Алгоритмизация задач АСУ ТП

Алгоритмическое обеспечение АСУ ТП можно разбить на 4 группы:

а) Алгоритмы сбора и первичной обработки информации.

б) Алгоритмы специального математического обеспечения (интегрирование, сравнивание, извлечение корня при измерении расхода и т.п.).

в) Алгоритмы вывода информации.

г) Алгоритмы общесистемного обеспечения (алгоритмы работы операционной системы).

 

1.1 Алгоритмы сбора информации определяют последовательность сбора и записи информации в соответствующие разделы памяти. Периодичность опроса зависит от характера изменения технологического параметра, а приоритет – от технологической значимости. Порядок опроса может быть жестким, то есть будет производиться в строгой последовательности; или адаптивным, например, если значения какого-то параметра близки к аварийным, они будут запрашиваться и вводиться в память в первую очередь.

Первичная обработка информации включает в себя:

- Тарирование (масштабирование) аналоговых сигналов. Целью тарирования является получение функциональной зависимости между выходным сигналом датчика и реальным значением технологического параметра. Пусть x_max, x_min ,x_и – максимальное, минимальное и измеряемое значения выходного сигнала датчика x(t), а y_max, y_min – максимальное и минимальное значения диапазона измерения датчика в реальных единицах  y(t) приведённого в соответствие к x_max и x_min, тогда величина К_Т =  называется коэффициентом тарирования и определение значения технологического параметра y(t) в соответствующих единицах измерения осуществляется по формуле:

 

y(t) = K_T (x_и - x_min) + y₀,  (1.1)

 

где y₀ – смещение, то есть начальное  значение технологического параметра.

 

Тарировочная функция в виде программного блока закладывается в память ЭВМ и является частью общего алгоритма обработки информации. Значение технологического параметра в реальных единицах, вычисленное ЭВМ с помощью тарировочной функции используется при дальнейшей работе основной программы.

Пример:

Температура в термокамере измеряется с помощью термоэлектрического преобразователя имеющего предел измерения от 300 до 1000 ºC и выходной сигнал  в виде унифицированного сигнала от 4 до 20 мА. Тарировочная функция = T(I)  будет иметь вид Т(I) = ·(x_и – 4) + 300 ºС = 43,75*I + 300 ºC. Для любого значения тока мы можем определить реальное значение температуры.

Для точки I = 10 мА; Т = 562,5 ºC.

 

- Контроль достоверности служит для выявления грубых ошибок в исходных данных. Проверка может осуществляться на диапазон достоверности:

 

  x_min ≤ x(t) ≤ x_max (1.2)

 

или на скорость изменения параметра:

 

Δx_min ≤ [x_i(t)- x_i-1(t)] ≤ Δx_max.  (1.3)

 

На случай недостоверности для расчёта могут быть приняты предыдущие значения (среднее, граничное и т.п.). В том случае, если часто регистрируются недостоверные значения, управляющая система выдаёт сигнал об аварии и/или останавливает технологический процесс.

- Фильтрация используется для уменьшения или исключения случайных помех, шумов и посторонних сигналов, влияющих на результаты измерений технологических параметров.

Обычно полагают, что результат измерения Y(k) представляет собой полезный сигнал X(k) и аддитивную помеху Z(k), то есть:

 

Y(k) = X(k) + Z(k).   (1.4)

 

Источниками помех в АСУ ТП могут быть электромагнитные наводки, вибрация, турбулентность потоков, собственная погрешность датчиков и т.д.

К простейшим фильтрам можно отнести следующее:

а) Алгоритм обработки совокупности измерений

Х_Ф(i) = X(k), где Х_Ф(i) – выход фильтра.

Фактически он вычисляет среднее арифметическое значений входного сигнала. Алгоритм применим если Х – постоянная величина.

б) Рекуррентный алгоритм

Х_Ф(i) = Х_Ф(i-1) +  [Х_Ф(i) - Х_Ф(i-1)]

в) Фильтр «скользящего» (текущего) среднего

Х_Ф(i) = Х(j)

При этом усредняется К последних измерений сигналов.

г) Экспоненциальный фильтр

Аппаратным аналогом является известная RC-цепь

Алгоритм работы рассмотренных фильтров реализуется в виде программного блока (или подпрограммы) в составе основной управляющей программы АСУ.

 

1.2 Алгоритмы вывода информации определяют последовательность операций при выводе информации на устройства отображения, печатающие устройства, обмен информацией с АСУ ТП более низкого или более высокого уровня, последовательность вывода управляющих воздействий на исполнительные механизмы.

Последовательность алгоритмов обработки информации можно представить в виде схемы, представленной на рисунке 1.7.

Рисунок 1 - Последовательность алгоритмов обработки информации в АСУ ТП