Устройства получения информации

Устройства получения информации предназначены для сбора и преобразования информации без изменения ее содержания о контролирующих и управляющих параметрах технологических процессов. К устройствам получения информации о состоянии процесса относятся чувствительные элементы или датчики, измерительные и нормирующие преобразователи. К этой же группе устройств относятся релейные (позиционные) преобразователи.

Измерительный преобразователь это совокупность чувствительного элемента, измерительного и нормирующего преобразователей. Нормирующие
преобразователи переводят выходной сигнал измерительного преобразователя с естественным выходом в унифицированный сигнал.

В настоящее время наиболее распространенные выходные сигналы: величины постоянного и переменного токов, напряжения, импульсы, модулированные по амплитуде, ширине, фазе или частоте и давление воздуха. Величины основных унифицированных сигналов установлены соответствующими стандартами и приведены в табл. 2.2.

Таблица 2.2 –Унифицированные сигналы преобразователей

Для организации введения данных из датчиков необходимо осуществить опрос датчиков и определить значение измеряемых величин согласно показателям датчиков. Режим получения данных с объекта управления реализуется с помощью циклического и адресного опроса датчиков. При циклическом опросе датчики периодически опрашиваются в предварительно заданной и установленной последовательности. При этом в каждом цикле (такте квантования) отдельные датчики опрашиваются несколько раз через промежутки времени . Результаты опросов усредняются, и средние значения запоминаются. После этого через промежуток времени, который равен периоду квантования , весь процесс повторяется, т.е. датчики снова опрашиваются раз с дискретностью , и результаты опроса усредняются. Для большей точности желательно, чтобы при ограничении .

При адресном опрашивании по адресу, указанному оператором или определенному автоматически, опрашивается один или несколько датчиков. Для использования результатов опрашивания в алгоритмах управления необходимо определить истинные значения измерительных величин согласно показателям датчиков. Исходный сигнал датчика с истинным значением измерительного параметра X в общем случае заменяется нелинейной зависимостью вида . Для определения измерительной величины X по показателям датчика разработано много алгоритмов.

При линейной характеристике датчика значение измерительной переменной определяется следующим образом

, (2.17)

где - нижняя и верхняя границы шкалы измерительного параметра;

- нижняя и верхняя границы выходных сигналов датчика;

х - текущее значение параметра X;

у - выходной сигнал датчика текущего значения параметра х при каждом опросе.

При квадратичной характеристике датчика значения параметра определяются формулой

. (2.18)

Если зависимость У от Х аналитически определить невозможно, то для определения истинного значения измеряемого параметра используются аппроксимирующие полиномы

, (2.19)

где - постоянные коэффициенты, которые определяются таким образом, чтобы погрешность аппроксимации (2.19) не превышала допустимого значения во всем интервале измеряемого параметра и сигнала , полученного с датчика.

Оценка точности представления сигналов. Реальный физический сигнал , снимаемый с выхода датчика, превращается в соответствующий цифровой код. Связь между реальным сигналом и точным невозбужденным значением сигнала на выходе датчика может быть представлена в виде

, (2.20)

где - погрешность, которая вызвана несовершенством динамической характеристики датчика;

- высокочастотный низкого уровня шум на выходе датчика;

- возможные сбои в работе датчика;

- случайная помеха, которая обусловлена дрейфом коэффициентов характеристики датчика в результате старения и других причин.

Влияние высокочастотной помехи может быть уменьшено применением алгоритмов усреднения, которые реализуют функции выделения постоянной составляющей сигнала в реальном времени и фильтрации случайных выбросов.

Для реализации фильтров высокочастотных помех применяется алгоритм усреднения с бесконечной памятью. Допустим, что на сигнал постоянной величины накладывается случайная помеха так, чтобы измерительный сигнал, который снимается с датчика, был равен

. (2.21)

Определим значение постоянного сигнала по методике наименьших квадратов

. (2.22)

Благодаря минимизации функции потерь из условия , получаем усредненную оценку

. (2.23)

Алгоритм усреднения в рекурентной форме получается путем вычитания предыдущей оценки из (2.23):

. (2.24)

Рассмотренный алгоритм не применяется для оценки сигнала , который изменяется медленно. В этом случае применяется алгоритм усреднения с ослабленной памятью. В предыдущем алгоритме предусматривалось, что оцениваемая координата в интервале измерений остается постоянной. В этом случае в отдельные измерения входят значения с одинаковыми весами, независимые от дискретного времени . Если нужно отследить медленно изменяющийся сигнал , то новым измерениям необходимо увеличить вес сравнительно с теми, которые были получены раньше. Усредненная оценка параметра

, (2.25)

где величина выбирается порядка 0.95.

Алгоритм усреднения получим в виде

, (2.26)

где - усредненное значение сигнала , снимаемого с датчика.

Для устранения применяют алгоритмы перехода контролирующего параметра за допустимые границы. Простейший алгоритм базируется на отбраковке следующего опрошенного сигнала при выходе его за известный диапазон изменения . Если известная погрешность сигнала и диапазон изменения , то значение сигнала при -м опросе бракуется, если для него не выполняется условие

. (2.27)

При этом заменяют предыдущим по времени небракованным значением сигнала . Более тщательное устранение сбоев выполняется с учетом диапазона и скорости изменения при известной погрешности сигнала . При этом сигнал бракуется, если не выполняется хотя бы одно из неравенств:

(2.28)

. (2.29)

При преобразовании в АЦП аналогового сигнала в цифровой код возникает погрешность округления, которая равняется половине последнего верного разряда кода числа, которую условно можно отнести к составной .

Дата добавления: 2015-07-08