Глава 4

ВЫЧИСЛЕНИЕ ОБОБЩЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОЦЕССА

4.1. Типовые задачи вычисления неизмеряемых величин и обобщенных показателей

Оценки текущих значений технологических параметров, кото­рые получаются в результате первичной обработки сигналов измерительной информации, поступающих в УВМ от автома­тических датчиков, являются основным видом исходной инфор­мации для различных алгоритмов контроля и управления, реа­лизуемых АСУТП. Ниже рассмотрены методы расчета различ­ных величин, не доступных непосредственному измерению, но необходимых для эффективного управления, а также методы вычисления обобщенных показателей технологического процес­са, зависящих от нескольких измеряемых величин.

В АСУ непрерывными химико-технологическими процесса­ми наиболее распространены задачи вычисления следующих величин и показателей:

интеграла от текущего значения измеряемой величины на заданном интервале времени, а также среднего значения изме­ряемой величины;

заданной функции от значений нескольких измеряемых ве­личин;

величины, связанной регрессионной зависимостью с несколь­кими измеряемыми величинами;

концентрации одного или- нескольких компонентов много­компонентной смеси по реализации выходного сигнала автома­тического хроматографа (хроматограмме);

прогнозируемых (будущих) значений измеряемой величины или расчетного показателя.

Охарактеризуем кратко каждую из этих задач. Вычисление интеграла от текущего значения измеряемой величины обычно связано с определением суммарного количества некоторого вещества или энергии, поступающих в объект или выходящих из него за определенный заданный интервал времени T. При этом измеряемой величиной х(t) является расход (мощ­ность) соответствующего потока, а искомая (суммарная) ве­личина S_x определяется соотношением

(4.1)

К вычислению величины S_x(Т) сводится также задача рас­чета среднего значения измеряемой величины х(t) на интер­вале времени 0 t T:

(4.2)

Особенность вычисления величины S_x (Т) в данном случае связана с тем, что в памяти УВМ представлены дискретные, значения функции х(t). В разд. 4.2 изложены некоторые мето­ды дискретного интегрирования и усреднения измеряемых ве­личин, получившие наибольшее применение в АСУТП.

Задача вычисления показателя и, который является задан­ной функцией от нескольких измеряемых величин

u=f(x₁,x₂,...,x₃), (4.3)

чаще всего связана с определением технико-экономических по­казателей (ТЭП). В зависимости от назначения ТЭП делятся на отчетные (характеризующие работу объекта управления в среднем за определенный достаточно длительный период вре­мени) и оперативные (характеризующие текущий режим рабо­ты объекта). При вычислении отчетных ТЭП используют усредненные значения измеряемых величин , входящих в формулу (4.3). Этот расчет не имеет особенностей.

Специфической для АСУТП является задача расчета опера­тивных ТЭП, так как при этом необходимо учитывать наличие динамических связей между точками измерения различных технологических параметров, входящих в расчетную формулу показателя. Методы учета и компенсации динамических связей между измеряемыми величинами х_i (t) при расчете оператив­ных ТЭП изложены в разд. 4.3.

Химико-технологические процессы, как правило, сопровож­даются изменением химического состава и физико-химических свойств перерабатываемых веществ, которые необходимо конт­ролировать для эффективного управления этими процессами. Однако промышленность выпускает очень ограниченную но­менклатуру автоматических анализаторов состава и свойств веществ, поэтому весьма актуальной является задача «косвен­ного измерения» качественных параметров на основе регрес­сионной связи их с измеряемыми величинами. В разд. 4.4 из­ложена методика построения уравнений регрессии для косвен­ных измерений.

Одним из наиболее распространенных автоматических ана­лизаторов состава сложных газовых смесей является хрома­тограф. В отличие от газоанализаторов, выходной сигнал ко­торых однозначно зависит от концентрации определяемого компонента, реализация выходного сигнала хроматографа—хроматограмма требует специальной математической обработки для определения по ней концентрации отдельных веществ. Методика расшифровки хроматограмм на ЭВМ изложена в разд. 4.5.

В разд. 4.6 изложена задача прогнозирования будущих значений измеряемой величины на основе ее значений, извест­ных к моменту выполнения прогноза.