GB/T 19767-2005 基于微处理器仪表的评定方法

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中华人民共和国国家标准

GB/T19767-2005八EC/TS62098：2000

基于微处理器仪表的评定方法

Evaluationmethodsformicroprocessor-basedinstrument

（IEC/TS62098：2000，IDT)

2005-05-18发布2005-12-01实施

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GB/T19767-2005/IEC/TS62098:2000

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本标准等同采用IEC/TS62098:2000((基于微处理器仪表的评定方法）｝（英文版）。

为便于使用，对IEC/TS62098:2000做了下列编译性修改：

a)“本技术规范”和“本文本”一词改为“本标准”；

b）用小数点“．”代替作为小数点的逗号“，”；

c）用破折号“—”代替作为列项用的短横线“一，’i

d）删除IEC/TS62098:2000的前言，修改了IEC/TS62098:2000的引言；

e）将IEC/TS62098:20004.3.7中提及的“IEC61721”改为“IEC60721"，因IEC60721是“环境

条件分类”标准，而IEC61721是“光伏组件对意外碰撞的承受能力（抗撞击试验）”标准，根据

上下文，应用前者；

f)将IEC/TS62098:2000图5中的过程域方框延长，以便与测量仪表和（智能）执行机构间形

成通信链路。

本标准的附录A、附录B、附录C、附录D和附录E均为资料性附录。

本标准由中国机械工业联合会提出。

本标准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。

本标准负责起草单位：西南师范大学。

本标准参加起草单位：机械工业仪器仪表综合技术经济研究所、四联仪器仪表集团、浙江大学、北京

机械工业自动化研究所。

本标准主要起草人：周雪莲、刘枫、张建成、薛思源。

本标准参加起草人：冯晓升、刘进、冯冬芹、谢兵兵。

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0.1仪表或过程控制器的评定是在工厂的整个生存期期间核定测量或控制功能的固有成本的一种支

持工具，固有成本包括投资成本包（括工厂在整个生存期期间的更新成本）、工程成本、安装成本、维护成

本、能源和原材料消耗成本。

0.2用于过程控制和测量的新型仪表通常配备有微处理器，因此有利于使用数字数据处理方法和人工

智能。这就使得这类仪表更加复杂，现有的标准化评定方法不总是能充分描述这类仪表的性能。

评定内容最多可以包括以下几方面：

—设计审查硬（件和软件）；

—性能功（能）测试；

—对可靠性、可维护性的测试研究；

—安全研究和安全性测试；

—现场测试。

0.3本标准所描述的评定方法主要涉及与性能和可靠性测试相关的内容。本标准可看作是对GB/T

18271的扩展。为完整性起见，在GB/T18271里所提及的对基于微处理器的仪表仍然有效的方法在

这里也被提到，但不完全重复它们，在相关的时候，将参考该标准。

0.4在本标准中，关于对基于微处理器仪表的评定的某些考虑是基于GB/T18272的前言中所提出的

思想。

0.5将来，基于微处理器的仪表将日益集成在数字通信系统中，因此本标准也将考虑这类仪表的通信

特性以及它对实时操作和仪表的更多性能的可能影响。

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基于微处理器仪表的评定方法

1概要

1.1范围

本标准的目的是为开发基于微处理器仪表的评定方法提供背景信息。

评定是从进出过程的内外信息流、操作员和外部系统等方面对仪表进行分析开始的，然后辨识仪表

的主要功能块，通过使用4.2和4.3给出的检验项目，能辨识可能嵌人在被评定仪表的功能块中的功能

和特性。

4.4给出了在相关影响条件下评定仪表的检验项。

根据仪表的应用，本标准的用户可能需要定义更多的功能和特性或影响条件。

1.2规范性引用文件

下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。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标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究

是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。

GB/T2900.56-2002电2术语自动控制（IEC60050-351:1998,InternationalElectrotechnical

VocabularyChapter351：AutomaticControl(2'.Ed.），IDT)

GB/T17614.1工业过程控制系统用变送器第1部分：性能评定方法（GB/T17614.1-1998,

idtIEC60770-1：1984)

GB/T18271.1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（GB/T

18271.1-2000,idtIEC61298-1：1995)

GB/T18271.2过程测量和控制装置通用性能评定方法和程序第2部分：参比条件下的试验

(GB/T18271.2-2000，idtIEC61298-2：1995)

GB/T18271.3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

(GB/T18271.3-2000，idtIEC61298-3：1998)

GB/T18271.4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

(GB/T18271.4-2000，idtIEC61298-4：1995)

GB/T18272.1工业过程测量和控制系统评估中系统特性的评定第1部分：总则和方法学

(GB/T18272.1-2000,idtIEC61069-1：1991）

GB/T18272.2工业过程测量和控制系统评估中系统特性的评定第2部分：评估方法学

(GB/T18272.2-2000，idtIEC61069-2：1993)

GB/T18272.3工业过程测量和控制系统评估中系统特性的评定第3部分：系统功能性评估

(GB/T18272.3-2000，idtIEC61069-3：1996)

GB/T18272.5工业过程测量和控制系统评估中系统特性的评定第5部分：系统可信性评估

(GB/T18272.5-2000，idtIEC61069-5：1994)

IEC61069-4:1997工业过程测量和控制系统评估中系统特性的评定第4部分：系统性能

评估

JB/T8209工业过程控制用电动和气动输人输出模拟信号调节器性能评定方法（(JB/T8209-

1999，eqvIEC60546-1：1976，IEC60546-2：1976，MOD)

1.3术语和定义

本标准使用GB/T2900.56,GB/T17614.1,JB/T8209,GB/T18271和GB/T18272中的定义。

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2仪表的发展

仪表的功能可以多种方式来实现。

在模拟仪表中，其功能是根据硬件组件的尺寸和设计并通过使用模拟数据处理来实现。

第一台装有微处理器和使用数字数据处理技术的仪表出现于20世纪70年代末和80年代初。从

那以后，测量仪表和控制器的基于软件的数字数据处理技术的使用得到了迅速发展，在功能性和数据处

理能力方面也得到提高。

基于微处理器的仪表是采样的数据系统。即输出和其他相关数据将以一定时间间隔或循环周期被

刷新或用新的数据更新。除测量任务外，仪表在相同的运行时间间隔内，必须执行其他如通信和自诊断

等任务。特别是，对于与时间相关的功能控（制、积分等），基于微处理器的仪表可能变得对时间要求苛

刻。这意味着当与时间有关的内务处理不准确或被干扰时，会出现错误。例如，当设计时如果没有考虑

到多任务环境中的优先权问题而允许各种任务同时运行，会扰乱与时间有关的内务处理。

微处理器强大的数据处理、记忆和存储能力允许控制算法如（PID）的集成和在测量仪表中处理趋

势信息。

数据处理能力也允许更复杂的检测技术的使用，这对开发更“新型的”传感器类型提供了机会，例如

测量原理要求使用统计方法来确定物理量。

随着传感器知识的增长，能够更好地绘出传感器的特性曲线。这些特性曲线可嵌人软件中，通过如

内部辅助传感器的使用，可以提供更大的可调范围，如压力和差压传感器就使用了此技术。

此外，处理能力提供了处理传感器其他信息数据的可能性，这些信息主要用于维护。维护也可以由

辅助传感器支持，辅助传感器提供仪表或与它相连的设备的磨损或过载等信息。所存储的历史数据、诊

断数据和统计数据也可以用来改进维护。

通信接口可以是为与数字通信链路上的高级操作员接口通信而设计的。通信接口也可以允许在同

一链路上直接进行仪表对仪表的通信。

以上提及的一些考虑汇总于表1中。

表1模拟仪表和基于微处理器仪表的功能

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表1（续）

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3评定需考虑的事项

3.1系统方法

系统方法对本标准中所述的评定技术的开发给出了最适当的说明。术语“系统”定义如下：

“系统是由一组相互依赖的、执行某一确定功能的单元组成，以达到给定的目标。”

对该定义的资料性注释给出了一个可供选择的方法，该方法指出了系统与其环境的边界，因而同等

重要，即：

“系统被视为是由一个想象的界面将其与环境和其他外部系统分开，这一界面切断了它们与所考虑

的系统的连接。通过这些连接，系统受环境的影响并由外部系统所作用，或者系统本身作用于环境或外

部系统。”

使用这一定义，每一台仪表都可看作是一个系统。

一个理想的系统（概念）应该能够无限地执行它的功能，而没有错误、故障、失效和不必要的延迟发

生。然而，由于使用的原材料本身缺陷（受时间和空间限制），按照功能概念开发出来的实际系统并不是

理想的。因此系统易受外部干扰因素的影响。

由于实际系统的这一非理想特性，因而或多或少用某些可测量特性来描述有关系统的应用的某些

要素是实际的需要，如：精确性、稳定性、可靠性和可维护性等。

这些特性的规范指出了系统的理想功能和实际功能之间的偏差及其测量。

图1清晰地表示了上述系统的主要结构和它与环境的相互作用。出于实际考虑，环境被进一步划

分成许多域，边界扩展成许多接口构成的边界区，各种环境域是仪表的干扰源（影响条件）。

3.2评定表

为评定而详细定义的要点包括：

a)仪表单元；

b）仪表功能；

c)仪表特性；

d)影响条件。

在考虑中所作出的选择不一定能覆盖仪表的所有要求和规范，而是在有关各方之间作出的折衷。

然后，方案论证阶段的结果用多维（多层）表构成，它能清楚地显示彼此同意的程序。图2显示一种

样式，前三行总结了仪表的内部情况，第一列描述环境。表格的每一栏表示一种测试。如有必要，表格

可进一步细分以表示更多的特性参数或功能参数。附录E表示了一个电磁流量计的实例。

在进行实际评定之前，评定人员需要考虑下面总结的评定技术：

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圈1一般系统模型

—测量功能和特性的方法和手段的定义和设计；

—应用、测量和控制影响仪表的测试条件的方法和手段的定义；

—考虑预期的结果。

在这一阶段，由于仪表的物理和实际限制，仍可能对评定方法进行修正。

实际测试开始后，评定人员保持与有关各方的联系是一个好的经验。非预期的结果可能会临时中

止评定，这可能导致重新考虑和修改其设计。

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圈2评定衰样张

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3.3边界区（接口）

在建立一次评定工作的过程中，仪表的边界定义是一个重要的问题。在系统的外围，边界需要清楚

地定义。

边界线画在哪里以及如何画是一个不确定的过程，需要对仪表和其接口有详细的认识，并且需要和

与评定有关各方进行详细讨论。作出的选择决定了评定的范围和为了执行其评定所需要的资源。

4评定技术

4.1仪表分析

仪表评定工作实际执行前，应该进行相关仪表的物理和功能设计和其操作环境的结构化分析。这

一分析结合用户所述的需求可导出要评定的功能和特性的定义。

图3表示仪表通过其边界与操作环境预期的功能性交互作用。箭头指示与过程测量、监督和控制

有关的下列信息流：

—进出过程域的信息流；

—进出人工域的信息流；

—进出外部系统域的信息流。

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图3进出仪表的功能性信息流

图4表示一般仪表模型及其内部结构的框图。图3示出的模型和4.1.1中给出的详细仪表描述将

指导和帮助其分析。框图显示了仪表最大配置中可区别的基本模块（结构块）。

模型可用来描述测量和控制工业过程相关物理量的仪表的各种类型。

在仪表内部，图3显示的外部信息流在信息流动路径上被有意地互连。在可操作的仪表中，可能有

如下的信息流路径：

—通过嵌人在数据处理单元中的功能块，过程到过程的路径；

—通过通信接口，过程（输入）到数字通信链路的路径；

—通过通信接口，数字通信链路到过程（输出）的路径；

—通过人机接口，操作员到过程（输出）的路径；

—通过人机接口，过程（输人）到操作员（操作、维护和管理）的路径。

由于基于微处理器仪表是顺序操作的，在不同信息流路径中要区分几个循环时间。在模型中，它们

用术语“ctl”到“ct4”表示。在模型中显示的循环时间不必相等。根据信息的类型和优先权，其他的循

环时间可能存在于一个信息流路径中。

仪表必须在可用的时间范围内执行具有不同优先权的各种任务，其设计应该做到在最不利条件下

处理和提供所有相关信息。

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毛

ct＝循环时间

图4一般仪表模型

应当注意仪表可能存在下列情况：在一个固定时间范围内不运行，但是在最后一条指令执行后重新

开始循环。特定任务可能由倒计时或中断方式执行。

4.1.1仪表描述

传感器／输入子系统

传感器／输人子系统把测量信号、模拟信号或二进制信号如（压力开关）转换成电信号，再进行处理

并转换成数字信息，然后送给数据处理单元。

这些子系统也可能有几个不同类型的传感器如（以补偿或诊断为目的的辅助传感器）。每个传感器

需要合适的测量设备。

子系统可能与其他模块集成在一个封装里，也能远程安装如（比重计、热电偶变送器）。根据使用的

测量原理，传感器部件可能不需要辅助外（部）电源如（热电偶），也可能需要辅助电源如（张力计），或者

需要一个有特定特性的电源如（电磁流量计和科里奥利型质量流量计）。

由于传感器与过程介质直接接触，它可能受介质特性、介质条件和安装条件影响。作为远程单元，

传感器可能遭受更为恶劣环境条件的影响，而且，在评定期间也应该考虑是否有必要把环境和过程条件

结合起来。

数据处理单元

仪表的功能性是由嵌人在数据处理单元中的功能所决定的。数据处理单元从传感器子系统、人工

和外部系统接口接收数字化信息。然后，已处理的信息被用来刷新到输出子系统、反馈到人工和外部接

口的信息流。数据处理单元也可能控制传感器的电源。

为了保存过程数据和条件监测的历史趋势，数据处理单元也可配备可扩展的存储容量。

基于微处理器的仪表配备有或多或少的自诊断软件，并且在某些情况下为自动维护其完整性配备

有诊断传感器。

特别是对控制器来说，应用软件经常被组织在功能块库中，功能块能用来以任意顺序提供特殊的转

换功能。对单一功能的基于微处理器的仪表，用户软件很少是可扩展的。

输出子系统

对于过程控制，输出子系统通过数模转换器提供标准的模拟电信号输出m（A,V)，或提供频率、脉

冲串信号或二进制如（触点、固态继电器）输出信号。

人机接口

人机接口为观察过程变量、操作和调整某些参数提供手段。在简单仪表中，它可能只是一个数字显

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示。在复杂仪表中，它可能是一个固定的或插人型键盘／显示单元，用来读出数据和操作员访问数据。

通信接口

通信接口通过数字通信链路提供与数据采集系统、分散型控制系统或用于就地读出数据的手操终

端之间的串行或并行通信。

电源部件

电源部件接受未调整的交流或直流电压，向仪表的各个部分提供稳定的和调整后的电源电压和／或

电流（交流、直流或交、直流混合）。

4.1.2仪表功能和特性列表

一般而言，仪表用户仅对以上提及的信息流路径（从边界到边界）的整体功能感兴趣。然而，当可能

对仪表的黑箱内部进行测量时，将考虑下列情况。在评定期间，如果仪表有问题，这些测量可能对诊断

原因和清除可能的设计故障有很大的帮助。因此，基于以上把仪表划分为若干子系统的方法，我们需要

进一步详细描述仪表的功能和特性以获得仪表性能的一个总的概观。

应该明白，要评定所定义的功能的数量对评定所需要的时间和成本是有影响的。

从图4的模型中能识别以下的主要功能组：

—测量功能；

—输出功能；

—数