ICS 75.160.20 E 31 DB13 河北省地方标准 DB 13/T 2957 2019 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 2957 2019 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 2957 2019 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 2957 2019 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 2957 2019 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 2957 2019 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 2957 2019 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 2957 2019 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