авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Технологический институт Федерального государственного ...»

-- [ Страница 3 ] --

kгп коэффициент готовности программ, поступающих на обслуживание;

kмп - коэффициент мультипрограммности обработки задач;

kв - коэффициент, характеризующий возможные повторения расчетов. Затраты машинного времени на решение задач 3-го класса определятся формулой:

T’3=3Tдоп. (29) Формулы (27) - (29) применяют в том случае, когда информация о задачах неполная, взятая из опыта решения подобных задач другими системами. Если информация о задачах достаточная, то для определения Т’i лучше применить выражение [53]:

R 2(1 + r r )(1 + ), M Ti' = m r = R 1 2 m (1 + r r m = r = где m - время работы процессора при обслуживании m-й задачи i гo класса без учета времени обслуживания прерываний;

r интенсивность возникновения прерываний r-го типа в процессе решения m-й задачи i-го класса, после обслуживания которой решение прерванной задачи продолжается с прерванного места;

r интенсивность их обслуживания;

- интенсивность поступления прерываний, требующих начать обслуживание m-й задачи;

интенсивность обслуживания прерываний;

R - количество типов прерываний, поступивших при решении m-й задачи;

М - число задач, решаемых в рассматриваемый период цикла.

Задавшись значениями C, 1, 3, и Тдоп, при известных Tjmax, kгп, kгс и kс находим значения T’i и Tобщ. Взяв отношение Tобщ/Tдоп. определим количество ЭВМ, обеспечивающее решение всех задач в пределах Т доп :

Tобщ T1' + T2' + T3' =l.

= Tдоп Ck гс Tдоп При l1 все задачи системы будут обслужены ЭВМ в заданный период времени Tдоп. При l1 необходимо увеличивать С до тех пор, пока не будет выполнено условие l1. Если окажется, что для обеспечения условия l1 требуется большое число ЭВМ определенного типа, то для повышения эффективности решения задач и упрощения комплексирования ЭВМ целесообразно использовать более высокопроизводительные ЭВМ, что позволит уменьшить их общее количество. При этом требуется снова определить значения T’i с учетом быстродействия устройств новой ЭВМ.

Объем оперативной памяти (ОП) вычислительной системы определим из следующих соображений. При работе в мультипрограммном режиме для эффективного использования мощности ЭВМ в ОП размещается N программ, готовых к обслуживанию их процессором. При наличии в системе n пользователей, работающих в режиме диалога, в ОП следует размещать соответствующее количество программ. Также в ОП необходимо разместить определенный объем данных и программы ОС ЭВМ. Тогда общий объем ОП определится формулой:

Q оп (Q пос +Q п +Q N +M мд +Q рп ), (30) где Q пос - общий объем ОП, выделенный для размещения программ ОС;

Q п - объем ОП для хранения запросов пользователей и программ, обслуживающих эти запросы;

Q N - объем ОП для хранения N системных программ, Mмд - объем массива данных, обеспечивающего функционирование n+N программ;

Qрп - объем рабочего поля ОП.

Объем внешней памяти на магнитных носителях зависит от объема массивов данных программ соответствующих классов и определяется как сумма объемов памяти, необходимой для хранения всех программ ОС (Qпoc), программ обслуживания пользователей в режиме оперативного взаимодействия (Qов), программ системных задач (Qпса), а также, как объем рабочего поля (Qрп) для временного хранения текущей информации:

Q внп (Q пос +Q ов +Q пса +Q рп ). (31) 4.6. Модель экономической эффективности АИУС Проектирование АИУС приводит к изменениям в системе управления и требует больших затрат. До начала разработок АИУС оценивают экономическую эффективность принимаемых решений и сопоставляют результаты функционирования АИУС и затраты всех видов ресурсов, необходимых для ее создания и развития.

При оценке экономической эффективности АИУС примем следующие показатели: годовой экономический эффект;

расчетный коэффициент эффективности капитальных затрат на разработку и внедрение АИУС;

срок окупаемости капитальных затрат на разработку и внедрение АИУС.

Для оценки экономической эффективности от внедрения вычислительной техники применяют два метода:

- определяют расчетные коэффициенты повышения эффективности от внедрения групп задач и на основании этих коэффициентов рассчитывается экономический эффект от внедрения этих задач;

- сопоставляется фактический эффект внедрения задачи с фактическими затратами, которые имели место при внедрении АИУС.

4.6.1. Показатели эффективности капиталовложений. Эти показатели дают возможность произвести экономическое обоснование целесообразности разработки и внедрения АИУС. В соответствии с [54] следует рассчитать общую (абсолютную) и сравнительную экономические эффективности капиталовложений. На рис. представлены показатели эффективности капиталовложений.

Показатели эффективности капиталовложений Общая Сравнительная экономическая экономическая эффективность эффективность Хозрасчетная эффективность Рис. Общая экономическая эффективность отражает абсолютный экономический эффект от внедрения АИУС. Для АИУС рассчитывается хозрасчетная эффективность, т.е. тот реальный эффект, который получает или может получить СКУ после внедрения АИУС или автоматизации отдельных работ при внедрении АИУС. Данный показатель рассматриваем, как максимизацию прибыли ЭП=П/К, ЭС=(И2-И1)/К, Т=К/Т, (32)) где ЭП, ЭС - соответственно абсолютная и сравнительная хозрасчетная эффективность;

П - прирост годовой прибыли;

И1, И2 - издержки производства по двум сравниваемым вариантам;

Т - срок окупаемости капиталовложений.

Сравнительная экономическая эффективность рассчитывается в случае, если для решения какой-либо задачи или группы задач имеется несколько вариантов создания АИУС, отличающихся объемом капиталовложений и себестоимостью (издержками):

Т=(К2-К1)/(И1-И2), Е=(И1-И2)(К2-К1), З=И1+ЕНКmin, (33) где Е - коэффициент сравнительной эффективности;

ЕН - нормативный коэффициент сравниваемой экономической эффективности;

З приведенные затраты. На ее основе из нескольких возможных вариантов отбирается один наиболее эффективный. По этому варианту проводится оценка абсолютной экономической эффективности.

Таким образом, последовательность экономического обоснования разработки и внедрения АИУС такова [55]:

- на основании показателей сравнительной экономической эффективности из возможных вариантов создания АИУС выбирается оптимальный вариант;

- по выбранному оптимальному варианту развития АИУС рассчитываются общая (абсолютная) экономическая эффективность;

- если выбранный вариант развития АИУС по экономическим показателям не отвечает требованиям, предъявляемым методикой оценки экономической эффективности, т.е. срок окупаемости выше нормативного, то должен разрабатываться другой вариант развития АИУС. Среди них должен быть выбран оптимальный вариант, срок окупаемости капиталовложений которого будет меньше нормативного.

4.6.2. Экономическая эффективность АИУС. Определяется сопоставлением результатов от функционирования АИУС и затрат всех ресурсов, необходимых для ее создания и развития. Определение экономической эффективности АИУС проводят для анализа и обоснования целесообразности создания, функционирования и развития АИУС;

для установления основных направлений применения АИУС и выбора наиболее эффективного варианта разработки и внедрения АИУС.

Применимы два подхода к оценке эффективности АИУС [31]. В основе первого подхода лежит оценка эффективности внедрения АИУС. При расчете учитывают предпосылки, принятые в методике определения экономической эффективности капитальных вложений и новой техники (см. рис. 4.5). В основе второго подхода разрабатывают методику экономического обоснования автоматизации управления.

Используют математико-логические методы, отражающие количественную зависимость достигаемых хозяйственных результатов от повышения качества управления, информационных свойств АИУС и упорядочения объекта управления.

Анализ расчетов экономической эффективности АИУС, базирующихся на прямом обсчете составляющих затрат и эффекта, показывает, что для них характерны разные подходы при определении образования экономического эффекта и методов его количественной оценки. Можно свести экономическую оценку использования вычислительной техники в управлении СКУ к результатам, полученным непосредственно в самом процессе управления за счет экономии от замены ручных методов сбора и обработки информации машинными. При этом рассчитывают коэффициент повышения оперативности управления Kу по формуле:

Ку=Т2/Т1, (34) где T1 - время, необходимое на принятие решения при ручной технологии;

Т2 - время, затрачиваемое на принятие решения при машинной технологии.

В свою очередь, T1 и T2 определяются по формулам:

T1=tв1+tр1+tп1+tа1, (35) T2=tв2+tр2+tп2+tа2, (36) где tв1 и tв2 - время ввода информации при ручной и машинной технологии соответственно;

tр1 и tр2 - время поиска информации при ручной и машинной технологии соответственно;

tп1 и tп2 - время подготовки печатных форм при ручной и машинной технологии соответственно;

tа1 и tа2 - время анализа при ручной и машинной технологии соответственно.

Исходные результаты заносятся в табл. 2.

Таблица Наименование Временные составляющие показателя До автоматизации После автоматизации (мин.) (мин.) 10 0, tв1, tв 4,5 0, tр1, tр 3 0, tп1, tп 30 tа1, tа Всего: 47,5 2, Применив формулу (34), получаем коэффициент оперативности равный: К=47.5/2.525=18,8. Полученный коэффициент К=18, позволяет сделать вывод об эффективности предлагаемой разработки.

4.6.3. Показатели экономической эффективности АИУС.

Экономическая эффективность АИУС необходима:

- для анализа обоснования целесообразности создания функционирования и развития АИУС;

- для установления основных направлений применения АИУС;

- для выбора наиболее экономически эффективного варианта разработки и внедрения АИУС;

- для отражения показателей экономической эффективности АИУС в нормах, нормативах и планах предприятия, министерств, формирования соответствующих показателей статистической отчетности;

определения размеров отчислений в фонды экономического стимулирования.

При создании АИУС и последующей ее эксплуатации решаются задачи выбора наиболее эффективного варианта создания АИУС и оценки экономической эффективности функционирования АИУС. Для решения этих задач в соответствии с ГОСТ 24.702—85 предлагается система показателей, приведенная на рис. 19 для определения сравнительной и общей экономической эффективности [31].

Повышение экономической эффективности РИУС Сравнительная Общая (абсолютная) экономическая экономическая эффективность эффективность Основные обобщающие Народнохозяйственный Основные частные показатели: показатели:

эффект -годовой экономический -годовая экономия;

эффект;

-снижение издержек -коэффициент производства;

экономической -повышение эффективности;

производительности -срок окупаемости. труда;

-экономия ресурсов;

.

- высвобождение работающих;

-повышение качества выпускаемой продукции или оказываемых услуг.

Рис. Выбор экономически наиболее эффективного варианта создания АИУС проводят по максимуму экономического эффекта, представляющего собой разность между результатами деятельности и затратами. Расчеты ведутся за установленной расчетный период с учетом экономических нормативов и других ограничений. За начало расчетного периода, в пределах которого учитывают затраты, принимается год начала разработки АИУС. Конец расчетного периода определяется в соответствии со сроком реального старения технических средств и проектных решений АИУС.

4.6.4. Оценка сравнительной экономической эффективности.

Экономический эффект Э при тождественности конечных результатов по сравниваемым вариантам определится:

Э=З1-З2, (37) где З1, З2 - интегральные хозяйственные затраты в производстве и потреблении по базовому и новому вариантам.

При нетождественности сравниваемых вариантов по результатам, которые приводят к стоимостной форме, изменение этих результатов должно быть дополнительно учтено в расчетах экономического эффекта в виде дополнительных экономических результатов.

Интегральные затраты СКУ на создания АИУС определятся:

T З = ( И t + К t Л t ) t, (38) t = где T - длительность расчетного периода;

Иt - текущие издержки (себестоимость), включая затраты на эксплуатацию АИУС в году t;

Kt - все виды единовременных затрат на создание АИУС в году t;

Лt остаточная стоимость выбывших за год основных фондов при невозможности их использования (их ликвидационная стоимость);

t коэффициент, используемый для приведения разновременных результатов и затрат к базисному году.

Условием при расчетах эффективности АИУС является сопоставимость всех показателей: по времени, ценам и тарифным ставкам заработной платы;

элементам затрат;

номенклатуре услуг;

сокращению ручного труда за счет автоматизации;

методам исчисления стоимостных показателей. Цены, тарифы и ставки заработной платы определяют на момент расчета.

4.6.5. Оценка общей экономической эффективности АИУС. При такой оценке используются обобщающие и частные показатели.

Основные обобщающие показатели экономической эффективности АИУС:

- годовой экономический эффект;

- расчетный коэффициент эффективности капитальных затрат на разработку и внедрение АИУС;

- срок окупаемости капитальных затрат на разработку и внедрение АИУС.

Годовой экономический эффект от разработки и внедрения АИУС определяется как разность между годовой экономией и приведенными затратами:

Э=ЭГ-ЕНКДА, (39) где ЭГ - годовая экономия от функционирования АИУС;

ЕН нормативный коэффициент экономической эффективности капиталовложений (ЕН=0,15);

КДА - единовременные затраты на создание АИУС.

Расчетный коэффициент экономической эффективности капитальных затрат на разработку и внедрение АИУС представляет собой отношение расчетной годовой экономии (годового прироста прибыли) к капитальным затратам на разработку и внедрение АИУС:

ЕР=ЭГ/ККА, (40)) где ККА - капитальные вложения на создание АИУС.

Срок окупаемости представляет собой отношение капитальных затрат на разработку и внедрение АИУС к годовой экономии (годовому приросту прибыли):

ТФ=ККА/ЭГ. (41) Основные частные показатели, характеризующие экономическую эффективность АИУС, следующие:

- годовая экономия (годовой прирост прибыли);

- снижение издержек хозяйственной деятельности на объекте управления в результате разработки и внедрения АИУС;

- повышение производительности труда;

- экономия по видам ресурсов;

- количество высвобожденных работающих;

- повышение качества выпускаемой продукции.

Годовая экономия от разработки и внедрения АИУС включает в себя следующее: годовой прирост прибыли, вызванный увеличением объема хозяйственной деятельности (услуг или работ) при разработке и внедрении АИУС;

годовой прирост прибыли за счет ускорения освоения новых услуг в результате разработки и внедрения АИУС;

экономию текущих затрат при производстве услуг или работ в условиях функционирования АИУС;

экономию прочих затрат, не входящих в себестоимость работ СКУ, обеспечиваемую функционированием АИУС. Годовая экономия от функционирования АИУС отражается в планах по себестоимости услуг, финансовых планах и рассчитывается по формуле:

А А С С (42) Э г = ( 1 а )А 2 + ( 2 )П 1 + П а, А1 А 2 А где А1, А2 - годовой объем оказанных услуг до и после внедрения АИУС (тыс. руб);

С1,С2 - себестоимость годового объема оказанных услуг до и после внедрения АИУС (тыс. руб);

П1=А1-С1 - прибыль от оказания услуг до внедрения АИУС (тыс. руб);

[(А2-А1)/А1]П1 годовой при рост прибыли за счет роста объема оказания услуг (тыс.

руб);

(С1/А1-С2/А2) - годовой прирост прибыли за счет снижения издержек оказания услуг (тыс. руб);

Па - дополнительная прибыль за счет сокращения непроизводственных потерь (штрафов, пеней, неустоек) с внедрением АИУС (тыс. руб).

ЧАСТЬ АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ 1. 0БЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АСУТП 1.1. Примеры автоматизированных систем управления технологическими процессами По материалам 1-й части настоящей работы можно сделать вывод:

современное промышленное предприятие не может обойтись без решения таких задач, как технико-экономическое планирование, календарное планирование и оперативное управление. При решении задач технико-экономического планирования, исходя из имеющихся ресурсов и годовых планов, должны устанавливаться плановые показатели производства на продолжительные отрезки времени (месяц, квартал). Решение задачи календарного планирования позволяет детализировать во времени и по продукции показатели технико экономического плана, т.е. получить конкретные планы текущей работы производства. В процессе решения задачи оперативного управления реализуется управление группой агрегатов (комплексом) или всем производством с целью ликвидации возникших внешних и внутренних возмущений, т.е. осуществляется увязка первых двух задач с конкретными условиями производства.

Перечисленные задачи, как было отмечено ранее, по масштабности и важности располагаются в некоторой иерархии. На верхней ступени стоят задачи технико-экономического планирования, решаемые автоматизированными системами управления производством (АСУП), на нижней – задачи, решаемые в АСУТП. Взаимное влияние задач разных уровней очевидно. Верхний уровень определяет задание (план) и технико-экономические показатели для нижнего уровня. В свою очередь, в зависимости от состояния нижнего уровня план может корректироваться.

На основании вышесказанного можно дать следующее определение автоматизированной системы управления технологическим процессом [56]:

АСУТП - это система, которая на базе высокоэффективной вычислительной и управляющей техники обеспечивает автоматизированное (автоматическое) управление технологическим комплексом с использованием централизованно обработанной информации по заданным технологическим и технико-экономическим критериям, определяющим качественные и количественные результаты выработки продукта, и подготавливает информацию для решения организационно-экономических задач. От управляющей части системы требуется с помощью управляющих воздействий добиться оптимального или экстремального значения критерия управления в условиях неизмеряемых помех, с которыми работают промышленные установки, и с учетом ограничений, накладываемых на пределы изменения некоторых координат системы (температуры, давления, расхода топлива, качества выходного продукта и т.п.).

В качестве примера рассмотрим конвертерный способ выплавки стали [57]. Конвертер служит для переработки исходного сырья (жидкий чугун и твердый металлический лом) в сталь заданной марки (с определенным химическим составом и заданной температурой при выпуске). Для охлаждения и шлакообразования (отвода вредных примесей) в конвертер загружаются также сыпучие материалы (железная руда, известняк, шпат и др.). При подаче кислорода из расплавленного чугуна выжигаются примеси и углерод, в результате экзотермических реакций повышается температура.

С точки зрения теории автоматического управления конвертер можно представить как объект управления с действующими на его входы управлениями, измеряемыми и неизмеряемыми возмущениями.

При этом можно сформулировать критерии управления и ограничения, связанные с особенностями технологического процесса (ТП) выплавки стали конвертерным способом.

Управляющими воздействиями в рассматриваемом ТП будут подача сыпучих материалов, положение кислородной фурмы, интенсивность подачи кислорода.

В качестве критерия управления для конвертерной выплавки стали может быть назван один их двух критериев:

- минимальное время плавки с обеспечением допустимых для данной марки стали пределов по температуре, содержанию углерода, серы, фосфора, марганца, кремния (ограничения), - обеспечение по химическому составу заданной марки стали при длительности плавки в определенных временных рамках (ограничения).

В рассматриваемом ТП можно выделить помехи: а) измеряемые, но неуправляемые - изменение давления и чистоты продуваемого кислорода, состава чугуна, заливаемого в конвертер;

б) неизмеряемые неоднородность состава и неточность взвешивания загружаемых материалов, неточность других измерений, температура кладки конвертера.

Величина критерия управления зависит от химического состава металла, скорости выгорания примесей и температуры в конвертере.

Чтобы измерить их значения, необходимо прекратить подачу кислорода и наклонить конвертер. На эту процедуру уходит 5 - 7 мин., в то время как вся продувка занимает 15 - 25 мин. Каждый замер ухудшает значение критерия управления. Вот почему при разработке системы ставится задача: увеличить число плавок, попадающих в заданную марку стали с первой повалки. В современных конвертерах химический состав металла определяется по химическому составу отходящих дымовых газов.

1.2. Отличие автоматических систем управления от систем автоматического управления Первым отличительным признаком автоматизированных систем управления (АСУ) от систем автоматического управления (САУ) является наличие в контуре человека-оператора (диспетчера). Кроме того, возможность выполнения дополнительных функций, благодаря использованию современных компьютерных технологий. Наглядным примером может служить одноконтурная система регулирования температуры воды на выходе теплообменника [58], которая представлена на рис. 20.

Рис. Вода подогревается до нужной температуры за счет энергии отработанного пара. Если реальная температура подогреваемой воды Треал, измеряемая термопарой, отличается от заданной Тзад, то управляющее устройство УУ, состоящее из измерительного, регулирующего блоков и усилителя мощности, вырабатывает управляющее воздействие на мотор М, регулирующий отбор отработанного пара так, чтобы скомпенсировать эту разницу.

Несмотря на то, что регулирование в контуре осуществляется по ПИД закону, обеспечить максимальный КПД теплообменника без дополнительных функций и устройств в рассматриваемой системе не представляется возможным.

Для этой цели рекомендуется использовать АСУ теплообменником, функциональная структура которой показана на рис. 21 [58].

Дополнительные датчики температуры Т1 и расхода Q1 питательной воды, температуры Т2 и расхода горячего пара Q2 позволяют при наличии устройств преобразования аналоговой информации в цифровую и обратно (на рис. 21 не показаны) реализовать функции:

- Ф1 – расчет задания Q2зад в соответствии с принятым критерием, учетом ситуации на объекте и использованием модели теплообменника;

- Ф2 – визуализация основных параметров для диспетчера;

- Ф3 – регулирование расхода Q2 по ПИД-закону с проверкой дополнительных условий;

- Ф4 – расчет технико-экономических параметров (ТЭП).

Рис. 1.3. Классификация АСУТП При создании АСУТП должны быть определены цель ее функционирования и роль, которая отводится этой системе в общей структуре управления предприятием. По виду функций, для реализации которых предназначены АСУТП, можно предложить следующую классификацию [56]:

Информационно-измерительные системы предназначенные для сбора и выдачи информации о состоянии объекта управления. В развитии этих систем можно выделить, по крайней мере, три стадии.

На первой (ранней) стадии информация об объекте выносилась на громоздкие щиты управления с показывающими и регистрирующими приборами. На второй стадии стала развиваться тенденция к уменьшению габаритов приборов и созданию систем централизованного контроля, основной объем информации не представлялся оператору постоянно, а нужная ему информация по его требованию вызывалась на показывающий прибор. Оператор сосредотачивал свое внимание на параметрах, вышедших за пределы нормы. При этом аварийные ситуации регистрировались на пульте оператора красным цветом, миганием, звуком и т.п. Наконец, использование ЭВМ способствовало дальнейшему развитию информационных систем. Появилась возможность сжатия информации, выдачи оператору усредненных значений отдельных параметров. ЭВМ стала использоваться для расчета технико экономических показателей таких, как материальный и энергетический балансы, коэффициенты полезного действия установок, технологические составляющие себестоимости продукции, расходы по отдельным компонентам {например, в случае смесей), а также для анализа причин отклонения технологического процесса от заданного режима.

В настоящее время благодаря появлению мощных ПК и контроллеров, развитой модульной структуре устройств ввода/вывода создаются распределенные системы сбора и обработки информации, эффективность работы которых обеспечивается наличием SCADA систем, обеспечивающих сквозное программирование всех уровней контроля и управления.

Информационно-управляющие системы в режиме советчика.

На основании информации о параметрах технологического процесса, поступающей от датчиков, установленных на объекте, рассчитанных ТЭП и алгоритмов выработки управляющих воздействий, УВМ производит расчет оптимальных условий ведения технологического процесса. Результаты расчета - советы по управлению представляются оператору-технологу либо в печатном виде, либо высвечиваются на информационном табло. Оператор управляет процессом, изменяя уставки регуляторов или выполняя другие действия в соответствии с рекомендациями, вырабатываемыми АСУ. УВМ при этом работает в ритме процесса в разомкнутом контуре. Роль следящего и управляющего звена выполняет оператор-технолог, который обычно "тонко чувствует" процесс и контролирует правильность выданных советов. УВМ поручается следить за возникновением аварийных ситуаций, причем, как правило, по значительно большему числу параметров, чем это мог бы сделать оператор. Однако участие человека в контуре управления имеет и свои недостатки, которые особенно проявляются при сложной системе управления. Если оператору приходится выполнять много настроек регуляторов в минуту, то к концу рабочей смены неизбежны ошибки, которые повлекут за собой ухудшение качества выпускаемой продукции.

АСУТП в режиме супервизорного управления. Задача режима супервизорного управления - поддержание процесса вблизи оптимальной рабочей точки путем оперативного воздействия на него.

При этом значения управляющих воздействии выдаются не оператору, а преобразуются в форму, удобную для изменения настроек регуляторов. УВМ работает в замкнутом контуре управления, оператору же отводится роль наблюдателя. Его вмешательство требуется лишь при возникновении аварийных ситуаций. На УBM, помимо расчета уставок регуляторов, возлагаются расчеты по оптимизации управления, которые выполняются периодически, например, один раз за час работы или за смену, или при изменении сырья или состава выпускаемой продукции.

Главное преимущество супервизорного управления состоит в том, что АСУ непрерывно контролирует процесс и управляет им в оптимальной точке так, что исключает флуктуации, связанные с работой разных операторов, собственный "почерк" каждого из которых обязательно сказывается на регулировании уставок.

АСУТП в режиме непосредственного цифрового управления (НЦУ). Отличие АСУТП в режиме НЦУ от описанных ранее заключается в том, что сигналы, используемые для приведения в действие управляющих органов на объекте, поступают непосредственно от АСУ, а регуляторы вообще исключаются из системы. На вычислительные средства АСУ возлагаются такие функции;

как реализация различных законов регулирования, связей между отдельными контурами - многосвязного регулирования, управления по возмущению, адаптивного управления. Для формирования сигналов, воздействующих на управляющие органы, вычислительный комплекс АСУТП включает в себя устройства связи с объектом.

Оператор в системе НЦУ должен иметь возможность изменять уставки, контролировать некоторые избранные переменные, варьировать диапазоны допустимого изменения измеряемых параметров процесса и т.д. Для обеспечения всего этого АСУТП должна включать пульт оператора-технолога, позволяющий реализовать полное и функционально богатое сопряжение между человеком, машиной, процессом.

Одним из главных преимуществ использования АСУТП в режиме НЦУ является гибкость управления благодаря возможности изменения алгоритмов путем внесения изменений в хранимую программу.

Наиболее очевидный недостаток НЦУ проявляется при отказе АСУ.

Несмотря на то, что надежность системы может быть исключительно высокой, отказы тем не менее могут происходить, и с этим обстоятельством приходится считаться. Например, в отечественной SCADA-системе TRACE MODE используется 3-х кратное резервирование, что позволяет в реальном времени переходить с неисправных блоков на резервные, повышая таким образом надежность АСУТП.

Любая из перечисленных выше АСУТП представляет собой распределенную иерархическую систему с высоко технологичной технической структурой и развитым программным обеспечением.

1.4. Основные функции АСУ В общеотраслевых руководящих методических материалах по созданию АСУ в различных отраслях промышленности отмечается, что основными для этих систем являются информационно вычислительные и управляющие функции.

К информационно-вычислительным функциям относятся:

- сбор, первичная обработка и хранение информации;

- косвенные измерения параметров процесса и состояния технологического оборудования;

- сигнализация состояний технологических параметров и оборудования;

- контроль и регистрация отклонений параметров технологического процесса от заданных;

- анализ срабатывания блокировок и защит технологического оборудования;

- диагностика и прогнозирование технологического процесса;

- диагностика и прогнозирование состояния комплекса технических средств;

- оперативное отображение информации и рекомендации по ведению ТП и управлению технологическим оборудованием;

К управляющим функциям относятся:

- однотактное логическое управление (выполнение блокировок, защит и т. п.);

- регулирование отдельных параметров ТП;

- каскадное регулирование;

- многосвязное регулирование;

- дискретное управление технологическими процессами и оборудованием;

- оптимальное управление установившимися и неустановивши-мися режимами;

- адаптивное управление.

Дополнительные функции АСУТП:

- подготовка информации для вышестоящих и смежных систем и уровней управления (регистрация простоя оборудования, причин аварии, времени ремонта и т. п.);

- расчёт технико-экономических и технических показателей, tраб например, стоимость топлива C = C0 u(t)dt и расход топлива o tраб Q= u(t)dt, где С0 - стоимость единицы объема топлива, u(t) o объем топлива в единицу времени 1.5. Разновидности структур АСУТП Функциональная структура (ФС) определяет класс целей, для достижения которых проектируется АСУТП. Обычно такая структура состоит из нескольких подсистем, отличающихся по своему функциональному назначению. В частности, можно выделить следующие подсистемы:

- подсистема сбора и первичной обработки информации, предназначенная для опроса аналоговых, дискретных датчиков с обработкой и анализом информации об объекте управления;

- подсистема управления и выдачи управляющих воздействий;

- подсистема формирования сводных показателей;

- подсистема регистрации и анализа производственной ситуации.

Современные компьютерные технологии позволяют объединить указанные функции благодаря SCADA-системам.

Алгоритмическая структура (АС) представляет собой совокупность алгоритмов и условий их работы. На этой структуре указываются связи, определяющие последовательность выполнения алгоритмов. К примеру, на рис. 22 представлен фрагмент АС, на котором заданы условия перехода к определенному алгоритму вычисления управляющего воздействия, если сигнал рассогласования не удовлетворяет тем или иным значениям.

Рис. При проектировании сложных систем вначале составляют укрупненную алгоритмическую структуру. Такая структура для АСУ теплообменником (рис. 2) представлена на рис. 23.

Рис. Затем разрабатывают более детализированную алгоритмическую структуру, подобную показанной на рис. 24.

Рис. Техническая структура (ТС) представляет собой комплекс технических средств в виде отдельных модулей и блоков, предназначенных для реализации функций АСУТП. На этой структуре указываются связи между блоками и приводится, в случае необходимости, поясняющий текст. ТС строится на основе агрегативных комплексов технических средств таких, как например, микропроцессорные субкомплексы контроля и управления (АО “Импульс”, г. Северодонецк, Украина), распределенные системы сбора данных и управления серии ADAM (Фирма Advantech, Тайвань), MicroPC (Фирма Octagon Systems, США) и др.

Информационная структура (ИС) связывает подсистемы АСУТП с транспортными средствами, вспомогательными механизмами и, в случае использования нестандартных блоков указывает уровни сигналов на входах и выходах этих блоков для согласования со стандартным оборудованием. ИС автоматически собирает данные о значениях параметров технологических процессов путем съема показаний с датчиков и прочих приборов. Эта информация сообщается диспетчеру и управляющей подсистеме. Оператор-технолог может получать информацию посредством запроса.

Организационная структура (ОС) – совокупность правил и инструкций, устанавливающих нормы работы персонала и комплекса технических средств по управлению технологическим оборудованием в нормальных, предаварийных и аварийных режимах.

Синтез любой из перечисленных структур представляет собой сложную исследовательскую задачу. Прежде чем приступить к ней, необходимо изучить технологический процесс (ТП) как объект контроля и управления.

1.6. Этапы проектирования АСУТП Процесс разработки АСУТП может быть представлен последовательностью этапов [56, 57]. Перечислим их и затем дадим им краткую характеристику.

Предпроектная проработка: постановка задачи на разработку АСУТП;

эскизная проработка функциональной структуры АСУТП;

выбор методов решения задач управления;

предварительное технико экономическое обоснование.

Проектирование: техническое проектирование;

рабочее проектирование.

Внедрение: комплектование системы;

строительные работы;

монтаж и наладка;

испытания и сдача в эксплуатацию;

анализ функционирования АСУТП.

На первом этапе проводятся научно-исследовательские работы (НИР), в ходе которых изучается ТП. Выделяются наблюдаемые технологические переменные, управляющие воздействия, формулируются критерии управления и накладываемые в соответствии с технологическими инструкциями ограничения. Формулируются основные функции разрабатываемой системой, т.е. создается её функциональная структура. Составляется структурная схема выделенного ОУ и на основании априорных данных выполняется работа по упрощению, если это возможно, алгоритма управления путем расчленения его на алгоритмы автоматического регулирования и алгоритмы оптимизации. Разрабатывается приближенная математическая модель ОУ. Проводится примерная оценка технико экономической эффективности, для чего используются существующие средства и методы управления технологическим объектом, количество обслуживающего персонала и его зарплата. Материалы исследований на первом этапе отражаются в научно-технических отчетах, а окончательным результатом является техническое задание (ТЗ) на проектирование АСУТП, которое должно содержать:

- перечень функций АСУТП с их краткой характеристикой;

- необходимые точность, быстродействие по каждой функции и их совокупностям;

- показатели надежности;

- режимы функционирования;

- совместимость, при необходимости, данной АСУ со смежными;

- условия эксплуатации;

- метрологические характеристики измерительных каналов;

- эргономические требования по способам и форме представления информации оператору;

- требования к численности и квалификации оперативного и обслуживающего персонала АСУТП.

На этапе технического проектирования завершается вся НИР, проводится параметрическая идентификация объекта, т.е.

определяются неизвестные параметры его модели;

формируются алгоритмическая и техническая структуры системы;

разрабатываются задания на устройства и оборудование, не выпускаемые серийно;

разрабатываются машинные алгоритмы, реализующие функции АСУТП и моделирования технологического объекта управления. Этап заканчивается подготовкой технического проекта.

На этапе рабочего проектирования разрабатываются несерийные технические средства и оформляются на них рабочие чертежи;

выполняются рабочие чертежи на строительство и сочление технических средств с объектом;

заканчивается разработка рабочих программ для ЭВМ и составляются рабочие документы по программному обеспечению. Этап завершается выпуском рабочего проекта, содержащего все необходимые материалы для комплектации системы, изготовления несерийных технических средств, проведения монтажа и наладки системы.

Третий этап включает в себя комплектацию системы, проведение строительных работ, монтаж и её наладку. После чего следуют испытания и сдача системы в опытно-промышленную и промышленную эксплуатации. Затем проводится анализ функционирования АСУТП, в результате которого выполняется оценка фактической технико-экономической эффективности системы, её надежности, разрабатываются рекомендации по развитию и совершенствованию системы, вырабатываются требования к модернизации технологического процесса.

1.7. Характеристики технологического процесса как объекта контроля и управления По своему характеру ТП может быть непрерывным, периодическим (непрерывно-дискретным) и дискретным.

Непрерывный процесс – процесс, в котором конечный продукт вырабатывается, лишь пока подводятся сырьё, энергия, катализаторы, управляющие воздействия и пр. (например, процесс нефтепереработки).

Периодический процесс – процесс, в котором в течение относительно короткого промежутка времени производится определенное, ограниченное количество конечного продукта. Сырье и полуфабрикаты вводятся регламентированными дозами в строгой последовательности, операции перемешивания и подачи энергии осуществляются в заданном порядке. После подготовки “рецептуры” получается порция конечного продукта. Примерами могут быть такие процессы, как доменный процесс выплавки чугуна, процесс получения определенного вида лекарств и т.п.

Дискретный процесс – процесс изготовления и испытания деталей, узлов и готовых изделий. Конечный продукт состоит из набора компонент, качество которых нужно контролировать так, чтобы конечный продукт – результат сборки отвечал заданным стандартам (сборка телевизора, автомобиля и пр.). При выборе стратегии управления должны быть учтены характеристики ТП, а также функции, которые будут заложены в проектируемую систему.

При изучении ОУ вся снимаемая с объекта информация разделяется на аналоговую и дискретную в зависимости от типов используемых датчиков. Необходимо как по одному, так и по другому типу заполнить таблицы [57 - 59], поместив в них всю информацию по каждому измеряемому параметру.

По аналоговым сигналам заносится наименование переменной с указанием функции, которую эта переменная должна выполнять. Далее – единица измерения, диапазон изменения, требуемая точность контроля или управления (регулирования), период опроса указанной переменной. После выбора датчика таблицу следует дополнить уровнем и типом сигнала на его выходе. Пример заполнения информации по аналоговым сигналам показан в таблице 3.

К дискретным сигналам относятся сигналы от двухпозиционных объектов контроля, характеризуемых двумя состояниями: «Включено выключено», «В пределах – вне пределов», сигналы прерывания от инициативных датчиков, числоимпульсные сигналы, используемые при вводе информации от счетчиков электроэнергии, интеграторов расходомеров, дозаторов и т.п. По перечисленным сигналам обычно указывается уровень дискретного сигнала и частота следования [57].

1.8. Функции АСУТП как последовательность отдельных процессов Функции АСУТП выбираются из списка, в котором они сгруппированы по своему назначению, например, для контроля, управления, исследования, планирования и т.д. Функция представляется в виде последовательности трех процессов: ввода (сбора) данных, обработки и вывода результатов.

Процесс ввода характеризуется:

- числом и видом каналов;

- периодом или математическим ожиданием частоты опроса каналов;

- допустимым временем задержки ввода по одному каналу;

- требуемой точностью представления данных.

Процесс обработки характеризуется:

- временем использования процессора для реализации операции ввода;

- периодом или математическим ожиданием вызова параметров;

Таблица Пример заполнения таблицы по аналоговым сигналам Наименование Функция Единица Диапазон Требуемая Тип датчика Уровень и тип физической измерения изменения точность сигнала на переменной физической выходе переменной датчика o ±5 o C Температура Регулируемая C 1000 - 1300 Термопара 0 – 15 мВ переменная ТПП 0 – 90о Угол поворота Управляю- Угловой ±1% Датчик 0 – 5 мА заслонки щее градус положения воздействие - объемом памяти, занимаемым программами обработки и подготовки для вывода;

- временем использования процессора для реализации вывода;

- видами обработки;

- временем обработки одного параметра, которое может быть оценено по объему памяти, занимаемому программами обработок, и производительности процессора, используемого в УВК.

Вывод обработанных данных (аналоговых, дискретных, символьных) на объект управления и оператору характеризуется:

- объемом выводимой информации;

- допустимым временем задержки устройств;

- объемом памяти программ вывода;

- периодом или математическим ожиданием интервала между выводами.

Перечисленные характеристики получают в процессе изучения объекта управления. Например, достаточно широкий класс объектов c непрерывным и непрерывно-дискретным характером производства имеет следующие пределы изменения основных показателей:

- количество входных аналоговых сигналов - 150-3000;

- количество входных дискретных сигналов - 200-2000;

- количество регулирующих органов - 10-200;

- количество выходных двухпозиционных сигналов - 100-1000;

.

- объем информации, выдаваемой на индикацию и регистрацию, 250-1600 бит/с;

- время реакции системы на изменения состояния объекта, 0,1-10с;

- наработка на отказ функций, реализуемых в системе, 100 - 10000, ч.

Данные по реализуемым функциям удобно сводить в таблицу, подобную табл. 4. После исследования ТП и изучения процессов контроля и управления правый столбец табл. 4 должен быть заполнен числовыми значениями параметров, указанных в её центральной части.

Более подробную информацию по заполнению табл. 4 можно найти в учебно-методическом пособии [57].

После изучения технологического процесса как объекта управления и анализа функций проектируемой АСУТП приступают к реализации этапов разработки системы, которая в силу своей сложности обычно представляется в виде ряда подсистем таких, как подсистема сбора и первичной обработки информации, подсистема управления и выдачи управляющих воздействий, подсистема формирования сводных показателей, подсистема регистрации и анализа производственной ситуации.

Таблица Функции контроля и управления Наимено- Число вание Наименование характеристик ТП вые процесса данные обработки Процесс Способ получения входной информации:

ввода - обращение за параметрами к выходу алгоритма информа- первичной обработки информации;

ции в УВК - использование самостоятельного ввода Характеристики входной информации:

Аналоговая информация:

- количество вводимых аналоговых параметров;

- период между опросами датчиков;

- процедуры первичной обработки;

- диапазон изменения входных параметров;

- требуемая точность представления данных;

- уровень сигнала на входе Цифровая информация:

- количество дискретных входных параметров;

- частота поступления дискретных сигналов;

- уровень сигнала: "1"- истинно, "О"- ложно Процесс Используемые виды законов регулирования и обработки количество контуров с одинаковым законом:

- одноконтурное регулирование;

- многоконтурное регулирование Виды оптимизации: критерий управления;

модель ОУ;

алгоритм прогноза по управлению Процесс Способы выдачи управляющих воздействий:

вывода - аналоговые выходные сигналы: число сигналов, частота смены управляющего воздействия, точность представления аналогового сигнала;

- дискретные выходные сигналы: число сигналов, средняя частота выдачи, требуемая мощность;

- сигналы для дистанционного управления:

объем выдаваемой информации (совета);

частота смены сигнала Окончание табл. Наимено- Число вание Наименование характеристик ТП вые процесса данные обработки Оценка Требование ТЗ к надежности системы:

надежности - понятие отказа одного контура регулирования;

- понятие отказа системы;

- время реакции системы на изменение ситуации на объекте Расчет ТЭП Наименование ТЭП, формулы расчета, стоимостные характеристики параметров 2. ПОДСИСТЕМА СБОРА И ПЕРВИЧНОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ 2.1. Комплекс технических средств подсистемы сбора и первичной обработки информации. Принципы компоновки Как уже отмечалось, подсистема сбора и первичной обработки информации предназначена для опроса аналоговых и дискретных датчиков с обработкой и анализом информации об объекте управления. Исходными данными для определения структуры подсистемы контроля является совокупность измеряемых переменных ТП и оборудования, набор измерительных устройств, которые могут быть использованы в качестве источников исходной информации.

Комплекс технических средств ввода аналоговых сигналов в управляющий компьютер подбирается в зависимости от вида измеряемой физической переменной, от удаленности датчиков, вида и уровня выходных сигналов датчиков. В каналах измерения, помимо датчиков, должна присутствовать следующая аппаратура:

нормализаторы (Н), преобразователи физических сигналов в ток или напряжение (П), усилители (У), аппаратные RC-фильтры (Ф), преобразователи аналоговых сигналов в цифровые коды (АЦП), коммутаторы (mux). Принципы компоновки технических средств ввода аналоговой информации представлены на рис. 25, на котором датчики объединены в три группы.

В первую группу собраны удаленные на значительное расстояние от промышленного компьютера (ПК) датчики D1,…,Dn, предназначенные для сбора информации о технологических параметрах одной физической природы. Вторая группа – датчики D1,…,DN. Они, как и датчики первой группы существенно удалены от ПК, но измеряют сигналы различной физической природы. И, наконец, датчики третьей-й группы, расположенные вблизи ПК и предназначенные для измерения технологических параметров различной физической природы.

П - преобразователи физической величины в ток для 1-ой и 2-й группы и в напряжение для 3-й.

Рис. Н1 - нормализатор 1-го типа для смещения уровня сигнала датчика в заданный диапазон измерения.

Н2 - нормализатор 2-го типа - устройство для преобразования тока в напряжение.

Н3 - нормализатор для компенсации холодного спая термопар, для компенсации нелинейности характеристик датчиков.

Ф - аппаратные RC-фильтры, предназначенные для устранения радиопомех и помех промышленной частоты.

2.2. Устройства распределенного сбора данных и управления серии ADAM В качестве примера из широкого класса устройств удаленного сбора данных предлагается рассмотреть модули фирмы Advantech.

Устройства серии ADAM-4000, 5000, 6000 и 7000, предназначенные для построения территориально-распределенных систем сбора данных и управления, обеспечивают выполнение следующих функций:

аналоговый ввод-вывод, дискретный ввод-вывод, первичное преобразование информации, приём команд от удалённой вычислительной системы и передача в её адрес преобразованных данных с использованием интерфейса RS-485 или Ethernet.

На рис. 26 представлена структурная схема сети на базе RS-485 и модулей серии ADAM-4000. Сеть последовательной передачи данных, благодаря наличию преобразователя RS-232 в RS-422/485 ADAM- и повторителя ADAM-4510, может объединять до 256 устройств.

Модули серии ADAM-4000 предназначены для построения распределенных систем сбора данных и управления и представляют собой компактные и интеллектуальные устройства обработки сигналов датчиков, специально разработанные для применения в промышленности.

ПК 4080d 4013 4014d RS- 4510 (4052) 4060 4050 Рис. Наличие встроенных микропроцессоров позволяет им осуществлять нормализацию сигналов, операции аналогового и дискретного ввода вывода, отображение данных и их передачу (или прием) по интерфейсу RS-485. Все модули имеют гальваническую развязку по цепям питания и интерфейса RS-485, программную установку параметров, командный протокол ASCII и сторожевой таймер.

Питание модулей осуществляется нестабилизированным напряжением 10…30 В постоянного тока. Диапазон температур: рабочий – 10…+70°С, хранения –25…+80°С. Относительная влажность — до 95% без конденсации влаги.

В показанной на рис. 26 сети, помимо упомянутых выше блоков, используются следующие модули:


- 4080D – модуль, предназначенный для измерения частоты или используемый в качестве счетчика импульсов;

- 4013 – модуль ввода сигналов от термосопротивлений (платиновых и никелевых). Диапазон входящих сигналов ± 15 мВ, ± мВ, ± 100 мВ, ± 150 мВ, 1 или 2,5В, I = ± 20 мА. Диапазон измерения t С:

- для платиновых: ± 100С, 0 100С, 0 200С, 0 600С;

- для никелевых: 0 - 100С, -80 + 100С?

время преобразования в АЦП равно 100 мс (без учета времени командного опроса и выдачи информации). Погрешность модуля 0,05%;

- 4021 – модуль вывода аналоговых сигналов;

- 4060 – модуль релейного выхода, коммутирующий сигналы до В;

- 4050 – модуль дискретного ввода/вывода. Подсистема ввода:

количество каналов ввода – 7, логический 0 не более 1 В, логическая - от 3,5 до 30 В, вытекающий ток не более 1 мА. Подсистема вывода:

количество каналов 8, коммутируемое напряжение U до 30 В;

Р=0, Вт;

- 4014D – модуль ввода аналоговых сигналов в виде напря-жения мВ, В и тока в мА;

- 4011 – модуль ввода сигналов от термопар (мВ и В до 2,5В и мА до 20мА);

имеется 14 режимов, отличающихся типом и диапазоном входного сигнала.

2.3. Модуль аналогового ввода ADAM- Существенно сократить номенклатуру КТС подсистемы сбора и первичной обработки информации (см. рис. 25) можно, использовав, например, модуль аналогового ввода ADAM-4011. Этот модуль может быть дистанционно настроен на один из 14 режимов ввода, которым соответствуют различные типы и диапазоны входного сигнала (сигналы термопар различных типов, ток в мА, напряжение в мВ или в В), имеет компенсацию ЭДС холодного спая.

АЦП этого модуля, построенное с использованием сигма-дельта преобразования, имеет 16 разрядов, управляется микропроцессором (МП), который преобразует цифровые отсчеты АЦП в значения следующих форматов: инженерные единицы, проценты полной шкалы, дополнительный код или Омы. После получения запроса на передачу данных от ведущего узла сети на базе RS-485 МП передает отсчет в требуемом формате в адрес ведущего узла сети.

Как видно из рис. 27, модуль аналогового ввода ADAM- содержит все элементы рассмотренной выше подсистемы, но обладает большими возможностями и лучшей точностью. Он имеет программную настройку для работы с термопарами, с малыми напряжениями и токами. К тому же, у него есть 2 цифровых выхода (аварии по верхней и нижней границам измеряемого сигнала) и цифровой вход для подсчета счетчиком событий до 65535 изменений логического состояния канала дискретного ввода.

2 дискр АВАРИЯ мВ опто канала ФНЧ АЦП В изоляция. RS- MUX. МП COMM. разрядов мА 1 дискр Счетчик канал +5В GND событий ПЗУ БП Рис. 2.4. Выбор модулей подсистемы сбора и первичной обработки аналоговых сигналов Исходными данными к выбору комплекса технических средств подсистемы сбора и первичной обработки информации (ПСОИ) являются требования, сформулированные в техническом задании на разработку АСУТП.

Различают требования:

- по техническим характеристикам, среди которых можно выделить требования к точности и быстродействию применяемых устройств;

- по эксплуатационным характеристикам, главным из которых является требование по надежности;

- по технико-экономическим характеристикам, обуславливающим требования по стоимости.

На основании анализа схемы компоновки технических средств ПСОИ (см. рис. 25) можно представить цепочку аппаратных средств i го канала измерения в виде рис.28.

Рис. Выбор каждого из устройств определяется перечисленными выше требованиями. Заданную в ТЗ ±y тзi - точность измерения и представления технологической переменной yi распределяют между аппаратными средствами представленной на рис. 27 цепочки блоков по значимости вносимой каждым блоком погрешности. Погрешности измерения и преобразования информации указанной цепочки являются случайными величинами, подчиняющимися определенным законам распределения. Для оценки погрешности на входе микроконтроллера МК 2, можно воспользоваться следующим выражением, вхi записанным для цепочки аппаратных средств i-го канала измерения по рис. 27:

вхi = 2 + нормi + 2 + фi + 2 2. (43) датчi усi АЦПi В выражении (43) предполагается, что погрешности отдельных аппаратных блоков не зависят друг от друга, а их величины определяются классом точности каждого аппаратного средства.

Наиболее ответственными блоками с точки зрения вносимых погрешностей будут датчик и аналого-цифровой преобразователь, поскольку выбор нормализатора, усилителя и фильтра достаточно высокоточными существенно не повлияет на общую стоимость аппаратных средств, но позволит пренебречь их влиянием на точность канала измерения.

Нормализаторы представляют собой резисторы, включаемые как потенциометры. Их погрешность будет тем меньше, чем выше класс точности, и в сравнении с другими погрешностями ею можно пренебречь.

В качестве усилителей обычно используют прецизионные операционные усилители с коррекцией дрейфа нуля и с полосой пропускания до 50 Гц. Требуемый коэффициент усиления зависит от уровня сигнала на входе усилителя и от расстояния, на которое передается сигнал.

Для фильтрации помех промышленной частоты используются одно или двухзвенные RC-фильтры (интегрирующие цепочки) [56]. Полоса пропускания fпр такого фильтра зависит от времени опроса датчика Топрi:

fпр=0,2/Топрi.

Поскольку частоты полезных сигналов в АСУТП находятся в пределах 1 Гц, то, выбрав высокоточные элементы в этих фильтрах, можно также пренебречь их аппаратными погрешностями.

Следовательно, погрешность на входе МК вхi = 2 + 2. (44) датчi АЦПi Для выбора датчика и АЦП необходимо задать коэффициенты ( – 0,6) – долю общей погрешности, приходящейся на датчик, т.е.

(45) = датчi тз и (0 – 0,5) – долю погрешности датчика, приходящейся на АЦП, т.е.

(46) АЦПi = датчi так, чтобы произведение располагалось в диапазоне:

0 0,4. (47) При этом остальная величина допустимой погрешности измерений в i-м канале должна быть отдана ошибкам вычисления в микроконтроллере по алгоритмам первичной обработки информации.

Из выражения (47) следует, что, задаваясь значениями коэффициентов и, можно выбрать датчик и определить разрядность АЦП. В частности, чем меньше будет, тем точнее, но и дороже, будет датчик, а чем меньше будет, тем с большей разрядной сеткой потребуется АЦП. К примеру, задавая =0,6, т.е. выбирая недорогой, но грубый датчик, из выражения (46) при =0,12 получим =0,2. Следовательно, чтобы обеспечить высокую точность при плохом датчике, необходимо увеличивать разрядную сетку АЦП и, конечно, вычислителя.

Улучшения точности в этом случае добиваются применением программ усреднения или сглаживания, позволяющих ослабить низкочастотный шум в (2-10) раз.

2.4.1. Выбор датчика. Исходные данные:

- условия эксплуатации, - диапазон изменения технологической переменной Dy,;

- абсолютная величина допустимой точности измерения:

y дат y тз либо допустимая относительная погрешность в %:

доп доп утз ;

дат Tдат 0,1Тоумин, доп Тоумин - допустимая инерционность где минимальная постоянная времени в передаточной функции объекта доп управления, Tдат - допустимая величина постоянной времени датчика.

Обычно датчики выбирают в два этапа. На первом - по условиям эксплуатации определяется тип датчика, к примеру, термопара или термосопротивление. На втором - из справочника находят типоразмер датчика и все его характеристики, а именно:

- физическая величина, измеряемая чувствительным элементом датчика,;

- диапазон измерения по паспортным данным Dпсп, причем y дат диапазон изменения технологической переменной должен находиться в интервале Dy = 1 - 2 Dпсп ;

удат 3 - погрешность измерения y псп y доп или псп доп ;

дат дат дат дат - инерционность датчика Tдат Tдат, где Tдат псп доп псп - постоянная гот гот времени датчика, равная 0, 3t t дат, - время готовности датчика дат выдать первое измерение, определяемое по его паспортным данным;

- крутизна статической характеристики y вых = К дат y вх. Из серии дат дат однотипных датчиков подбирают тот, у которого крутизна КДАТ наибольшая;

- выходной сигнал датчика с указанием его диапазона, к примеру, токовый в диапазоне 0 – 5 мА, (0 – 20 мА) или напряжение в диапазоне 0 – 10 В.

Если выход датчика имеет другую физическую природу, например, изменение сопротивления или частотный, то после датчика следует ставить преобразователь (см. рис. 25), обеспечивающий унифицированный сигнал: токовый или напряжение.

Пример 1. Выбрать датчик измерения температуры воздуха в производственном помещении, изменяющейся в пределах (10 – 35 оС), точность измерений не ниже ±0,5 оС, выходной сигнал должен быть унифицированным (ток в диапазоне 0 – 5 мА или напряжение 0 – 10 В), постоянная времени объекта управления – порядка 3000 с.

Решение.

1. Выразим требуемую точность в заданном диапазоне изменения температур в относительных единицах или в %:

±0,5o C yтз = = ±0,02 или 2%.

25o C 2. Зададимся коэффициентом, равным 0,6. При этом потребуется датчик, обеспечивающий точность измерения доп = 1, 2%.

дат 3. По условиям эксплуатации выбираем тип чувствительного элемента – термосопротивление (ТС).

4. Выписываем из справочника параметры ТС с подходящими данными, как это показано в табл. 5.

Таблица Типоразмер Диапазон Инерционность Погрешность ТС измерения t гот псп дат дат о ТСМ-8012 (0 – 50) С 240 с ±0,1% (0 – 100) оС ТСП-085 9с ±0,1% (0 – 100) оС ТСП-763 240 с ±0,1% Примечание: в типоразмере ТС буква М соответствует медному, П - платиновому термосопротивлениям.

Поскольку постоянная времени объекта управления значительная по величине, то инерционностью любого из указанных в таблице чувствительных элементов можно пренебречь. Следовательно, основываясь на критерии меньшей стоимости при одинаковой точности, выбираем термосопротивление ТСМ-8012. Для обеспечения токового выхода используем преобразователь в виде компенсационного моста КСМ4, обеспечивающего точность 0,25%.


При этом погрешность датчика составит:

псп = 2псп + 2псп = 0,01 + 0,0625 = ±0,933% дат, доп дат тсм ксм что даст следующее значение абсолютной погрешности процесса измерения Dпсп 50o C yдат псп псп = ±0.466o C.

y = = ±0, дат дат 100 В результате выбора датчика из его паспортных данных становятся известными диапазон измерения Dпсп и точность y псп ;

псп. Эти дат дат yдат значения наряду с выбранной величиной коэффициента позволяют определить длину разрядной сетки АЦП.

2.4.2. Выбор АЦП. Исходные данные: диапазон измерения Dпсп ;

yдат точность датчика y псп ;

псп ;

величина коэффициента : 00,5.

дат дат АЦП характеризуется разрядностью, быстродействием и помехозащищенностью. Длина разрядной сетки АЦП N y АЦП рассчитывается в соответствии с выражением:

Dпсп удат = E log 2 + 1, N y АЦП (47) 2 у псп дат в котором операция Е{…} означает округление результата до ближайшего целого в большую сторону, а коэффициент появляется из-за разницы в вычислении дисперсий погрешностей датчика и АЦП. Так как погрешность датчика подчиняется нормальному закону распределения, а погрешность АЦП – равномерному, то дисперсии соответствующих погрешностей будут равны:

( у ) ( у ) псп 2 дат 2 =, АЦП = АЦП.

дат 9 Следовательно, учитывая, что 2 = 2 2, величину младшего дат АЦП разряда АЦП можно определить как y псп y АЦП = (48) дат Нужно заметить, что если расчеты погрешностей ведутся в относительных единицах или в процентах, то в качестве диапазона измерения Dпсп в формуле (47) следует брать либо 1, либо 100%.

yдат Пример 2. Определить разрядность АЦП для преобразования аналогового сигнала измерения температуры в код с помощью выбранного в примере 1 датчика температуры при, равном 0,1.

Решение.

На основании выражения (47) и данных примера 1 получаем:

50o C 100% 3.

N = E log 2 0,1 0,466o C + 1 = E log 2 2 0,1 0,933% + 1 = АЦП При этом, как следует из (48), величина младшего разряда АЦП составит 0.054оС, а среднеквадратическое значение погрешности на входе вычислителя с учетом (44) y y вх = 2 + 2 АЦП = 0.494o C.

датч = + 9 датч АЦП Пример 3. Оценить погрешность на входе МП в относительных единицах при измерении температуры термосопротивлением ТСМ 8012 (см. пример 1), имеющим по паспортным данным относительную погрешность =0,1%. В качестве преобразователя применить компенсационный мост КСМ4 с погрешностью =0,25%. Для преобразования унифицированного сигнала в код использовать 16 разрядный АЦП. Определить значения коэффициентов и.

Решение.

1. Определим относительную погрешность АЦП, принимая максимально возможную измеряемую величину за 100% 100% АЦП = = 0,0015%.

216 - 2. Учитывая то, что погрешности термосопротивления и компенсационного моста подчиняются нормальному закону распределения, а погрешность АЦП – равномерному закону, вычислим среднеквадратичное значение погрешности на входе МП как 2 кпм АЦП вх = + + = 0,0836%.

тс 9 9 3. При этом коэффициенты и соответственно равны:

датч датч 0.933% 9 = 0.47, = = 0,0014.

= = = АЦП АЦП = тз тз 2% 12 дат дат Представленные в примерах расчеты показывают, как оценивать погрешности в абсолютных и относительных единицах. При этом в формулу (44) необходимо ввести коэффициент пересчета Dпсп дат k прс =, (49) N АЦП 2 - величина которого будет зависеть от разрядности АЦП и от того, в каких единицах проведены расчеты. Например, при NАЦП=10 и Dпсп, диапазоне датчика представленном 100 %, дат 100(%) = 0,0978 Если же диапазон датчика и все погрешности k прс = 2 - o рассчитываются в абсолютных величинах, то k прс = 50( C) = 0,0489.

2 - Следовательно, формула (44) примет вид:

вхi = 2 k2. (50) + АЦПi прс датчi Как было отмечено выше, помимо разрядности, важную роль при выборе АЦП играют его быстродействие и помехозащищенность.

Быстродействие АЦП и его помехозащищенность связаны обратно пропорциональной зависимостью, т.е. чем выше помехозащищенность, тем больше потребуется времени на преобразование аналоговой величины в код. Так как для технологических процессов не требуется высокое быстродействие, то выбирают АЦП интегрирующего типа, имеющий высокую помехозащищенность и время преобразование порядка 100 мс.

2.4.3. Выбор микроконтроллера. Критерием выбора обычно является минимум длины разрядной сетки АЛУ микроконтроллера (МК) при обеспечении заданного быстродействия и минимальной стоимости.

Из практики и технической литературы известно, что вычисления в МК должны выполняться с точностью, превышающей точность АЦП.

Удовлетворить этому требованию можно, либо выбрав разрядность АЛУ большей разрядности, чем у АЦП, на величину d, т.е.

(51) N А Л У = N уА Ц П + d либо выполняя расчеты на меньшей разрядности, но с удвоенной точностью. В последнем случае обязательна проверка по требуемому быстродействию, при этом в последующем выражении перед слагаемым ТВЫЧ должна стоять цифра 2:

Т цикла = Т вы ч + Т обм + Т АП Д Т ц доп (52)) где Тцикла - время цикла, равное времени между опросом i-го датчика и выдачей информации по i-му каналу измерения;

ТВЫЧ - время вычислений в цикле по принятым алгоритмам;

ТОБМ - время обмена информацией при вычислениях между ОЗУ и ПЗУ;

ТАПД - время прохождения информации через аппаратуру передачи данных в i-м канале измерения;

Тц доп - допустимое время цикла между двумя соседними опросами датчика.

Выбирая разрядность АЛУ МК в соответствии с выражением (51), необходимо так подбирать величину d, чтобы значение NАЛУ было кратно байту.

В настоящее время рынок МК достаточно обширен, поэтому подобрать МК в соответствии с предложенным критерием несложно, однако затем необходимо оценить точность вычислений по принятым алгоритмам с учетом всех погрешностей, возникающих в МК (см.

разд. 2.6 части 2).

Известно, что длина разрядной сетки АЛУ определяется требуемой точностью вычислений. Чтобы определить какую погрешность в точность представления измеряемой переменной вносит вычислитель, необходимо знать алгоритмы первичной обработки аналоговой информации.

2.5. Алгоритмы первичной обработки информации В любой автоматизированной системе перед принятием решения должен быть выполнен анализ сигналов, поступивших по каналам связи от датчиков. Прежде всего, должна быть выполнена проверка этих сигналов на достоверность, чтобы выявить нарушения, как в канале передачи информации, так и в работе датчиков. Среди таких нарушений можно назвать случайную импульсную помеху, обрыв или короткое замыкание. К тому же датчики могут иметь статические ошибки, нелинейные характеристики или зашумленный выходной сигнал, что скажется на точности измерения. Для получения корректных значений результатов измерения применяют алгоритмы первичной обработки такие, как масштабирование, пересчет в технические единицы, проверка на достоверность, сглаживание, проверка на технологические границы [59].

2.5.1. Проверка на достоверность. Благодаря выполнению этого алгоритма, обнаруживаются и устраняются импульсные помехи, выявляется обрыв или короткое замыкание в канале связи и формируется сообщение о нарушениях оператору-технологу. В зависимости от того, меняется ли технологическая переменная во времени или остается постоянной, требования по проверке будут отличаться. Если переменная по ходу технологического процесса изменяется и известна допустимая скорость этого изменения, то проверку на достоверность осуществляют по условию:

xik - xi(k-j) VDi, (53) Tvi где i - номер датчика;

k - номер отсчета;

VDi - допустимая скорость изменения технологической переменной xi;

Tvi – временной интервал проверки на достоверность по скорости изменения, связанный со Tопрi соотношением:

временем опроса датчиков Tvi = jTопрi. (54) Величина j не должна быть меньше трех, поскольку заключение о недостоверности сигнала принимается после трех кратного нарушения условия (53).

В случае постоянства технологической переменной xi должны быть известны верхняя XBi и нижняя XHi допустимые границы её отклонений, определяемые, обычно, из технологических инструкций и по условиям эксплуатации. Так, например, допустимые изменения температуры перегретого пара в парогенераторе составляют (460 – 550)оС при номинальном значении 540 оС [60]. Следовательно, выход единичного измерения или серии измерений за указанные границы должен рассматриваться как нарушение. Чтобы его обнаружить, необходимо выполнить проверку следующего неравенства:

XH i x ik XB i. (55) Проверка сигналов на достоверность заключается в следующем:

если условия (53) или (55) не выполняются, то содержимое счетчика нарушений увеличивается на 1, неверное значение показаний датчика заменяется последним достоверным, и проверяется следующее показание датчика с более мелким шагом опроса. Процедура проверки повторяется. Если трижды подряд не выполняются неравенства (53) или (55, то по знаку разностей (xik - xik(k-j)) или (xik - XGi) принимается решение о нарушении связи в i-м канале (при отрицательном знаке) или неисправности датчика этого канала (при положительном знаке).

Во второй скобке XGi - та граница, по которой не выполняется условие (55). После обнаружения ошибки фиксируется время нарушения, его причина и включается резервный канал или резервный датчик.

2.5.2. Сглаживание. Обычно по ходу технологических процессов возникают помехи с частотами, близкими или равными частотам полезного сигнала. Примером такой помехи могут быть погрешности измерения. Устранить их аппаратными фильтрами не удается, но можно ослабить, и весьма существенно, программным путем, реализуя алгоритм скользящего или экспоненциального сглаживания.

Оценим каждый из них с точки зрения расхода памяти и быстродействия, а также покажем, как следует вычислять параметры сглаживания перед запуском этих программных модулей.

Под быстродействием рассматриваемых алгоритмов будем понимать готовность каждого из них выдать 1-е значение сглаженного сигнала с заданным уровнем ослабления помехи i.

Алгоритм скользящего среднего определится формулой:

1 Mi xi(Мi +k-j), xcik = (56) M i j= где Mi – параметр сглаживания, величина которого определяет количество отсчетов xij (j = 1,M i ), взятых для вычисления одного сглаженного значения xcik.

Раскроем формулу (56) для частных значений k, а именно:

xci1 = (x i1 + x i2 +...x i(M i ) ), (57.а) Mi (xi2 + xi3 +...xi(Mi +1) ), (57.б) xci2 = Mi xci3 = (xi3 + xi4 +...xi(Mi +2) ) (57.г) Mi и т.д.

Принцип скользящего окна поясняется формулами (57.а) - (57.г), из которых следует, что для вычисления очередного сглаженного значения записанная в Mi ячейках памяти информация сдвигается влево, и в освободившуюся ячейку заносится новый отсчет датчика.

После чего выполняются процедуры суммирования Mi отсчетов и умножения на коэффициент 1/Mi. Из анализа алгоритма (56) следует, что для его реализации потребуется Mi+2 ячейки памяти, а время готовности алгоритма выдать с заданной точностью 1-е сглаженное значение составит t ск.ср. = M i Tопрi. (58) Величина параметра сглаживания Mi вычисляется по заданному значению коэффициента ослабления помех i, который, в свою очередь, представляет собой отношение:

2i x i = 2, (59) xci 2 где xi - дисперсия помех в отсчетах датчиков xik, xci - дисперсия помех в сглаженных, вычисленных в соответствии с алгоритмом (56) значениях xcik.

Чтобы оценить величину Mi, представим каждую из переменных, входящих в выражения (56), (57) как:

xik = mo xi + xik, (60) xcik = mo xi + xcik Подставляя (60) в (56) или (57) и вычитая из результата подобные уравнения, записанные относительно математических ожиданий, получим уравнения относительно абсолютных значений погрешностей, которые будут идентичны выражениям (56) и (57) соответственно, например:

(x i1 + x i2 +... + x i(M i ) ).

xc i1 = Mi Предполагая, что значения погрешностей в соседних точках не коррелированны и характеризуются дисперсией 2i можно записать x следующее уравнение относительно дисперсии погрешности сглаживания:

2 i = (2i +2i +... + 2i ) xc x x x Mi 144 24444 Mi или 1 x 2 i = (M i 2i ) = i.

xc x Mi Mi Следовательно, с учетом выражения (60) значение параметра сглаживания для i–го датчика Mi=i.. (61) 2.5.3. Экспоненциальное сглаживание. Для экспоненциального сглаживания алгоритм имеет вид:

xc ik = xc i(k-1) + i (x ik - xc i(k-1) ) (62) при начальном значении xci0=0 и диапазоне изменения параметра сглаживания: 0i1.

Следует отметить, что в реальных условиях в результате вывода технологического процесса или технического объекта в установившийся режим работы становится известным желаемое значение контролируемой или регулируемой переменной, которое ранее было обозначено как mo xi. Именно эта величина и может быть использована в качестве начального значения xci0.

Величина параметра определяет длительность переходных процессов и качество сглаживания. Чем меньше, тем лучше сглаживание, но тем большее время потребуется для получения сглаженного значения xcik с заданным ослаблением помехи i.

Поэтому, как и в предыдущем алгоритме сглаживания, возникает задача нахождения значения параметра сглаживания i и времени готовности алгоритма (62) вычислить 1-е сглаженное значение xcik с принятым коэффициентом ослабления помех i.

Для определения параметра сглаживания i перейдем в выражении (62) к дисперсиям погрешностей измерений, принимая те же допущения, что и для алгоритма (56), тогда 2 i = (1 - i )2 2 i + i2 2i.

xc xc x Откуда 1 i, (63) = i 2 - i или i = (64) i + Выражение (64) позволяет рассчитать параметр i для алгоритма экспоненциального сглаживания, если задан коэффициент ослабления помех i. Алгоритм (62) можно представить не в рекуррентной форме, а в виде суммы следующего вида:

xcik =i[xik +(1-i ) xi(k-1) +(1-i ) xi(k-2) + (1-i ) xi(k-3) +...+(1-i ) xi1].

2 3 k- Считая, что погрешности измерения в каждом отсчете i–го датчика не коррелированны, приходим к аналогичному уравнению относительно дисперсий этих погрешностей, т.е.

2 =i2{[1+(1-i )2 +(1-i )22 +(1-i )23 +...+(1-i )2(k-1) ]2i } xci x Выражение в квадратных скобках можно записать как сумму a (1- qk ) убывающей геометрической прогрессии Sk = 1 со знаменателем 1- q q = (1 - i ) 2 Следовательно, 1 - (1 - i )2k 2 1 - (1 - i )2k 2 i = i2 xi = i xi. (65) xc 1 - (1 - i )2 2 - i В результате на основании формул (63) и (65) получаем 1 - (1 - i )2k = i (66) i 2 - i В выражении (66) член (1- i )2k с ростом k стремится к нулю, приближаясь к (63). Задаваясь степенью приближения, можно вычислить значение k, которое будет определять количество рекуррентных вычислений в алгоритме (62), и, следовательно, время получения первого сглаженного значения при заданном коэффициенте ослабления (59).

На основании сказанного из равенства (1 - i )2k = находим ln, (67) ki = E0,5 ln(1-i ) откуда ясно, что первое сглаженное значение будет получено с заданной точностью в соответствии с алгоритмом (62) спустя время ln 0, 5Tопр i. (68) t экс.сгл = k i Tопр i = E ln(1 - i ) Как следует из (68), это время будет возрастать с увеличением точности вычислений. Достоинством алгоритма экспоненциального сглаживания, по сравнению со скользящим окном, является малый объем памяти, хотя он значительно дольше входит в установившийся режим.

Выбор того или иного алгоритма зависит от конкретных требований к быстродействию и объему памяти, сформулированных в ТЗ на разработку системы.

На рис. 29 приведены графики изменения сигналов, построенные с помощью пакета MatLab по результатам работы программ в соответствии с описанными выше алгоритмами.

В качестве исходного массива данных по i-му каналу измерения был использован массив нормально распределенных чисел с заданными параметрами. На рис. 29.а представлен график этого массива, но с наложением в произвольных точках импульсных помех, обрыва и короткого замыкания. После отработки программы «Проверка на достоверность» был получен массив, представленный на рис. 29.b. Этот массив затем обрабатывался программами «Скользящее среднее» и «Экспоненциальное сглаживание». Задавая различные значения коэффициента ослабления i, рассчитав параметры сглаживания Mi и i можно было проверить работу предложенных алгоритмов. В частности, представленные на рис. 29.c и рис. 29.d графики соответствуют расчетным значениям =М=10 и =0,18. При этом величина k=17 при при заданной точности =0,001.

a) Signal v kanale izmereniya 0 Dispersiya:1045. 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 b) Signal posle proverki 0 Dispersiya:0.89051;

Korotkoe zamikanie na otschete:310;

Obriv v kanale na otschete 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 Sglajivaniye skolzjashim srednim c) 0 Dispersiya:0.087716;

Neksper:10.1522;

Tckcp=10*Topr 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 Exponencialnoye sglajivaniye d) 0 Dispersiya:0.087969;

Neksper:10.123;

Tekssgl=17.2117*Topr 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 Рис. Экспериментальное значение коэффициента ослабления, как подтвердило моделирование, получилось равным заданному с точностью (1.2-1.5)%.

2.5.4. Пересчет в технические единицы. Для представления оператору-технологу реальных значений технологических переменных существуют формулы пересчета, вид которых определяется типом датчиков.

Если у датчика линейная градуировочная характеристика (см.

рис. 30), как например, у датчиков уровня, давления, то пересчет осуществляется в соответствии со следующим выражением:

Xiмин - Xiмакс xik = Xiмин + xik = Xiмин + k прсi xik, (69) N АЦПi 2 - в котором черточкой над переменной ( xik ) обозначен её цифровой код, индекс i относится к номеру канала измерения, индекс k – к номеру отсчета в этом канале.

xi ximax ximin xi 2NАЦП xi-k Рис. При нелинейной характеристике, например, квадратичной пересчет выполняется по следующей формуле:

2 Xiмин - Xiмакс x ik = Xiмин + xik. (70) N АЦПi 2 - Подобной характеристикой обладают обычно датчики расхода.

Для многих датчиков градуировочная характеристика предсталяется в виде степенного ряда n x ik = a j xik, j4..

j (71) j= Например, для датчиков температуры достаточно степень аппроксимирующего полинома j брать не более двух.

2.5.5. Проверка на технологические границы. Эта проверка является одним из основных элементов контроля хода ТП. Контроль производится путем сравнения текущего значения технологической переменной xik с заданными значениями верхней XBi и нижней XHi границ [56]. При нарушении этих границ программа выдает признак нарушения ik = 1, фиксирует время нарушения, сообщает оператору технологу о нарушении и посылает все данные в архив.

Чтобы предупредить повторные переключения признака ik, когда значение технологической переменной колеблется вблизи одной из границ, вводится полоса гистерезиса i, равная, например, 5% от диапазона изменения этой переменной. В результате признак нарушения границы вырабатывается в соответствии с условиями:

g ik = 1 при x ik XB i или x ik XH i, (72) g ik = 0 при XH i + d i g i(k-1) x ik XB i - d i g i(k-1) Подобная проверка предусмотрена и в SCADA-системе TRACE MODE. Но, помимо зоны гистерезиса, в TRACE MODE предусмотрена зона предупреждения по предаварийной ситуации.

2.6. Оценка погрешностей программных модулей ПСОИ Как было отмечено ранее, вычисления в микроконтроллере сопровождаются погрешностями, которые влияют на точность результата. Рассмотрим, как оцениваются эти погрешности, и каким образом их можно уменьшить. Среди погрешностей вычислений обычно различают три их вида:

- погрешность инструментальная за счет ограниченной длины разрядной сетки;



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.