GB/T 26804.4-2011 工业控制计算机系统 功能模块模板 第4部分：模拟量输入输出通道模板性能评定方法

　　ICS 25. 040. 40 N 18

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 26804.4—2011

　　工业控制计算机系统 功能模块模板

　　第 4 部分 :模拟量输入输出通道模板

　　性能评定方法

　　Industrialcontrolcomputersystem—Function modules—

　　Part4:Methodsofevaluatingtheperformance foranalogueinput/output

　　channelmodule

　　2011-07-29发布 2011-12-01实施

　　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

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 26804.4—2011

　　目 次

　　前言 Ⅲ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　3. 1 定义 1

　　3. 2 缩略语 2

　　4 试验条件 2

　　4. 1 环境条件 2

　　4. 2 动力条件 2

　　4. 3 其他条件 2

　　4. 4 试验前准备 3

　　5 AI通道模板的功能和基本性能检验 3

　　5. 1 基本功能检查 3

　　5. 2 自诊断功能检查 3

　　5. 3 基本性能检验 3

　　6 AO通道模板的功能和基本性能检验 4

　　6. 1 基本功能检查 4

　　6. 2 自诊断功能检查 4

　　6. 3 基本性能检验 4

　　7 结构尺寸和外观检查 5

　　7. 1 结构尺寸检查 5

　　7. 2 外观检查 5

　　8 电源适应能力试验 5

　　8. 1 电源电压暂降影响试验 5

　　8. 2 电源电压短时中断影响试验 6

　　8. 3 电源电压变化影响试验 6

　　9 共模 、串模抗扰度试验 6

　　9. 1 共模抗扰度试验 6

　　9. 2 串模抗扰度试验 6

　　10 环境影响试验 6

　　10. 1 环境温度影响试验 6

　　10. 2 相对湿度影响试验 6

　　10. 3 振动影响试验 6

　　11 电磁兼容抗扰度试验 6

　　11. 1 射频电磁场辐射抗扰度试验 6

　　11. 2 工频磁场抗扰度试验 6

　　11. 3 静电放电影响试验 6

　　11. 4 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验 6

　　Ⅰ

　　GB/T 26804.4—2011

　　11. 5 浪涌(冲击)抗扰度试验 6

　　11. 6 射频感应的传导骚扰抗扰度试验 6

　　12 电磁干扰试验 6

　　13 抗运输环境影响试验 7

　　13. 1 抗运输高温影响试验 7

　　13. 2 抗运输低温影响试验 7

　　13. 3 抗运输湿热影响试验 7

　　13. 4 抗运输自由跌落影响试验 7

　　14 特殊性能的检验 7

　　14. 1 抗腐蚀和侵蚀性能检验 7

　　14. 2 防爆性检验 7

　　14. 3 安全性检验 7

　　15 可靠性检验 7

　　16 长时间运行考核 7

　　17 检验规则 7

　　17. 1 型式检验的条件 7

　　17. 2 出厂检验 7

　　17. 3 随机抽样检验 7

　　图 1 AI通道模板精确度检查试验电路示意图 3

　　图 2 AO通道模板精确度检查试验电路示意图 5

　　表 1 检验分类及项 目 8

　　Ⅱ

　　GB/T 26804.4—2011

　　前 言

　　GB/T 26804《工业控制计算机系统 功能模块模板》分为以下几部分 :

　　— 第 1部分 :处理器模板通用技术条件 ;

　　— 第 2部分 :处理器模板性能评定方法 ;

　　— 第 3部分 :模拟量输入输出通道模板通用技术条件 ;

　　— 第 4部分 :模拟量输入输出通道模板性能评定方法 ;

　　— 第 5部分 :数字量输入输出通道模板通用技术条件 ;

　　— 第 6部分 :数字量输入输出通道模板性能评定方法 。

　　本部分是 GB/T 26804的第 4部分 。

　　本部分由中国机械工业联合会提出 。

　　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 。

　　本部分负责起草单位 :北京康拓科技开发总公司 。

　　本部分参加起草单位 :北京研华科技股份有限公司 、重庆工业自动化仪表研究所 、研祥智能科技股份有限公司 、西南大学 、中国计算机学会工业控制计算机专业委员会 。

　　本部分主要起草人 :张伟艳 、马飞 。

　　本部分参加起草人 :刘永 池 、刘 学 东 、孙 怀 义 、刘 琴 、陈 志 列 、庞 观 士 、祁 虔 、何 强 、黄 仁 杰 、钟 秀 蓉 、祝培军 、杨孟飞 。

　　Ⅲ

　　GB/T 26804.4—2011

　　工业控制计算机系统 功能模块模板

　　第 4 部分 :模拟量输入输出通道模板

　　性能评定方法

　　1 范围

　　GB/T 26804的本部分规定了工业控制计算机系统中模拟量输入输出通道模板(以下简称 AI/AO通道模板)的性能评定方法 ,主要内容包括试验方法和检验规则等 。

　　本部分适用于工业控制计算机系统中的 AI/AO通道模板 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的条款通过 GB/T 26804的本部分的引用而成为本部分的条款 。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部分 ,然而 ,鼓励根据本部分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 本部分 。

　　GB/T 15479 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/T 17212—1998 工业过程测量和控制 术语和定义(idtIEC 902:1987)

　　GB/T 17626. 2 电 磁 兼 容 试 验 和 测 量 技 术 静 电 放 电 抗 扰 度 试 验 (GB/T 17626. 2—2006, IEC 61000-4-2:2001,IDT)

　　GB/T 17626. 3—2006

　　电磁兼容

　　试验和测量技术 射频电磁场辐射抗扰度试验(IEC 61000-4-

　　3:2002,IDT)

　　GB/T 17626. 4—2008

　　电磁兼容

　　试验和测量技术 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验(IEC 61000-

　　4-4:2005,IDT)

　　GB/T 17626. 5—2008

　　电磁兼容

　　试 验 和 测 量 技 术 浪 涌(冲 击) 抗 扰 度 试 验(IEC 61000-4-5:

　　2005,IDT)

　　GB/T 17626. 6—2008

　　电磁兼容

　　试验和测量技术 射频场感应的传导骚扰抗扰度(IEC 61000-

　　4-6:2006,IDT)

　　GB/T 17626. 8—2006

　　电磁兼容

　　试验和测量技术 工频磁场抗扰度试验(IEC 61000-4-8:2001,

　　IDT)

　　GB/T 17626. 11—2008 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(IEC 61000-4-11:2004,IDT)

　　GB/T 18271. 3—2000 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(idtIEC 61298—3:1998)

　　GB/T 26804. 3—2011 工业控制计算机系统 功能模块模板 第 3部分 :模拟量输入输出通道模板通用技术条件

　　JB/T 9329—1999 仪器仪表运输 、运输贮存基本环境条件及试验方法

　　3 术语和定义

　　3. 1 定义

　　GB/T 17212—1998及 GB/T 26804. 3—2011确立的术语和定义适用于本部分 。

　　1

　　GB/T 26804.4—2011

　　3. 2 缩略语

　　AI (analogue input)模拟量输入

　　AO (analogue output)模拟量输出

　　CMRR (common-mode rejection ratio)共模抑制比

　　SMRR (series-mode rejection ratio)串模抑制比

　　Ecm 共模电压

　　Esm 串模电压

　　i 表示某一通道

　　j 表示某一测试点

　　m 某一通道模板通道的数量n 某一通道试验点的个数

　　δi 电流稳定度

　　δv 电压稳定度

　　S 量程

　　4 试验条件

　　4. 1 环境条件

　　4. 1. 1 参比试验大气条件

　　通道的参比功能应在下述的大气条件下进行试验 :

　　温度 :20℃ ±2℃ ;

　　相对湿度 :65%±5% ;

　　大气压力 :86kPa~ 106kPa。

　　用于热带 、亚热带或其他特殊环境的 AI/AO通道模板 ,其参比大气条件按有关标准规定 。

　　4. 1. 2 一般试验大气条件

　　当试验不可能或无必要在参比试验大气条件下进行时 ,推荐采用下述大气条件 :

　　温度 :15℃ ~ 35℃ ;

　　相对湿度 :45% ~ 75% ;

　　大气压力 :86kPa~ 106kPa。

　　任何试验期间 ,允许温度最大变化率为 1 ℃/10min,并在测试报告中注明实际的大气条件 。

　　4. 1. 3 其他环境条件

　　外界磁场 : 除地磁场外 ,应使其他外界磁场小到可以忽略不计 ;

　　机械振动 :应使机械振动减少到可以忽略不计 ;

　　模板测试地点应无爆炸危险 ,不含腐蚀性气体及导电尘埃 。

　　4. 2 动力条件

　　电压 : ±1% ;

　　交流电源谐波含量 :<5% ;

　　直流电源纹波 :<0. 1% 。

　　4. 3 其他条件

　　4. 3. 1 测量系统的精确度要求

　　供测试用的测量系统的精确度应不低于被测通道模板所规定精确度的 4倍 。

　　连接测量系统后 ,测量系统本身不应对被测通道模板的输入 、输出信号产生干扰或影响实际的输入 、输出值 。

　　2

　　GB/T 26804.4—2011

　　4. 3. 2 通道模板的预热

　　通道模板在接通电源后 ,按制造厂规定的时间进行预热 。

　　4. 4 试验前准备

　　在试验开始前允许校准零点和满量程值 ,记录实际情况 。

　　5 AI通道模板的功能和基本性能检验

　　5. 1 基本功能检查

　　5. 1. 1 寻址功能检查

　　对被测通道模板的某一通道输入 90%量程的被测信号 ,其他通道都输入零信号 ,然后使用测试检查程序进行测试 ,并在显示设备上观察 ,结果只有该通道有信号 ,其他通道均为零 。按上述方法对每 一通道都测试一遍 ,确认寻址功能正常 。

　　5. 1. 2 校准功能检查

　　采用制造商规定的方法进行校准 。

　　5. 2 自诊断功能检查

　　人为设置故障 ,运行自诊断检查程序 ,检查自诊断功能 。

　　5. 3 基本性能检验

　　5. 3. 1 精确度检验

　　AI通道模板的精确度为实测的平均误差与 3倍均方根误差之和 。

　　试验电路如图 1所示 ,试验中若采用数字式标准信号源则不必使用信号源监测设备进行监测 。

　　图 1 AI通道模板精确度检查试验电路示意图

　　试验中 ,采样速度应取被测通道模板产品说明书的规定值 。

　　试验中 ,应根据被测 AI通道模板各通道的量程大小 , 分别选定若干值为试验点 , 每一通道试验点数至少 5个 ,要求均匀分布在整个量程范围内 , 同时各通道的试验点数还应与被测通道模板的精确度要求相称 。

　　例如 :某 AI通道模板某一通道的测量范围为 0V~ 5V,精确度为 ±0. 2%FSR,则其量程为 5V,试验点可选定为量程的 0% ,5% ,20% ,40% ,50% ,60% ,80% ,95% ,100%共计 9个点 。

　　精确度检查步骤如下 :

　　a) 任选一通道 ,先后加入选定的不同输入信号真值 ;

　　b) 使用测试检查程序 , 对每个测试点分别重复 L 次测试 , 重复次 数 L 可 以 从 32, 64, 128, 256, 512,1024中任选一种 ,然后根据测得的数据 ,按公式(1) ~公式(4)计算 ,分别计算每个测试点的平均误差与均方根误差 。

　　( 1 )

　　3

　　GB/T 26804.4—2011

　　λij =γij +3αij ( 4 )

　　Xij — 第i通道第j试验点测试共 L次的平均值 ;

　　Xijk— 第i通道第j试验点第 k次实测值 ;

　　L— 重复测试次数 ;

　　γij — 第i通道第j试验点的平均误差 ;

　　Xijo — 第i通道第j试验点输入信号真值 ;

　　αij — 第i通道第j试验点的均方根误差 ;

　　λij — 第i通道第j试验点精确度 。

　　按照上述方法 ,对各通道进行测试 ,若有可能也可以多通道同时测试 。

　　根据测试计算结果 ,选择各通道各测试点中的λij 的最大值表示该模板的精确度 。

　　当以平均误差评定通道模板性能时 ,应选择测试结果中最大的平均误差来表示 。

　　式中 :

　　5. 3. 2 采样速度检验

　　任选两个通道(对于单通道模板可选择一个通道进行检查) ,在测量范围下限值的基础上 ,分别加入量程的 5%和 95%输入信号 , 以制造厂规定的最高采样速度进行交替采样测试 ,测试结果应符合规定精确度指标要求 。用测量设备测定 AI通道模板进行一次采样所用的时间 ,其倒数为采样速度 。

　　5. 3. 3 输入阻抗检验

　　按照图 1所示的电路 ,进行检验 , 由标准信号源给出一适当大小信号 , 由信号源监测设备监测到的模板输入端电压和电流之比为输入阻抗 。

　　6 AO通道模板的功能和基本性能检验

　　6. 1 基本功能检查

　　6. 1. 1 寻址功能检查

　　对被测 AO通道模板某一通道送适当数据 ,其他各通道都送零数据 ,用检测设备进行检测 ,使用测试检查程序进行测试 ,结果应只有某一通道有相应的输出 ,其他通道均为零输出 。按上述方法对每一通道都测试一遍 ,确认寻址功能正常 。

　　6. 1. 2 校准功能检查

　　采用制造商规定的方法进行校准 。

　　6. 2 自诊断功能检查

　　人为设置故障 ,运行自诊断检查程序 ,检查自诊断功能 。

　　6. 3 基本性能检验

　　6. 3. 1 精确度检验

　　使用测试检查程序测试检查基本误差 。试验电路如图 2所示 。

　　对被测 AO通道模板的各通道均依次加入使输出信号的真值分别为量程的 0% , 5% , 10% , 20% , 30% ,40% ,50% ,60% ,70% ,80% ,90% ,95% ,100%的数值量设定信号 。在被测 AO 通道模板的输出端接上相应位数的检测设备(如果采用带打印机的数字万用表可将输出打印) ,显示输出并记录实际数据 ,计算各点误差值 ,上述方法重复测量 3 次或 4次 。取测的最大一个误差值作为被测通道模板的基本

　　4

　　GB/T 26804.4—2011

　　误差 。

　　对于电压输出的 AO通道模板 ,负载电阻 RL取允许范围的最小值 。

　　对于电流输出的 AO通道模板 ,负载电阻 RL取允许范围的最大值 。

　　图 2 AO通道模板精确度检查试验电路示意图

　　6. 3. 2 建立时间的检验

　　输入阶跃变化的数据使输出模拟量按满量程跳变 ,用检测设备观察建立时间 。

　　6. 3. 3 带载能力的检验

　　6. 3. 3. 1 检验说明

　　对于带载能力的检验 ,本标准只给出输出负载影响的检验方法 , 由电压(或电流)稳定度衡量 。带载能力的其他指标由制造商规定检验方法 。

　　6. 3. 3. 2 电压输出型

　　首先 ,把被测 AO通道模板的某一通道输出电压调整到量程或范围的 50%(对于单极性 AO 通道模板调整到量程的 50% ,对于双极性 AO通道模板调整到范围上限值的 50%) 。

　　试验时使输出 负载电阻 RL在允许的范围内变化 。取最小负载作为一个测试点 ,重复测量输出电压4次 ,计算平均值X1 ,然后取最大负载作为另一个测试点 ,重复测量输出电压 4 次 ,计算平均值X2 。 根据上述测试结果按式(5)计算 AO通道模板输出电压的稳定度 δv。

　　6. 3. 3. 3 电流输出型

　　首先 ,把被测 AO通道模板的某一通道输出电流调整到量程的 50% 。

　　试验时使输出负载 RL在允许范围内变化 。取最小负载作为一个测试点 ,重复测量输出 电流 4 次 ,计算平均值X1 ,然后取最大输出负载作为一个测试点 ,重复测量输出电流 4次 ,计算平均值X2 。

　　根据上述测试结果 ,按式(6)计算 AO通道模板输出电流的稳定度 δi。

　　AO通道模板的其余各通道用同样方法检查输出负载影响 ,确认是否符合产品标准所规定的技术指标 。

　　7 结构尺寸和外观检查

　　7. 1 结构尺寸检查

　　用测量法进行检查 。

　　7. 2 外观检查

　　用目测法进行检查 。

　　8 电源适应能力试验

　　8. 1 电源电压暂降影响试验

　　按 GB/T 17626. 11—2008规定的程序和方法进行试验 。

　　5

　　GB/T 26804.4—2011

　　8. 2 电源电压短时中断影响试验

　　按 GB/T 17626. 11—2008规定的程序和方法进行试验 。

　　8. 3 电源电压变化影响试验

　　按 GB/T 17626. 11—2008规定的程序和方法进行试验 。

　　9 共模、串模抗扰度试验

　　9. 1 共模抗扰度试验

　　9. 1. 1 直流共模抗扰度

　　按 GB/T 18271. 3—2000规定的方法进行试验 。

　　9. 1. 2 交流共模抗扰度

　　按 GB/T 18271. 3—2000规定的方法进行试验 。

　　9. 2 串模抗扰度试验

　　9. 2. 1 直流串模抗扰度

　　按 GB/T 18271. 3—2000规定的方法进行试验 。

　　9. 2. 2 交流串模抗扰度

　　按 GB/T 18271. 3—2000规定的方法进行试验 。

　　10 环境影响试验

　　10. 1 环境温度影响试验

　　按 GB/T 18271. 3—2000规定的程序和方法进行试验 。

　　10. 2 相对湿度影响试验

　　按 GB/T 18271. 3—2000规定的程序和方法进行试验 。

　　10. 3 振动影响试验

　　按 GB/T 18271. 3—2000规定的程序和方法进行试验 。

　　11 电磁兼容抗扰度试验

　　11. 1 射频电磁场辐射抗扰度试验

　　按 GB/T 17626. 3规定的程序和方法进行试验 。

　　11. 2 工频磁场抗扰度试验

　　按 GB/T 17626. 8—2006规定的程序和方法进行试验 。

　　11. 3 静电放电影响试验

　　按 GB/T 17626. 2规定的程序和方法进行试验 。

　　11. 4 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验

　　按 GB/T 17626. 4—2008规定的程序和方法进行试验 。

　　11. 5 浪涌(冲击)抗扰度试验

　　按 GB/T 17626. 5—2008规定的程序和方法进行试验 。

　　11. 6 射频感应的传导骚扰抗扰度试验

　　按 GB/T 17626. 6—2008规定的程序和方法进行试验 。

　　12 电磁干扰试验

　　AI/AO通道模板的电磁干扰试验方法 , 由制造商和用户参考有关标准共同确定 。

　　6

　　GB/T 26804.4—2011

　　13 抗运输环境影响试验

　　13. 1 抗运输高温影响试验

　　在包装条件下按 JB/T 9329—1999规定的程序和方法进行试验 。

　　13. 2 抗运输低温影响试验

　　在满足 GB/T包装条件下按 JB/T 9329—1999规定的程序和方法进行试验 。

　　13. 3 抗运输湿热影响试验

　　在包装条件下按 JB/T 9329—1999规定的程序和方法进行试验 。

　　13. 4 抗运输自由跌落影响试验

　　在包装条件下按 JB/T 9329—1999规定的程序和方法进行试验 。

　　14 特殊性能的检验

　　14. 1 抗腐蚀和侵蚀性能检验

　　由具备试验条件的检测机构进行检测 。

　　14. 2 防爆性检验

　　由国家授权的防爆检测机构进行检验认证 。

　　14. 3 安全性检验

　　14. 3. 1 绝缘电阻检验

　　按 GB/T 15479规定的程序和方法进行试验 。

　　14. 3. 2 绝缘强度检验

　　按 GB/T 15479规定的程序和方法进行试验 。

　　15 可靠性检验

　　由国家或行业授权的可靠性认证机构进行认证 。

　　16 长时间运行考核

　　在参比试验大气条件或正常工作大气条件下 ,运行考核程序 ,连续运行时间不少于 72h,考核期间模板正常工作 。

　　17 检验规则

　　17. 1 型式检验的条件

　　有下列情况之一的应进行型式检验 :

　　a) 新试制的产品定型时或老产品转产时 ;

　　b) 正常生产的产品,当结构 、材料 、工艺有较大改变 ,可能影响产品性能时 ;

　　c) 连续生产的产品 ,4~ 5 年进行一次型式检验 ;

　　d) 国家有关部门提出型式检验要求时 。

　　除非另有规定 ,型式检验应按本部分规定中除特殊要求项目以外的全部项目进行检验 。

　　型式检验项目见表 1 中的 “型式检验 ”。

　　可靠性认证在批量生产阶段单独进行 。

　　17. 2 出厂检验

　　每块 AI/AO通道模板在出厂前应按表 1 中出厂检验项目进行检验 。

　　17. 3 随机抽样检验

　　根据需要可对生产的 AI/AO通道模板进行随机抽样检验 。 随机抽样检验项 目 由制造商或制造商

　　7

　　GB/T 26804.4—2011

　　与提出抽样检验方协商确定 。

　　表 1 检验分类及项目

　　检 验 项 目

　　出厂检验

　　型式检验

　　技术要求条文号

　　(GB/T 26804. 3—2011)

　　检验方法条文号

　　(本部分)

　　寻址功能

　　○

　　○

　　6. 1. 1. 1

　　5. 1. 1 6. 1. 1

　　校准功能

　　○

　　○

　　6. 1. 1. 3

　　5. 1. 2 6. 1. 2

　　自诊断功能

　　△

　　○

　　6. 1. 3

　　5. 2 6. 2

　　精确度

　　○

　　○

　　6. 2. 2 6. 3. 2

　　5. 3. 1 6. 3. 1

　　AI通道模板采样速度 (AO通道模板转换速度)

　　○

　　○

　　6. 2. 3 6. 3. 3

　　5. 3. 2 6. 3. 2

　　AI通道模板输入阻抗 (AO通道模板带载能力)

　　○

　　○

　　6. 2. 4 6. 3. 4

　　5. 3. 3 6. 3. 3

　　结构尺寸

　　○

　　○

　　6. 4. 1

　　7. 1

　　外观

　　○

　　○

　　6. 4. 2

　　7. 2

　　电源电压暂降

　　○

　　6. 5. 1

　　8. 1

　　电源电压短时中断

　　○

　　6. 5. 2

　　8. 2

　　电源电压变化

　　○