【国家标准】 自动化系统 嵌入式智能控制器 第1部分：通用要求

ICS25.040.40
中华人民共和国国家标准　
GB/T36413.1—2018
自动化系统
嵌入式智能控制器
第1部分：通用要求
Automation systemEmbedded smart controller-Part 1 : General requirements2018-06-07发布
国家市场监督管理总局
中国国家标准化管理委员会
2019-01-01实施
GB/T36413.1—2018
规范性引用文件
术语和定义
基本要求
结构要求
基本功能要求
可选功能要求
性能要求
5环境适应性要求
气候环境
机械环境
电磁兼容要求
无线电骚扰
无线电抗扰度
设备安全要求
可靠性要求
标志、包装、运输及贮存要求
GB/T36413《自动化系统嵌人式智能控制器》由以下部分组成：第1部分：通用要求；
第2部分：测试评估规范：
第3部分：良好实践。
本部分是GB/T36413的第1部分。本部分按照GB/T1.1一2009给出的规则起草GB/T36413.1—2018
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任本部分由中国机械工业联合会提出本部分由全国工业过程测量控制和自动化标准化技术委员会（SAC/TC124）归口。本部分起草单位：研祥智能科技股份有限公司、北京金立石仪表科技有限公司、厦门宇电自动化科技有限公司、西南天学、厦门安东电子有限公司、安徽蓝润自动化仪表有限公司、绵阳市维博电子有限责任公司、重庆宇通系统软件有限公司、西安东风机电股份有限公司、北京瑞普三元仪表有限公司、苏州市山博自动化系统工程有限公司、罗克韦尔自动化（中国)有限公司、杭州盘古自动化系统有限公司、深圳万讯自控股份有限公司、重庆两江新区市场和质量监督管理局、北京昆仑海岸传感技术有限公司、上海模数仪表有限公司、重庆市伟岸测器制造股份有限公司、西安优控科技发展有限责任公司、福建顺昌虹润精密仪器有限公司、江苏杰克仪表有限公司、北京京仪仪器仪表研究总院有限公司、厦门市计量检定测试院、南京优倍电气有限公司、深圳市尔泰科技有限公司、广州南控自动化设备有限公司、浙江盾安禾田金属有限公司、上海凡宜科技电子有限公司、上海方迅仪表有限公司、上海盖林自动化科技有限公司、成都阿普奇科技股份有限公司、安徽蓝德集团股份有限公司、重庆理工大学、中国烟草总公司职工进修学院、中国仪器仪表学会。
本部分主要起草人：庞观士、任军民、薛英仪、曾霆、宫晓东、周宇、张新国、钟秀蓉、黄巧莉、李涛、肖国专、陈万林、阮赐元、岳周、任卫东、李振中、姜凤军、华、徐志华、郑维强、陈一兰、刘伯林、明代都、韩恒超、唐田、欧文辉、胡明、陈志扬、邹凌、王悦、蒋淑恋、董健、郑彦哲、官荣涛、汪向荣、王圣斌、郝建庆、赵俊虎、陈坚松、李正祥、余成波、王德吉、张建。1范围
自动化系统嵌入式智能控制器
第1部分：通用要求
GB/T36413.1—2018
GB/T36413的本部分规定了自动化系统嵌入式智能控制器的术语和定义以及通用要求本部分适用于嵌入式智能控制器的设计、测试和使用，是制定产品标准的依据2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。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/T191包装储运图示标志
信息技术设备安全第1部分：通用要求GB4943.1
GB/T9254
信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法GB/T9969
工业产品使用说明书总则
GB/T17214.1
GB/T17214.3
GB/T17618
工业过程测量和控制装置工作条件第1部分：气候条件工业过程测量和控制装置的工作条件第3部分：机械影响信息技术设备抗扰度限值和测量方法GB/T17626.2
GB/T17626.3
GB/T17626.4
GB/T17626.5
GB/T17626.6
GB/T17626.8
GB/T17626.11
GB/T20438.2
电磁兼容
电磁兼容
电磁兼容
电磁兼容
电磁兼容
电磁兼容
试验和测量技术
静电放电抗扰度试验
试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验电快速瞬变脉冲群抗扰度试验
试验和测量技术
试验和测量技术
浪涌（冲击）抗扰度试验
试验和测量技术
射频场感应的传导骚扰抗扰度
试验和测量技术
工频磁场抗扰度试验
电磁兼容试验和测量技术电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度试验电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全第2部分：电气/电子/可编程电子安全相关系统的要求
GB/T26802.1工业控制计算机系统通用规范第1部分：通用要求GB/T26806.1
工业控制计算机系统工业控制计算机基本平台第1部分：通用技术条件GB/T29832.1
GB/T29832.2
3术语和定义
系统与软件可靠性第1部分：指标体系系统与软件可靠性
下列术语和定义适用于本文件。3.1
第2部分：度量方法
嵌入式智能控制器
embeddedsmartcontroller
嵌入在智能仪器仪表和智能设备中的一种专用计算机，通过输入接口、输出接口和通讯接口获取被控对象工作状态、工作参数、命令执行结果以及环境数据等信息，执行其内部存储的控制程序，按照预定GB/T36413.1—2018
的控制算法和要求，输出控制信号或者命令，驱动执行结构，实现自动化或智能化控制目标。注：嵌人式智能控制器一般由微处理器、存储器、输人/输出接口、通信接口、控制功能模块和显示功能模块，以及运行在这些硬件平台上的系统软件和应用软件组成。3.2
智能设备intelligentequipment种高度自动化的机电一体化设备，是传统电气设备与计算机技术、数据处理技术、控制理论、传感器技术、网络通信技术、电力电子技术等相结合的产物。注：功能完备的智能设备具备自我检测和自我诊断能力，具有灵敏准确的感知功能，知识推理和学习能力，能自主决策并独立执行任务
号intelligentinstrument
智能仪器
有微型计算机或者微型处理器的测量仪器，具有操作自动化、自动测试、数据分析处理、友好人机交互界面、可编程操作等传统仪器没有的功能。智能仪器是计算机技术和测量仪器相结合的产物，3.4
应用程序applicationprogram
为用户设计的，可完成一组协同功能、任务或者活动的计算机程序注：有些应用程序只完成单一任务，有些应用程序集成了多个不同应用。根据任务或者活动的不同，应用程序可处理文本、数字、图形或者这些元素的组合。应用程序处在计算机系统中最高层，离计算机硬件最远3.5
组态配置configuration
嵌入式智能控制器及其外围设备的部件或模块的设计组合信息。3.6
编程语言programminglanguage
用来定义计算机程序的形式语言。注：编程语言通常由计算机指令组成，由计算机系统解析执行。编程语言的描述一般可以分为语法及语义。语法规定哪些符号或文字的组合方式是正确的，语义则是对于编程的解释。有些编程语言通过规范文件定义，例如C语言的规格文件也是ISO标准中一部份；而有些编程语言（像Perl)有一份主要的编程语言实现文件作为参考实现。
systemextensionbus
系统扩展总线
用来连接计算机处理器模块与外围模块，扩展计算机处理器模块功能的信号互联机构。注：每一种系统扩展总线都需定义以下四个特性a）物理特性指总线的物理连接方式，包括总线的根数，总线的插头、插座的形状，引脚线的排列方式等；b）功能特性描述总线中每一根信号线的功能；电气特性定义每一根线上信号的传递方向及有效电平范围；c）
d）时间特性：规定总线上各信号有效的时序关系。3.8
功能模块
functionmodule
具有独立结构和标准总线接口，通过系统扩展总线与处理器模块相连，与系统其他功能协同工作，完成特定的功能，起到扩展原有系统功能的作用。例如：存储功能模块，显示功能模块。3.9
处理器模块
processor module
嵌入式智能控制器的核心，核心部件是中央处理单元（CentralProcessorUnit，简称CPU），具有能存储数据和程序的存储器，能执行控制程序，处理来自输入接口或存储器的数据，将运算处理结果暂存2
在存储器或者输出到外部接口。3.10
接口interface
GB/T36413.1—2018
明确定义了物理结构、电气特性、通信协议、信号排列以及时序关系，用于连接另一个功能模块、功能部件或整机设备的信号连接器。注：本部分的接口特指硬件接口（hardware interface），也有软件接口。4基本要求
4.1结构要求
根据实际应用需求，嵌入式智能控制器可采取单板式、模块式和箱式等不同结构形式，单板式嵌入式智能控制器是仪器仪表和智能设备的核心部件安装在仪器仪表或者智能设备中，在一块单板上集成了仪器仪表或智能设备所需的主要功能，可通过仪器仪表或者智能设备专用功能模块实现功能扩展：图1为单板式智能控制器功能框图。根据不同的技术和应用要求，单板式智能控制器可有不同的形式，例如：单片系统SoC（SystemonChip），单板系统SingleBoardSystem等。oQ
编程接口
通信接口
扩展接口
输入接口
处理器
输出接口
内存外存
状态指示
显示接口
单板式智能控制器功能框图
模块式智能控制器各个模块具有独立的结构，各模块之间通过系统扩展总线相连接。系统扩展总线采用统一的标准定义，根据系统扩展总线的性质可采取不同的拓扑结构，例如：PCI总线采用总线拓扑结构，以太网总线采用星型拓扑结构等。图2为模块式智能控制器功能框图。控bZxz.net
a）总线拓扑结构
系统扩展总线
图2模块式智能控制器功能框图
GB/T36413.1—2018
功能模块
功能模块
功能模块
功能模块
控制模块
功能模块
星型拓扑结构
图2（续）
功能模块
功能模块
功能模块
系统扩展总线
箱式智能控制器具有独立的结构，控制器由主控制单元和一个或者多个功能扩展单元组成，主控制单元与功能扩展单元之间通过系统扩展总线连接，与模块式智能控制器不同，箱式智能控制器扩展单元没有独立的结构。图3为箱式智能控制器功能框图。箱式控制器
4.2基本功能要求
4.2.1运算功能
本机控制单元
功能扩展卡1
本机功能单元
系统扩展总线
图3箱式智能控制器功能框图
功能扩展卡
运算功能由算术逻辑单元（ALU）、累加器、状态寄存器、通用寄存器组等组成。运算的操作和操作种类由控制器决定。运算器处理的数据来自存储器：处理后的结果数据通常送回存储器，或暂时寄存在运算器中。运算功能是嵌入式智能控制器的核心功能，通常由中央处理单元（CPU)负责在性能满足应用要求的前提下，嵌入式处理器应优先采用自主CPU，宜采用16位以上的处理器4.2.2通信功能
嵌入式智能控制器应提供至少一个工业标准通信接口，用来与被控对象或其他智能系统实现数据、命令、状态等信息交换。通信接口应符合工业通信网络现场总线相关标准要求。4.2.3操作功能
GB/T36413.1—2018
嵌入式智能控制器操作系统应在实时性、可靠性、安全性、可扩展性等方面满足工业控制应用的要求。
4.2.4编程功能
嵌入式智能控制器应具有可缩程功能。可编程功能的实现形式可以有以下几种：直接对控制器的控制程序或相关配置进行变更，或者是利用控制器的编程语言进行二次开发，以实现某种特定的功能，对嵌人式智能控制器程序进行升级已经有编程规范的应符合编程规范要求。例如：PLC编程应符合IEC61131-3要求。4.2.5输入/输出功能
输入/输出功能是嵌人式控制器与工业生产设备或工业生产过程装置连接的接口。现场的输入信号，如按钮开关，行程开关、限位开关以及传感输出的开关量或模拟量（压力、流量、温度、电压、电流）等，都要通过输入功能送到嵌人式控制器。输出功能的作用是接收处理器模块处理过的数字信号，并把它转换成现场执行部件所能接受的控制信号，以驱动如电磁阀、灯光显示、电机等执行机构对不提供系统功能扩展总线的嵌人式控制器，应根据控制目标要求提供足够数量和合适类型的输入和输出信号通道，且输入/输出接口应满足行业标准要求。对提供系统功能扩展总线的嵌人式控制器，其输人/输出功能可以根据应用需求扩展相应数量和类型的输入功能模块和输出功能模块输入/输出接口应有信号隔离电路，以满足电磁干扰环境下的使用要求。输入/输出接口信号主要分两类：一类是数字量，另一类是模拟量。输入/输出接口信号模数转换精度，信号频率，信号电压范围等应符合控制目标的要求。4.2.6自诊断功能
嵌入式智能控制器应具有自诊断功能，做到系统上电即进行自诊断，确保处理器、存储器、输入/输出接口、通信接口等功能正常，确保嵌人式智能控制器固件执行代码、系统软件代码的完整性。对发现的问题或者故障应以声音、文字等方便故障定位的方式报告4.2.7存储功能
嵌入式智能控制器应具有数据存储功能和程序存储功能4.2.8操作系统
嵌入式控制器应具有操作系统，操作系统应采用开放系统架构，其实时性、稳定性和安全性应符合实际应用需求，宜采用自主操作系统。4.2.9安全功能
控制器应提供安全控制功能以满足受控设备或系统的风险控制要求。具体依据GB/T20438.2要求。
4.2.10系统扩展功能
控制器应提供符合工业标准的系统扩展总线，通过系统扩展总线增加系统功能扩展模块，实现控制6
GB/T36413.1—2018
器功能的扩展，满足不同应用需求。4.2.11电源要求
依据GB/T26806.1，电源应满足：对于交流供电的嵌入式智能控制器，应能在220V士22V，50Hz士1Hz条件下正常工作；a）
对于直流供电的嵌入式智能控制器，直流电压允差土5%，电压标称值在产品说明书中规定；b）
备用电源为可充电电池时，失去主电源后应自动切换到备用电池供电，对必要数据（如卫星定c）
位信息或紧急报警信息、现场信息等）进行保存，持续时间不少于10min；d）对于电源有特殊要求的应在嵌人式智能控制器说明书中加以说明。4.2.12
接地要求
嵌入式智能控制器应有接地端子，将外部电缆、信号电缆或连接I/O模块的电缆所生成的干扰释放到接地系统。
4.3可选功能要求
4.3.1实时时钟
具备实时时钟功能的，要求实时时钟的精度48h误差不超过5s。支持卫星定位系统的，可通过卫星定位系统实时校准。支持网络对时系统的，可通过网络实时校准。4.3.2显示功能
通过显示设备，将嵌入式智能控制器需要输出的信息以指示灯、文字、图形或符号的形式明显地表示出来以供操作人员查看和阅读支持的接口包括但不限于VGA、LVDS、HDMI、DVI、DP、eDP等4.3.3控制功能
根据与控制对象相关的各种输人信息、结合设定的控制参数，按照既定的算法和目标，实施对被控对象的控制。
4.3.4状态指示
嵌入式智能控制器应能实时收集系统的运行状态信息，如电源、风扇、温度、电压、报警等信息，并应提供运行状态的声、光等指示功能。嵌入式智能控制器的运行状态也可通过通讯接口上传到上位机接受监控。
4.3.5系统扩展功能
嵌人式智能控制器可预留一定类型和数量的扩展接口，适应功能的扩展和升级需要，提高系统应用的灵活性，扩展的接口应符合工业应用标准，如：PCI、PCIe、PC/1O4、SRIO、MiniPCIe等。4.3.6功能余
嵌入式智能控制器的电源、风扇、存储等部件可支持允余，当其中某个部件出现故障时，能通过指示灯、声音等形式向系统管理员发出报警信息。6
4.3.7系统自恢复功能
GB/T36413.1—2018
嵌入式智能控制器在发生故障时，应根据应用需求选择实现以下其中一级的自恢复能力：一级：系统出现异常时，系统具备重新运行的能力；二级：在第一级基础上，能保存现场关键数据；一一三级：在第二级基础上，系统能恢复正常，并以断点接续运行。4.3.8系统升级功能
嵌入式智能控制器应提供系统软件升级功能，应支持现场升级，可选择支持远程升级4.3.9系统信息安全防护功能
嵌入式智能控制器系统应具备一定的系统保护能力，防止未经授权的用户和程序修改系统软件、使用系统、非法获取数据等
4.4性能要求
4.4.1运算速度
运算速度是衡量嵌人式智能控制器性能的一项重要指标。嵌入式智能控制器应能满足系统实时性要求。
4.4.2数据通信带宽及误码率
嵌入式智能控制器系统的通信网络中，通信接口带宽和误码率应满足相关总线标准的要求。4.4.3数据交换标准
嵌入式智能控制器与其他智能设备进行数据交换时，以及在设计和使用通信编程接口时，宜采用最新发布的数据交换标准。
4.4.4数据存储容量及存取速度
数据存储容量及存取速度应满足具体系统性能要求4.4.5显示性能
嵌入式智能控制器的分辨率应能够表达显示的文字、符号和图形信息；嵌入式智能控制器的亮度应能够在相应工作环境中清晰展现显示内容；嵌入式智能控制器应具备一定的对比度指标，能够明显分辨所显示的文字、符号和图形的边界；嵌入式智能控制器的显示装置应根据需要具备一定的可视角度，具体指标可为大于某一范围或小于某一范围。
5环境适应性要求
5.1气候环境
依据GB/T17214.1，气候环境适应性分为3个级别，见表1。