GB/T 15969.4-2007 可编程序控制器 第4部分：用户导则

ICS25.040.40;35.240.50

N18gB

共

中华人民和国国家标准

GB/T15969.4-2007/IEC61131田4:2004

代替GB/T15969.4-1995

可编程序控制器

第4部分:用户导则

Programmablecontrollers-Part4:Userguidelines

(lEC61131-4:2004,IDT)

2007-10-11发布

2007-12-01实施

中华人民共和国国家质量监督检验检菇总局

发布

中国国家标准化管理委员会

Gß/T15969.4-2007/IEC61131-4:2004

目次

前言………………v

引言………………VI

l概论………………………1

1.1范围和目的·

1.2规市性引用文件·

1.3本技术报告的用法..

2术语和定义………………2

3安装的一般建议…………………………3

3.1环境条件………………3

3.2现场接线………………3

3.3电磁兼容性……………4

3.4用户系统标记·

4PLC中的功能安全应用..

4.1功能安全和安全相关系统概念………………………5

4.2在安全相关应用中使用PLC..

4.3在安全相关系统中对PLC的要求…..

4.4将PLC集成到安全相关系统…………8

附录A(资料性附录)GB/T15969规范性部分的概述………………10

附录B(资料性附录)与GB/T15969的符合性及产品认证…………79

附录C(资料性附录)PLC编程语言的应用及举例……………………85

图1用户导则的目的………

图2风险降低概念中的安全相关系统(SRS)……………6

图3安全相关系统。RS)配置的事件树分析……………8

图A.1PLC系统的基本功能结构………………………口

图A.2PLC硬件模型..

图A.3PLC系统的典型接口/端口图

图A.4型式试验EUT配置

图A.5数字输入/输出(1/0)参数………………………21

图A.6抗EMC区………………………30

图A.7可编程序控制器系统(PLC系统)………………39

图A.8软件模型…………………………42

图A.9PLC语言元素的组合……………u

图A.10功能用法举例…………………u

图A.11功能块实例化举例……………48

图A.12顺序功能图……………………49

图A.13功能块和程序说明的配置举例………………55

图A.144种编程语言……………………四

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GB/T15969.4-2007/IEC61131-4:2004

图A.15布尔OR举例……………………62

图A.16功能块图(FBD)语言的编程元素……….63

图A.17自上而下和自下而上的编程…………………63

图A.18GB/T15969.5的范围……....................................64

图A.四与GB/T15969.2和GB/T15969.3的通信模型的关系……65

图A.20PLC通信模型………………….65

图A.21以FBD语言编写的通信控制的举例…..……………….72

图A.22用功能块图FBD表示的模糊控制功能块示例………74

图A.23斜坡曲线隶属函数的示例…………·…74

图A.24清晰化程序块………………….75

图A.罚单点集语言项的示例…………..75

图C.1程序结构概况……………86

图C.2详细的程序结构………….87

图C.3使用多种语言为酿造过程自动化编制的结构程序……………·………88

图C.4以IL语言编写的程序示例………………………89

图C.5以ST语言编写的程序示例……………·四

图C.6以LD语言编写的控制程序示例……………….90

图C.7以FDB语言编写的控制程序示例…………·……91

图C.8以SFC语言编写的控制程序……………·………………92

图C.9用于阔控制的DFB……………………·…93

图C.10用于阀执行的DFB……………….93

图C.ll用于报警执行的DFB………………….94

表1环境条件…………

表2安装规则:接地措施………………….4

表3安装规则:EMC……………….4

表4要求模式安全功能的SIL…………….6

表5连续模式安全功能的SIL……………6

表A.1可编程功能摘要………….13

表A.2通用试验条件……………………四

表A.3PLC系统工作环境的气温………………………20

表A.4辐射限值…………………………30

表A.5验证PLC系统抗EMC干扰的性能等级………31

表A.6电压跌落和中断………….31

表A.7开放式和封闭式装置的防电击保护要求………………·………33

表A.8温度限值……·……………M

表A.9数据类型说明特性……………………·…6

表A.10直接表示变量的位置前缀和大小前缀的特性……….45

表A.11变量用法…………46

表A.四功能块1/0变量用法举例……………48

表A.13步特性…………………………49

表A.14转换和转换条件………………·………………50

表A.15动作的说明……·………………52

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表A.16步/动作的关联…………………53

表A.17动作块特性……………………M

表A.四配置和资掘说明特性…………四

表A.四配置和资摞说明特性的举例…………………m

表A.20指令表语言的操作符…………………59

表A.21ST语言的操作符………………60

表A.22ST语言的语句…………………61

表A.23表述状态的实体………………"

表A.24PLC摘要状态…………………67

表A.251/0子系统的状态…………68

表A.26处理单元的状态………………69

表A.27凹，C应用功能…………………69

表A.281/0状态值的含义………………70

表A.29通信功能块的列表……………71

表A.30通信功能块(CFB)参数的语义…·

表A.31清晰化方法……………………75

表A.32规则块操作符的优先级………………………76

表A.33FCL基本级语言元素(必备)…………………77

表A.34FCL扩展级语言元素(可选)…………………77

表A.35模糊逻辑控制数据检查清单…………………78

mM

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Gß/T15969.4-2007/IEC61131-4:2004

前言

GB/T15969<<可编程序控制器》分为八个部分:

第1部分:通用信息;

第2部分:设备特性;

第3部分:编程语言z

→一一第4部分:用户导则;

→一第5部分:通信;

-一第6部分:(未定);

第7部分:模糊控制编程(GB/T17165.3);

第8部分:编程语言的应用和实现导则。

本部分为GB/T15969的第4部分。

本部分等同采用IEC61131-4:2004(<可编程序控制器第4部分:用户导则)>(第二版)。

本部分代替GB/T15969.4-1995(<可编程序控制器第4部分:用户导则》。

本部分是GB/T15969.4的第2版，它与第1版本完全不同。第l版本(GB/T15969.4→1995)实

质上主要起指导性作用。目前的这个版本旨在为不希望了解产品标准(即GB/T15969)细则的PLC装

置的最终用户提供GB/T15969系列标准的工程概述。因此本次修订的目的是，帮助PLC的最终用户

正确有效地使用GB/T15969系列标准，并从符合IEC标准的可编程序控制器中获益。

本部分的附录A、附录B、附录C为资料性附录。

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和控制标准化技术委员会可编程序控制器及系统分技术委员会

(SAC/TC124/SC5)归口。

本部分由中国机电一体化技术应用协会负责起草。

本部分主要起草人:刘云男、杨昌馄、张萌、李爽、张晓阳、李百煌等。

本部分1995年首次发布。

本部分所代替标准的历次版本发布情况:

GB/T15969.4-1995

V

GB/T15969.4-2007/IEC61131-4:2004

引

GB/T15969的本部分构成可编程序控制器及其相关外围设备的系列标准的第4部分。阅读本部

分时应结合该系列标准的其他部分。

当本部分与其他IEC标准(基本安全标准除外)发生冲突时，在可编程序控制器及其相关外围设备

领域应该以本部分中的条款为主。

通用术语在GB/T15969.1中有所定义。较为专用的术语则在每个部分中分别定义。

VI

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GB/T15969.4-2007/IEC61131-4:2004

可编程序控制器第4部分:用户导则

1概论

1.1范围和目的

本技术报告(TR)的目的是向可编程序控制器(PLC)的最终用户介绍GB/T15969系列标准，并帮

助他们按GB/T15969系列标准选择PLC装置及技术规范。本用户导则的主要读者群是PLC最终

用户。

PLC及其应用程序和相关的外围设备都被视为-个控制系统的组成部分。因此，PLC用户应注意

到，本部分不涉及PLC和PLC系统所在的自动化系统，而只是涉及PLC装置。但是，当采用此用户导

则时，建议对整个系统的体系结构进行评估。整个自动化系统的功能安全不属于本部分的范畴。

本用户导则的目的是，按照适用于PLC及其相关外围设备的GB/T15969系列标准的规泡，方便

PLC用户与PLC供应商之间的沟通。这种信息交换用图1进行说明。

并一一一-用户一一一一一气

供应商

发商件商售￡系制造商程师第三包方括工=程统用系户自的系统己

一二恤阳

装备主程

ω+m-m-

-au4-nvp

RS

GBfT159691包括:

一统一的一倒流

的信息流

开软销主一一-生产工程

一一维护主程

固1用户导则的目的

如图1所示，用户由系统集成商和最终用户组成。GB/T15969系列标准要求PLC的制造商为用

户提供合适的产品信息。可选择地，用户可向制造商提供操作要求和技术规范，以便从制造商得到合适

的产品和服务。因此，本技术报告的一个目的是在沟通方面给予帮助，尤其是从最终用户的角度提供支

持。相应地，本技术报告未涉及GB/T15969系列标准的每一个部分的全部要求(例如，一致性试验)。

需要时，用户可查阅该标准的各相关部分。

1.2规范性引用文件

下列文件中的条款通过GB/T15969的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文

件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成

协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本o凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本

部分。

GB/T15969.1可编程序控制器第1部分:通用信息(GB/T15969.1-2007,IEC61131-1:

2003,IDT)

GB/T15969.2可编程序控制器第2部分:设备特性(GB/T15969.2-1995,eqvIEC61131-2:

1998)

GB/T15969.3可编程序控制器第3部分:编程语言(GB/T15969.3-2005.IEC61131-3:

2002,IDT)

GB/T15969.5可编程序控制器第5部分:通信(GB/T15969.5-2002,IEC61131-5:2000,

IDT)

GB/T15969.4-2007/IEC61131-4:2004

GB/T17165.3模糊控制装置和系统第3部分z可编程序控制器模糊控制编程(GB/T17165.3•

2001,IEC61131-7:2000,IDT)

GB/T15969.8可编程序控制器第8部分:编程语言应用和实现的导则(GB/T15969.8-

2007,IEC61131-8:2003,IDT)

1.3本技术报告的用法

PLC应用从用户的系统分析和技术规范开始。向制造商提出要求及与之进行商洽(和/或意见/建

议)，就必须使用双方认可的语言来进行交互的信息交换，如图1所示。用户可使用本报告作为一种基

础，和/或补充任何内部系统设计规则。然后用户可根据GB/T15969系列标准中的相关部分来制定装

置要求和软件要求。在本用户导则中，GB/T15969系列标准中各个部分的介绍和简要说明是按照

GB/T15969系列标准的章节划分并分别在附录A中提供。例如，A.1包括GB/T15969的第1部分，

A.2包括GB/T15969的第2部分等等。

本技术报告(TR)仅提供用户需要随时参考的那些规范。它不是整个GB/T15969系列标准的完

整摘要。

2术语和定义

本部分采用以下术语和定义，以及GB/T15969.1中给出的术语和定义。

2.1

应用程序applicationprogramme

用户程序userprogramme

PLC系统为控制机器或过程所要计划信号处理的所有必需的编程语言元素和结构的逻辑组合。

2.2

自动化系统automatedsystem

在GB/T15969范围之外的控制系统，在其中PLC系统由用户并入或者为用户并入，但是该系统

还包含其他部件及其应用程序。

2.3

操作员(人operator(human)

通过与PLC相连接的HMI来操纵并监控机器或过程的人员。操作员不得修改PLC硬件配置、软

件程序或应用程序。PLC不得由未经培训的人员使用o操作员应了解工业环境中通常出现的危险。

2.4

可编程序控制器programmablecontroller;PLC

一种用于工业环境的数字式操作的电子系统，这种系统使用可编程的存储器作为面向用户指令的

内部存储器，以实现规定的功能(例如，逻辑、j顺序、定时、计数和运算等)，通过数字或模拟的输入/输出

来控制各种类型的机械或过程。

注:在IEC61131(GB/T15969)系列标准的第1个版本中，使用缩写词PC表示可编程序控制器(programmablecon-

trollers)。但是，大部分行业一直沿用较早期缩写词"PLC"。在广泛征询意见后，IEC/65B/WG7建议，从

GB/T15969标准的所有新版本开始，采用为人们广泛接受的缩写词PLC.

2.5

可编程序控制器系统programmablecontrollersystem

PLC系统PLC-system

用户根据需实现的自动化系统要求而建立的由可编程序控制器及其相关外围设备所组成的配置。

它由通过用于永久性安装的电缆或插入式连接来互连的部件，以及通过用于可携带或可搬运外围设备

的电缆或其他方式来互连的部件组成。

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GB/T15969.4-2007/IEC61131-4:2004

2.6

服务人员servicepersonnel

更改或修复PLC硬件配置或应用程序的人员。

服务人员还可安装由制造厂提供的更新软件。服务人员应该是PLC装置的编程、操作及其使用方

面的训练有素的人员。

他们应该是已通过适当技能培训并具备安全方面所必须的工作经验的人员，因此当他们置身于执

行任务的过程中时，他们了解其中的危险性(尤其是电气危险性)，并且能够采取措施来减少对他们自己

或他人或装置可能构成的危害。

3安装的一般建议

安装规程应满足在系统选择/工程设计/应用阶段中所制定的文件中提出的要求。在选择PLC时

并不能知悉所有的现场条件。安装期间，重要的是根据在现场如何组装和修改PLC装置来更新所有的

工程设计文件和应用文件。

3.1环境条件

用户应确保了解温度、污染、冲击、振动和电磁干扰等环境条件。关于特定环境的要求，请参阅

GB/T15969.21

表描述了在安装期间需评估的环境条件。

0

1

表环境条件

技术条件意见和考虑因素

检查固定热源或暂时热源可能产生的影响

2

空间热源;

温度

一一太阳能热源;

-一一周围流动的热物质

PLC系统的功能。因

湿气、腐蚀性气体、液体及导电性灰尘能够影响

此，检查:

污染

使用符合国际/国家法规的合适机壳;

遵从制造商的安装指南;

降低由灰尘导致的热效应

检查现场可能存在的影响:

发动机;

一压缩机;

冲击和振动

冲压、锻压设备;

机车

检查现场各种来源的电磁干扰:

一一电机;

开关柜，半导体开关元件:

→一无线电控制装置;

电磁干扰

一…焊接设备;

电弧;

开关电源;

电源转换器/逆变器

3.2现场接线

正确的现场接线对于PLC的应用是至关重要的。安装人员应遵从制造商的接线指南和本地适用

3

GB/T15969.4-2007/IEC61131-4:2004

的规则。

在安装期间需满足两种接地(earthingjgrounding)要求:保护接地(安全性接地)和功能接地(信号

接地参考)。

保护接地(protectiveearthing)要求将不带电金属部件与等电位的金属栅(机架、底座、机柜等)之

间进行牢固的连接(例如，低阻抗连接，包括星形垫圈、焊接、焊片等)。金属栅需与保护地(符合本地或

国家标准)连接。

功能接地(functionalearthing)需安装作为信号地参考线的低阻抗网络。它是与保护接地分开的

一个网络。

保护接地网络与功能接地网络可通过导线或其他低阻抗线路进行互连。这种互连或断开是由本

地/国家标准所要求的，或者出于降低噪音的要求，具体情况取决于所控制的过程/装置的类型。表2描

述了接地措施的安装规则。

表2安装规则:接地措施

技术条件参考意见和考虑因素

提供足够大的导体截面用于与地的连接z

依据本地和国家标准，入口(door)应具有电气连接;

保护接地

检查连接是否牢固可靠，防震、防腐蚀

功能地参考通常只在单个点与地连接。在与地进行不止一个连接时，应注意避

免大地回路干扰。这种多点接地必须与一个等电位的金属栅连接。

保护接地导体适用于功能接地。实际实施可在现场通过50Hz/60Hz及频率

高于信号频率时的测量来决定。可通过特殊安装的电极或(可能)通过接地的

功能接地导电建筑物结构来改进功能接地的质量。

若不能直接把PLC的信号地参考导体与地进行连接，则可通过合适的电容器进

行连接。电容器应符合该PLC线路额定的绝缘电压，并具有良好的高频特性。

通过使用高欧姆值电阻放电，可防止静态充电。

在接地电路中应连续，例如，可以引人端子和插座

注意:保护接地的目的是降低电击的危险性，在任何情况下绝不能断开PLC与保护地的连接。在工作和/或维

修时可根据需要暂时断开与功能地的连接。

3.3电磁兼窑性

现已有许多减少EMC相关问题的通用安装实践。表3列举了其中的部分。

表3安装规则:EMC

技术条件参考意见及考虑因素

主电源的输电线应与其他PLC接线分开安装，即电源电缆距信号导

线的距离应大于或等于10cm;

主电源一一不可避免的跨接应位于合适的角度;

→一要求在控制柜的进线处使用电源滤波器:

要求在电源的入口处有瞬变抑制器

4

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GBjT15969.4-2007jIEC61131-4:2004

表3C续)

技术条件意见及考虑因素

参考

现场接线与内部l/O接线及总线分开;

注意不得损害1/0现场接线与内部PLC系统之间的电路隔离(例

如，通过光隔离h

敏感1/0电缆需进行滤波;

输入/输出

-一一使用具有低电感电缆屏蔽的屏蔽电缆(低电平信号);

必须在现场确定每种具体情况下的接地测量;

一一屏蔽可与功能地或保护地连接;

一一与电感负载电路串行连接的电气触点需特别注意电压浪涌和储能

带抑制器的辐射源上的噪声阻尼，例如:

一一一将电缆与输入线路、输出线路和电源线路分开;

噪声源

-一一使接线的总长度最小;

一一使用制造商推荐的电缆和导线

模拟电路及其他对噪声敏感的

一一使用屏蔽线$

电路一一使用双绞线

干扰电压或电流噪声可在与PLC的连接处及电源电缆连接处进入PLC。

PLC与这些控制设备之间电缆的布线应合理，以减少在这些线路上产生

布线

的噪声

一」

3.4用户系统标记

部件(传感器、执行器、电缆、配电箱、机壳、模块等)的用户系统标记应按照安装图和适用代码进行

标记。

需特别引起重视的是接线标记。对每根现场导线都应按安装图的标记来标注。与安装图不相同的

地方应立即在同一图上进行记录。

需特别注意确保以下要求:

标记应是不可消除的;

字母和符号的大小应合适;

应清楚地标注出熔断器所处位置，其型号及额定值;

→一一标记应易于识别;而且

-一符合最终文件版本的安装图。

4PLC中的功能安全应用

在要求PLC执行安全(safety)功能时，必须采取特殊措施来避免和限制功能安全相关系统的危险

故障。安全相关系统(SRS)的详细要求包含在GB/T20438和新兴行业实现标准如GB/T21109中。

本章的目的是提供需涉及的某些安全问题的概述。本章并不提供关于实现的详细指导。

4.1功能安全和安全相关系统榄念

功能安全(如GB/T20438中所定义的)是指，安全相关系统CSRS)为达到被控装置CEUC)的安全

状态或维持EUC的安全状态而必须执行的功能的能力。在此定义中，重点在于安全相关系统完成所

需实现功能的能力。

"安全"指避免不可接受的风险。它遵从可接受的风险。风险的等级可分类为"大体上可接受"

Cbroadlyacceptable)，"可容忍"(tolerable)，即进一步降低风险是不可行的[实际可行的低风险ALARP

GB/T15969.4-2007jIEC61131-4:2004

(AsLowAsReasonablyPracticaD法则]，以及"不可容忍的"(intolerable)，即风险是不可调整的，极端

情况例外。对风险等级的评估是"危险事件所造成的后果"(consequenceofhazardousevent)与"危险事

件出现频度"(frequencyofhazardousevent)的综合指标。

安全相关系统(SRS)的任务是，使风险降低到可容忍的等级，或低于控制系统设计者预先规定的等

级。风险降低模型在图2中予以说明。

注l，GB/T15969系列标准不涉及整个自动化系统的功能安全或其他安全方面。整个自动化系统的安全考虑不属

于本标准的范畴。

注2，GB/T15969系列标准不包含功能安全的部分。在制定GB/T15969的本部分时，PLC及类似装置的行业标准

正在考虑中。

注3:安全(在GB/T15969.2中所包含的)指防止电击和火灾。

EUC的固有风险

(包括附加的保护特性)

EUC风险等级高

通过SRS#2达到的风险

降低(例如，使用的PLC

符合SIL4，SIL3或SIL2)

圈2凤险降低概念中的安全相关系统(SRS)

每个安全相关系统(SRS)都指定了安全功能(safetyfunctions)，并满足预先规定的安全完整性等

级(SIU要求所具备的安全功能。GBjT20438把SIL分为4个等级，表4列出了要求模式(demand

mode)安全功能的SIL，表5列出了连续模式(continuousmode)安全功能的SIL

表4要求模式安全功能的SIL

SIL

按要求执行安全功能的平均故障率CPFD)

4二三10-5~<10-4

3二三1O-4~<10-3

3

2三，，10-~<10-2

1二三1O-2~<10-1

表5连续模式安全功能的SIL

SIL

安全功能的危险故障率(每小时)

9

4二三10-~<10-8

8

3二三10-~<10-7

7

2二主10-~<10-6

1二三10-6~<10-5

注意，当要求率(demandrate)比安全功能的检验测试频率高时，表5也能用于要求模式(demand

mode)安全功能。典型地，当要求率(demandrate)高于检验测试频率两倍时，使用表5来规定每小时功

能安全的故障率是合理的。

用于过程工业的安全仪器系统的GBjT21109系列。在GBjT21109系列标准中，安全仪器系统

(SIS)包括执行安全仪器功能所必须的从传感器到执行器的所有部件和子系统。

对于机械行业而言，正在制定IEC62061标准。该标准与国际标准ISO13849-1(欧洲标准EN

6

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GB/T15969.4一2007/IEC61131-4:2004

954-1)一致。执行安全功能的安全相关部分(SRP)被作为整个控制系统的-个部件来看待。SRP满

足安全功能的能力被描述为性能等级(PU。性能等级PL-a、PL-b、PL-c，PL-d和PL-e分别对应于"每

48

小时的平均危险故障率"其范围从10-10-(SRP)的PL根据以下风险参数决定，即"危害

。所要求

至

严重程度"(severityofinjury)•"频度和/或危害的持续时间"(frequencya