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

中華人民共和國國家標準

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實施

中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局

發(fā)布

中國國家標準化管理委員會

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術語和定義!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!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!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!８

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

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

４．２設計階段的需求!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!９

５關于兼容性等級的定義!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!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)（或通道或設備）狀態(tài)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１２

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

６．４信號處理!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１３

６．５測量信息處理!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１３

６．６設備診斷和測試支持!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１４

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

６．８設備（系統(tǒng)和通道）管理!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１５

７功能塊應用需求!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!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與外部應用協(xié)作!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２８

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

Ⅰ

書

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

９設備描述語言!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!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!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!９５

圖１應用交互!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!Ⅴ

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

圖３功能設備兼容性等級!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１０

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

圖５功能塊設備的組成!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１８

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

圖７傳感器功能層次：實例!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２６

圖８非功能塊應用數(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包含兩個過程基本操作的ＰＦＤ!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!３７

圖Ａ．３控制功能在擴展Ｐ＆ＩＤ上的明確表示!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!３８

圖Ａ．４來自擴展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”詳細需求的Ｆｏｌｉｏ!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!４１

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

圖Ａ．１１獨立于Ｉ＆Ｃ系統(tǒng)實現(xiàn)的功能需求圖!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!４２

圖Ａ．１２標準功能塊語言的需要!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!４３

圖Ａ．１３標準ＥＦＢ庫!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!４４

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

圖Ａ．１５一個執(zhí)行的設計及其來自現(xiàn)貨供應的執(zhí)行設備的ＡＢ!!!!!!!!!!!!!!!４５

圖Ａ．１６來自現(xiàn)貨供應執(zhí)行設備的執(zhí)行ＡＢ的內(nèi)部特性設計!!!!!!!!!!!!!!!!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!!!!!!!!!!!!４６

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

圖Ａ．１９使用ＧＢ／Ｔ１９７６９．１—２００５系統(tǒng)模型的開／關（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到程序設計方案!!!!!!!!!!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設備中的實現(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到程序設計方案!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!５２

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

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

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

圖Ｂ．４每個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)場總線的分布式平臺：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功能塊的類型細節(jié)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!６９

圖Ｃ．３實施細節(jié)方面!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!６９

圖Ｃ．４分布式應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以及其他標準化活動的關系!!!!!!!!!!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!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!８０

圖Ｄ．５模擬輸入塊實例!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!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實際模式計算的條件和結(jié)果!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!８０

表Ｄ．２計算輸出參數(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備描述語言規(guī)范；

———第３部分：電子設備描述語言；

———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ＩＥＣ／ＣＤＶ６１８０４１：２００３做了下列編輯性修改：

ａ）“本國際標準”一詞改為“本部分”；

ｂ）刪除ＩＥＣ／ＣＤＶ６１８０４１：２００３的前言；

ｃ）對文中明顯錯誤的編號進行了糾正；

ｄ）ＩＥＣ／ＣＤＶ６１８０４１：２００３的附錄Ｅ（資料性附錄）的內(nèi)容明顯錯誤，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。

本部分由中國機械工業(yè)聯(lián)合會提出。

本部分由全國工業(yè)過程測量和控制標準化技術委員會第二分技術委員會歸口。

本部分負責起草單位：西南大學。

本部分參加起草單位：機械工業(yè)儀器儀表綜合技術經(jīng)濟研究所、上海自動化儀表股份有限公司、中

國四聯(lián)儀器儀表集團、浙江大學、北京機械工業(yè)自動化研究所、上海工業(yè)自動化儀表研究所。

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、馮冬芹、謝兵兵、陳詩恩。

本部分為首次發(fā)布。

Ⅴ

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引言

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

與之相關的功能塊標準（ＧＢ／Ｔ２１０９９．２）源自電力工業(yè)領域。本部分經(jīng)過了石油和燃氣、石油化工、醫(yī)

藥和精細化工、造紙、食品和飲料、污水處理廠、冶金和其他領域中的應用的驗證。對于其他工業(yè)領域，

將有其他的一般需求標準和相關規(guī)范。

當前和未來的數(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；

●縮短上市時間；

●被可用的工具支持；

●降低開發(fā)和技術支持的成本；

●最小化培訓費用；

●支持分布式控制應用的集成；

●支持實現(xiàn)的集成方法；

●增加可維護性、可更改性、敏捷性、可升級性、靈活性、有效性、可訪問性、可用性、支持工具的兼

容性、多廠商設備／應用的兼容性、知識和設計的可重用性、軟件組件的可重用性；

●數(shù)字過程控制系統(tǒng)由數(shù)字設備組成，這些設備相互間是兼容的、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。設計過程控制

系統(tǒng)公認的基本概念是用ＦＢ描述所有必要的與實現(xiàn)相關的功能。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)可以包含多個不同ＦＢ的多個實例，它們運行在提供公共服務

（例如通信）以及到其他應用的接口的環(huán)境中。見圖１。

圖１應用交互

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商提供了一個規(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備的