《热处理设备pid过程控制器规范》

团体标准

T/CHTA005-2023

热处理设备PID过程控制器规范

PIDprocesscontrollerspecification

forheattreatmentequipment

2023-06-01发布

中国热处理行业协会发布

目次

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

1范围...................................................2

2规范性引用文件.........................................2

3术语和定义.............................................3

4环境条件和技术要求.....................错误!未定义书签。

5试验方法和检验规则.....................................5

6记录、标志、包装、运输和贮存...........................9

T/CHTA005-2023

前言

请注意本标准的某些内容可能涉及专利，本标准的发布机构不承

担识别这些专利的责任。

本标准由中国热处理行业协会标准化工作委员会提出并归口。

本标准主要起草单位：石家庄德堃电子科技有限公司、西安电炉

研究所有限公司、北京京杰顿科技有限公司、河南天利热工装备股份

有限公司、天津市热处理研究所有限公司、广州丰东热炼有限公司、

常州新区河海热处理工程有限公司、北京华翔电炉技术有限责任公司、

海思特（苏州）材料科技有限公司、西安标准热处理有限责任公司、

重庆市大正仪表股份有限公司、河北极太科技有限公司、浙江正热智

能装备有限公司

本标准主要起草人：李亚、任宇超、余维江、李琨、张永武、夏

晓宇、李明科、王卫臣、宋宝敬、高新宇、任宇伟、殷和平、杜利民、

唐凯、葛大荣、肖明、周洪琴、刘胜胜、包康伟

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1范围

本标准规定了热处理设备PID过程控制器的术语和定义、要求、试验方法、检验

规则及标志、包装、运输和贮存。

2规范性引用文件

下列文件对于本标准的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日

期的版本适用于本标准。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有修改

单）适用于本标准。

GB/T15479-1995工业自动化仪表绝缘电阻、绝缘强度技术要求和试验方法

GB/T17214.1工业过程测量和控制装置工作条件第1部分:气候条件

GBT17626.11-2016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

GB/T17626.2—2006电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验

GB/T18268.1-2010测量、控制和实验室用的电设备电磁兼容性要求第1部分:

通用要求

GB/T18271-2017过程测量和控制装置通用性能评定方法和程序

GB/T191-2008包装储运图示标志

GB/T20819.1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/T2423.2—2008电工电子产品环境试验第2部分:试验方法试验B：高温

GB/T2423.4—2008电工电子产品环境试验第2部分:试验方法试验D：交变湿热

GB/T26125-2011电子电气产品六种限用物质的则定

GB/T2900.13—2008电工术语可信性与服务质量

GB/T3358.1-2009统计学词汇及符号

GB/T34050-2017智能温度仪表通用技术条件

GB/T36414-2018工业过程测量和控制仪表容错性能技术规范

GB4943.1-2011信息技术设备安全第一部分:通用要求

GB5296.1-2012消费品使用说明第1部分:总则

JB/T12022-2014过程控制器的可靠性要求与考核方法

JJG617-1996数字温度指示调节仪检定规程

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3术语和定义

3.1过程控制器

为达到规定的目标而对影响过程状态的变量进行变送、调节、操纵的仪表的

总称。

3.2比例积分微分调节器（PID）

比例、积分和微分控制作用的调节器

a）P:比例带

比例带表示输出控制量与偏差之间的比例关系，过程控制器比例带参数P的

设定值越大，控制灵敏度低。P的设定值越小，灵敏度越高。

比例带P的选取。由于P的大小直接影响到系统的超调量、过渡时间和稳态

误差，因此P的选取尤为重要。比例带P减小，系统动作灵敏，速度加快；但偏

小，超调量增大，振荡次数增多，调节时间过长；P增大，系统会趋向稳定；若

P太大，会使系统动作缓慢。P的大小与稳态误差呈反比关系。减小比例作用，

可以减小稳态误差，提高控制精度。

b）I:积分时间

积分运算的目的是消除静差。只要偏差存在，积分作用将控制量向使偏差消

除的方向移动，积分时间是表示积分强度的单位，过程控制器设定的积分时间越

短，积分作用越强。（例如过程控制器的积分时间设定为200s，表示对目前固定

的偏差，积分作用的输出达到和比例作用相同的输出量要用到200s时间）

积分时间I的选取。积分作用旨在消除稳态误差，积分时间I与积分作用的

强弱呈反比关系，I太小，积分作用太强将使系统不稳定，振荡次数较多，而I

太大，对系统性能影响减弱，以至于不能消除稳态误差。

c）d：微分时间

比例作用和积分作用是对控制结果的修正，动作响应速度较慢，微分作用是

为了消除其缺点而补充的，微分作用根据偏差产生的速度对输出量进行修正，使

控制过程尽快回到原来的控制状态，微分时间是表示微分强度的单位，过程控制

器设定的微分时间越长，表示仪表的微分作用对控制量的修正越强。

微分时间d的选取。微分控制能够预测偏差，产生超前校正作用，可以较好

地改善动态特性。但是，当d偏差或偏小时，超调量和调节时间都会增加。在控

制诸如压力、转速等基本无滞后的量时，d应尽可能的小。

综上所述，将比例作用的快速性、积分作用的彻底性、微分作用的超前性这

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三点优点结合起来就构成了理想的PID调节器。

3.3整定

设置与系统特性相匹配的控制参数（PID参数）来达到较好控制效果：过程

值稳定在设定点处，成一条直线没有波动，没有过冲，在外部干扰造成偏差时能

够快速的恢复。

3.4自整定

控制器采用单位阶越整定的方式，自动的计算和设置PID参数。

3.5单位阶越整定

通过让输出全开和全关的方式，是过程值产生波动。根据振幅和震荡周期计

算出各项控制参数。如果系统不允许全功率加热或制冷，可通过输出限幅加以限

制，但还要保证过程值能有一定幅度的震荡，来计算控制参数。

3.6模拟报警

报警用来对过程值超出预定限度进行提示和产生报警信号，是对PV值，输

出值等变量进行报警。

报警类型分为上限报警、下限报警、上偏差报警、下偏差报警、偏差带报警、

加热断线报警、输入传感器故障报警、程序运行结束报警。

3.7可靠性特征量

衡量产品可靠性的定量化尺度，描绘产品可靠性的参数。如可靠度（R）、平

均故障间隔工作时间（MTBF）或故障率（λ）等。

3.8可靠性验证试验

为验证产品的可靠性特征量是否达到所需求的水平而进行的试验。

3.9加速寿命试验

为缩短试验时间，在不改变故障模式和故障机理的条件下，用加大应力的方

法进行的寿命试验。

4.1环境条件

工作条件:温度:-20℃～+50℃，湿度:10%～90%RH

存储条件:温度:-40℃～+80℃，湿度:10%～90%RH

4.2主要技术要求

a)标准ModbusRtu通讯协议，两线制RS485

校验方式：无校验，奇校验，偶校验

通讯速度：4800bit/s，9600bit/s，19200bit/s

通讯数据格式:一位起始位，八位数据位，一位停止位

b)标准ModbusTcp协议

通讯地址：0-255

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子网掩码：0-255

网关：0-255

c)控制周期：50ms/100ms

d)测量精度:0.1%FS

e)采样速率：20Hz/10Hz

f)信号测量输入阻抗：电压≥500KΩ（5V、10V≥100KΩ），电流≤60Ω，热电

偶≥500KΩ，碳势控制氧探头输入时≥50MΩ

g)信号输出阻抗（带负载能力）：电压式≥250K,电流时≤300Ω，继电器

AC120V/1A,DC30V/1A

h）电阻采用三线制测量，信号传输导线每根线电阻不大于10欧

i)设备供电：86～260V/AC(47-63Hz)

j）隔离电压：输入、电源、输出三端隔离，隔离电压:2000VAC1分钟

5试验方法和检验规则

5.1试验条件

试验条件应符合GB/T17214.1的规定

5.2试验方法

5.2.1抗扰度试验

根据GB/T18268的规定，抗扰度要求应符合表1规定

表1EMC抗扰度试验要求

序号试验项目试验标准试验参数和条件

电快速瞬变在供电电源端口，保护接地（PE）电压峰值为

1脉冲群抗扰GB/T17626.42KV,重复频率为5KHz；在I/O信号、数据和控

度制端口，电压峰值为1kV，重复频率为5KHz

波前时间为1.2us，半峰值时间为50us，浪涌

2浪涌抗扰度GB/T17626.5

电压幅度1kV

射频电磁场频率范围：80MHz～1000MHz，试验场强：10V/m

3GB/T17626.3

辐射抗扰度

5.2.2模拟量和开关量输入通道试验

在信号输入端分别输入各种信号，操作数据键盘显示设定组件上的输入数据

键，由显示部分监视转换结果，与标准数据误差不应超过表2规定。

GB/T26156.2-2010

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表2输入通道数据误差

名称信号量程误差

（4～20）mAa%FS±d

电流信号输入

（0～10）mAa%FS±d

（0～5）Va%FS±d

电压或热电偶信号输入（-20～20）mVa%FS±d

（0～10）mVa%FS±d

Pt100a%FS±d

热电阻信号或电阻信号输入Cu50a%FS±d

（0～400）Ωa%FS±d

a-量化误差之外的其它因素引起的综合最大测量误差系数，即准确度等级。准确

度等级a应从下列数系中选取：0.1、0.2、0.5。

FS-输入信号的量程。

d-输出信息末位1个字所表示的值。

5.2.3输出通道试验

键盘显示设定组件，通过精密测试仪监视转换结果，与标准数据比较其误差

不应超过表3规定。

表3输出通道数据误差

输出信号和数字显示等误差

（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

开关量0～9999a%FS±d

数字显示-1999～1999a%FS±d

注：误差栏的字母含义见表2注。

5.2.4数据通信试验

利用PID过程控制器与上位机联结方法进行通信测试，按照GB/T3453进行

试验。

5.2.5指示表指示试验

手动方式分别使给定值、被控值和输出指示表指示值依次对准标度值为0%、

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25%、50%、75%、100%，记下标准仪器的相应示值。然后，再依次对准标度值为

100%、75%、50%、25%、0%，记下标准仪器的相应示值。

上述步骤重复三次，从这些测试中，计算出平均误差及回差并取得最大值。

5.2.6比例、微分、积分作用实验

a）比例作用试验：按照GB/T20819.1进行试验。

b）微分作用试验：按照GB/T20819.1进行试验。

c）积分作用试验：按照GB/T20819.1进行试验。

5.2.7给定值与手操输出试验

在手动状态下，操作对应的操作按钮，使给定值及手操输出变化到最大值及

最小值，检查0%～100%范围调整时，其对应端信号是否满足4mA～20mA、0mA～

10mA、1V～5V、0V～10V等。

5.2.8环境温度变化影响试验

按照GB/T18271.3进行试验。

5.2.9相对湿度变化影响试验

按照GB/T18271.3进行试验。

5.2.10机械振动影响试验

按照GB/T18271.3进行试验。

5.2.11供电电源变化影响试验

按照GB/T17626.11进行试验。

5.2.12电源瞬间中断影响试验

按照GB/T17626.11进行试验。

5.2.13电源瞬时低降影响试验

按照GB/T17626.11进行试验。

5.2.14共模干扰试验

按照GB/T18271.3进行试验。

5.2.15串模干扰试验

按照GB/T18271.3进行试验。

5.2.16输入阻抗和负载变化影响试验

输入阻抗和负载变化影响方法如下：使过程控制器的输出信号稳定在量程

50%处；测量当负载阻抗从最小值变化到最大值时，所引起的过程控制器输出变

化量。过程控制器还应在开环情况下进行1min负载短路及负载开路试验，然后

恢复标准负载，测量过程控制器操作输出变化量。

5.2.17手动-自动切换

按照GB/T20819.1进行试验。

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5.2.18绝缘电阻试验

按照GB/T15479进行试验。

5.2.19绝缘强度试验

按照GB/T15479进行试验。

5.2.20抗运输环境性能试验

按JB/T9329进行试验

5.2.21可靠性试验

按JB/T50187相关规定进行试验

5.3检验规则

5.3.1外观要求检查

在自然光线下通过目视检查。对于产品表面印刷的说明性文字、符号和标

志等，通过检查和擦拭标志进行试验，方法为:用手拿蘸有水的棉布擦标志15S，

再用蘸有溶剂油擦拭15S后，标志仍应清晰易读，加贴的标记铭牌应当牢固，不

易揭下并且不应卷边。

5.3.2结构要求检查

a）在自然光线下通过目视检查。

b）按GB4943.1-2011中的第4章规定的方法进行检验。

5.3.2尺寸要求检查

使用长度、角度等测量工具或仪器在自然光线下检查。

5.3.3环保要求

按GB/T26125-2011规定的测试方法对其进行有害物质检测。

5.3.4产品老化试验

按GB2423.2-2008电工电子产品环境试验第2部分:试验方法试验B:高

温进行。

5.3.4.1目的

本试验方法用来进行非散热试验样品的高温老化试验，试验样品在高温条件

下放置48小时以达到温度稳定，实现试验样品老化目的。

5.3.4.2概述

将试验样品放入温度为试验温度的老化箱中,然后将温度调节到符合相关规

定的严酷等级温度，当试验样品温度达到稳定后，在该条件下暴露48小时。出

箱后将试验样品在4.5.1工作条件中放置1h时间恢复，进行上机检测，记录

高温环境变化后的参数及性能。

5.3.5出厂检测

每台装置出厂前必须由制造厂的检验部门进行出厂检验，出广检验在试验的

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标准大气条件下进行。

批量生产或连续生产的产品，应按批次进行出厂检验。出厂检验出现任一项

不合格时，加倍抽样后重新进行检验。若再次出现任一项不合格时，该产品被判

为不合格产品。对于不合格品应返工后重新提交检验，检验合格后方可入库。

5.3.6型式检验

型式检验按GB/T26156.1规定的全部项目进行试验。

5.3.6.1型式检验规定

遇到下列情况，应进行型式检验:

a)新产品定型鉴定前；

b)产品转厂生产定型鉴定前；

c)连续批量生产的装置每一年一次；

d)正式投产后，如设计、工艺、材料、元器件有较大改变，可能影响产品

性能时；

e)产品停产一年以上又重新恢复生产时；

f)国家质量技术监督机构或受委托的质量技术检验部门提出型式检验要求

时；

g）合同规定时；

h)出厂检验结果与上次型式检验有较大差异时。

5.3.6.2形式检验项目

a)依据标准:JJG617-1996数字温度指示调节仪检定规程

b)外观检查:

c)示值误差校准:

5.3.7取样方法

型式试验每批次随机抽取15个产品进行检验,出厂检验每批次随机抽取5

个产品进行检验。

5.3.8判定规则

检验结果有一项不符合本标准规定时，可再次抽样复检，若仍不符合规定，

则判该批产品为不合格产品。

6记录、标志、包装、运输和贮存

6.1电子记录

电子记录是由计算机系统创建、修改、维护、存档、检索或分发的文本、