3.7.Защита от выброса или провала аналогового сигнала

Рис. 17 Защита от выброса по аналоговому каналу

Под защитой в этом случае следует понимать отсутствие формирования дискретного сигнала в случае кратковременного выхода параметра за технологические границы. Этот момент важен при реализации сигнализации, а также при использовании аналогового сигнала в системах дискретного управления, например, в циклограммах (рис.30, с.63).

3.8.Контрольные вопросы

Для ответов на некоторые вопросы следует обращаться к другим пособиям и источникам информации[9, 32, 58, 61, 63, 69, 70].

1. Какие ситуации по дискретному каналу приводят к сбою или отказу?

2. Какие ситуации по аналоговому каналу приводят к сбою или отказу в измерительном канале?

3. Приведете вариант программной защиты по дискретному каналу от «дребезга» или случайного кратковременного исчезновения сигнала.

4. Приведете вариант программной защиты по аналоговому измерительному каналу от сбоя или отказа.

5. Как правильно рассчитать среднее значение параметра в АСУ ТП?

6. Как оценить величину гистерезиса в нуль-органе?

7. Поясните назначение и алгоритм работы следующих алгоритмов: ТРМ, ТРИ, НОР, ЗПМ.

8. Поясните, что такое алгоблок и что такое алгоритм. Поясните структуру алгоблока, который используется в Редиторе Р-130 при программировании на языке FBD.

9. Какие модели контроллера Р-130 и ПЛК фирмы «Овен» вы знаете?

10. Что такое конфигурационная таблица?

11. Что обозначает тип УСО15?

12. Что изменится, если вместо типа УСО15 будет тип УСО 51?

13. Каков ток потребления одним входным дискретным каналом модуля МСД?

14. Определите типы УСО и число контроллеров (например, Р-130)для системы, включающей 18DI, 7DO, 11AI и 3AO.

15. Поясните назначение искробезопасных барьеров и место их расположения.

16. Укажите особенности подключения взаимосвязанных параметров и параметров резервного оборудования.

17. Поясните, что обозначает защита IP54.

18. Назначение модулей грозозащиты и их расположение.

19. Что такое гальваническая развязка?

20. Как правильно организовать питание резервного оборудования?

4.Алгоритм простого блока мажоритарного выбора два из трёх

Для повышения надёжности иногда один и тот же параметр контролируют несколькими датчиками, т.е. измерительные каналы резервируют. Автоматический выбор исправного канала или каналов осуществляют, например, применяя алгоритм мажоритарного выбора, т.е. выбирают по большинству. Рассмотрим простой⁹ алгоритм мажоритарного выбора аналоговых значений два из трёх.

На рис. 18 представлена структурная схема блока мажоритарного выбора.

Рис. 18 Структурная схема блока мажоритарного выбора два из трех

Х1, Х2, Х3 – входные аналоговые сигналы, Y – основной выход.

Dalarm – признак отказа одного из каналов, N – номер, отказавшего канала. Канал значение, которого отличается от двух других значений, считают отказавшим. Такое мажорирование (такой выбор) называют 2 из 3-х. Dalarm равен логической сумме отказов по каналам: Dalarm=D1D2D3.

Если все три значения равны, то всё в норме, все три канала исправны. Если значения по двум каналам равны, то берётся их среднее за основной выход. Вообще теория подходит к выбору достоверной информации весьма формально.

Если три датчика измеряют одну и ту же физическую величину, то чистого равенства (Х1=Х2, Х2=Х3) между показаниями сигналов не будет. Обозначим погрешность по каждому каналу следующими символами: ₁ – случайная погрешность первого канала; ₂– случайная погрешность второго канала; ₃– случайная погрешность третьего канала.

Перечислим состояния по каналам в виде таблицы состояний.

Таблица 5

Номер состояния	х1 – х2 2(1+2)	х1 – х3 2(1+3)	х2 – х3 2(2+3)	Y	N	Комментарии
1	+	+	+	(х1 + х2)/2	0	Все три канала исправны
2	-	-	+	(х2 + х3)/2	1	Первый отказал
3	-	+	-	(х1 + х3)/2	2	Второй отказал
4	+	-	-	(х1 + х2)/2	3	Третий отказал

Примечание: (+) - условие близости значений выполняется. Значения  близки.

Если в ячейке (клетке) стоит знак (‑) - условие близости значений не выполняется. Значения каналов отличаются значимо, т.е. разность превышает погрешность измерительного канала.

Если все три канала исправны, то на основном выходе может формироваться значение следующим образом: .

Рассмотрим возможные ситуации классического блока мажоритарного выбора по трём измерительным каналам.

1. Первая ситуация. Исправны все три канала:

Х1-Х2<1, Х1-Х3<2, Х2-Х3<3, (1)

тогда У1=(Х₁+Х₂)/2; Dalarm=D1vD2vD3=0, N=0.

2. Отказал первый канал¹⁰: Х₁-Х₂>1, Х₁-Х₃>2, Х₂-Х₃<3, (2)

тогда У3=(Х₂+Х₃)/2. Dalarm=1, N=1.

3. Отказал второй канал: Х₁-Х₂>1, Х₁-Х₃<2, Х₂-Х₃>3, (3)

тогда У2=(Х₁+Х₃)/2. Dalarm=1, N=2.

4. Отказал третий канал: Х₁-Х₂<1, Х₁-Х₃>2, Х₂-Х₃>3, (4)

тогда У1=(Х₁+Х₂)/2. Dalarm=1, N=3.

Рассмотрим логику работы блока при отказе первого канала подробнее.

Если Х₁-Х₂>1, то D₁=”1”, Х₁-Х₃>2, то D₂=”1” и Х₂-Х₃<3, то D₃=”0”. В этом случае Dalarm=1, N=1.

Формулы (1-4) реализуют алгоритм мажоритарного выбора два из трёх. На рис.19 представлена программа(MAJOR2-3), реализующая приведённый алгоритм мажоритарного выбора с некоторыми изменениями.

Алгоритм ОКО предназначен для отображения аналоговых и дискретных сигналов на ЛП регулирующей модели.

Методам повышения надёжности в избыточных измерительных системах уделено внимание и в литературе, и в патентах[4, 43, 45, 53].

Классический алгоритм мажоритарного выбора имеет существенный недостаток при практической реализации. Если отказывает большинство каналов, в нашем случае два, то на выходе будем иметь значения отказавших каналов. Теоретики могут возразить. что такого быть не может, два канала сразу отказали. Да теоретически вероятность очень мала, а практически отключили питание на двух преобразователях и информация перестала поступать по двум каналам. Т.е. хоть физически каналы и исправны (теория права), а фактически достоверная информация перестала поступать в систему. Поэтому для системы автоматического контроля и регулирования эти каналы находятся в отказе. Некоторые учёные утверждают, что такого быть не может, а фактически имеем Чернобыль, имеем Фукусиму, имеем огромные территории загрязненные нефтью и другими продуктами. Поэтому при реализации теоретических идей будьте очень осторожны: книжные идеи, алгоритмы требуют колоссальных доработок, чтобы системы, использующие их, работали надёжно. Этим вопросам на лекциях и в публикациях [65, 69, 70, 72, 73, 74] уделяется особое внимание. Однако на лекциях, лабораторных работах это становится делать всё труднее, так как часы по дисциплинам, связанным с автоматизацией технологических процессов, ежегодно резко сокращаются.