GB/T 21099.1-2007過程控制用功能塊第1部分：系統(tǒng)方面的總論

犐犆犛２５．０４０．４０；３５．２４０．５０

犖１０

中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

犌犅／犜２１０９９．１—２００７／犐犈犆／犆犇犞６１８０４１：２００３

過程控制用功能塊

第１部分：系統(tǒng)方面的總論

犉狌狀犮狋犻狅狀犫犾狅犮犽狊犳狅狉狆狉狅犮犲狊狊犮狅狀狋狉狅犾—犘犪狉狋１：犗狏犲狉狏犻犲狑狅犳狊狔狊狋犲犿犪狊狆犲犮狋狊

（ＩＥＣ／ＣＤＶ６１８０４１：２００３，ＩＤＴ）

２００７１０１１發(fā)布２００７１２０１實(shí)施

中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局

發(fā)布

中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)

書

犌犅／犜２１０９９．１—２００７／犐犈犆／犆犇犞６１８０４１：２００３

目次

前言!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!Ⅴ

引言!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!Ⅵ

１范圍!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１

２規(guī)范性引用文件!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２

３術(shù)語(yǔ)和定義!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!３

３．１基本定義!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!３

３．２基于ＩＡ／ＩＭ通道的定義!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!８

３．３縮略語(yǔ)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!８

４工程需求!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!９

４．１概述!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!９

４．２設(shè)計(jì)階段的需求!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!９

５關(guān)于兼容性等級(jí)的定義!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１０

５．１概要!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１０

５．２不兼容性!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１１

５．３共存性!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１１

５．４可互連性!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１１

５．５可協(xié)作性!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１１

５．６可互操作性!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１１

５．７可交換性!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１２

６功能需求!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１２

６．１概要!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１２

６．２系統(tǒng)（或通道或設(shè)備）狀態(tài)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１２

６．３有效性指數(shù)（ＶＩ）!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１３

６．４信號(hào)處理!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１３

６．５測(cè)量信息處理!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１３

６．６設(shè)備診斷和測(cè)試支持!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１４

６．７本地接口附屬裝置!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１５

６．８設(shè)備（系統(tǒng)和通道）管理!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１５

７功能塊應(yīng)用需求!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１８

７．１系統(tǒng)概述!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１８

７．２基本ＦＢ類型概述!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２０

７．３ＦＢ需求!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２１

７．４從Ｉ＆Ｃ派生的功能塊的初始集!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２２

７．５ＦＢ環(huán)境需求!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２７

７．６通信需求!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２８

８附加需求!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２８

８．１與外部應(yīng)用協(xié)作!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２８

８．２附加特性需求!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!３１

Ⅰ

書

犌犅／犜２１０９９．１—２００７／犐犈犆／犆犇犞６１８０４１：２００３

８．３一致性要求!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!３２

９設(shè)備描述語(yǔ)言!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!３２

９．１背景!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!３２

９．２基本要求!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!３３

９．３一般要求!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!３４

附錄Ａ（資料性附錄）系統(tǒng)生命周期!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!３５

附錄Ｂ（資料性附錄）ＦＢ功能性需求：用戶視圖!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!５４

附錄Ｃ（資料性附錄）ＧＢ／Ｔ２１０９９和ＧＢ／Ｔ１９７６９．１—２００５間的關(guān)系!!!!!!!!!!!６８

附錄Ｄ（資料性附錄）模擬輸入ＦＢ到ＧＢ／Ｔ１９７６９的映射!!!!!!!!!!!!!!!!７８

附錄Ｅ（資料性附錄）ＡＭＥ需求!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!９０

參考文獻(xiàn)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!９５

圖１應(yīng)用交互!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!Ⅴ

圖２ＧＢ／Ｔ２１０９９的影響!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２

圖３功能設(shè)備兼容性等級(jí)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１０

圖４系統(tǒng)（或通道或設(shè)備）狀態(tài)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１２

圖５功能塊設(shè)備的組成!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１８

圖６過程工業(yè)用功能塊應(yīng)用的設(shè)備結(jié)構(gòu)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２０

圖７傳感器功能層次：實(shí)例!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２６

圖８非功能塊應(yīng)用數(shù)據(jù)接口!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２８

圖Ａ．１從過程回路到ＦＲＤ的生命周期!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!３６

圖Ａ．２包含兩個(gè)過程基本操作的ＰＦＤ!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!３７

圖Ａ．３控制功能在擴(kuò)展Ｐ＆ＩＤ上的明確表示!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!３８

圖Ａ．４來(lái)自擴(kuò)展Ｐ＆ＩＤ的控制功能的提取!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!３９

圖Ａ．５控制功能和ＡＢ的需求!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!３９

圖Ａ．６控制功能需求的結(jié)構(gòu)化文檔!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!４０

圖Ａ．７Ｆｏｌｉｏ的四部分!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!４０

圖Ａ．８從控制層次圖中選擇Ｆｏｌｉｏ!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!４１

圖Ａ．９控制功能“控制泵”詳細(xì)需求的Ｆｏｌｉｏ!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!４１

圖Ａ．１０ＦＲＤ的示例!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!４２

圖Ａ．１１獨(dú)立于Ｉ＆Ｃ系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能需求圖!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!４２

圖Ａ．１２標(biāo)準(zhǔn)功能塊語(yǔ)言的需要!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!４３

圖Ａ．１３標(biāo)準(zhǔn)ＥＦＢ庫(kù)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!４４

圖Ａ．１４從功能需求圖到Ｉ＆Ｃ系統(tǒng)和設(shè)備!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!４５

圖Ａ．１５一個(gè)執(zhí)行的設(shè)計(jì)及其來(lái)自現(xiàn)貨供應(yīng)的執(zhí)行設(shè)備的ＡＢ!!!!!!!!!!!!!!!４５

圖Ａ．１６來(lái)自現(xiàn)貨供應(yīng)執(zhí)行設(shè)備的執(zhí)行ＡＢ的內(nèi)部特性設(shè)計(jì)!!!!!!!!!!!!!!!!４６

圖Ａ．１７ＡＢ的內(nèi)部塊與控制功能的上游和下游ＥＦＢ和ＡＢ的網(wǎng)絡(luò)!!!!!!!!!!!!４６

圖Ａ．１８執(zhí)行ＡＢ的圖形符號(hào)和不清晰的內(nèi)部描述!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!４７

圖Ａ．１９使用ＧＢ／Ｔ１９７６９．１—２００５系統(tǒng)模型的開／關(guān)（ＯＦＦ／ＯＮ）閥執(zhí)行ＡＢ!!!!!!!!４７

圖Ａ．２０使用ＧＢ／Ｔ１９７６９．１—２００５系統(tǒng)模型的ＯＦＦ／ＯＮ執(zhí)行ＡＢ!!!!!!!!!!!!４８

圖Ａ．２１三取二安全切換ＡＢ的示例!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!４８

圖Ａ．２２使用ＧＢ／Ｔ１９７６９．１—２００５系統(tǒng)模型的三取二切換ＡＢ!!!!!!!!!!!!!!４９

圖Ａ．２３使用ＧＢ／Ｔ１９７６９．１—２００５系統(tǒng)模型的從ＦＲＤ到程序設(shè)計(jì)方案!!!!!!!!!!４９

Ⅱ

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圖Ａ．２４泵ＡＢ的內(nèi)部塊分布!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!５０

圖Ａ．２５分布ＥＦＢ和控制功能“控制泵”的ＡＢ到Ｉ＆Ｃ結(jié)構(gòu)!!!!!!!!!!!!!!!!５１

圖Ａ．２６控制功能在Ｉ＆Ｃ設(shè)備中的實(shí)現(xiàn)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!５１

圖Ａ．２７使用ＧＢ／Ｔ１９７６９．１—２００５的控制功能“控制泵”的分布!!!!!!!!!!!!!５２

圖Ａ．２８從ＦＲＤ到程序設(shè)計(jì)方案!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!５２

圖Ｂ．１系統(tǒng)屬性!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!５６

圖Ｂ．２ＩＡ／ＩＭ通道校驗(yàn)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!５７

圖Ｂ．３分布式自動(dòng)控制系統(tǒng)的參考功能結(jié)構(gòu)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!５９

圖Ｂ．４每個(gè)ＩＡＭ功能的主要功能成分的用戶視圖!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!６０

圖Ｂ．５ＩＭ通道／ＣＭＭ交互：用戶視圖!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!６１

圖Ｂ．６使用現(xiàn)場(chǎng)總線的分布式平臺(tái)：物理組成!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!６２

圖Ｂ．７智能傳感器參考模型!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!６３

圖Ｃ．１ＧＢ／Ｔ１９７６９．１—２００５功能塊結(jié)構(gòu)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!６８

圖Ｃ．２ＧＢ／Ｔ１９７６９．１—２００５功能塊的類型細(xì)節(jié)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!６９

圖Ｃ．３實(shí)施細(xì)節(jié)方面!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!６９

圖Ｃ．４分布式應(yīng)用和分布式操作系統(tǒng)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!７０

圖Ｃ．５過程控制功能塊的基本概念!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!７１

圖Ｃ．６過程控制ＦＢ中的功能成分!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!７２

圖Ｃ．７一個(gè)過程控制ＦＢ的ＧＢ／Ｔ１９７６９．１—２００５圖形表示!!!!!!!!!!!!!!!７２

圖Ｃ．８ＥＦＢ的完整結(jié)構(gòu)（示例）!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!７３

圖Ｃ．９ＧＢ／Ｔ１９７６９．１—２００５、ＧＢ／Ｔ２１０９９以及其他標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)的關(guān)系!!!!!!!!!!７４

圖Ｄ．１模擬輸入塊的參數(shù)概要!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!７８

圖Ｄ．２模擬輸入塊的仿真、模式和狀態(tài)圖!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!７９

圖Ｄ．３模式和狀態(tài)產(chǎn)生條件!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!７９

圖Ｄ．４模擬輸入塊的狀態(tài)機(jī)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!８０

圖Ｄ．５模擬輸入塊實(shí)例!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!８３

圖Ｄ．６ＡＩＦＢ圖形表示!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!８４

圖Ｄ．７ＡＩＦＢＥＣＣ!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!８４

圖Ｅ．１命名和尋址方法!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!９１

表１功能性特征!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１１

表２初始ＦＢ集!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２２

表３ＥＦＢ一般列表!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２４

表Ｃ．１ＧＢ／Ｔ１９７６９．１—２００５功能塊特征概述!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!７０

表Ｃ．２ＧＢ／Ｔ１９７６９．１—２００５和ＧＢ／Ｔ２１０９９間的模型構(gòu)件參考!!!!!!!!!!!!!７６

表Ｄ．１實(shí)際模式計(jì)算的條件和結(jié)果!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!８０

表Ｄ．２計(jì)算輸出參數(shù)的狀態(tài)的條件和結(jié)果!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!８０

表Ｄ．３模擬輸入塊參數(shù)屬性!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!８１

表Ｄ．４過程參數(shù)描述!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!８２

表Ｄ．５報(bào)警參數(shù)描述!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!８２

表Ｄ．６仿真!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!８３

Ⅲ

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前言

ＧＢ／Ｔ２１０９９《過程控制用功能塊》分為如下幾部分：

———第１部分：系統(tǒng)方面的總論；

———第２部分：功能塊概念和電子設(shè)備描述語(yǔ)言規(guī)范；

———第３部分：電子設(shè)備描述語(yǔ)言；

———第４部分：ＥＤＤ互操作指南。

本部分為ＧＢ／Ｔ２１０９９的第１部分。

本部分等同采用ＩＥＣ／ＣＤＶ６１８０４１：２００３《過程控制用功能塊第１部分：系統(tǒng)方面的總論》（英文

版）。

本部分根據(jù)ＩＥＣ／ＣＤＶ６１８０４１：２００３翻譯。

為便于使用，對(duì)ＩＥＣ／ＣＤＶ６１８０４１：２００３做了下列編輯性修改：

ａ）“本國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)”一詞改為“本部分”；

ｂ）刪除ＩＥＣ／ＣＤＶ６１８０４１：２００３的前言；

ｃ）對(duì)文中明顯錯(cuò)誤的編號(hào)進(jìn)行了糾正；

ｄ）ＩＥＣ／ＣＤＶ６１８０４１：２００３的附錄Ｅ（資料性附錄）的內(nèi)容明顯錯(cuò)誤，給予了刪除；

ｅ）將ＩＥＣ／ＣＤＶ６１８０４１：２００３的附錄Ｆ改為了本部分的附錄Ｅ。

本部分的附錄Ａ、附錄Ｂ、附錄Ｃ、附錄Ｄ和附錄Ｅ均為資料性附錄。

本部分由中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)提出。

本部分由全國(guó)工業(yè)過程測(cè)量和控制標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)第二分技術(shù)委員會(huì)歸口。

本部分負(fù)責(zé)起草單位：西南大學(xué)。

本部分參加起草單位：機(jī)械工業(yè)儀器儀表綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所、上海自動(dòng)化儀表股份有限公司、中

國(guó)四聯(lián)儀器儀表集團(tuán)、浙江大學(xué)、北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所、上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所。

本部分主要起草人：劉楓、趙亦欣、黃偉、張渝、莊夏。

本部分參加起草人：馮曉升、包偉華、劉進(jìn)、馮冬芹、謝兵兵、陳詩(shī)恩。

本部分為首次發(fā)布。

Ⅴ

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引言

本部分是一個(gè)最終用戶驅(qū)動(dòng)的基于功能塊（ＦＢ）的分布式過程控制系統(tǒng)的需求規(guī)范。本部分及其

與之相關(guān)的功能塊標(biāo)準(zhǔn)（ＧＢ／Ｔ２１０９９．２）源自電力工業(yè)領(lǐng)域。本部分經(jīng)過了石油和燃?xì)狻⑹突?、醫(yī)

藥和精細(xì)化工、造紙、食品和飲料、污水處理廠、冶金和其他領(lǐng)域中的應(yīng)用的驗(yàn)證。對(duì)于其他工業(yè)領(lǐng)域，

將有其他的一般需求標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)規(guī)范。

當(dāng)前和未來(lái)的數(shù)字過程控制系統(tǒng)需要滿足下列需求：

●增加保密性和安全性；

●縮短上市時(shí)間；

●被可用的工具支持；

●降低開發(fā)和技術(shù)支持的成本；

●最小化培訓(xùn)費(fèi)用；

●支持分布式控制應(yīng)用的集成；

●支持實(shí)現(xiàn)的集成方法；

●增加可維護(hù)性、可更改性、敏捷性、可升級(jí)性、靈活性、有效性、可訪問性、可用性、支持工具的兼

容性、多廠商設(shè)備／應(yīng)用的兼容性、知識(shí)和設(shè)計(jì)的可重用性、軟件組件的可重用性；

●數(shù)字過程控制系統(tǒng)由數(shù)字設(shè)備組成，這些設(shè)備相互間是兼容的、可協(xié)作的、可互連的、可互操作

的和可互換的。

在過程控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和在生命周期所有階段中的操作都需要滿足這些需求。設(shè)計(jì)過程控制

系統(tǒng)公認(rèn)的基本概念是用ＦＢ描述所有必要的與實(shí)現(xiàn)相關(guān)的功能。ＦＢ是提供特定功能的數(shù)據(jù)和算法

的封裝，它具有自主性。過程控制系統(tǒng)可以包含多個(gè)不同ＦＢ的多個(gè)實(shí)例，它們運(yùn)行在提供公共服務(wù)

（例如通信）以及到其他應(yīng)用的接口的環(huán)境中。見圖１。

圖１應(yīng)用交互

Ⅵ

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過程控制用功能塊

第１部分：系統(tǒng)方面的總論

１范圍

ＧＢ／Ｔ２１０９９的本部分以通用指南的方式為供應(yīng)商提供了一個(gè)規(guī)范，以滿足數(shù)字過程控制系統(tǒng)不

斷發(fā)展的需求。通過本規(guī)范，用戶可以確保他們所選擇的設(shè)備的