【国家标准】 工业过程控制系统用模拟信号调节器 第1部分：性能评定方法

ICS25.040
中华人民共和国国家标准國
GB/T20819.1—2015/IEC60546-1:2010代替GB/T20819.1—2007
工业过程控制系统用模拟信号调节器第1部分：性能评定方法　
Controllers with analogue signals for use in industrial-process control system-Part 1 : Methods of evaluating the performance(IEC60546-1：2010,IDT)
2015-02-04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准化管理委员会
2015-08-01实施
规范性引用文件
术语与定义
基本关系
理想调节器的输人输出关系
调节器的度盘标度值
般试验条件
环境条件
供源条件
负载阻抗
其他条件
稳定调节器的输出
试验设置
初始条件
试验步骤
度盘标记及标度值
设定值标度值的校验
比例作用
积分作用·
微分作用·
影响量的影响…·
初始条件…．
气候影响·
机械影响…
供源影响
电干扰
输出负载（仅适用于电动调节器）加速工作寿命试验·
输出特性及能源消耗·
能源消耗
“自动”“手动”切换
电输出纹波含量bZxz.net
GB/T20819.1—2015/IEC60546-1:2010X
GB/T20819.1—2015/IEC60546-1:201010频率响应
频率响应的应用试验
试验步骤
试验结果分析
11其他试验
耐电压试验
绝缘电阻
输入过范围
12文献资料
技术检查
试验报告
试验一览表
参考文献
GB/T20819.1—2015/IEC60546-1:2010GB/T20819《工业过程控制系统用模拟信号调节器》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。本部分为GB/T20819的第1部分。本部分按照GB/T1.1一2009和GB/T20000.2一2009给出的规则起草。本部分代替GB/T20819.1一2007《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》，本部分与GB/T20819.1一2007相比的主要技术变化如下：明确了本部分适用于PID气动和电动工业过程调节器（见第1章，2007年版的第1章）；一增加和更新了规范性引用文件；一增加了“死区、上行程平均误差、下行程平均误差、平均误差、回差”等术语和定义，且简化了正文的相应内容（见3.9～3.13和7.1，2007年版的第4章和7.1）；般试验条件的环境条件明确规定为按IEC61298-1要求（见5.1，2007年版的5.1）；仲裁测量用标准参比大气条件中增加了“为了热带、副热带以及其他特定的需求，可以使用替代的参比大气压。”（见5.1.3，2007年版的5.1.3）；明确了试验的负载阻抗条件按IEC61298-1要求（见5.3，2007年版的5.3）；明确了设定值标度值校验的具体校验值为0%、20%、40%、60%、80%、100%（见7.1，2007年版的7.1）；
对环境温度影响试验，试验依据变更为IEC61298-3，增加了简化试验内容（即“在试验过程中，如果多方同意，试验仅在仪器的20℃（参比值）、仪器规定的最大值、仪器规定的最小值和20℃这4个温度下进行就足够了。”），同时增加了环境温度变化率要求（低于1℃/min）（见8.3.1,2007年版的8.2.1)；
对相对湿度影响试验，试验依据变更为IEC61298-3（见8.3.2，2007年版的8.2.2）；增加了静电放电试验项目（见8.6.6和第15章）；一试验报告要求增加了参考文件（见第14章）。本部分使用翻译法等同采用IEC60546-1：2010《工业过程控制系统用模拟信号调节器第1部分：性能评定方法》（英文版）。
与本部分中规范性引用的国际文件有一致性对应关系的我国文件如下：GB/T2423.4一2008电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Db交变湿热（12h十12h循环)（IEC60068-2-30：2005，IDT）；GB/T2423.7一1995电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Ec和导则：倾跌与翻倒（主要用于设备型样品）（idtIEC60068-2-31：1982）；GB/T2423.10一2008电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Fc：振动（正弦）(IEC60068-2-6:1995,IDT);
GB/T2900.56—2008电工术语自动控制（IEC60050-351：2006，IDT）；测量、控制和试验室用电气设备的安全要求第1部分：通用要求GB4793.1—2007
(IEC61010-1:2001,IDT);
GB/T17626.2—2006电磁兼容
2001,IDT);
试验和测量技术静电放电抗扰度试验（IEC61000-4-2：Ⅲ
GB/T 20819.1—2015/IEC 60546-1:2010GB/T17626.3—2006
电磁兼容
(IEC 61000-4-3:2002,IDT);
试验和测量技术
GB/T18271.1一2000过程测量和控制装置(idtIEC61298-1:1995);
GB/T18271.3一2000过程测量和控制装置影响的试验（idtIEC61298-3：1998）；GB/T18271.4—2000
过程测量和控制装置
告的内容（idtIEC61298-4：1995）。本部分做了下列编辑性修改：
删除了IEC60546-1：2010的前言和序言；a)
b）凡有IEC60546”的地方改为“GB/T20819”；c）对部分符号按照中文进行转换，本部分由中国机械工业联合会提出。射频电磁场辐射抗扰度试验
通用性能评定方法和程序
第1部分：总则
第3部分：影响量
通用性能评定方法和程序
通用性能评定方法和程序
本部分由全国工业过程测量和控制标准化技术委员会（SAC/TC124)归口第4部分：评定报
本部分起草单位：厦门宇电自动化科技有限公司、杭州盘古自动化系统有限公司、北京金立石仪表科技有限公司、西南大学、深圳市标利科技开发有限公司、北京维盛新仪科技有限公司、福州福光百特自动化设备有限公司、上海自动化仪表股份有限公司、安徽蓝润自动化仪表有限公司、重庆电力高等专科学校、开封开仪自动化仪表有限公司、南京优倍电气有限公司、福建顺昌虹润精密仪器有限公司、厦门安东电子有限公司、中山市东崎电气有限公司、河南汉威电子股份有限公司、福建上润精密仪器有限公司、西安邮电大学。
本部分主要起草人：周宇、王在旗、郭豪杰、徐志华、宫晓东、张渝、陈汝、朱爱松、周宏明、倪敏、陈万林、张波、王家成、董健、陈志扬、肖国专、周松明、张志广、戈剑、李彩琴、赵富兰、谢珍、杨颂华。本部分所代替标准的历次版本发布情况为：GB4730—1984;
—GB/T20819.1—2007。
1范围
GB/T20819.1—2015/IEC60546-1:2010工业过程控制系统用模拟信号调节器第1部分：性能评定方法
GB/T20819的本部分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PID气动和电动工业过程调节器。
应注意，本部分规定的试验覆盖了具有相应信号的试验，适用于原理相同而信号不同但都是连续信号的调节器。也应注意，本部分适用于仅有模拟元件的电动或气动工业过程调节器，对带有微处理器的调节器可参照执行。
本部分旨在为具有模拟输入输出信号1的工业过程PID调节器的性能评定规定统一的试验方法。当制造商与用户不存在其他约定条件时，使用本部分规定的试验条件，如环境温度，电源的量程等。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。制造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。IEC60068-2-6环境试验第2-6部分：试验方法-试验Fc：振动（正弦）[EnvironmentaltestingPart 2-6: Tests-Test Fc: Vibration (sinusoidal)IEC60068-2-30环境试验第2-30部分：试验方法-试验Db交变湿热（12h十12h循环）Environmental testing—Part 2-30: Tests-Test Db: Damp heat,cyclic (12 h+12 h cycle)]IEC60068-2-31环境试验第2-31部分：试验方法-试验Ec：倾跌与翻倒（主要用于设备型样品)(Environmental testing-Part 2-3l:Tests-Test Ec: Rough handling shocks,primarily for equip-ment-typespecimens）
IEC61000-4-2电磁兼容（EMC）第4-2部分：试验和测量技术静电放电抗扰度试验［Electromag-netic compatibility (EMC)—Part 4-2:Testing and measurement techniques-Electrostatic dis-chargeimmunitytest
IEC61000-4-3电磁兼容（EMC）第4-3部分：试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验[Electromagnetic compatibility (EMC)—Part 4-3: Testing and measurement techniques-Radiated,radio-frequency,electromagnetic field immunitytestIEC61010-1测量、控制和试验室用电气设备的安全要求第1部分：通用要求（Safetyrequirements for electrical equipment for measurement, control,and laboratory usePart l: General requirements）
IEC61298-1过程测量和控制装置通用性能评定方法和程序第1部分：总则（Processmeasurement and control devices-General methods and procedures for evaluating performance-Part l:General considerations）
1）见GB/T3369.1和GB/T3369.2。1
GB/T20819.1—2015/IEC60546-1:2010IEC61298-3过程测量和控制装置通用性能评定方法和程序第3部分：影响量影响的试验(Process measurement and control devices-General methods and procedures for evaluating performancePart 3:Tests for the effects of influence quantities)IEC61298-4过程测量和控制装置通用性能评定方法和程序第4部分：评定报告的内容(Process measurement and control devices-General methods and procedures for evaluating perform-ance—Part 4: Evaluation report content)3术语与定义
下列术语和定义适用于本文件。3.1
寺proportionalband
比例带
用百分数表示的线性调节器的比例带Xp，可用式（1)表示：100
正作用
月direct acting
调节器的输出y随被测量值的增加而增加。3.3
reverse acting
反作用
调节器的输出随被测量值的增加而减少。3.4
静差offset
被测值与设定值w之间的稳态偏差。3.5
controller,proportional P
比例调节器（P）
仅产生比例控制作用的调节器。3.6
比例微分（预调）调节器（PD）controllerproportional plus derivative（rate）PD能产生比例和微分控制作用的调节器。3.7
比例积分（再调)调节器(PI）
controller,proportional plus integral (reset) PI能产生比例和积分控制作用的调节器，3.8
controller PID
比例积分微分调节器（PID）
能产生比例、积分和微分控制作用的调节器。3.9
死区dead band
输入变量的变化不致引起输出变量有任何可察觉变化的有限数值区间。3.10
上行程平均误差
averageupscale erron
对应每个标度值，各测量循环中上行程读数时的误差算术平均值。3.11
下行程平均误差
average downscale error
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。2
平均误差
averageerror
GB/T20819.1—2015/IEC60546-1:2010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。回差hysteresis
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。基本关系
理想调节器的输入输出关系
理想调节器的输入输出关系（见图1)可由式（2)和式（3)给出：控制器
图1理想调节器基本输入/输出信号-w)d +K, d(r-w)
yy。=Kpw)+K.
J.(a-w) d + T, d(w)
或用频域方式：
r—w)+
F(jw)=Kp
（2）
（3）
（4）
这些方程对于系数Kp、K，和K之间无相互影响的调节器是有效的。对于系数Kp、K,和K之间有相互影响的理想调节器，输入输出关系式可用式（5)表示：y-y='p
）+ATJ
式中A是取决于调节器结构的相互影响系数，常写成：A=1-
...·(5)
.（6a）
（6b）
（6c）
GB/T20819.1—2015/IEC60546-1:2010式中：
时间；
输出值（校正变量）：
T'D=ATD
时间t三0时的输出值（调节器输出处于稳态）：被测量值（被控变量）；
设定值(参考输入量）；
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）；微分作用因子（微分作用系数（见注2）；积分时间；
微分时间；
及可以是时间t的函数。
偏差，如：一w；
角频率。
注1：括号中术语的定义参见IEC60050-351，注2：本部分限于P、PI、PD或PID调节器。·（6d）
注3：系数Kp、K，和K可同时带“+”或同时带“二”；带“十”通常表示“正作用”，带“二”通常表示“负作用”注4：带撇的符号（K'P、K'和K\p）表示与实际值对应的标称值。注5：积分作用时间常数和微分作用时间常数只涉及纯积分或纯微分作用调节器（IEC60050-351）。还有其他结构的调节器，例如微分作用只对被测量值起作用，而不是对（一w)起作用。因而式（5)变为：
y-y=K'pA
4.2限值
-w)+AT』
(α-)dt +
因为描述实际调节器性能的方程包含了时间常数和限值，所以与式（2）～式（7）有差异。通常遇到的与理想调节器有偏差的两种方程可以表示如下：最大积分增益Vi
·（7）
因为实际调节器的积分增益是有限值，式（2)和式（3)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，调节器的积分作用[式（4)中的积分项可以频域形式表示如式（8）：Vi
F(jo)=Kp
Pi+jTV
b）最大微分增益V.
（8）
因为实际调节器的微分增益是有限值，式（2)和式（3)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。因此式（4)的微分项可以频域形式表示如式（9）：微分作用和时间常数：
F()=Kpi+jaT
或比例作用、微分作用和时间常数1+jaTp
F(jw)=Kp
（9）
（10）
式中：
一阶时间常数。
GB/T20819.1—2015/IEC60546-1:2010比值对于T 的所有可调值可能是常数(具体取决于调节器的设计)。在这种情况下，比值就叫做最大微分增益或写作Vp。T
调节器的度盘标度值
上述方程中的作用系数和作用时间是调节器性能的理想值。实际调节器的度盘标度值与这些理想值可能有差异。制造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“相互干扰公式”。
一般试验条件
5.1环境条件
按IEC61298-1要求。
测试用环境条件推荐范围
温度范围
相对湿度
大气压力
电磁场
15℃~35℃
45%～ 75%
86kPa～106kPa
如有关，应规定数值
试验期间，允许环境温度的最大变化率为1℃/10min。这些条件可等同于正常工作条件。2标准参比大气条件
相对湿度
大气压力
此标准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，通常认为在多数情况下，不可能有湿度修正因子。在这种情况下，标准参比大气仅考虑温度和压力。此大气条件等同于通常由制造商标明的正常参比工作条件。5.1.3
仲裁测量用标准参比大气条件
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子，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进行重复测量。为此，本部分规定的仲裁测量用大气条件如下：公称值
相对湿度
大气压力
86 kPa～106 kPa
±2℃