工业过程测量和控制系统标准体系

工业过程测量和控制系统标准体系The standard scheme for industrial process measurement and control system梅恪1张桂玲2(1.机械工业仪器仪表综合技术经济研究所，北京 100055)(Instrumentation technology & Economy institute P.R.China Beijing 100055) [摘要] 本文在分析了我国工业自动化仪表现状的基础上,提出了我国工业过程测量和控制系统标准体系框架和实施计划。

[关键词] 标准体系框架工业过程测量和控制系统Abstract: Based on the present situation of industrial automation devices in our country, the article illustrates the standard scheme for industrial process measurement and control system and puts forward the plan of implementation.Key word: standard scheme industrial process measurement and control system收稿日期：2010-01-11作者简介：梅恪（1973-），男，北京市人，硕士，北京理工大学计算机科学与技术专业毕业，教授级高级工程师，全国工业过程测量和控制标准化技术委员会工业通信（现场总线）及系统分委会秘书长，长期从事工业自动化标准化工作。

引言工业过程测量和控制系统广泛应用于石油、化工、电力、煤炭、冶金、纺织、轻工、食品、烟草等各个领域，是工业生产高产、稳定、优质、低耗、安全、环保的重要保障。

“走新型工业化道路，以信息化带动工业化，以工业化促进信息化”是中央在全面总结我国工业化历史经验和深刻洞察世界经济与科技发展趋势的基础上，做出的一项重大战略决策。

工业过程测量和控制系统是工业化与信息化融合的桥梁和手段。

标准体系研究作为国家重要基础研究工作，是一项涉及经济、技术、管理等诸多因素的工作，其目的是为了指导开发、推荐技术、规范市场、保证质量、方便用户使用，为用户建立信心。

1、我国工业自动化仪表发展概况我国工业自动化仪表产业在70年代形成了上海、西安、重庆、安徽、北京几个基地，并以系统带单表的发展战略带动了许多工程项目的实施。

80年代，我国在DCS制造生产方面有了新的突破，开始打破了国外DCS全面占领中国市场的局面。

90年代，现场总线技术和实时以太网技术蓬勃发展，国际上流行的现场总线通信协议有FF、PROFIBUS、WORLDFIP、P-NET等40多种，每一种总线通信协议在研究开发的初期都是针对某几种工业领域中的工艺特点制定的，在相应的应用领域中具有比较明显的价格和技术优势。

同时，工业以太网以其数字式双向通信、可互操作性、开放性和透明性的优势基本形成了广泛应用于工业自动化领域的趋势（主要是在企业管理层和控制层等中、上层），并有向下延伸直接应用于现场设备间通信的趋势，我国自主研发的EPA技术在取得国际标准突破的同时，逐渐应用于生产过程实践。

由于技术的进步和需求的多样化，自动化仪表工业已由传统的连续流程工业的自动化扩展到机械产品加工工业的工厂自动化和事务处理为特征的办公自动化，后两者近几年发展很快。

在新世纪里，自动化的需求是多方面的，自动化仪表工业与各行各业进一步融合是大势所趋。

过程控制领域，特别是大型石油化工企业等行业，由于它们存在快速、易燃、易爆、高温、高压等无法用人工观察和控制的特点，必须实现自动化。

这已成为人们的共识，而对其他行业自动化问题的看法尚不一致。

为了使机械加工、轻工等行业产品质量提高、成本降低并与国际接轨，在世界上有竞争力，必须要实行自动化。

信息技术的进步推动了工业自动化仪表与控制系统的向前发展，智能化、高精度化、无线化、安全仪表系统（SIS）、科学仪器的在线化是工业自动化仪表技术的发展趋势。

2、工业过程测量和控制系统标准体系需求2.1、工业过程测量和控制系统标准体系的范畴工业过程测量和控制系统标准体系涵盖连续和断续工业自动化系统及其元件方面的标准化工作，在国际上对口IEC/TC65（工业过程测量和控制）和ISO/TC30（封闭管道中流体流量的测量），国内对口SAC/TC124全国工业过程测量和控制标准化技术委员会，主要内容包括：a）温度、流量、机械量、物位、显示仪表、执行器和结构装置；b）控制仪表及装置、工业控制计算机及系统；c）压力仪表；d）工业通信网络；e）可编程序控制器及系统；f）分析仪器方面，主要是物质成分、化学结构和物理特性的分析测量仪器及仪器的测量技术；g）智能记录仪表及其相关产品，主要是无纸记录仪及其衍生产品，如调节记录仪、积算记录仪、高速记录仪和PC记录仪等；h) 石油产品的专用检测仪器设备；i）工业在线校准方法：主要是焓差试验台、冷量试验台（如压缩机性能试验台等）、汽车环境模拟试验室、实验室用过程信号校准器的产品标准及校准方法及空调冷量传递；j) 化工计控仪表系统现场使用的运行维护与检修；k) 系统及功能安全，包括工作条件（包括EMC）、系统评估方法、功能安全、批控制等。

2.2、我国技术标准体系的历史标准体系是在一定范畴内为了确定的目的而制定的或准备制定的具有内在联系的一系列标准的集合。

其作用是指导和预测本行业内标准化工作的发展。

标准体系的建立和调整无疑要反映出技术的进步，反映出经济环境的变化和国家管理的要求，同时也会对相关标准体系的变化作出反映。

标准体系是在一定范畴内为了确定的目的而制定的或准备制定的具有内在联系的一系列标准的集合。

其作用是指导和预测本行业内标准化工作的发展。

标准体系SS可以表示为时间T、环境E、条件C和目标O四个参数的多元关系SS={T，E，C，O}，四个参数中每个参数的变化都会对体系产生影响，同时四个参数之间也存在着相互的制约关系。

我国工业过程测量和控制行业的标准体系在“六五”期间开始建立，八十年代初建立了一机一标的模式，八十年代中期又调整为一机多标、一标多机的模块化积木式标准体系，这种老的标准体系已经在行业中运行了将近二十年。

从标准体系的定义上分析，制约标准体系的四个关键参数已经发生了根本变化，现有的体系是在完全计划经济体制下设计出来的，而当时建立体系的目标主要是为政府以行政手段管理企业、管理行业提供技术依据。

比如企业升级、产品评优、评比、质量检查、等级品率统计、可靠性考核等等需要以标准为依据。

随着我国加入WTO，国家的管理方针已经发生根本变化，对企业的行政管理逐步取消，企业作为独立法人已经在法律上取得了独立自主，自负盈亏，自主经营的权利，国家对企业的管理主要通过两个渠道，一是用法律手段约束企业，二是通过市场引导企业，在这种大的机制转变的环境下，标准的制定工作已经从政府指令型向市场需求型转变，这种完全计划经济体制下设计出来的以政府行政手段管理企业、管理行业的技术依据显然已经不再适应我国市场经济的发展需要。

2.3、技术标准体系的国内外现状国际上涉及工业过程测量和控制领域标准研究的组织很多，主要有国际电工委员会第65技术委员会IEC/TC65，美国国家标准化委员会的SP50，欧洲电工委员会第65技术委员会CENELEC/TC65等。

而SP50和CENELEC/TC65的工作范围和分工基本上与IEC/TC65相对应。

IEC/TC65采用以基础通用标准和方法标准为主的体系结构，而我国则仍然采用以产品标准为主的体系结构。

IEC/TC65的标准体系结构主要分为四个部分：一是系统方面，主要涉及系统评估方法、安全要求、环境条件、电磁兼容性和批量控制等系统整体要求；二是装置，主要涉及工业过程控制阀、变送器、模拟信号控制器、热电偶、PLC等组成系统的部件；三是工业通信（现场总线），主要涉及可编程测量仪表接口、测量和控制数字数据通信，工业过程控制系统用现场总线；四是企业控制系统集成，主要涉及总线设备工具接口规范、EDDL、OPC-UA、企业控制和设备行规等，目前，IEC/TC65现行国际标准270项，正在进行的工作项目75项。

国内工业过程测量和控制领域标准研究主要由SAC/TC124全国工业过程测量和控制标准化技术委员会承担，国内标准体系的结构和分工与国际上不完全相同，除工业通信（现场总线）方面的标准制定工作与国际完全对应以外，其他工作领域的工作范围不仅含盖了IEC/TC65的工作内容（除分析仪器外），还涉及IEC/TC66、ISO/TC30等其他国际标准化组织的工作范围。

目前，SAC/TC124现行国家标准243项，行业标准225项，国家标准计划296项，行业标准计划23项。

2.4、存在的问题我国工业过程测量和控制系统标准体系经历了若干历史时期的发展，虽然在局部和部分领域进行过调整和协调，但是总体上仍然保留着计划经济时期的现状，主要问题体现在：标准水平偏低，标准自主技术含量不高，标准更新不及时，配套程度低，针对性不强，标准之间的技术水平不平衡，缺乏必要的协调性。

3、工业过程测量和控制系统标准体系3.1、新标准体系建立的指导思想、基本原则、总体目标建设新体系的指导思想是：以科学发展观为指导，紧紧围绕国家攻关项目目标和产业化政策，以我国自主知识产权的先进控制系统产品的设计开发和市场需求为目标，立足国际技术前沿，构建了符合我国国情的工业过程测量和控制系统标准体系及其一系列基础测试方法标准、产品技术标准和安全标准，促进我国工业数据通信和工业信息技术整体水平的提升。

建设新体系的基本原则是：先进性、适用性、协调性、配套性、可扩展性。

建设新体系的总体目标是：到2020年建成一个以技术规范的强制性要求为核心、以国际标准为基础的自愿性体系，与法律法规相配套，以实施监督为保障，政府授权，标准化管理机构管理，技术委员会具体组织，社会广泛参与的新型国家技术标准体系。

3.2、技术标准体系框架工业过程测量和控制系统技术标准体系框架见图1。

工业过程测量和控制系统技术标准体系框架可分解为四个大方向，三十一个具体研究方向:a) 工业自动化系统综合——EMC要求；——功能安全；——系统评估方法；——安全仪表系统；——批量控制。

b) 工业自动化装置——分析仪器；——温度与压力仪表；——流量与物位仪表；——机械量仪表、自动称重装置与其他检测仪表；——显示记录仪表；——调节仪表；——执行器；——自动控制与遥控装置；——工业控制与计算机应用装置；——其他自动化装置。

c) 工业通信网络——DCS系统；——现场总线；——实时以太网；——工业无线；——通信功能安全；——计算机安全；——高可用自动化网络（冗余）；——工业线缆安装。