Алгоритмы первичной обработки информации в АСУТП

Часть 2

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ    ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ  ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

ГЛАВА 3

АЛГОРИТМЫ ПЕРВИЧНОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ В АСУТП

3.1. ЗАДАЧИ ПЕРВИЧНОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

Основным видом информации о состоянии объекта управления в АСУТП являются текущие значения технологических парамет­ров, которые преобразуются автоматическими измерительными устройствами в сигналы измерительной информации. После приведения к стандартной форме эти сигналы вводятся в УВМ и представляют в ней значения соответствующих параметров в определенный момент времени.

Однако формируемый таким образом массив исходной ин­формации не пригоден для непосредственного использования при решении задач управления, так как требуется его предвари­тельная обработка, которою принято называть первичной*. Для того чтобы сформулировать задачи первичной обработки инфор­мации (ПОИ) в АСУТП, необходимо рассмотреть последовательность преобразований, которым подвергается измеряемая величина в типовом информационно-измерительном канале (ИИК), схема которого представлена на рис. 3.1**.

Измеряемая величина x(t), которую обычно считают стационарной случайной функцией времени, воздействует на вход из­мерительного преобразователя (ИП), на выходе которого форми­руется сигнал измерительной информации y(t). Принцип дейст­вия большинства ИП таков, что их выходной сигнал зависит не только от значения измеряемой величины, но и от ряда других величин z_i, которые называют влияющими.

Например, термоэлектрический преобразователь температу­ры (ТПТ) преобразует измеряемую величину — температуру — в сигнал измерительной информации — э.д.с. Однако этот сигнал зависит не только от измеряемой температуры, которая воспринимается рабочим спаем, но и от температуры свободных спаев, которая в данном случае является влияющей величиной.

Рис. З.1. Структурная схема информационно-измерительного канала:

1 — первичный   измерительный   преобразователь   (датчик);   2 — коммутатор;   3 — аналого-цифровой преобразователь

В общем случае без учета динамической характеристики ИП связь между сигналами на его входе и выходе описывается ста­тической характеристикой вида:

          (3.1)

где   f— функция   непрерывная   и   дифференцируемая   но   всем     аргументам; г— вектор влияющих величин.

Например, статическая характеристика ТПТ в первом приближении может быть  описана линейной функцией

                                                               (3.1а)

где y— э. д. с. ТПТ, мВ; х — температура рабочего спая, °С; z— температу­ра свободных спаев, °С; k— коэффициент, численное значение которого за­висит от материала электродов ТПТ (например, для хромель-копелевого ТПТ k=0,0695 мВ/°С).

Однозначное соответствие между сигналом измерительной информации и измеряемой величиной соблюдается только при постоянных значениях влияющих величин. Для каждого ИП эти номинальные значения z⁰_jуказывают в его паспорте. Подставив их в уравнение .(3.1), получим номинальную (паспортную) ста­тическую характеристику ИП:

     (3.2)

В большинстве случаев для ТПТ номинальное значение тем­пературы свободных спаев принято равным 0°С, поэтому пас­портная статическая характеристика, полученная из (3.1 а) при z = 0, имеет вид: y=kx.

Будем считать, что в процессе работы ИП значения влияю­щих величин соответствуют номинальным; следовательно, пре­образование значений измеряемой величины в сигнал измери­тельной информации выполняется в соответствии с паспортной статической характеристикой (3.2). Казалось бы, это должно гарантировать точное преобразование х в у, однако и при вы­полнении этого условия всякий реальный ИП вносит в резуль­таты некоторую погрешность. На структурной схеме (см. рис. 3.1) она представлена в виде случайной функции времени e(t), которая накладывается на полезный сигнал y(t) измери­тельной информации. Помеха е(t) моделирует не только случайную погрешность ИП, но и электрические наводки в соедини­тельных проводах, вызванные магнитными полями электросило­вого оборудования; влияние пульсаций давления и расхода в технологических трубопроводах вследствие работы насосов и компрессоров и другие факторы. На вход УВМ поступает сум­марный сигнал:

                                                                                                                            (3.3)

Поскольку АСУТП имеет много ИИК, их обслуживание раз­делено во времени, каждый канал периодически с периодом toподключается на короткое время ко входу УВМ. В результате непрерывная функция g(t) преобразуется в последовательность импульсов, модулированных по амплитуде функцией g(t). На структурной схеме ИИК (см. рис. 3.1) функцию квантования сигнала g(t) по времени выполняет коммутатор, условно изобра­женный в виде ключа, замыкаемого с периодом t₀. На выходе коммутатора образуется решетчатая функция:

      j=0,1,2,3…