Первичная обработка данных в АСУТП
· Задача первичной обработки данных.
· Примеры решения задач первичной обработки данных.
1. Задача первичной обработки данных.
· Под первичной обработкой данных в системах реального времени понимается обработка данных, поступающих с выходов первичных преобразователей информации (датчиков).
Задачу первичной обработки данных можно сформулировать следующим образом: известны наблюдаемые (измеряемые) и содержащие ошибки действительные значения У вводимой физической величины, а также структура и погрешности DУ оборудования, входящее в состав измерительного канала (рис.1.4.1). Необходимо найти номинальные значения физической величины Х0 или ее действительные значения Х.
Рис.1.4.1 к задаче первичной обработке данных
На практике задачи первичной обработки информации представляет собой комплекс следующих взаимно связанных задач.
· масштабирование, калибровка, линеаризация характеристик оборудования измерительного канала;
· контроль достоверности измеренных значений;
· корректировка влияния ошибок измерения DУ и помех DХ.
Рассмотрим эти задачи на примере одномерного измерительного канала с линейной статической характеристикой:
у = кх + m (1.4.1)
где к, m – константа, масштабные коэффициенты.
Задача масштабирования состоит в определени масштабных коэффициентов в выражении (1.4.1).
Задача калибровки (градуировки) заключается в определении функции.
х = f(у) (1.4.2)
Функция (1.4.2) называется калибровочной (градуировочной) функцией и определяется экспериментально или по характеристикам устройств.
Задача линеаризации состоит в апроксимации калибровочной функции в виде ломанной или полинома n-ой степени по заданным опорным точкам. Массив опорных точек называется калибровочной (градуировочной) таблицей.
Контроль достоверности измеряемых значений физической велечины заключается в проверке наличия возможных ошибок аппаратуры и контроль очевидных ошибок, например, дефектов датчиков, грубых ошибок измерения или явных несоответствий. Контроль достоверности измерений обычно осуществляется с помощью выражений:
(1.4.3)
где xmax, xmin – границы диапозона достоверности измеряемой величины Х;
X -, X+ – опасные границы изменения величины Х.
При решении задачи корректировки влияния ошибок измерения и помех различают:
· статическую корректировку измеренных значений (компенсацию);
· динамическую корректировку (фильтрацию, сглаживание).
Необходимость статической корректировки возникает при нестабильности масштабных коэффициентов К и М в выражении (1.4.1). Эффект "дрейфа нуля" измерительного канала связан, например, с изменением во времени масштабного коэффициента
М = M(t) (1.4.4)
Масштабный коэффициент К определяет чувствительность измерительного канала и может изменяться, например, в зависимости от температуры
К = К(Т0С) (1.4.5)
Если известны законы изменения масштабных коэффициентов (1.4.4) и (1.4.5), то задача компенсации решается в соответствии с выражением:
У = [К + К(T0C)]X + [M + M(t)] (1.4.6)
Динамическая корректировка измеренных значений реализуется двумя методами:
· сглаживания измеренных значений за счет формирования средних:
(1.4.7)
2. Примеры решения задач первичной обработки данных.
Задача 1.
Датчик давления имеет линейную шкалу в диапазоне 0-10 кГс/см2. Сигнал от датчика поступает на 12 разрядный АЦП. Необходимо создать закон трансляции.
Решение.
Поскольку датчик имеет линейную шкалу, то выбираем закон трансляции ЛИНЕЙНЫЙ.
Т.к. нулевому значению сигнала соответствует нулевое значение измеряемого параметра (давления), то М=0
Задача 2.
Датчик давления измеряет избыточное давление в технологическом аппарате в диапазоне 0-1кГс/см2, имеет линейную шкалу и статическую погрешность 0,05 кГс/см2. Сигнал с датчика имеет стандартный выход на 12-ти разрядный АЦП. Конечный результат должен быть представлен в кПа..
Решение.
Поскольку нулевому значению кода АЦП соответствует нулевое значение измеряемого параметра и присутствует статическая ошибка, то закон трансляции имеет вид:
Задача 3.
Датчик атмосферного давления имеет линейную шкалу в диапазоне 400-900 мм.рт.ст. и стандартный выход на 12-ти разрядный АЦП. Конечный результат должен быть представлен в кПА.
Решение.
Минимальному значению кода АЦП (0) соответствует значение давления 400 мм.рт.ст.=53.3 кПА, а максимальному (4095) – 900 мм.рт.ст = 120 кПА. Формула для расчета реального значения атмосферного давления записывается следующим образом:
