Алгоритмическое обеспечение: основные определения и алгоритмы

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 xmax, xmin ,xи – максимальное, минимальное и измеряемое значения выходного сигнала датчика x(t), а ymax, ymin – максимальное и минимальное значения диапазона измерения датчика в реальных единицах  y(t) приведённого в соответствие к xmax и xmin, тогда величина КТ =  называется коэффициентом тарирования и определение значения технологического параметра y(t) в соответствующих единицах измерения осуществляется по формуле:  

 

y(t) = KT (xи - xmin) + 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) = ·(xи – 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:  

 

 

  xmin ≤ x(t) ≤ xmax (1.2) 

 

или на скорость изменения параметра: 

 

Δxmin ≤ [xi(t)- xi-1(t)] ≤ Δxmax.  (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

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

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

б) Рекуррентный алгоритм

ХФ(i) = ХФ(i-1) +  [ХФ(i) - ХФ(i-1)]

в) Фильтр «скользящего» (текущего) среднего

ХФ(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 Т