【国家标准(GB)】 工业过程控制系统用模拟信号控制器 第1部分：性能评定方法

ICS25.040
中华人民共和国国家标准
GB/T 20819.12007
工业过程控制系统用模拟信号控制器第1部分：性能评定方法
Controllers with analogue signals for use industrial-process control system-Part 1:Methods of evaluating the performance(IFC 60546-1:1987,M0D)
2007-01-18发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标淮化管理委员会
2007-06-01实施
范围和的
规范性引用文件
3基本关系
3. 1理想挖制器的输入输出关系3.2限值
3.3挖制器的度盘标度值
4定义
比例带
正作用
发作用
比例控制器(P)
比例微分（预调)控制器(PD)）
比积分(再调)控制器(P1)
比例积分微分控制器（PIL))
.一般试验条件
环境条件免费标准下载网bzxz
供源条作
负载阻抗
其他条件
控制器输出稳定
6静差
初始条件
试验步骤
7度盘标记及标度值
7.1设定点标度值的校验
比例作用
7.3积分作用
微分作用
8影响量的影响
初始条件
气候影响
机械影响
供源影响
电干抗·
输出负载
GB/T20B19.1—2007
GB/T 20819.12007
加速工作寿命试验·.
9输出特性及能源消耗
9.能源消耗
9.2“自动\/\\于动\切换
9.．电输出纹被含量...
10频率响应
频率响应的应用
试验步骤
试验结果分析
11其他试验
11.1耐电压试验
绝缘电阻
11.3输人过范围
文献资料
13技术检查
试验报告
试验一览表
GH/I20819《工业过程控制系统用模拟信号控制器》分为如下两部分：.——第1部分:性能评定方法;
第2部分：检查和例行试验导则。本部分是 GB/T 20819 的第1部分。GB/T 20819.12007
本部分修改采用[EC60546-1:1987工业过程控制系统用模拟信号控制器第1部分：性能评定法【英文版】
根据GB/T1.1一2000标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写规则》，对IEC6054G:1：1987做了下列修改：
a）删除了IEC 60546-1：1987的前言和序言；将第1章前而的悬置段作为了引言内容；h)
将第1、2章合并为章“1范围和日的”；增加第2育“规范性引用文件”，并将IEC605461：1987序言的内容转化为第2章的内容；d)
将1EC60546-1：1987中的图形重新排序，因而相应修改了标准内容中提及的图号捕述：因IEC160已峻止，IEC348由TEC61010替代，但经核实正文中没提及到,因此删除规范性引用文件中的相应内容：
本部分由中国机械工业联分会提山。本部分由全国工业过程测量和控制标准化技术委员会第二分技术委员会归口。本部分负责起节单位：西南大学中国四联仪器仪表集团、上海自动化仪表股份有限公司。本部分参加起草单位：机械工业仪器仪表综合技术经济研究所、断江大学，北京机械1.业白动化研究所。
本部分主要起草人:周雪涟、刘枫、刘进、张灰军,李涛，缪峰、孙发，本部分参加起草人：冯晓升，冯冬芹、谢兵兵：本部分所代替标准的历饮版本发布情况为：——GB47301984JB/T82091995JB/T8209-1999。m
GB/T 20819.1—2007
GB/1'20819的本部分所规定的评定方法旨在供生产厂商确定其产品的性能和用户或独立的评测机构验证制造」的产品性能规范之用GB/T 20819的第 2 部分——CB/T 20819.2,描述用于验收测试的有限测试序列(G13/T20819的本部分规定的试验条件，例如环境温度范国和供源等，当生产」商和用户一致同意不用其他值时、才可采用。
本部分规定的试验，不一定满足为特殊环境设计的仪表。相反，其限定的测试序列适用于为在有限的条件范围内使用设计的仪表。评测机构和生产厂商之间应保持密切联系。在缺定试验步骤时，应注意该仪表的生产」商的规范，并应征求生产」商对试验步骤和试验结果的意见。评测机构出具的任何报告都应包含生产厂商对试验结果的意见，
1范围和目的
工业过程控制系统用模拟信号控制器第1部分：性能评定方法
GB/T 20819.1—2007
GH/T20819适用于具有符合现行国家标准\的连续模拟输人和输出信号的气动和电动工业过程控制器。
GB/T20819的本部分规定的试验适用于原理相同而信号不间供都是连续信号的控制器，本评定方法也可用于内部是采用数字原理而带有常规模拟输入输出信号的元件的设备。本部分旨在为具有模拟输入输出信号的工业过程控制器的性能评定规定统一的试验方法当无需按本部分进行全面评定时，则可按本部分的有关部分进行所需要的试验，并报告试验结果。生产厂商和用户应根据设备的特性和使用范围，就试验步骤达成一致意见，2规范性引用文件
下列文件中的条款通过 GB/T 20819 的本部分的引用而成为本部分的条款。儿是江日期的引用文件，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。凡是不注口期的引用文件，其最新版本适用于本部分。
GB/［7771985T业自动化仪表用模拟气动信号（eqVIEC60382：1971)GB/T2423.1—2001电工电了产品环境试验第2部分：试验方法试验A：低温（idtIEC600682-1,19902
GB/T2423.3—1993电T电了产品基本环境试验规程，试验Ca：恒定热试验方法（cqVIEC6006823.1985)
GB/12123.7一1995电1电了产品环境试验第二部分：试验法试验Fc和导则：倾跌和翻倒（主要用于投备型样品）（idtIEC60068-2-31：1982）GB/T2423.10—1995电工电子产品环境试验第一部分：试验方法试验Fc和导则：振动(正弦)(idt IEC 60068-2-6:1982)GB/T 2900.56—2002电工术语自动控制(1EC 60050 351:1998,International ElectrotcchnicalVocabulary-Chapter 35l: Automatic Cantrol (2d, Ed, ),IDT)GH/T3369—19891.业自动化仪表用模拟直流电流信号（teqIEC60381-2：1978）CB/T3370—1989工业自动化仪表用模拟直流电压信号（neqIEC60381-1：1978)GB/T17626.3-1998电磁兼容试验和测技术射频电磁场辐射抗扰度试验（idtIEC6100043:1995)
IEC60027-2A：1975电气技术十使用的字符第2部分：电信及电子，附录1（第一次补充）3基本关系
3.1理想控制器的输入输出关系
理想控制器的输人輪出关系（见图1)可由下列最简单形式之一-的方程给出：1)使用GB/13369,GB/T3370和GB/T7771
GH/T 20819.1—2007
或用频域方式：
控制器
图1理想控制器基本输入/输出信号d二)
y- =K(α-w)+:[(-w)dt / K,9
[(r-w)dt+T, d(x-w)
y--[(r-)
F(m)= K[ jen, jaT, ]
(2a）
.( 2 )
这些方程对于系数 Kp,K:和 K之间无相五干扰的控制器是有效的。对于系数 Kp、K,和 K.之间有相互下扰的理想控制器，输入输出关系式可用下式表示：y- =KA(r
AT'J。
式中A是取决于控制器结构的相互扰系数，常写成：A=1+
T— ATD
式中：
时间，
输出信号(校正变量(见注1));
时间一0时的输出信号（控制器输出处于平衡状态）被测盈值(被控变且(见注1))：
设定点（参考输入量(见注1))：K.
比例作用因子(比例作用系数（见注2))：积分作用因子（积分作用系数（见注2))；微分作用固子(微分作用系数(见注2))；积分时间；
微分时间：
角速度；
（4a)
( 41 )
·（4r）)
d/dt一微分算子；
、u及可以是时间的函数。
注 1括号中术语的定义禁见 IFC 60027-22注 2：括号中术语的定义参见 GB/T 2900. 56。注 3:本部分限于 P,PI.PD 或 PID控制器。GB/T 20819.1—2007
注4：系数Kp、K，和K，可带“+”或””；带“”通常示\正作用”，带\一\通带表示\负作用\。注5：带嫩的符号(K、K:和 R\)表示与实际值对应的标称值。注6：积分作用时问常数和微分作用时间常数只涉及单纯的积分或微分作用控制器（GB/T2900.56)，还有其他结构的控制器,例如微分作用只对被测量值工起作用,而不是对(r一)起作用。因而方程(3)变为：
- =K[a-m)+ATJ(ar-m)d+d(
3.2限值
因为捕述实际控制器性能的方程包否了时间常数和限值，所以与方程(1)～(5)有差异。通常遇到的与理想控制器有偏差的两种方程可以表示如下：a）最大积分增益 V,
因为实际控制器的积分增是有限值，方程（1)和（2)的积分项仅在频率足够高时，才是实际响应的近似值。对于低频，控制器的积分作用[方程（26)中1的积分项1可以频域形式表示如下：h）最大微分增益 Vn
F(ja) Kr{-jmrVi
（6）
内为实际控制器的微分增益足有限值，方程(1)和(2)的微分项仅在频率足够低时，才是实际响应的近似值，在最简单情况下，可有附加时间常数和比例项。因此方程(2b)的微分项可以频域形式表示如下：微分作用和时间常数：
F(jre) =
比例作用、微分作用和时间常数jeT
F(j) = R
式中：
一一阶时间延退的时闻常数;
对于T。的所有可调值可能是常数(具体取决丁控制器的设计)。在这种情况下,比值T就叫做最大微分增益或写作Vn。T
3. 3控制器的度盘标度值
上述方程中的作用系数和作用时间是控制器性能的理想值，实际控制器的度盘标度值与这些理想值可能有差异。生产商应提供以算式或图形、表格和图表等形式来表示的度盘标度值和实际值之间的关系，即“相互十扰公式”。4定义
4.1比例带
用百分数表示的线性控制器的比例带X+可用下式表示：3
GB/T 20819.1—2007
4.2正作用
控制器的输出 随被测量值正 的增加而增加:4.3反作用
控制器的输出随被测量值工的增加而减少。4.4静差
被测值与设定点之间的稳态偏差。4. 5比例控制器(P)
仪产生比例控制作用的控制器。4.6比例微分（预调)控制器(PD）能产生比例和微分控制作用的控制器。4. 7比例积分(再调)控制器(P[)能产生比例和积分控制作用的控制器。4. 8比例积分微分控制器(PID)
能产生比倒.积分和微分控制作用的控制器5一般试验条件
5.1环境条件
5.1.1测试用环境条件推荐范围
温度范用,15℃-35℃
相对湿度：45%~75%
大气压力:86 kPa～106 kPa
电磁场：如有关应规定数值
试验期间，允许环境温度的最火变化率为1℃/10 min。这些条件可等向于正常工作条件。5. 1.2标准参比大气条件
温度：
相对湿度：65%
大气压力：101.3kPa
此标推参比大气条件是其他任何大气条件下测得的值通过计算加以修正的大气条件。然而，通带认为在多数情况下，不可能有湿度修正因了。在这种情说下，标准参比大气仪考虑温度和压力。此大气条件等同于通常由牛产」商标明的正常参比工推件，5. 1. 3仲裁测量用标准比大气紊件当未知对大气条件敏感的参数调整到标准大气值的修正因了，而在环境大气条件的推荐范围内测量又不能令人满意时，可以在严格控制的大气条件下逃行重复测量。为此，本部分规定的种裁测量用大气条件如下：公称值
相对避度
大气压力
5.2供源条件
5.2. 1参比值
86 kPa～106 kPa
±2℃
由生产厂商规定，或用户与生产厂商协定。4
5.2.2充差
a）电源
电压：1路
频率：二1%
谐波失真（交流电源）：≤5%
纹波含量(直流电源)：≤0.2%
b）气源
压力:—1%
供气温度环境温度上2℃
供气湿度：露点至少低于控制器温度10℃无油污、无庆尘。
注：含油堂不大于百万弥之一，尘埃微粒不大于3um被认对是“无油汀无妖尘”气源5.3负载阻抗
生产厂商给定的值应作为参比值。对于电动控制器，若生产厂商给出了不止一个值，则所取的负载阻抗应等于：对于输出信号为直流电压的控制器，按生产」商规定的最小值，对于输出信号为直流电流的控制器，按生产厂商规定的最大值。GB/T 20B19.1—2007
除非生产厂商另有规定，气动挖制器的负载阻抗应采用长 8 m,内径 4 mm 的刚性管道，后接20 cmm° 的气容。
注，上述现定是对气动控制器的静态试验而言，对于动态试验，后接10vcnl的气容以代替20cm”的气容。5.4其他条件
输人信号：奇生感成电压或压力波动对测量成无显著影响。工作时控制器的位置：生产」商规定的正常安装位置。每饮试验过程中，控制器的安装位置不得偏离正常安装位置的工3”
外部机械抑制：应小到忽略不计。试验用测量系统的误差限应在试验报告中说明，而凡应小了或等于被测仪表规定误差限的1/4。5.5控制器输出稳定
基于下递试验日的，可接下述方法整定控制器输出（参见图2）a）将开关置于B位置，使控制器构成闭环，将控制器置为反作用，或差分放大器增益置为一1。b）若可能设置比例带为100%。另有规定除外。心）微分作用置为最小（微分时间最小或切除）。）分作用置为最大（积分时间最小）。c）设定点置为50%。
）若有必要，调整信号发生器3的偏置，以获得需要的输出。6静差
本试验仅适用于具有积分作用的控制器。应使用如2所示的线路配置图或等效线路配置图。设定点亚和被测量值无应该连接到差分测量装置的输入端。选择开关应设在位置B，以获得稳定的”闭环”条件。
改变信号发生器3的偏置以便对于控制器的仟一设定点w和被测量值3允许输出在全量程范围内变化。
6.1韧始条件
韧始条件按第5章规定。
CB/T 20819.1—2007
6.2试验步骤
6.2.1不同比例带值X，的静差
如果被测控制器的刻度设有直接按照比例带、再调和微分时间来标记，则需要建立这些刻度与本部分中所用参数之间的关系。本条规定的方法适用于度盘标记设置为符合于规定值的设表。
一一按5.5使控制器输出稳定,调节偏置信号发生器,使输出为50%。在控制器输出稳定允许的起够长时间后，测量静差。
一比例带调到墩小，然后调到最人（或接近刻度标记)重复述测试。一设定比例带为100%。设定点依饮设为最程的10%，50%和90%，同时分别使输出为量程的10%、50%和90%,9种组合重复上述测试。--一切换控制器到正作用方戏。同时调节差分放人器的增益到一1。测量Xp一100%,一50%y=50%的静差。
刘于出现静差变化较大的读数点，可就其附近的比例带或特殊的设定点做进一步测量。一在测试报告中，静差应以被测量值量程的百分数表示。6.2.2积分时间和微分时间变化的影响调整设定点到50%输出3到50呢比例带p到100%，将积分时间设置为最小值改变微分时间，依次定在最小值、某-中间值，最人值（例如0.1min，0. 5 min和 2. 5 min),
将微分时间设置为最小值，改变积分时间，依次定在最小值、某中间值，最大值（例如0.21ri1、2min和20 min）
测量每一条件下的静差。
7度盘标记及标度值
7.1设定点标度值的校验
多数带有内设定点信号源的控制器有可测量实际设定点信号的接线端子。如此情况下，应进行下迷试验：
将设定指针依次对准0%100%的标度值.1.，测量产生的相应设定点信号。然后再以递减顺序将设定指针依次对准标度值的100%、80%直到0%，重复测量产生的相应设定点信号。上述步骤至少重复三饮。
确定每个设定点的指针读数与产生信号值之川的差值，并以设定点匠程的口分数示。行如下计算：
a）上行程平均误差一一对应每个标度值，各测量循环中I行程读数时的误差算术平均值；b）下行程平均误差对应每个标度值，各测量循环中下行程读数时的误差算术平均值；c）平均误差一一对应每个标度值,所有上行程和下行程读数时误差算术平均值：d）问差对应每个标度值，上行程平均误差和下行程平均误差之间的差值。注：对丁不带设定点接线端子的控制器,相应的试验方法应与牛产厂商协商。7.2此例作用
应使用图2所示线路配暨图或与之等效的线路配置图。7.2.1初始条件
参比条件如第章规定：
7. 2.2试验步
设定点调整为50%，比例带设置为100%（或接近标度值)。—使输出信号稳定在50%。
私分作用调整为最小（积分时间最大，如有可能则切除）。一微分作用调整为最小（微分时间最小，如有可能则切除）。一开环连接（开关切换到位置A),控制器置为正作用模式。GB/T20819.1—2007
一必须在整个量程范围内改变被测尽值信号使输出从最小变化到最大，记录对应的被测基值信号和输出信号值：测从被测量值信号量程的50%开始，然后依次为30%，70%，10%90%，0%，100%：
此试验步骤府无间断地尽快进行，尽可能碱少剩余积分作用的影响。比例带设定在标度值的两极限值上重复,上述测试。当比例带小于100%时，加被测量值信号使输出为量程的50%，30%70%，10%，90%，0%和100%，测量相对应的被测量值信号。将控制器设定为反作用模式，比例带定在100%重复上述测试。-根据被测量值信号(以百分数表示)绘制如图1所示的输出信号特性曲线、对每一比例带设定点的平均比例作用系数（Kp)应由最佳拟合（最相符的）直线斜率确定（见图4），比例带X应由图4中所绘出0%～100%之间各测量值与输出成比例的特性线的交叉点来确定。误差应以度盘标度值的百分数表示。（度盘标度误差）注：当剩余积分和微分作川产牛影响时，应施加被测值范围内的阶联链测量值信号,按图5所示记录被测盘值信号和输出信号。根据记录曲线进行计算。7.2.3死区
死风山不致于引起输出可觉索变化所施加的被测量值的最大变化显确定。本测试按7.2.2中前5步所述方法,在开环状态下进行。府缓慢地施加振荡的被测值信号，振幅从0.1%开始，增加被测鼠值信号至输出信号刚好有响应为止。该被测鼠值信号振幅即为死区，并以被测最值信号最程的占分数衣示。若死区低于0.1泌，则不必继续测试。若有必要，可在反作用方式下重复该测试。7.3积分作用
7.3.1初始条件
初始条件按第5章规定。
7. 3. 2 试验步骤
相应的电路配置图如图2所示。本试验在开环即选择开关置于位置A方式下进行。信号发生器2应提供被测量值信号量程10%左右的阶嵌信号。调整信号发生器2的初始输出，使控制器的输出稳定在大约10%。肖次试验，设置积分时间为最大标度值；其次试验，设置积分时间为最小标度值；最后试验，将积分时间议置为中间标度值（例如20min.0.2min和2min)。触发阶联随数信号发生器2，引人被测阜值信号的阶跌变化。一记录输出信号渐变到量程的100%的变化曲线。一将挤制器输出稳定在满量程的0%，应使被测值信号引人个等于先前正阶欧插值的负阶跃变化。
一记录输出信号渐变到量程0%的变化曲线如图6所示，根据记录曲线确定积分时间T1，即渐近线D向店延长线与起始输出电平的交点到时间之间的时间。
度盘标度值与正阶跃和负阶记录曲线测得的积分时间之差（以标称值的百分数表示)列于报告。
若设备本身具有积分作用限值，本条款所试验无法测量其真实的积分作用性能。芳遇到此情况，则由制造厂和评测机构协商合适的试验方法。7
小提示：此标准内容仅展示完整标准里的部分截取内容，若需要完整标准请到上方自行免费下载完整标准文档。