層診斷報文表5狀態(tài)及狀態(tài)描述狀態(tài)轉(zhuǎn)換及動作表6表7內(nèi)內(nèi)部項及定義表8狀態(tài)及狀態(tài)描述表9狀態(tài)轉(zhuǎn)換及動作33表10內(nèi)部項及定義35表11交換機(jī)故障的補(bǔ)數(shù)措施44表12安全網(wǎng)絡(luò)邊界45表13系統(tǒng)要求·…54表14PROFIsafe中使用的數(shù)據(jù)類型表15"F通道驅(qū)動程序“示例表16I/O數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)項·…表17F-主機(jī)遷移表·………64表18F-設(shè)備的遷移表表19F-模塊的遷移表表A.124位CRC計算71表A.232位CRC計算

GB/Z20830—2007GB/Z20830修改采用PNO（PROFIBUS用戶組織）的《PROFIsafe-PROFIBUSDP和PROFINETIO安全技術(shù)行規(guī)》V2.0版),主要差異如下：a原文第1章經(jīng)過修改成為GB/Z20830的引言;增加GB/Z20830的第1章；b）將原文第3章中的縮略語部分修改為GB/Z20830的第4章，其后的章節(jié)按順序調(diào)整,并修改文中相應(yīng)的引用條目：刪除原文4.1,其后的章節(jié)按順序調(diào)整.并修改文中相應(yīng)的引用條目；刪除原文11.1.其后的章節(jié)按順序調(diào)整，并修改文中相應(yīng)的引用條目；原文圖、表按GB/T1.1重新編號,并修改文中相應(yīng)的引用條目：原文的第12章修改為GB/Z20830的參考文獻(xiàn)；原文的第13章修改為GB/Z20830的附錄A,并修改文中相應(yīng)的引用條目；按照GB/T1.1進(jìn)行了編輯性修改，本指導(dǎo)性技術(shù)文件的附錄A為資料性附錄。本指導(dǎo)性技術(shù)文件由中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會提出。本指導(dǎo)性技術(shù)文件由全國工業(yè)過程測量和控制標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會第四分技術(shù)委員會歸口本指導(dǎo)性技術(shù)文件起草單位：機(jī)械工業(yè)儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所、西南大學(xué)、中國機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用協(xié)會、上海自動化儀表股份有限公司、中海石油研究中心、北京交通大學(xué)、清華大學(xué)、天華化工機(jī)械及自動化研究設(shè)計院、中石化裝備總公司、中國儀器儀表協(xié)會、浙江中控科技有限公司、中科院沈陽自動化研究所、西門子(中國)有限公司。本指導(dǎo)性技術(shù)文件主要起草人：王春喜、梅恪、劉楓、李百煌、包偉華、徐偉華、歐陽勁松、王玉敏孫昕、史學(xué)玲、惠敦炎、陽憲惠、董景辰、馮冬芹、謝素芬、姜金鎖、唐濟(jì)揚(yáng)、陳明海、魏劍鬼、馮秉耘.陳高翔、張渝、本指導(dǎo)性技術(shù)文件為首次發(fā)布

GB/Z20830—2007工業(yè)控制系統(tǒng)用現(xiàn)場總線GB/T20540《測量和控制數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信類型3:PROFIBUS規(guī)范》（MODIEC61158Type3)中規(guī)定的PROFIBUS覆蓋了自動化體系各層次中廣泛的通信應(yīng)用范圍：從Internet和制造執(zhí)行系統(tǒng)經(jīng)控制到現(xiàn)場層通過簡化和限制在ISO/SI模型的最下面兩層，可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)通信的具體要求(例如短報文、確定性和高性能)。用于分布式1/0的PROFIBUS版本具有特別的重要性。使用主/從式和令牌原理的混合訪問規(guī)則,PROFIBUS基本功能在這里被用于外圍設(shè)備和處理器單元間的循環(huán)數(shù)據(jù)交換。量然具有分布式1/0的自動化解決方案廣泛使用了PROFIBUSDP和新引入的PROFINETIO.但故障安全應(yīng)用仍然依賴于傳統(tǒng)電氣技術(shù)的另一條或?qū)Ｓ玫目偩€,這限制了無縫集成和互操作性。由于缺乏系統(tǒng)支持,不能滿足現(xiàn)代故障安全設(shè)備(如帶有集成安全的掃描器或驅(qū)動程序)應(yīng)用需要。提供相應(yīng)的安全技術(shù)是PROFIsafe規(guī)范和相關(guān)文檔的目的，特定用戶群對通信功能的特定應(yīng)用被稱為行規(guī)。行規(guī)是在一個用戶組或一個現(xiàn)場設(shè)備族中有效的一系列規(guī)則和定義。本指導(dǎo)性技術(shù)文件描述了安全外圍設(shè)備和安全控制器間的通信。它是對標(biāo)準(zhǔn)PROFIBUSDP和PROFINETIO的補(bǔ)充技術(shù).用于減少安全控制器和安全設(shè)備間數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖屎湾e誤率，以達(dá)到或超過相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的等級。PROFlsafe提供了兩種操作模式：V1模式和V2模式。V1模式的措施對于單獨(dú)的PROFIBUSDP網(wǎng)絡(luò)上的安全數(shù)據(jù)傳輸是足夠的.而Ethernet/PROFINETIO更“大量"的特征(如較廣的地址空間和緩存轉(zhuǎn)換元素)要求對PROFIsafe行規(guī)做某些擴(kuò)展，這樣形成了V2模式。V1模式限用于PROFIBUSDP.而V2模式要求用于PROFINETIO和/或PROFIBUSDP。PROFINETCBA部件間的安全通信還未被定義。圖1提供PROFIBUSDP和PROFINET結(jié)構(gòu)中的PROFIsafe概述：PROFINETCBA組件PROEINETCBAPROFINETIOVI模式上V2模式可選JFIBUSDIV2模式PROFIBUSDPE具有分布式I/0的PLC興有分布式I/0的PLCPROFlsafeailPROFlsafe品2PROFIBUSDP和PROFINETIO上的PROFIsafeV2本指導(dǎo)性技術(shù)文件僅限于安全通信基本機(jī)制的描述和它們的參數(shù)分配。在終端設(shè)備（主機(jī)/PLC或現(xiàn)場設(shè)備)中為安全所需要的附加措施不在這里描述，因?yàn)樗鼈兣c“開放的”安全通信無關(guān)且依賴于單獨(dú)的結(jié)構(gòu)。

GB/Z20830—2007當(dāng)前IEC的幾個工作組正在制定現(xiàn)場總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如PROFIBUS、PROFINET、PROFINETIO以及安全層行規(guī)、信息安全(security)和安裝指南(編號還未確定),見圖2。IEClEC61158（通信層）TEC61784-1PROFINE(通信行規(guī)）(類型10)（類型3）IECTEC61784-2PROFInerIoTEC61784-3PRoFlsafe（功能安全行規(guī)）其他LCLEC61784-4（信息女全）LEC61784-×)IEC61918（安裝）圖2IEC工作狀況本指導(dǎo)性技術(shù)文件的結(jié)構(gòu)為：第1章范圍,第2章規(guī)范性引用文件，第3章術(shù)語和定義，第4章縮略語，第5章介紹單通道安全通信概念.第6章介紹PROFlsafe層細(xì)節(jié)，第7章介紹所傳輸?shù)腜ROFIsafe賴(container)內(nèi)容以及F-主機(jī)和F-設(shè)備服務(wù).第8章通過描述一個序列圖來討論安全層動態(tài)機(jī)制,第9章安全層管理介紹用于安全層和F-設(shè)備的安全參數(shù).第10章介紹F-I/0數(shù)據(jù)格式.第11章介紹殘余錯誤率的概率考惠，第12章介紹PROFlsafe應(yīng)用.最后是關(guān)于CRC計算的附錄和參考文獻(xiàn)。另外兩個電氣安全和認(rèn)證的PROFlsafe指南參見參考文獻(xiàn)18J、19.

GB/Z20830—2007基于PROFIBUSDP和PROFINETIO的功能安全通信行規(guī)——-PROFIsafe1范圍本標(biāo)準(zhǔn)化指導(dǎo)性技術(shù)文件定義了基于PROFIBUSDP和PROFINETIO的功能安全通信行——PROFIsafe.適用于加工工業(yè)、流程工業(yè)、燃料工程和公共運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域的通信功能安全應(yīng)用。2規(guī)范性引用文件下列文件中的條款通過GB/Z20830的本部分的引用而成為本指導(dǎo)性技術(shù)文件的條款。凡是注日期的引用文件.其隨后所有的修改單(不包括勒誤的內(nèi)容)或修訂版均不適用于本指導(dǎo)性技術(shù)文件，然而.鼓勵根據(jù)本指導(dǎo)性技術(shù)文件達(dá)成協(xié)議的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本指導(dǎo)性技術(shù)文件。GB/T20438(所有部分）電氣/電子/可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)的功能安全(GB/T20438.1-2006.IEC61508-1:1998.IDT:GB/T20438.2-2006.IEC61508-2:2000.IDT：GB/T20438.3-2006：IEC61508-3:1998.IDT：GB/T20438.4-2006.IEC61508-4:1998.IDT：GB/T20438.5-2006.IEC61508-5:1998.IDT:GB/T20438.6-2006.IEC6