4. Алгоритмическая структура контроля и управления

4.1 Алгоритм первичной обработки сигналов с датчиков и выработки экстренных сообщений

Под алгоритмической структурой контроля и управления будем понимать совокупность алгоритмов по отдельным режимам работы технологического процесса с указанием условий перехода с одного режима работы на другой.

При измерении технологических параметров подсистем танкера информация от датчиков поступает в аппаратуру ввода/вывода в виде унифицированных сигналов (0-10В, 4-20 мА и т.д.), сигналов от термопар, термометров сопротивления, то есть реальной физической величине соответствует напряжение, сила тока, индуктивность или частота импульсов. В устройствах связи с объектом (УСО) эти сигналы преобразуются в двоичные коды длиной от 8 до 16 разрядов. Чтобы провести анализ получаемой информации, необходимо преобразовать коды АЦП в масштаб реальных физических величин: мм, т/час, оС и т. д. К тому же датчики могут иметь статические ошибки, нелинейные характеристики или зашумленный выходной сигнал.

Для получения корректных значений результатов мониторинга из двоичных кодов УСО применим алгоритмы первичной обработки такие, как проверка на достоверность, сглаживание, проверка на технологические границы. Программную реализацию алгоритмов контроля и управления выполним в математическом пакете "MatLab 7.0.1" с целью проверки их работоспособности.

Для адекватного функционирования синтезируемой системы управления необходимо разработать алгоритмы первичной обработки информации, поступающей от датчиков. Эти алгоритмы должны обеспечивать выработку экстренных сообщений оператору в случае, когда нарушается нормальный режим работы, и возникает предаварийная ситуация.

Сигналы с датчиков поступают по физическим линиям на АЦП. На эти сигналы накладываются всевозможные помехи (импульсные помехи; радиопомехи промышленных частот; помехи, обусловленные погрешностью датчиков). Сигнал с АЦП обрабатывается в ЭВМ и для того, чтобы исключить влияние помех, разрабатываются алгоритмы контроля. К ним относятся алгоритмы проверки на достоверность, фильтрации и проверки на технологические границы.

Для ввода аналогового сигнала необходимо осуществить инициализацию АЦП и установить коэффициент усиления усилителя по соответствующему каналу ввода.

Приведем блок-схему алгоритма ввода сигналов с датчиков на рисунке 4.1.

Рис. 4.1 Блок-схема алгоритма ввода сигналов с датчиков

Сигналы, поступающие с датчиков, подвергаются первичной обработке, алгоритмы которой опишем далее.

4.2 Алгоритм проверки на достоверность

Алгоритм проверки на достоверность служит для определения наличия импульсной помехи и ее устранения, для обнаружения короткого замыкания или обрыва в канале связи.

При проверке осуществляется циклический опрос всех датчиков. Интервал проверки на достоверность определяется как К-Топр, где Топр - время опроса датчика, а коэффициент К оценивается, исходя из динамических характеристик в каждом канале (можно выбрать максимальное для всех каналов значение). Первые К-значений принимаются достоверными. Проверка выполняется по условию:

(4.1)

где i - номер датчика; j - номер отсчета (j=K+1, K+2...).

Если условие (4.1) нарушается, то вводится признак нарушения и счетчик количества нарушений. Вместо Хij записывается последнее достоверное значение. Затем проверяется следующий соседний отсчет на условие (4.1). Если в очередной раз условие нарушается, то счетчик нарушений инкрементируется, и опять же записывается последнее достоверное значение. Если число нарушений достигло 3-х, то принимается решение о наличии устойчивой помехи. Тогда анализируется знак разности (4.1) и определяется вид помехи: если «+» - короткое замыкание, если «-» - обрыв. При этом в памяти ЭВМ фиксируется время нарушения и номер канала, в котором оно обнаружено.

В соответствии с вышесказанным блок-схема алгоритма проверки на достоверность выглядит следующим образом.

Рис. 4.2 Блок-схема алгоритма проверки на достоверность

Моделирование работы алгоритма произведено в среде "MatLab 7.0.1", листинг которой приведен в приложении 1. Сигналы с датчиков были имитированы при наличии случайных сбоев, обрывов и коротких замыканий канала (рис. 4.3).

а

б

в

а

в

– сигнал на выходе датчика; б – сигнал в канале измерений; в – сигнал проверенный на достоверность.

Рис. 4.3 Результаты моделирования работы алгоритма проверки на достоверность

На рисунке 4.3,а показан сигнал с датчика температуры воздуха машинно-котельного отделения танкера; на рисунке 4.3,б отражена имитация обрыва и короткого замыкания в канале связи сигнала с датчика температуры воздуха; на рисунке 4.3,в - вид сигнала после выполнения алгоритма проверки на достоверность. В результате моделирования работы алгоритма проверки на достоверность были выявлены все импульсные помехи и получен "чистый" сигнал для дальнейшей обработки.