3. Задание

1. Изучить принцип работы системы и составить конспект.

2. Изучить основные характеристики оценки неровноты. Вы­полнить контрольный пример, предложенный преподавателем.

3. Изучить по документации порядок работы с измерительной частью системы.

4. Определить показатели неровноты ленты (ровницы). При этом выбрать датчик, подобрать скорость, определить по­казатели неровноты, используя программу. Осуществить анализ данных. Определить качество пряжи, используя программу POR.

Лабораторная работа №4 первичная обработка измерительной информации в иис

1. Цель работы

Разработка алгоритмов и программ для обработки измери­тельной информации в ИИС.

2. Теоретическое введение

Для эффективного управления любым ТОУ нужно располагать оперативной и достоверной информацией о его состоянии. В ИИС АСУТП основным видом информации о состоянии ТОУ являются текущие значения технологических параметров, которые преобра­зуются измерительными каналами ИК (рис. 4.1) в сигналы измерительной информации. Приведенные в стандартную форму сигналы вводятся в УВМ (контроллер, ЭВМ), которая в дальнейшем оперирует ими в соответствии с конкретными функциональными задачами

ИИС или АСУТП. Однако полученная таким образом исходная инфор­мация еще не пригодна для решения задач управления и подверга­ется различным видам обработки, которые условно можно разде­лить на первичную (ПОИ) и вторичную (ВОИ). В данной работе рассматриваются вопросы, связанные с ПОИ. ПОИ приведение мас­сива исходной информации к форме, необходимой для решения пос­ледующих задач (контроля, управления, диагностики, ведения ис­тории процесса и т. д.). Основной целью ПОИ является получение достоверных оценок текущих значений измеряемых технологических параметров.

Рис. 4.1. Структурная схема ИК ИИС

Несмотря на разнообразие задач ПОИ, из них можно выделить типовые, которые используются в любой ИИС. Основная часть этих задач вытекает из рассмотрения типичной схемы ИК цифровой ИИС (см. рис. 4.1). В большинстве ИК от унифицирующего преобразова­теля сигнал передается по обычным кабельным линиям связи, в которых могут возникать наводки, при этом с учетом всех других случайных погрешностей (собственные шумы преобразователей и т. д.) формируется суммарная погрешность , искажающая ис­тинный сигнал .

Суммарный сигнал поступает через комму­татор и АЦП на вход УВМ. При этом непрерывная функция преобразуется в последовательность импульсов, модулированных по амплитуде функций . – период опроса датчика (рис. 4.2).

АЦП преобразует амплитуды импульсов в числа , выраженные в коде УВМ. Число вводится в ячей­ку ЗУ УВМ и в дальнейшем представляет в машине значение в момент

Рис. 4.2. Преобразование входного сигнала

Основные задачи ПОИ:

1. Масштабирование сигнала. Под этим понимается преоб­разование в . С учетом линейности функции пре­образования современных АЦП эту операцию можно выразить так:

,

где – максимальные значения сигнала соответственно на выходе датчика и АЦП.

Значение N определяется разрядностью АЦП: ;6/64; 7/128; 8/256; 9/519; 10/1024; 11/2048; 12/4096. Это просто масштабное преобразование, поэтому его иногда можно не вво­дить в ПОИ.

2. Идентификация оценки сигнала измеряемой величины в момент :

,

где F – градуировочная характеристика датчика (ГХ).

Эта операция называется аналитической градуировкой дат­чика и определяется формой задания функции . Наиболее распространены ГХ трех вариантов – а, б и в:

а) линейные . Такие ГХ имеют манометры, уровнемеры и т. д. ;

б) нелинейные, описываемые известной зависимостью. Нап­ример, ГХ расходомера переменного перепада давления или ГХ ИК – датчика линейной плотности ;

в) ГХ, заданные градуировочной таблицей. К этой группе датчиков относятся термопары, термосопротивления, влагомеры и т. д. В этом случае используются два подхода. Первый состоит в занесении в ЗУ ЭВМ всей таблицы или необходимой части ГХ, а значение определяется методом линейной интерполяции с заданным шагом по формуле

,

где и – табличные значения сигнала измерительной I, ближайшие к текущему значению у.

Второй подход состоит в том, что табличные данные аппроксимируются аналитическим выражением, т. е. определяется математическая модель датчика. Моделью ГХ обычно является многочлен степени :

где – коэффициенты, определяемые, например, по методу наи­меньших квадратов (МНК):

К = 0,1, ... .

3. Определение достоверной оценки сигналов. Природа может быть различна, но как правило, можно расс­матривать как стационарный случайный процесс с более высоко­частотным спектром, чем Для выделения полезного сигнала и исключения помехи используются различные фильтры:

а) экспоненциальный

,

где , – сглаженные значения сигнала; – коэф­фициент фильтрации (параметр настройки фильтра). За на­чальное значение принимается среднее значение , либо его номинальное значение;

б) фильтр скользящего среднего. При его использовании осуществляется усреднение на выбранном временном промежутке :

,

где ;

в) статистический фильтр. Такие фильтры формируют оцен­ку сигнала как взвешенную сумму отсчетов величины . Алгоритм такой фильтрации при использовании фильтра первого порядка имеет вид

где – параметр настройки фильтра. Фильтрацию можно осуществлять по значениям как унифицированного сигнала ,так и измеряемой величины .

4. Определение оценки измеряемой величины в произволь­ный момент времени , т. е.

где – экстраполирующая функция.

В качестве часто используется ступенчатая функ­ция

.

5. Контроль достоверности исходной информации. Наличие большого количества ИК в ИИС значительно увеличивает риск появления недостоверной информации вследствие отказов, измерительных преобразователей и каналов связи ИК с УВМ. Поэтому одной из важнейших функций ИИС является контроль достовер­ности измерительной информации и выявление признаков неисп­равности ИК (ПН). Отказы ИК могут быть полные и частичные (параметрические). Контроль полных отказов осуществляется проще и надежнее, чем контроль параметрических отказов, при ко­тором все элементы ИИС сохраняют работоспособность, однако, погрешность ИК выходит за допустимые пределы.

Кроме контроля состояния ИК ИИС в этом пункте можно предусматривать и контроль состояния ТОУ и т. д. Для контроля достоверности I можно использовать различные методы ПОИ и предлагать индивидуальные приемы в зависимости от конкретной ИИС. В данной работе рассмотрим типовые приемы контроля дос­товерности I по различным признакам.

1. Контроль достоверности по формату (например, по последовательности введения параметров и т. д.) Относится к ручному вводу информации.

2. Контроль по состоянию ТОУ (рабочий ход, заправочный ход, пуск, останов и т. д.). Как правило, такой контроль осу­ществляется по сигналам от датчиков с дискретным выходным сигналом «1», «0».

3. Контроль достоверности по границам. В данном случае можно провести оценку по различным граничным значениям:

а) по предельно возможным значениям , т. е. и . Признаком полного отказа ППО ИИС является нарушение любого из следующих условий:

, ;

б) другим признаком ППО ИИС является превышение скорости изменения сигнала предельного значения :

.

С учетом цикличности опроса можно использовать соотношения:

; ;

либо

;

в) контроль достоверности I по 3 х. Можно использовать для оценок частных (параметрических) отказов ИК (ПЧО). При контроле I в режиме стабилизации параметра (после вывода па­раметра на его номинальное значение ) можно использовать соотношение

;

где – среднеквадратическое отклонение измеряемого пара­метра;

г) контроль достоверности по допускаемой погрешности ИК

;

д) контроль достоверности по I с резервного канала. Для информационного резервирования используется два или более однотипных ИК. При этом один из них считается основным.

где , – соответственно сигналы по основному и резервному каналу ; – наибольшее допускаемое отклонение тех же сигналов;

е) по логическим соотношениям. Осуществляется на основе связей между значениями разных параметров, вытекающих из ма­тематической модели ТОУ, например использования балансовых соотношений для разветвленных технологических схем (рис. 4.3)

Рис. 4.3. Балансовые соотношения для разветвленных технологических схем

Условие достоверности:

.

Типичный пример – контроль расхода пара в разветвленном паропроводе.

После обнаружения недостоверных сигналов измерительной информации I целесообразно использовать замену недостоверной информации сигналом со значением , не снижающим эффективность управления ТОУ.

Варианты замены : 1) обнулением ; 2) ; 3) ; 4) ; 5) ; 6) экстраполируемым значением.

6. Коррекция измеряемых значений. Для повышения досто­верности 1 в ИИС часто используется коррекция измеренных зна­ний. Один из способов коррекции основан на использовании ста­тистической характеристики датчика или преобразователя и введении аддитивных и мультипликативных тестов. Примером может служить коррекция результатов АЦП, выполняемая по соот­ношению

,

где – скорректированный результат; – текущее значение на выходе АЦП; – калибрование выходного сигнала (соот­ветствующее ); – реальное значение ; – выходной сигнал, соответствующий , возникает при нали­чии аддитивной погрешности.

Другим типичным примером является коррекция расхода по реальным значениям давления Р и температуры Т, отличающимся от принятых при градуировке расходомера. Скорректированное значение в газопроводе определяется по формуле

,

где ; и – соответственно температура и давление, принятые при градуировке (расчете диаграммы).

Массовый расход пара F, кг /с,

где – постоянный коэффициент,

– плотность пара при нор­мальных условиях, кг /м;

– перепад давления по диафрагме, Па;

 = 0,86875 + 0,5185Ра – 0,002375Ра.

; – поправочный коэффициент.