Методи перетворення цифрового сигналу в дійсне значення технологічного параметру

Розробка програмних продуктів

Метод №1

Постановка задачі

Задача полягає в розробці програмного компонента, який по поточному значенню електричного сигналу, який надходить в певний час збирання інформації від датчика отримати значення технологічного параметру. Програмний компонент повинен також реалізувати перевірку достовірності вхідного електричного сигналу який надходить від датчика.

Метод вирішення задачі

Спочатку визначається достовірність електричного сигналу який надходить від датчика. Достовірним поточним електричним сигналом від датчика приймається таке його значення, яке більше заданого мінімального значення X_min і менше заданого максимального значення X_max, якщо ні повідомлення оператору. Якщо значення електричного сигналу X_i визначається достовірним, то значення технологічного параметра Y_i визначається по рівнянню Y_i=a₀+a₁x_i+a₂x²_i.

Опис вхідної інформації

X_i – поточне значення електричного сигналу.

X_min – мінімальне задане значення електричного сигналу яке може надходити від датчика.

X_max – максимальне задане значення електричного сигналу яке може надходити від датчика.

a₀, a₁, a₂ – коефіцієнти нелінійного алгебраїчного рівняння яке описує характеристику датчика

Опис вихідної інформації

Y_i - поточне значення технологічного параметра.

Алгоритм №1

Повідомлення про недостовірність вхідного параметру

Виведення значення Y_i

Кінець

X_i>X_max

Y_i=a₀+a₁x_i+a₂x²_i

Ні

Так

Початок

Введення даних, X_min, X_max, a₀, a₁, X_i, Y_i

X_i<X_min

Повідомлення про недостовірність вхідного параметру

Так

Ні

Опис першого алгоритму

Блок 1. Здійснює введення даних X_min, X_max, a₀, a₁, a₂, X_i, Y_i.

Блок 2. Здійснює перевірку вхідного поточного електричного сигналу X_i, порівняно з його мінімальним значенням. Якщо вхідний електричний сигнал більший за X_min, переходимо до блоку 3. Якщо X_i менший X_max переходимо до блоку 4.

Блок 3. Перевіряє чи електричний сигнал X_i не перевищує Хmах, якщо перевищує переходимо до блоку 5. Якщо вхідний електричний сигнал менший за Хmах переходимо до блоку 6.

Блок 4. Формує і виводить повідомлення про недостовірність вхідного параметру (X_i < X_min).

Блок 5. Формує і виводить повідомлення про недостовірність вхідного параметру (X_i > X_max).

Блок 6. Розраховує поточне значення технологічного параметра по

нелінійному рівнянню Y_i=a₀+a₁x_i+a₂x²_i.

Блок 7. Виводить значення на екран.

Метод №2

Постановка задачі

Розробити програмний компонент, який забезпечить перетворення електричного сигналу, що надходить від датчика технологічного параметра в ЕОМ в дійсне значення цього технологічного параметра методом пошуку та пропорції.

Метод вирішення задачі

Метод полягає у визначенні поточного значення технологічного параметру: на першому етапі знайти табличне значення яке менше x_i та більше x_i; на другому етапі визначити номер x_мента x_більшзначень таблиці; третій етап по значенням номерів визначити відповідні y₁за номером x_мен, і y₂за номером x_більш; четвертий етап полягає у визначенні дійсного значення технологічного параметра шляхом складання пропорції за формулою c=((x_i-x_j_-1)/(x_j-x_j_-1))*(y_j-y_j_-1)+y_j_-1;

Вхідні данні до задачі

1. Характеристика датчика представлена у вигляді градуровочної таблиці виду:

№	x	y
i-1	x_i-1	y_i-1
i	x_i	y_i
i+1	x_i+1	y_i+1
n	x_n	y_n

2. Поточне значення електричного сигналу x_i, що надходить в ЕОМ від відповідного датчика в поточному циклі i;

3. Мінімальне x_min та максимальне x_max значення електричного сигналу, значення менше/більше якого характеризувати несправність.

Вихідна інформація

Дійсне значення фізичної величини c (°C, %, м²/сек, ітд).

Початок

Алгоритм №2

Ні

Так

Вивід значення с

c=((x_i-x_j-1)/(x_j-x_j-1))*(y_j-y_j-1)+y_j-1

j=1

Ні

Gjxfnjr

Дані таблиці, x_i, min, max, c

x_i<x_min

Так

x_i>x_max

Так

с=–1

j=j+1

x_i<x_j

u eG1sUEsFBgAAAAAEAAQA8wAAAPcFAAAAAA== " adj="-304"/>

Ні

с=–2

Кінець

Опис другого алгоритму

Блок 1. Введення градуровочної таблиці, поточного значення електричного сигналу х_і та допустимих меж значень сигналу x_min, x_max;

Блок 2. Порівнюємо х_із x_min,

якщо так, то переходимо до блоку «9»

якщо ні переходимо до наступного блоку («3»);

Блок 3. Перевіряємо чи х_ібільше x_max:

якщо так, то переходимо до блоку «10»

якщо ні то переходимо до наступного блоку («4»);

Блок 4. j=1;

Блок 5. j=j+1;

Блок 6. Перевіряємо х_і< x_j,

якщо так, то переходимо до блоку «7»

якщо ні повертаємось до блоку «5»

Блок 7. За формулою c=((x_i-x_j_-1)/(x_j-x_j_-1))*(y_j-y_j_-1)+y_j_-1визначаємо дійсне значення технологічного параметру.

Блок 8. Виводимо дійсне значення технологічного параметру.

Блок 9. Якщо с=–1; переходимо до блоку «8»;

Блок 10. Якщо с=–2; переходимо до блоку «8»;

Методи Фільтрації

Метод №1

Постановка задачі

Необхідно розробити програмний компонент, для вирішення задачі підвищення достовірності інформації одного параметра, що надходить від трьох датчиків в ЕОМ в реальному часі. Задача складається з того, що виміряні технологічні параметри об’єкта управління з використанням трьох датчиків, їх фізичні або хімічні величини, мають похибки вимірювання. Тому потрібно з трьох значень таке, яке може бути найбільш достовірним.

Метод вирішення задачі

Визначення достовірного значення складається з наступного, з трьох значень вибирається те яке більше меншого і менше більшого.

Вхідні дані до задачі

1. Значення що надходять від трьох датчиків (x₁,x₂,x₃).

Вихідна інформація

1. Дійсне значення поточного технологічного параметра Y підвищеної достовірності.

x₂>x₃

Алгоритм №1

Початок

Введення даних

Ні

Так

x₁>x₂

x₁<x₃

x₂<x₃

Ні

Так

x₁>x₃

Так

Ні

y =x₁

Виведення значення y

y =x₃

y =x₂

Кінець

Опис першого алгоритму

Блок 1.Порівнюємо поточне значення технологічного параметру яке надходить від першого датчика із значенням яке надходить від другого датчика. Якщо значення від першого датчика х₁ більше за значення від другого датчика х₂то переходимо до блоку 2, якщо ні переходимо до блоку 3.

Блок 2. Перевіряємо чи х₁ менше від х₃ якщо так, то переходимо до блоку 6, якщо ні переходимо до блоку 4.

Блок 3.Перевіряємо чи х₂ менше х₃, якщо так то переходимо до блоку 7, якщо ні переходимо до блоку 5.

Блок 4.Перевіряємо чи х₂ більше х₃, якщо так то переходимо до блоку 7 якщо ні переходимо до блоку 8.

Блок 5.Перевіряємо чи х₁ більше х₃, якщо так то переходимо до блоку 6, якщо ні до блоку 8.

Блок 6. Визначає дійсне значенняY рівне значенню яке надходить від першого датчика x₁.

Блок 7.Визначає дійсне значенняY рівне значенню яке надходить від другого датчика x₂.

Блок 8.Визначає дійсне значенняY рівне значенню яке надходить від третього датчика x₃.

Метод №2

Постановка задачі

Розробити програмний компонент, який забезпечить визначення дійсного (умовно істинного) значення технологічного параметра методом рекурсивного фільтру.

Метод вирішення задачі

Метод полягає у визначенні поточного дійсного значення (згладженого) технологічного параметру _i, за допомогою формули _i₌ _i + (1- ) _i_-1; де: x_i – виміряне поточне значення параметра.

_i_-1– дійсне значення (згладжене) параметра в попередньому циклі збирання інформації.

– коефіцієнт фільтрації (згладжування), який має значення в діапазоні 0-1.

_i – дійсне значення технологічного параметра (значення фізичної або хімічної величини).

Вхідні данні до задачі:

1. Поточне значення параметра x_i.

2. Коефіцієнт .

Вихідна інформація:

1. Згладжене значення параметра _i.

Алгоритм №2

x_i,

_i_-1 = x_i

_i= _i + (1- ) _i_-1

Вивід значення _i

Початок

Кінець

Опис другого алгоритму

Блок 1. Здійснюється введення даних x_i, ;

Блок 2. Присвоюємо поточному вхідному параметру x_i значення попередньо згладженого параметра _i_-1;

Блок 3. Розраховуємо значення поточного згладженого параметра _i, по рівнянню яке описує рекурсивний фільтр;

Блок 4. Виводить згладжене значення параметра _i;

Метод №3

Постановка задачі

Розробити програмний компонент, визначення дійсного значення з використанням не рекурсивного фільтру.

Метод вирішення задачі

Метод полягає у визначені згладженого поточного значення технологічного параметру _i, за допомогою формули _i = a₀x_i + a₁x_i_-1+ a₂x_i_-2; де: x_i, x_i_-1, x_i_-2 – виміряні значення в останніх трьох циклах збирання інформації.

a₀, a₁, a₂– вагові коефіцієнти фільтра (відповідні значення коефіцієнтів). Обов’язкові умови до значення усіх коефіцієнтів, що їх значення (від нуля і менші одиниці), сума коефіцієнтів a₀, a₁, a₂дорівнює одиниці.

Вхідні данні до задачі

3. Поточне значення параметра x_i, x_i_-1, x_i_-2;

4. Коефіцієнти рівняння a₀, a₁, a₂.

Вихідна інформація

2. Згладжене значення параметра _i.

Алгоритм №3

a₀, a₁, a₂

x_i_-2= x_i_-1

_i = a₀x_i+ a₁x_i_-1 + a₂x_{i -2}

x_i_-1= x_i

Вивід _i

Початок

Кінець

х_і

Опис третього алгоритму

Блок 1. Здійснюється введення даних X_i, a₀, a₁, a₂ ;

Блок 2. Присвоює значенню попередньо виміряного параметра X_i_-1значення X_i_-2;

Блок 3. Присвоює поточне вхідне значення параметра X_i значенню попереднього виміряного параметра X_i_-1;

Блок 4. Розраховує значення поточного згладженого параметра X_i, по рівнянню яке описує не рекурсивний фільтр;

Блок 5. Виводить згладжене значення параметра X_i;

Програмний інтерфейс

Програмний інтерфейс реалізовано у вигляді вікна, у якому відображаються дійсні значення технологічних параметрів, які надходять від датчиків. Для зручності роботи оператора також відображаються згладжені значення та графік зміни значень за останню хвилину Рис.4.1.

Рис 4.1. Вигляд інтерфейсу програми

Основні принципи роботи

На вході до програми надходить сигнал в мВ, який перетворюється в дійсне значення технологічного параметру (одним з двох методів перетворення), фільтрується і згладжується двома методами, як це зображено на Рис 4.2.

У випадку якщо значення якогось технологічного параметру виходить за визначені межі (для кожного параметра датчик має свої обмеження) то у вікні програми відповідне значення підсвічується червоним як це показано на Рис 4.2.

Рис 4.2. Сигналізація виходу за межі дійсного значення технологічного параметру

При подвійному кліку відкривається база з записаними значеннями Рис. 4.3.

Рис.4.3. Вікно форми для перегляду історії значень