IEC PAS 62953 — 工业现场总线规范（ADS-NET Type 25）

工业自动化系统要求控制器、驱动器、I/O设备和传感器之间实现确定性的实时通信。IEC PAS 62953通过定义完整的ADS-NET（自动化设备规范网络）Type 25现场总线系统通信协议栈，满足了这一需求。该标准作为公开可用规范（PAS）发布，规定了数据链路层服务和协议（第3-25、4-25部分）、应用层服务和协议（第5-25、6-25部分），以及基于ISO/IEC 8802-3的CPF 20实时以太网通信行规。

一、标准架构与范围

IEC PAS 62953遵循ISO/OSI参考模型定义的分层架构，专注于实时工业通信所需的下层和上层协议。该标准由四个主要技术部分和通信行规附件组成：

Type 25现场总线设计支持低至31.25 μs的循环时间和低于1 μs的抖动，适用于高速运动控制、机器人技术和同步多轴驱动系统。

部分	标题	范围
第3-25部分	数据链路层服务定义	在DL服务接口向应用层提供的服务
第4-25部分	数据链路层协议规范	Type 25的编码、排序、差错控制和介质访问
第5-25部分	应用层服务定义	用于变量访问、程序调用、事件管理的AL服务原语
第6-25部分	应用层协议规范	Type 25应用的PDU结构、编码规则和状态机
CPF 20	实时以太网通信行规	Type 25到ISO/IEC 8802-3（以太网）网络的映射

二、数据链路层规范

2.1 服务定义（第3-25部分）

数据链路层服务定义规定了应用层实体与DL服务提供者之间交换的原语。关键服务包括DL连接建立与释放、带确认和不带确认模式的数据传输，以及用于时间关键型消息的加速数据投递。标准定义了针对工业自动化确定性要求量身定制的DL地址结构、服务质量和连接端点标识符。

2.2 协议规范（第4-25部分）

数据链路层协议规定了协议数据单元（PDU）的精确编码方式、控制面向连接和无连接数据传输的状态机，以及介质访问控制机制。Type 25采用基于混合TDMA的访问方案，为等时数据保证确定的时隙分配，同时为非周期性通信保留带宽。

设计Type 25网络的工程师必须密切关注最大段长度和传播延迟预算。标准规定铜缆介质在100 Mbit/s速率下每段最长为200 m，使用100BASE-FX物理层时光纤扩展可达2 km。

三、应用层规范

3.1 服务定义（第5-25部分）

应用层服务定义为工业自动化应用提供了一套全面的服务原语，分为以下几个关键服务集群：

变量访问服务：过程变量、设备参数和配置数据对象的读写和信息查询服务。
程序调用管理：跨分布式设备的控制程序启动、停止、恢复和重置服务。
事件管理：诊断和安全相关事件的通知、确认和报警处理服务。
连接管理：应用实体之间的关联建立和释放，支持可协商的服务特性。

3.2 协议规范（第6-25部分）

应用层协议定义了精确的PDU格式、使用紧凑抽象语法表示（派生自ASN.1）的编码规则以及协议状态机。一个显著特性是支持分段数据传输，允许超过最大APDU大小的数据对象被分段传输，并在接收端透明地重组。

实施Type 25的关键工程经验是：面向连接服务的握手开销在1 ms周期时约占可达到吞吐量的15–20%。对于亚毫秒级周期，在不要求可靠性保证的情况下，应优先选择无连接数据传输（无确认服务）。

四、CPF 20行规与实时以太网映射

CPF 20通信行规附件规定了Type 25现场总线元素如何映射到符合ISO/IEC 8802-3的标准以太网网络。这种映射使得在同一物理网络上与标准TCP/IP流量共存的同时保持实时性能。该行规定义了三个流量类别：

流量类别	描述	典型周期时间
等时（IRT）	时间确定性、无抖动的数据交换	31.25 μs – 1 ms
实时（RT）	具有保证投递的循环数据	1 ms – 10 ms
尽力而为（NRT）	标准TCP/IP、配置、诊断	10 ms – 100 ms

在同一网段上混合等时和尽力而为流量需要使用支持IEEE 802.1Q VLAN标记和优先级队列的受管交换机。非受管交换机会引入帧冲突和抖动，可能超过IRT类别1 μs的容差，导致通信超时和驱动器故障。

五、工程设计洞见

IEC PAS 62953基于的系统的实际部署揭示了几项关键的工程考量：

周期时间与有效载荷的权衡：在31.25 μs周期下，每帧的最大应用有效载荷约为40字节。当需要更大有效载荷时，设计者必须小心地将数据分到多个帧中。
电缆冗余：CPF 20行规支持使用环形拓扑的介质冗余，重构时间低于10 ms，这对安全相关应用至关重要。
诊断集成：Type 25设备必须实现强制诊断对象（对象ID 0xF800），以报告通信错误、设备状态和协议版本信息供网络管理工具使用。
向后兼容性：Type 25规范通过一个资料性附件中定义的网关行规保持与传统现场总线系统的向后兼容性，支持逐步迁移策略。

规划Type 25网络时，建议在带宽利用率上至少保留20%的余量。该余量可在不影响确定性循环数据交换的前提下，容纳调试和固件更新期间的非周期性诊断流量。

六、常见问题解答

问：IEC PAS 62953与IEC 61784有何区别？
答：IEC 61784定义指定协议集的通信行规（CPF），而IEC PAS 62953为Type 25行规提供详细的数据链路层和应用层服务与协议规范。Type 25是IEC 61784-2引用的众多行规之一。

问：Type 25设备能否与标准以太网设备在同一交换机上共存？
答：可以，但必须使用支持IEEE 802.1Q VLAN和优先级队列的受管交换机。CPF 20行规为等时帧分配最高优先级（7），并建议为实时流量创建独立VLAN以将其与尽力而为广播隔离开。

问：Type 25支持哪些物理层选项？
答：Type 25支持100BASE-TX（铜缆，100 m段长）、100BASE-FX（多模光纤，2 km）和1000BASE-T（千兆，100 m）物理层，符合ISO/IEC 8802-3的规定。具体选择取决于所需的周期时间和网络跨度。

问：Type 25网络中的设备配置如何管理？
答：设备使用描述设备参数、通信能力和可用对象的电子数据表（GSD/EDS文件）进行配置。标准定义了由16位对象ID索引的对象字典结构，其中0x0000–0x0FFF范围保留用于强制通信对象。