计算机集散控制系统检定规程（山东省）.doc

JJF（鲁）912011 JJF中华人民共和国地方计量技术规范 JJF（鲁）912011电站锅炉用计算机集散测量控制系统Distributed Measurement Control System By Computer OfPower Plant Boiler2011-10-14发布 2012-01-01实施_ _山 东 省 质 量 技 术 监 督 局 发 布电站锅炉用计算机集散测量控制系统校准规范Calibration Specification OfDistributed Measurement Control System By Computer Of Power Plant Boiler JJF（鲁）912011 本规范经山东省质量技术监督局2011年10月14日批准，并自2012年1月1日起施行。 归 口 单 位：山东省质量技术监督局主要起草单位：山东省计量科学研究院参加起草单位：青岛市计量测试所 本规范由归口单位负责解释 本规范主要起草人： 张 炯（山东省计量科学研究院）张华文（山东省计量科学研究院）参加起草人：宋 勇（山东省计量科学研究院） 梁兴忠（山东省计量科学研究院）徐兴业（山东省计量科学研究院）郑柏松（青岛市计量测试所）目 录1 范 围12 引用文献13 术 语13.1 计算机集散控制系统（DCS）13.2 模板13.3通道23.4 二次仪表23.5 执行器24 概述25 计量特性35.1 文件资料35.2 外观35.3 系统软件的要求45.4 绝缘电阻45.5 绝缘强度45.6 连锁保护45.7 准确度等级56 校准条件56.1 环境条件56.2 标准器条件57 校准项目和校准方法57.1 资料及文件57.2 外观检查57.3 软件冗余功能检查57.4 绝缘电阻67.5 绝缘强度67.7 输入通道的校准67.8 输出功能的校准98 校准结果表达99 复校时间间隔9附录A 包含传感器的系统整体校准10附录B 传感器(一次元件)的校准10附录C 执行器的校准10附录D 计算机集散控制系统不确定度分析11JJF（鲁）912011电站锅炉用计算机集散测量控制系统校准规范1 范 围本规范适用于以电站锅炉等设备为控制对象,以计算机（包括可编程控制器、单片机等）为控制核心的,具有多个信号通道、支持多种参数测量，有多通道调节量输出，以及具有连锁报警保护的控制系统（以下简称DCS）的校准。其它大量应用于生产线上的计算机类测控设备、各种专业实验室综合性能测试台（包括目前尚在应用的DDZ-II、DDZ-III型组合仪表作为一个统一整体的控制系统进行校准时）可根据系统配备状况，依据本规范相关条目执行。本规范对系统的信号采集及输出控制部分作出规定。系统前端传感器部分及后端执行器部分在附录中作简单介绍。2 引用文献JJG74-2005 工业过程记录仪JJG875-2005数字压力计检定规程JJF1048-1995 数据采集系统校准规范JB/T 8219-1999 工业过程测量和控制系统用电动执行机构SHS 07008-2004 过程控制系统GB4793.1-2007 测量、控制和实验室用电气设备的安全要求 第1部分：通用要求使用本规范时,应注意使用上述引用文献的现行有效版本。3 术 语3.1 计算机集散控制系统（DCS）DCS英文全称 Distributed Control System ,中文全称为集散控制系统。DCS可以解释为在回路控制较多的行业中广泛使用的，以计算机为核心，以各控制单元尽量将控制所造成的危险性分散,而将管理和显示功能集中的一种高技术自动化控制系统。3.2 模板DCS硬件系统中，能够独立完成某些数据采集及调节输出功能，并具有与上位机通讯、方便模块化组装的硬件功能块，分为模拟量输入模板、数字量输入模板、输出模板等。3.3通道信号传输的途径，包括传感器（变送器）、传输线路（补偿导线）、数据采集模板、计算机图形显示等部分。3.4 二次仪表指系统中数据采集、输出调节、显示部分，包括各类模拟量、数字量信号采集模板、输出调节模板及用来作为人机界面的计算机系统。3.5 执行器主要指以电机驱动的角行程、直行程、多转执行机构和伺服放大器、操作器等。4 概述整个控制系统一般由三大部份组成：a)传感器（变送器）；b)二次仪表（包含DCS计算机集散控制系统的：控制器，包括模拟量模板、数字量模板 操作站 通讯网络 图形及编程软件）；c)执行器。图1 DCS系统框图工业以太网带有冗余的网络控制器1控制器2控制器N现场设备压变、温变电偶、电阻阀门工程师站操作站操作站模拟输入I/O板数字输入模拟输出数字输出其他模板阀门水位阀门挡板调速阀门电动机I/O板操作站操作站操作站本规范重点对DCS中二次仪表的计量指标作出规定。DCS是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统。DCS系统现场设备的各传感器将信号送至分布的控制器输入量模板，控制器根据预设好的程序计算出调节量，将信号送至输出量模板直接控制执行器，达到调节阀门角度、挡板开度、电机转速等目的。同时，各操作站可通过网络读取控制器数据并进行实时显示和操作。各控制器可独立完成调节任务，互不干扰。上位机或其他控制器出现故障，不会导致全系统瘫痪。各控制器的运行示意图见图2图2 控制器的运行示意图由于具有以上特点，DCS系统广泛应用于各种工业生产、科学试验及检验检测系统中。5 计量特性5.1 文件资料整个DCS系统应有详细的使用说明书、节点分布对照图及相关的软件资料，以便今后日常维护及系统检查。5.2 外观计算机控制系统控制柜应置于恒温控制室内，保持接线端子标注清晰、与实际节点对应正确；线路板无积尘；各降温通风风扇应能正常运转；各模板接插件连接可靠，无松动，歪斜现象；各种连接线路连接清晰流畅。计算机界面应能清晰直观地显示工艺流程中各仪表的位置及当前示值，数据刷新频率应符合工艺要求；另外，具有控制功能的DCS计算机界面应能清晰直观地显示调节量的输出值及各执行器的状态参数。5.3 系统软件的要求5.3.1 用于电站锅炉及大型生产现场的软件应具有信号采集和控制等的冗余功能，即当一路信号出现故障时，备用仪表应自动投入使用，使真实参数能够送到调节器。5.3.2 系统应有曲线自动记录功能，并可以方便地查询、打印相关数据等；各输入输出通道遇停电等情况时应能保持记录的数据不丢失。 5.4 绝缘电阻系统电源端子和输入端对接线端子柜外壳的绝缘电阻应不小于20M；系统说明书有详细标注的，其绝缘电阻应符合说明书要求（指标不低于国标）。5.5 绝缘强度在环境温度为1535，相对湿度45%75%的条件下，电源、输入、输出、接地端子（或外壳）相互之间（输入输出端子间不隔离的除外）施加表1所规定的试验电压，保持1min应不出现击穿或飞弧现象。表1仪表端子电压公称值（V）试验电压(V)0U6050060U1301000130U25015005.6 连锁保护系统关键调控参数的上下限设置应与实际物理量的状况相统一，不应因设置不合理导致发生事故时系统却未有保护动作。当输入参量达到动作值时，相应的连锁保护机构应能可靠有效地动作。5.7 准确度等级模拟量输入、输出通道精度等级应符合测量工艺要求或说明书规定，一般不低于0.5级。 数字量信号示值误差应符合说明书规定。6 校准条件6.1 环境条件温 度：1535相对湿度：45%RH75%RH电 压：电压变化不超过10%系统说明书对设备使用环境条件有明确规定的，依据说明书指标执行。6.2 标准器条件作为标准器的热工仪表校准器应具有模拟热电偶、热电阻功能，电流、电压、频率、脉冲输入输出功能及模拟变送器功能。选用的标准器及配套设备构成的校准装置引入的扩展不确定度U95应不大于被校准数字温度计最大允许误差绝对值的1/3。允许使用其它具有同样功能同等准确度仪表开展工作。原则上推荐采用使用电池供电且防震、便携的智能型多功能校验仪。对于使用模拟电阻的校验仪，应备有0.01级电阻箱作为仲裁时使用。7 校准项目和校准方法7.1 资料及文件检查相关技术资料及文献，应符合本规范5.1 要求。7.2 外观检查目力检查系统各部分，应符合本规范5.2 要求。7.3 软件冗余功能检查对于多个传感器同时测量的工位，人工切断一路信号，观察系统是否因此而产生误动作；人为断开电源，1分钟后恢复供电，检查数据记录情况，应符合本规范5.3要求。7.4 绝缘电阻按照信号接线端子的位置分布，抽检5个通道。使用500伏绝缘电阻表在信号输入端及接地端测量，读取绝缘电阻值。7.5 绝缘强度按照信号接线端子的位置分布，抽检5个通道。测量时试验电压应从零开始增加，在（510）s内平滑均匀地升至试验电压规定值，保持1min后，平滑地降低电压至零，切断试验电源。应符合本规范5.5要求7.6 连锁保护调整输入信号，系统示值达到设定值时系统应产生相应的保护状态。7.7 输入通道的校准7.7.1 校准点的选择标准量值的选取最少五个点，应包含起始点、中间点及最高点。从起始点开始，加大输入信号，分别读取系统示值，直至最高点；然后由最高点减小输入信号，分别读取系统示值，直至起始点。系统所使用的通道都应校准。7.7.2 各种信号处理过程的接线方法a) 模拟量模板热电偶通道 使用校准仪输出模拟热电偶信号，自动进行冷端温度补偿。校准器的热偶输出端子应用经检定合格的补偿导线连接至热偶模板。接线见图3。图3模拟量模板热电偶通道接线图b) 模拟量模板热电阻通道校验仪电阻输出功能一般模拟两线电阻，接线见图4；校准三线电阻通道时校验仪输出端一端用复叠式插头分为两路，与另一输出端一同形成三线电阻，接至热电阻模板。接线见图5；四线电阻输出接线见图6。 图4模拟量模板热电阻通道(两线制)图5模拟量模板热电阻通道(三线制)图6模拟量模板热电阻通道(四线制)c) 模拟量模板变送器类通道校验仪模拟变送器功能，在输出420mA电流的同时能接受外部提供的24V直流供电电压，可以完整模拟一台变送器输出状态，接线见图7。图 7模拟量模板变送器类通道铜导线d) 模拟量模板电压、电流通道在不同的功能状态下，模拟器的两线输出端子可分别输出电压及电流信号，校准接线见图8。图8模拟量模板电压、电流通道e) 数字量输入通道集散控制系统的数字量输入信号，可分为频率及脉冲计数功能两种情况。接线如图9。对于配用数字通讯变送器的通道，可采用变送器与通道整体校准或单独校准变送器的方式。图9数字量输入通道7.8 输出功能的校准7.8.1 校准点的选择及读数方法同本规范7.7.1。7.8.2 电流电压输出模板校准接线图输出模板输出的电信号可通过铜导线直接连至热工仪表校验仪，接线见图10。图10电流电压输出模板铜导线 8 校准结果表达示值误差计算A = (A2-A1)/A1100%式中：A1标准值A2被校示值A值应符合说明书要求或生产工艺要求。新安装的系统应符合第5条全部项目，使用中的系统应符合本规范5.7。9 复校时间间隔校准周期一般应为一年，可根据实际情况适当提前或滞后，提前或滞后的时间最长不超过半年，滞后的时间应在下一校准周期扣除。附录A 包含传感器的系统整体校准对于不便拆卸传感器而必须整体校准的计算机测量系统，可将整个系统作为多台数字压力（温度）计（或其他参量仪表），参照JJG875-2005数字压力计检定规程相关条款执行。配用其它传感器的系统参照有关专业检定规程，校准规范执行。对于无检定规程、规范的参量，作为标准采用的物理量源的精度应优于被校精度的三分之一。附录B 传感器(一次元件)的校准温度、压力传感器的校准依据相关规程、规范执行。如必须在工业现场开展校准，应对校准结果进行环境温度修正。附录C 执行器的校准校准点的选择及读数方法同本规范7.7.1，示值误差计算同本规范第8条，接线图如图11。图11 执行器的校准多功能校准器附录D 计算机集散控制系统不确定度分析D.1概述本次评定的对象为用725多功能校准器作为标准器,校准配K型热电偶的DCS系统温度通道示值和量程为（016）MPa压力通道示值的不确定度，其他情况可参照本实例进行。D.2温度通道不确定度分析D.2.1 数学模型t=td-ts式中：tDCS系统的示值误差 tdDCS系统的显示值 ts标准器对应的温度值D.2.2 A类标准不确定度分量u1在1000同一检定点上进行连续测量10次。测量数据列于表1 序号测量值()()()11000.3-0.040.001621000.2-0.140.019631000.3-0.040.001641000.2-0.140.019651000.3-0.040.001661000.3-0.040.001671000.40.060.003681000.40.060.003691000.50.160.0256101000.50.160.0256平均值（）1000.34 其标准偏差：S=0.11D.2.3 校准器引入的标准不确定度分量u2多功能校准器引入的标准不确定度分量u2,可以用B类标准不确定度分量进行评定。在（-2001300）范围内的引入误差为0.80 ，按均匀分布考虑，取覆盖因子k=，u2=0.80/=0.46D.2.4 DCS分辨力引入的标准不确定度分量u3 由DCS分辨力引入的误差取区间宽为a=b/2。DCS分辨力为1时，a= b/2=1/2=0.5；DCS分辨力为0.1 时a=b/2=0.1/2=0.05,按均匀分布考虑，取覆盖因子k=， 故不确定度u3=0.5/=0.29， 分辨力为1时。 u3=0.05/=0.029 ，分辨力为0.1时。D.2.5标准不确定度汇总表由各因素引入的标准不确定度汇总于表2 标准不确定分量 ui不 确 定 度 来 源标准不确定度()u1测量装置重复性0.11u2标准信号源0.46u3仪表分辨力0.29，b=10.029，b=0.1D.2.6 合成标准不确定度 Uc经计算合成不确定度 Uc=0.55（b=1时）Uc=0.47（b=0.1时）D.2.7 扩展不确定度为 U =Uc2=0.552=1.1，k=2（b=1时）U =Uc2=0.472=0.94，k=2（b=0.1时）D.3压力通道不确定度分析D.3.1 数学模型P=Pd-（I-4)/16(Ph-Pl)+Pl）式中：PDCS系统的示值误差 PdDCS系统的显示值 I标准器输出的电流值（mA） PhDCS系统的量程上限 PlDCS系统的量程下限D.3.2 A类标准不确定度分量u1在10MPa同一检定点上进行连续测量10次。测量数据列于表1 序号测量值(MPa)( MPa)( MPa)19.990.0060.000036 29.98-0.0040.000016 39.990.0060.000036 49.97-0.0140.000196 59.98-0.0040.000016 69.990.0060.000036 79.98-0.0040.000016 89.990.0060.000036 99.990.0060.000036 109.98-0.0040.000016 平均值（MPa）9.984=0.0070 其标准偏差：S=0.0