ICS25.040N10中華人民共和國國家標準化指導性技術文件GB/Z20830—2007基于PROFIBUSDP和PROFINETIO的功能安全通信行規——PROFIsafePROFIsafe-ProfileforsafetytechnologyonPROFIBUSDPandPROFINETIO2007-01-18發布中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局發布中國國家標準化管理委員會

GB/Z20830—2007三前言引言范圍2規范性引用文件3術語和定義4縮略語5概述5.1PROFIsafeV2.0版的主要改進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…5.6特征和應用…………6安全行規的基礎……6.1系統特征…106.2PROFINETIO和PROFIBUSDP內的循環數據交換二6.3安全層使用的標準通信服務二6.46.5安全層對總線部件的影響·風險考店···········································6.66.7應可控的出錯情況…PROFIsafe安全措施……6.8安全層服務……77.1PROFINETIO和PROFIBUSDP的基礎PROFlsafe頓結構…7.2FF-主機服務……….7.37.4FF-設備服務·7.5安全時間監視……8安全層協議………8.1PROFlsafe動態特征·故障事件中的反應………8.28.3F-啟動和改變協調·9安全層管理…………9.1F-參數結構…9.248安全參數化·9.34910標準化的F-I/O數據格式55

GB/Z20830—2007PROFIsafe使用的數據類型10.110.2標準"F通道驅動程序"的規則10.3F-I/O數據描述的安全性（CRC7）…………57DataltemDataType（數據項數據類型）部分10.410.5關于"F通道主機聚動程序”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-模塊調試/維護……12.212.3；安全要求的持續時間6512.4IED指示··…6512.5在PROFINETIO和PROFIBUSDP中的重試·65反應時間·…………12.6受備制造商提供的數據圖表值12.7G912.8信息安全212.9職別和維護功能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安全層體系結構圖5用于安全相關的數據報文模型圖6組合系統配置1O圖7環數據交換二圖8PROFINETIO通信層圖9多端口交換機總線結構圖10線型PROFINETIO總線結構圖11利用路由器路越網絡邊界12圖12完整的安全傳輸路徑13圖13整體安全功能··13圖14通信的比例風險14圖15錯誤控制措施……15圖16PROFINETIO設備模型16圖17模塊化設備的應用關系16圖18應用關系和通信關系（AR/CR)17圖1917圖20單個PROFIsafe賴·18圖21狀態字節19圖22控制字節………

GB/Z20830—2007圖23觸發位功能·………….20圖24FF-設備序列號·圖25CRC2的生成(F-主機）圖26CRC2計算的細節（倒序）圖27F通信結構…………F-主機驅動程序實例的用戶接口圖28圖29F-設備驅動程序接口·F-主機和F-輸出間監視報文傳送時間圖30圖31F-輸人和F-主機間監視報文傳送時間圖32安全層通信關系·……27F-主機狀態圖圖33：：：：：F-設備狀態圖圖34323圖35在啟動期間F-主機/F-設備的交互作用圖36在F-主機斷電→通電期間F-主機/F-設備的交互作用30圖37在延遲通電的情況下F-主機/F-設備的交互作用在斷電→通電期間F-主機/F-設備的交互作用圖3830圖39在主機識別CRC錯誤時F-主機/F-設備的交互作用40在設備識別CRC錯誤時F-主機/F-設備的交互作用·圖40圖41計數器復位信號的影響·…42圖42F-參數數據和CRC圖43F-主機對i參數賦值釋放圖44FPrmFlagl參數字節結構……圖45FCheckSeqNr序列號…圖46F（heckJPar參數……圖47FSIL·圖48F（RCJength·.圖49FRrmFlag2圖50FBlockJD圖51FParVersion圖52F-參數·…圖53單個設備參數的數據完整性40圖54在GSDML規范內F-參數擴展……圖55CRC1包含CRC3簡單F-設備和F從站的F-參數賦值圖56復雜F-設備的F-參數和i參數賦值·圖57圖58CPD-工具的系統集成…………55圖59作為F-設備和用戶程序之間“粘合劑“的F通道驅動程序56圖60F通道主機驅動程序的布局圖圖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字節數據長度的32位多項式的殘余誤差概率圖64132字節數據長度的32位多項式的殘余誤差概率圖65說誤報文的監視··……………

GB/Z20830—2007圖66DP中的重試在PROFIBUS6圖67在PROFINETIO中的重試圖68反應時間的簡化模型…66圖69模型反應時間的頻率分布67圖70模型和實時PROFIsafe應用間的比較67圖71420次反應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遠程工程的信息安全…圖74跨接Internet的安全子網絡的信息安全69圖A.1循環兄余校驗的典型"C"過程71表1不同傳輸系統的位差錯概率14表2各個SIL等級允許的殘余差錯率14表3監視時間周期26表4安全層診斷報文表5狀態及狀態描述狀態轉換及動作表6表7內內部項及定義表8狀態及狀態描述表9狀態轉換及動作33表10內部項及定義35表11交換機故障的補數措施44表12安全網絡邊界45表13系統要求·…54表14PROFIsafe中使用的數據類型表15"F通道驅動程序“示例表16I/O數據結構項·…表17F-主機遷移表·………64表18F-設備的遷移表表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安全技術行規》V2.0版),主要差異如下：a原文第1章經過修改成為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，其后的章節按順序調整,并修改文中相應的引用條目：刪除原文4.1,其后的章節按順序調整.并修改文中相應的引用條目；刪除原文11.1.其后的章節按順序調整，并修改文中相應的引用條目；原文圖、表按GB/T1.1重新編號,并修改文中相應的引用條目：原文的第12章修改為GB/Z20830的參考文獻；原文的第13章修改為GB/Z20830的附錄A,并修改文中相應的引用條目；按照GB/T1.1進行了編輯性修改，本指導性技術文件的附錄A為資料性附錄。本指導性技術文件由中國機械工業聯合會提出。本指導性技術文件由全國工業過程測量和控制標準化技術委員會第四分技術委員會歸口本指導性技術文件起草單位：機械工業儀器儀表綜合技術經濟研究所、西南大學、中國機電一體化技術應用協會、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、清華大學、天華化工機械及自動化研究設計院、中石化裝備總公司、中國儀器儀表協會、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。本指導性技術文件主要起草人：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、史學玲、惠敦炎、陽憲惠、董景辰、馮冬芹、謝素芬、姜金鎖、唐濟揚、陳明海、魏劍鬼、馮秉耘.陳高翔、張渝、本指導性技術文件為首次發布

GB/Z20830—2007工業控制系統用現場總線GB/T20540《測量和控制數字數據通信類型3:PROFIBUS規范》（MODIEC61158Type3)中規定的PROFIBUS覆蓋了自動化體系各層次中廣泛的通信應用范圍：從Internet和制造執行系統經控制到現場層通過簡化和限制在ISO/SI模型的最下面兩層，可以實現工業通信的具體要求(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則,PROFIBUS基本功能在這里被用于外圍設備和處理器單元間的循環數據交換。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.但故障安全應用仍然依賴于傳統電氣技術的另一條或專用的總線,這限制了無縫集成和互操作性。由于缺乏系統支持,不能滿足現代故障安全設備(如帶有集成安全的掃描器或驅動程序)應用需要。提供相應的安全技術是PROFIsafe規范和相關文檔的目的，特定用戶群對通信功能的特定應用被稱為行規。行規是在一個用戶組或一個現場設備族中有效的一系列規則和定義。本指導性技術文件描述了安全外圍設備和安全控制器間的通信。它是對標準PROFIBUSDP和PROFINETIO的補充技術.用于減少安全控制器和安全設備間數據傳輸的失效率和錯誤率，以達到或超過相關標準要求的等級。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的PROFIBUSDP網絡上的安全數據傳輸是足夠的.而Ethernet/PROFINETIO更“大量"的特征(如較廣的地址空間和緩存轉換元素)要求對PROFIsafe行規做某些擴展，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結構中的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本指導性技術文件僅限于安全通信基本機制的描述和它們的參數分配。在終端設備（主機/PLC或現場設備)中為安全所需要的附加措施不在這里描述，因為它們與“開放的”安全通信無關且依賴于單獨的結構。

GB/Z20830—2007當前IEC的幾個工作組正在制定現場總線技術標準，如PROFIBUS、PROFINET、PROFINETIO以及安全層行規、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）(類型10)（類型3）IECTEC61784-2PROFInerIoTEC61784-3PRoFlsafe（功能安全行規）其他LCLEC61784-4（信息女全）LEC61784-×)IEC61918（安裝）圖2IEC工作狀況本指導性技術文件的結構為：第1章范圍,第2章規范性引用文件，第3章術語和定義，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層細節，第7章介紹所傳輸的PROFIsafe賴(container)內容以及F-主機和F-設備服務.第8章通過描述一個序列圖來討論安全層動態機制,第9章安全層管理介紹用于安全層和F-設備的安全參數.第10章介紹F-I/0數據格式.第11章介紹殘余錯誤率的概率考惠，第12章介紹PROFlsafe應用.最后是關于CRC計算的附錄和參考文獻。另外兩個電氣安全和認證的PROFlsafe指南參見參考文獻18J、19.

GB/Z20830—2007基于PROFIBUSDP和PROFINETIO的功能安全通信行規——-PROFIsafe1范圍本標準化指導性技術文件定義了基于PROFIBUSDP和PROFINETIO的功能安全通信行——PROFIsafe.適用于加工工業、流程工業、燃料工程和公共運輸等領域的通信功能安全應用。2規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性技術文件的條款。凡是注日期的引用文件.其隨后所有的修改單(不包括勒誤的內容)或修訂版均不適用于本指導性技術文件，然而.鼓勵根據本指導性技術文件達成協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性技術文件。GB/T20438(所有部分）電氣/電子/可編程電子安全相關系統的功能安全(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