《熱處理設(shè)備pid過程控制器規(guī)范》

團體標準

T/CHTA005-2023

熱處理設(shè)備PID過程控制器規(guī)范

PIDprocesscontrollerspecification

forheattreatmentequipment

2023-06-01發(fā)布

中國熱處理行業(yè)協(xié)會發(fā)布

目次

前言.....................................................1

1范圍...................................................2

2規(guī)范性引用文件.........................................2

3術(shù)語和定義.............................................3

4環(huán)境條件和技術(shù)要求.....................錯誤!未定義書簽。

5試驗方法和檢驗規(guī)則.....................................5

6記錄、標志、包裝、運輸和貯存...........................9

T/CHTA005-2023

前言

請注意本標準的某些內(nèi)容可能涉及專利，本標準的發(fā)布機構(gòu)不承

擔識別這些專利的責任。

本標準由中國熱處理行業(yè)協(xié)會標準化工作委員會提出并歸口。

本標準主要起草單位：石家莊德堃電子科技有限公司、西安電爐

研究所有限公司、北京京杰頓科技有限公司、河南天利熱工裝備股份

有限公司、天津市熱處理研究所有限公司、廣州豐東熱煉有限公司、

常州新區(qū)河海熱處理工程有限公司、北京華翔電爐技術(shù)有限責任公司、

海思特（蘇州）材料科技有限公司、西安標準熱處理有限責任公司、

重慶市大正儀表股份有限公司、河北極太科技有限公司、浙江正熱智

能裝備有限公司

本標準主要起草人：李亞、任宇超、余維江、李琨、張永武、夏

曉宇、李明科、王衛(wèi)臣、宋寶敬、高新宇、任宇偉、殷和平、杜利民、

唐凱、葛大榮、肖明、周洪琴、劉勝勝、包康偉

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1范圍

本標準規(guī)定了熱處理設(shè)備PID過程控制器的術(shù)語和定義、要求、試驗方法、檢驗

規(guī)則及標志、包裝、運輸和貯存。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對于本標準的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日

期的版本適用于本標準。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有修改

單）適用于本標準。

GB/T15479-1995工業(yè)自動化儀表絕緣電阻、絕緣強度技術(shù)要求和試驗方法

GB/T17214.1工業(yè)過程測量和控制裝置工作條件第1部分:氣候條件

GBT17626.11-2016電磁兼容試驗和測量技術(shù)電壓暫降、短時中斷和電壓變化的

抗擾度試驗

GB/T17626.2—2006電磁兼容試驗和測量技術(shù)靜電放電抗擾度試驗

GB/T18268.1-2010測量、控制和實驗室用的電設(shè)備電磁兼容性要求第1部分:

通用要求

GB/T18271-2017過程測量和控制裝置通用性能評定方法和程序

GB/T191-2008包裝儲運圖示標志

GB/T20819.1工業(yè)過程控制系統(tǒng)用模擬信號調(diào)節(jié)器第1部分：性能評定方法

GB/T2423.2—2008電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗第2部分:試驗方法試驗B：高溫

GB/T2423.4—2008電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗第2部分:試驗方法試驗D：交變濕熱

GB/T26125-2011電子電氣產(chǎn)品六種限用物質(zhì)的則定

GB/T2900.13—2008電工術(shù)語可信性與服務(wù)質(zhì)量

GB/T3358.1-2009統(tǒng)計學詞匯及符號

GB/T34050-2017智能溫度儀表通用技術(shù)條件

GB/T36414-2018工業(yè)過程測量和控制儀表容錯性能技術(shù)規(guī)范

GB4943.1-2011信息技術(shù)設(shè)備安全第一部分:通用要求

GB5296.1-2012消費品使用說明第1部分:總則

JB/T12022-2014過程控制器的可靠性要求與考核方法

JJG617-1996數(shù)字溫度指示調(diào)節(jié)儀檢定規(guī)程

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3術(shù)語和定義

3.1過程控制器

為達到規(guī)定的目標而對影響過程狀態(tài)的變量進行變送、調(diào)節(jié)、操縱的儀表的

總稱。

3.2比例積分微分調(diào)節(jié)器（PID）

比例、積分和微分控制作用的調(diào)節(jié)器

a）P:比例帶

比例帶表示輸出控制量與偏差之間的比例關(guān)系，過程控制器比例帶參數(shù)P的

設(shè)定值越大，控制靈敏度低。P的設(shè)定值越小，靈敏度越高。

比例帶P的選取。由于P的大小直接影響到系統(tǒng)的超調(diào)量、過渡時間和穩(wěn)態(tài)

誤差，因此P的選取尤為重要。比例帶P減小，系統(tǒng)動作靈敏，速度加快；但偏

小，超調(diào)量增大，振蕩次數(shù)增多，調(diào)節(jié)時間過長；P增大，系統(tǒng)會趨向穩(wěn)定；若

P太大，會使系統(tǒng)動作緩慢。P的大小與穩(wěn)態(tài)誤差呈反比關(guān)系。減小比例作用，

可以減小穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度。

b）I:積分時間

積分運算的目的是消除靜差。只要偏差存在，積分作用將控制量向使偏差消

除的方向移動，積分時間是表示積分強度的單位，過程控制器設(shè)定的積分時間越

短，積分作用越強。（例如過程控制器的積分時間設(shè)定為200s，表示對目前固定

的偏差，積分作用的輸出達到和比例作用相同的輸出量要用到200s時間）

積分時間I的選取。積分作用旨在消除穩(wěn)態(tài)誤差，積分時間I與積分作用的

強弱呈反比關(guān)系，I太小，積分作用太強將使系統(tǒng)不穩(wěn)定，振蕩次數(shù)較多，而I

太大，對系統(tǒng)性能影響減弱，以至于不能消除穩(wěn)態(tài)誤差。

c）d：微分時間

比例作用和積分作用是對控制結(jié)果的修正，動作響應(yīng)速度較慢，微分作用是

為了消除其缺點而補充的，微分作用根據(jù)偏差產(chǎn)生的速度對輸出量進行修正，使

控制過程盡快回到原來的控制狀態(tài)，微分時間是表示微分強度的單位，過程控制

器設(shè)定的微分時間越長，表示儀表的微分作用對控制量的修正越強。

微分時間d的選取。微分控制能夠預測偏差，產(chǎn)生超前校正作用，可以較好

地改善動態(tài)特性。但是，當d偏差或偏小時，超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間都會增加。在控

制諸如壓力、轉(zhuǎn)速等基本無滯后的量時，d應(yīng)盡可能的小。

綜上所述，將比例作用的快速性、積分作用的徹底性、微分作用的超前性這

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三點優(yōu)點結(jié)合起來就構(gòu)成了理想的PID調(diào)節(jié)器。

3.3整定

設(shè)置與系統(tǒng)特性相匹配的控制參數(shù)（PID參數(shù)）來達到較好控制效果：過程

值穩(wěn)定在設(shè)定點處，成一條直線沒有波動，沒有過沖，在外部干擾造成偏差時能

夠快速的恢復。

3.4自整定

控制器采用單位階越整定的方式，自動的計算和設(shè)置PID參數(shù)。

3.5單位階越整定

通過讓輸出全開和全關(guān)的方式，是過程值產(chǎn)生波動。根據(jù)振幅和震蕩周期計

算出各項控制參數(shù)。如果系統(tǒng)不允許全功率加熱或制冷，可通過輸出限幅加以限

制，但還要保證過程值能有一定幅度的震蕩，來計算控制參數(shù)。

3.6模擬報警

報警用來對過程值超出預定限度進行提示和產(chǎn)生報警信號，是對PV值，輸

出值等變量進行報警。

報警類型分為上限報警、下限報警、上偏差報警、下偏差報警、偏差帶報警、

加熱斷線報警、輸入傳感器故障報警、程序運行結(jié)束報警。

3.7可靠性特征量

衡量產(chǎn)品可靠性的定量化尺度，描繪產(chǎn)品可靠性的參數(shù)。如可靠度（R）、平

均故障間隔工作時間（MTBF）或故障率（λ）等。

3.8可靠性驗證試驗

為驗證產(chǎn)品的可靠性特征量是否達到所需求的水平而進行的試驗。

3.9加速壽命試驗

為縮短試驗時間，在不改變故障模式和故障機理的條件下，用加大應(yīng)力的方

法進行的壽命試驗。

4.1環(huán)境條件

工作條件:溫度:-20℃～+50℃，濕度:10%～90%RH

存儲條件:溫度:-40℃～+80℃，濕度:10%～90%RH

4.2主要技術(shù)要求

a)標準ModbusRtu通訊協(xié)議，兩線制RS485

校驗方式：無校驗，奇校驗，偶校驗

通訊速度：4800bit/s，9600bit/s，19200bit/s

通訊數(shù)據(jù)格式:一位起始位，八位數(shù)據(jù)位，一位停止位

b)標準ModbusTcp協(xié)議

通訊地址：0-255

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子網(wǎng)掩碼：0-255

網(wǎng)關(guān)：0-255

c)控制周期：50ms/100ms

d)測量精度:0.1%FS

e)采樣速率：20Hz/10Hz

f)信號測量輸入阻抗：電壓≥500KΩ（5V、10V≥100KΩ），電流≤60Ω，熱電

偶≥500KΩ，碳勢控制氧探頭輸入時≥50MΩ

g)信號輸出阻抗（帶負載能力）：電壓式≥250K,電流時≤300Ω，繼電器

AC120V/1A,DC30V/1A

h）電阻采用三線制測量，信號傳輸導線每根線電阻不大于10歐

i)設(shè)備供電：86～260V/AC(47-63Hz)

j）隔離電壓：輸入、電源、輸出三端隔離，隔離電壓:2000VAC1分鐘

5試驗方法和檢驗規(guī)則

5.1試驗條件

試驗條件應(yīng)符合GB/T17214.1的規(guī)定

5.2試驗方法

5.2.1抗擾度試驗

根據(jù)GB/T18268的規(guī)定，抗擾度要求應(yīng)符合表1規(guī)定

表1EMC抗擾度試驗要求

序號試驗項目試驗標準試驗參數(shù)和條件

電快速瞬變在供電電源端口，保護接地（PE）電壓峰值為

1脈沖群抗擾GB/T17626.42KV,重復頻率為5KHz；在I/O信號、數(shù)據(jù)和控

度制端口，電壓峰值為1kV，重復頻率為5KHz

波前時間為1.2us，半峰值時間為50us，浪涌

2浪涌抗擾度GB/T17626.5

電壓幅度1kV

射頻電磁場頻率范圍：80MHz～1000MHz，試驗場強：10V/m

3GB/T17626.3

輻射抗擾度

5.2.2模擬量和開關(guān)量輸入通道試驗

在信號輸入端分別輸入各種信號，操作數(shù)據(jù)鍵盤顯示設(shè)定組件上的輸入數(shù)據(jù)

鍵，由顯示部分監(jiān)視轉(zhuǎn)換結(jié)果，與標準數(shù)據(jù)誤差不應(yīng)超過表2規(guī)定。

GB/T26156.2-2010

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表2輸入通道數(shù)據(jù)誤差

名稱信號量程誤差

（4～20）mAa%FS±d

電流信號輸入

（0～10）mAa%FS±d

（0～5）Va%FS±d

電壓或熱電偶信號輸入（-20～20）mVa%FS±d

（0～10）mVa%FS±d

Pt100a%FS±d

熱電阻信號或電阻信號輸入Cu50a%FS±d

（0～400）Ωa%FS±d

a-量化誤差之外的其它因素引起的綜合最大測量誤差系數(shù)，即準確度等級。準確

度等級a應(yīng)從下列數(shù)系中選?。?.1、0.2、0.5。

FS-輸入信號的量程。

d-輸出信息末位1個字所表示的值。

5.2.3輸出通道試驗

鍵盤顯示設(shè)定組件，通過精密測試儀監(jiān)視轉(zhuǎn)換結(jié)果，與標準數(shù)據(jù)比較其誤差

不應(yīng)超過表3規(guī)定。

表3輸出通道數(shù)據(jù)誤差

輸出信號和數(shù)字顯示等誤差

（0～10）Va%FS±d

（1～5）Va%FS±d

（4～20）mAa%FS±d

(0～20)mAa%FS±d

(0～10)mAa%FS±d

開關(guān)量0～9999a%FS±d

數(shù)字顯示-1999～1999a%FS±d

注：誤差欄的字母含義見表2注。

5.2.4數(shù)據(jù)通信試驗

利用PID過程控制器與上位機聯(lián)結(jié)方法進行通信測試，按照GB/T3453進行

試驗。

5.2.5指示表指示試驗

手動方式分別使給定值、被控值和輸出指示表指示值依次對準標度值為0%、

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25%、50%、75%、100%，記下標準儀器的相應(yīng)示值。然后，再依次對準標度值為

100%、75%、50%、25%、0%，記下標準儀器的相應(yīng)示值。

上述步驟重復三次，從這些測試中，計算出平均誤差及回差并取得最大值。

5.2.6比例、微分、積分作用實驗

a）比例作用試驗：按照GB/T20819.1進行試驗。

b）微分作用試驗：按照GB/T20819.1進行試驗。

c）積分作用試驗：按照GB/T20819.1進行試驗。

5.2.7給定值與手操輸出試驗

在手動狀態(tài)下，操作對應(yīng)的操作按鈕，使給定值及手操輸出變化到最大值及

最小值，檢查0%～100%范圍調(diào)整時，其對應(yīng)端信號是否滿足4mA～20mA、0mA～

10mA、1V～5V、0V～10V等。

5.2.8環(huán)境溫度變化影響試驗

按照GB/T18271.3進行試驗。

5.2.9相對濕度變化影響試驗

按照GB/T18271.3進行試驗。

5.2.10機械振動影響試驗

按照GB/T18271.3進行試驗。

5.2.11供電電源變化影響試驗

按照GB/T17626.11進行試驗。

5.2.12電源瞬間中斷影響試驗

按照GB/T17626.11進行試驗。

5.2.13電源瞬時低降影響試驗

按照GB/T17626.11進行試驗。

5.2.14共模干擾試驗

按照GB/T18271.3進行試驗。

5.2.15串模干擾試驗

按照GB/T18271.3進行試驗。

5.2.16輸入阻抗和負載變化影響試驗

輸入阻抗和負載變化影響方法如下：使過程控制器的輸出信號穩(wěn)定在量程

50%處；測量當負載阻抗從最小值變化到最大值時，所引起的過程控制器輸出變

化量。過程控制器還應(yīng)在開環(huán)情況下進行1min負載短路及負載開路試驗，然后

恢復標準負載，測量過程控制器操作輸出變化量。

5.2.17手動-自動切換

按照GB/T20819.1進行試驗。

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5.2.18絕緣電阻試驗

按照GB/T15479進行試驗。

5.2.19絕緣強度試驗

按照GB/T15479進行試驗。

5.2.20抗運輸環(huán)境性能試驗

按JB/T9329進行試驗

5.2.21可靠性試驗

按JB/T50187相關(guān)規(guī)定進行試驗

5.3檢驗規(guī)則

5.3.1外觀要求檢查

在自然光線下通過目視檢查。對于產(chǎn)品表面印刷的說明性文字、符號和標

志等，通過檢查和擦拭標志進行試驗，方法為:用手拿蘸有水的棉布擦標志15S，

再用蘸有溶劑油擦拭15S后，標志仍應(yīng)清晰易讀，加貼的標記銘牌應(yīng)當牢固，不

易揭下并且不應(yīng)卷邊。

5.3.2結(jié)構(gòu)要求檢查

a）在自然光線下通過目視檢查。

b）按GB4943.1-2011中的第4章規(guī)定的方法進行檢驗。

5.3.2尺寸要求檢查

使用長度、角度等測量工具或儀器在自然光線下檢查。

5.3.3環(huán)保要求

按GB/T26125-2011規(guī)定的測試方法對其進行有害物質(zhì)檢測。

5.3.4產(chǎn)品老化試驗

按GB2423.2-2008電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗第2部分:試驗方法試驗B:高

溫進行。

5.3.4.1目的

本試驗方法用來進行非散熱試驗樣品的高溫老化試驗，試驗樣品在高溫條件

下放置48小時以達到溫度穩(wěn)定，實現(xiàn)試驗樣品老化目的。

5.3.4.2概述

將試驗樣品放入溫度為試驗溫度的老化箱中,然后將溫度調(diào)節(jié)到符合相關(guān)規(guī)

定的嚴酷等級溫度，當試驗樣品溫度達到穩(wěn)定后，在該條件下暴露48小時。出

箱后將試驗樣品在4.5.1工作條件中放置1h時間恢復，進行上機檢測，記錄

高溫環(huán)境變化后的參數(shù)及性能。

5.3.5出廠檢測

每臺裝置出廠前必須由制造廠的檢驗部門進行出廠檢驗，出廣檢驗在試驗的

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標準大氣條件下進行。

批量生產(chǎn)或連續(xù)生產(chǎn)的產(chǎn)品，應(yīng)按批次進行出廠檢驗。出廠檢驗出現(xiàn)任一項

不合格時，加倍抽樣后重新進行檢驗。若再次出現(xiàn)任一項不合格時，該產(chǎn)品被判

為不合格產(chǎn)品。對于不合格品應(yīng)返工后重新提交檢驗，檢驗合格后方可入庫。

5.3.6型式檢驗

型式檢驗按GB/T26156.1規(guī)定的全部項目進行試驗。

5.3.6.1型式檢驗規(guī)定

遇到下列情況，應(yīng)進行型式檢驗:

a)新產(chǎn)品定型鑒定前；

b)產(chǎn)品轉(zhuǎn)廠生產(chǎn)定型鑒定前；

c)連續(xù)批量生產(chǎn)的裝置每一年一次；

d)正式投產(chǎn)后，如設(shè)計、工藝、材料、元器件有較大改變，可能影響產(chǎn)品

性能時；

e)產(chǎn)品停產(chǎn)一年以上又重新恢復生產(chǎn)時；

f)國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督機構(gòu)或受委托的質(zhì)量技術(shù)檢驗部門提出型式檢驗要求

時；

g）合同規(guī)定時；

h)出廠檢驗結(jié)果與上次型式檢驗有較大差異時。

5.3.6.2形式檢驗項目

a)依據(jù)標準:JJG617-1996數(shù)字溫度指示調(diào)節(jié)儀檢定規(guī)程

b)外觀檢查:

c)示值誤差校準:

5.3.7取樣方法

型式試驗每批次隨機抽取15個產(chǎn)品進行檢驗,出廠檢驗每批次隨機抽取5

個產(chǎn)品進行檢驗。

5.3.8判定規(guī)則

檢驗結(jié)果有一項不符合本標準規(guī)定時，可再次抽樣復檢，若仍不符合規(guī)定，

則判該批產(chǎn)品為不合格產(chǎn)品。

6記錄、標志、包裝、運輸和貯存

6.1電子記錄

電子記錄是由計算機系統(tǒng)創(chuàng)建、修改、維護、存檔、檢索或分發(fā)的文本、