DB13∕T 2957-2019 工业计量与控制数字化应用规范(河北省).pdf

ICS 75.160.20 E 31 DB13 河北省地方标准 DB 13/T 29572019 工业计量与控制数字化应用规范 2019 - 03 - 25 发布 2019 - 04 - 25 实施 河北省市场监督管理局 发 布 DB13/T 29572019 I 前 言 本标准按照GB/T 1.1-2009 给出的规则起草。 本标准由河北省计量监督检测研究院提出。 本标准由河北省信息技术标准化技术委员会归口。 本标准起草单位：河北省计量监督检测研究院、河北省工业和信息化发展研究院、河北省自动化研究所、河北科技大学、北京航空航天大学、大途科技有限公司、石家庄高新区中正仪器仪表有限公司、三河市福海特种设备制造有限公司、承德华远自动化设备有限公司、天津市迅尔仪表科技有限公司、邯郸市邯钢集团信达科技有限公司、泰华伟业科技有限责任公司、河北理工大学智能仪器厂、河北凯翔电气科技股份有限公司、河北标量检测服务有限公司、晨光生物科技集团股份有限公司。 本标准主要起草人：齐增海、徐天彤、朱立功、吴建国、朱雪宏、蒲诚、薛贵军、葛佳怡、何谓、李海、梁国壮、李勇、高长利、柴世铎、李彦刚、张志文、武志伟、付振。 DB13/T 29572019 1 工业计量与控制数字化应用规范 1 范围 本规范规定了数字化工业计量和工业控制系统的定义和基本技术要求。 本规范适用于普通工业生产和贸易结算的控制和计量。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的引用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 19582.1-2008 基于Modbus协议的工业自动化网络规范 第1部分：Modbus应用协议 GB/T 19582.3-2008 基于Modbus协议的工业自动化网络规范 第3部分：Modbus协议在 TCP/IP上的实现指南 GB/T 21109-2007 过程工业领域安全仪表系统的功能安全 GB/T 25919.2-2010 Modbus测试规范 第2部分：Modbus串行链路互操作测试规范 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 数字传感器 能感受规定的被测量量并按照一定的规律转换成数字信号的器件。 3.2 数字变送器 将一个或多个传感器的测量数据进行采集和运算，达到测量要求，并将数据以标准的数字通信形式传输出去的器件，可与测量装置配合完成计量或测量任务。 3.3 数字控制器 连续将一个或多个传感器（或变送器）的测量数据进行采集和运算得到测量数据，根据工艺目标值和相应算法进行运算，运算结果输出给一个或多个执行机构的器件。 3.4 现场数字单元 是计量单元、测量单元、控制单元、紧急停车单元、密钥单元的统称，特点是工作在工业现场、独立完成现场任务、通过网络连接和管理，见附录A。 DB13/T 29572019 2 3.5 计量单元 通常由测量装置、数字传感器（或变送器）、软件和通信接口组成。对工艺目标和现场环境变量，通过规范的数学模型运算得到一组目标定量测量值的独立系统。用于贸易结算、总量核算、工艺安全、质量控制、行政执法等；具有高精度和高稳定性的特点；软、硬件均具备公认的溯源性。 3.6 测量单元 通常测量目标是单一参数，主要用于特定工艺过程监视和记录的独立系统。 3.7 控制单元 接受来自网络的指令，对工艺参数进行采集、运算、调节、连锁、报警，从而完成对一个相对独立的工艺过程控制的独立系统。 3.8 紧急停车单元 独立于控制单元之外，以安全为目的的紧急工艺切断系统。不参与正常工艺过程的管理与控制，具备独立测量、运算、决策和控制功能。 3.9 实时密钥单元 用于网络与现场数字单元间通信安全的防护系统。通过采集现场数字单元的实时数据和安全逻辑库数据进行分析运算，对通信指令进行身份甄别、真伪验证、屏蔽和报警。 3.10 管理单元 根据工艺过程要求对相关现场数字单元进行实时设定、汇总、储存、监控、联锁的独立系统。 3.11 网络隔离 现场数字单元与网络间的物理隔离性能。 3.12 计量单元校准 对计量单元按照对应标准和规程进行检验调校的过程。 4 技术要求 4.1 现场数字单元 现场数字单元应符合以下通用要求： a) 网络通讯：通过网络隔离与工业现场网络或工业管理网络连接。 DB13/T 29572019 3 b) 采用智能技术：每个单元应采用智能技术独立完成任务并以数字形式与网络通信。 c) 单元控制：面对一个工业现场任务，由一个现场数字单元独立完成或多个现场数字单元协同完成，面对一个系统任务，由网络中的数个现场数字单元和管理单元共同完成。 d) 一体化： 1) 整体设计：单元的各个功能部件应为整体设计，避免在现场进行二次组合、运算和设计之外的防护等； 2) 整体校准和质检：进行全过程整体校准和质检，包括测量装置、传感器、数学模型、执行机构； 3) 整体服务：制造方对数字单元产品的整体质量和售后负责。 e) 产品及接口标准： 1) 数字单元与网络间的通信协议或转换后的协议应使用 Modbus 或 OPC 协议， 其软、 硬件应符合 GB/T 25919.2-2010、GB/T 19582.1-2008、19582.3-2008 相关要求； 2) 特殊用途单元或单元内部的智能卡件和模块，应明示通信协议和硬件接口； 3) 数字单元通信应兼容 420mA 信号； 4) 整体产品应符合国家、行业或企业标准。 4.2 计量单元 测量结果是最终目标值，具备公认、明确的溯源方法，应具备设计、生产、验收、安装、校准的规范文件。各部分应符合以下要求： a) 测量装置：使多个传感器与工艺装置匹配，通过优化设计或自动控制使传感器能够在所需要的环境中发挥测量性能。不应在现场出现影响测量结果的组装工作，如需把现场工艺中的设备作为测量装置的一部分，应在设计说明和安装要求中明示； b) 数据采集和运算：对传感器测量全范围进行数字采集，运算应包括补偿工艺和环境影响的全部数学模型，不应在通信输出后再进行与计量精度有关的计算； c) 在线校准：在具备现场标准物的前提下，应有在线校准功能。 4.3 测量单元 能补偿环境影响及工艺变化对目标值的影响，目标值可使用自定义溯源。 4.4 控制单元 控制单元应符合以下要求： a) 危险分散: 每个单元之间、单元与网络之间应采用隔离连接，确保任一单元发生故障后不会对其它单元产生不良影响； b) 独立任务：应独立完成单一或多个任务，实现测量、运算、控制、联锁、报警等功能。网络或其它单元发生故障时，可依据原有设定继续执行任务； c) 集中管理：根据相应管理单元的指令执行任务。从传感器、运算、执行各环节均受相应管理单元的监视。 4.5 管理单元 管理单元应符合以下要求： a) 按照权限，管理和控制网络中相应的现场数字单元，完成一个系统任务； b) 不参与现场数字单元内部的实时工作； DB13/T 29572019 4 c) 对权限内的现场数字单元中参数可进行储存和预警。 4.6 紧急停车单元 紧急停车单元应符合以下要求： a) 独立单一任务：应采用独立电源、独立传感器、独立控制器、独立执行机构和单一任务控制的设计； b) 回路冗余：对于高危险工艺，应采用两个独立的紧急停车单元实现相互备份； c) 限制功能操作：应限制人为对紧急停车单元的操作，包括通信和现场设置； d) 软件设计：软件代码应明示，不应使用代码不公开的软件包编译； e) 其它要求：应符合 GB/T 21109-2007。 4.7 实时密钥单元 实时密钥单元应符合以下要求： a) 通过实时数据采集和安全逻辑库的运算，来甄别指令和指令源的真伪，应阻止伪指令的执行并报警，不参与任务单元工作； b) 采用独立的电源、传感器和网络通信； c) 软件设计的代码应明确，不应使用代码不公开的软件包编译。 4.8 网络隔离 现场数字单元与现场网络之间的通信和供电应采用电气隔离措施。任一单元的故障不会影响网络中其它数字单元的工作和网络通信。 5 计量单元的校准和验收 5.1 溯源 5.1.1 全过程溯源 对缺乏标准物的溯源，影响计量结果的测量、常数和公式均应溯源，溯源依据应是经过建标程序的标准装置、相关国家标准、公认的理论公式，其溯源及运算过程必须在产品说明书中明示。对无法测量、无法溯源的过程应明示对计量结果的影响范围。 5.1.2 多变量过程的溯源 应依据现有的量值传递体系和公认的理论公式，对逐个变量在其它变量处于给定值的情况下，根据工艺要求范围逐一校准。 5.2 全工艺过程范围校准及检验 除型式试验外，应对以下内容进行检验： a) 测量装置的检验：传感器测量范围应与工艺变化范围相匹配； b) 单传感器的校准：对于单参数和数学模型的校准须覆盖工况要求的全范围； c) 通信的检验：通信的误码率、抗干扰性能。 5.3 数字计量单元的验收 数字计量单元的验收应符合以下要求： DB13/T 29572019 5 a) 同一厂家计量单元的型式试验或生产许可资料； b) 与工艺测量范围要求相一致的校准资料和溯源方法； c) 与工艺相配套的设计说明和确保传感器稳定可靠发挥性能的保障措施； d) 输出最终完整的计量数据，不需要二次计算； e) 通过远程终端对计量单元的各个参数进行设置。 DB13/T 29572019 6 A A 附 录 A （资料性附录） 现场数字单元与传统 DCS、PLC 的区别 由现场数字单元、管理单元、网络直接连接形成扁平化的分布式网络结构，见图A.1；传统DCS、PLC属于DDZ 结构（电动单元组合），是现场变送器通过模拟信号传输到PLC，然后再传输到上位机，最后传输到网络，形成分层、集中式的网络结构，见图A.2。 现场数字单元 特点：数字化、网络化、扁平化、单元一体化 数字单元 管理单元 。 。 。 。 。 。 图 A.1 管理单元 数字单元 数字单元 传统 DCS/PLC 特点：DDZ 结构、模拟传输、多层结构、危险集中 上位机 现场 IO 传统 PLC、DCS 图 A.2 现场 IO