5.5.1. Достоверность исходных данных и аварийная сигнализация

Существует много методов проверки достоверности исходных данных. Для автоматизированных систем достоверность играет особую роль, так как ошибки зс входных данных могут привести к некорректным управляюншм действиям. В первую очередь, необходимо убедиться, что величина входного сигнала лежит в пределах рабочего диапазо1Ш датчика. Как указывалось ранее, выход за его границы может указывать 1ш исключительную ситуацию, 1шпример, что датчик отключен. Эта проверка не долж1ш представлять собой простое сравнение с предварительно установленным пороговым значештем, потому что в этом случае даже небольшие коле-ба1Н1я около этого значения могут вызывать множество аварийных сиышлов. Во избежание таких ситуаций обычно определяют полосу гистерезиса вокруг порогового значешш (рис. ,5.28). Аварийный сигнал генерируется только тогда, когда входная величина превысит второе пороговое значение. Для того чтобы сбросить аварийный сигнал, входная величи1ш должна снова пересечь первое пороговое значение Новый аварийный сиышл может быть выработан после того, как второй порог будет достигнут снова.

Проверка скорости изменения сигнала позволяет об1шружить ошибки датчика. 1сли изменения выходного сигна.па датчика в течение нескольких последних интервалов выборки превышают заранее определенное значение, то вырабатывается аварийный сигнал. Контроль скорости изменения должен проводиться перед цифровое: фильтрацией, в противном случае изменения сигнала могут быть утрачены и проверка становится бессмысленной.

сигнал

полоса гистерезиса

вторые пороговые значения

первые пороговые значения

полоса гистерезиса

время

Рис. 5.28. Полоса 1ист-ере;жса около пороговых значений

Аварийная тгдикация устанавливается, когда значение сигнала достигает точки 1, и удерживается до тех пор, пока оно не станет меньп1е нижней границы полосы гистерезиса; новый аварийный сигнал будет выработш! в точке 2

5.5. Основы обработки измерительной информации 213

Пример 5.11

Проверка данных зонда, измеряющего концентрацию растворенного кислорода

Концентрация в аэраторе станции биологической очистки сточных вод измеряется с помощью зонда, который имеет время установления меньше минуты, Если зонд вынут из воды для калибровки и очистки, то выходной сиышл датчика увеличится в течение минуты от нормального з1шчения 2-5 мг/л до значения насыщения - около 10 мг/л. Реальное увеличение ко1щентрации растворенного кислорода в резервуаре не может произойти быстрее, чем за 10 -20 минут. Поэтому такое значителыюе изменение сигнала в течение минуты долЖ1ю считаться посторонним. Управляющая система может использовать эту ситуацию как признак того, что произведена калибровка, и переусташшить внутренние перемошые.

5.5.2. Масштабирование и линеаризация

Собранные 31шчения входного измерительного сигнала во избежание недоразумений и он1нбок должны быть пересчитаны в соответствующие инженерные еди1т-иы измере1шя. Преобразование от внутреннего представления у к инженерным единицам г обьнню М0Ж1Ю произвести с помоп1ью простой линейной зависимости

Z = kyy + k2

гле1 и к2 - константы.

Для нелинейных датчиков эта зависимость выражается более сложной функцией или таблицей преобразования. Зависи.мость становится более сложной, если характеристики датчика имеют зону нечувствителыюсти или гистерезис; в после-,1нем случае должно быть извест1ю направление изменения сипшла - возрастать или убывание.

В ра,зделе 5.2.2 обсуждалось, как использовать весь диапазон АЦП для сохранения приемлемой точности. Если измерительный сигнал нревьппает диапазон АЦП, то необходимо проверить, что выход преобразователя не "провер}1улся" и не начал снова отсчет с пуля - величи1ш 10.1 В может, например, быть представлош как 0.1 В, если предел диапазо1Ш АЦП равен 10 В. Эта воз.можиость уже предус.чютрена в качестве стакдарТ1к:)й процедуры во многих системах и устройствах сбора да1Н1ых; однако лвойной контроль помогает заппггиться от неожида1пюстей.

5.5.3. Другие операции обработки данных

Усреднение

Влияние оитбок измерений можно умошшить с помон1Ью простого усреднения. Например, АЦП может быть запрограммирован для выборки сигнала в 10 раз быстрее, чем необходимо, и тогда грубое 31шчение можно получить как среднее за 10 интервалов выборки. Дополнителыю можно отбросить одно-два значения, не укладывающихся в общую тенденпию и.эменеиия данных за период усреднения, т. е.

слитком больших или слишком маленьких. Это полезно в тех случаях, когда вхо-, ной сипшл остается постоятшш в течение периода усреднения, а его колебания вь:,;. ваны шумом с нулевым средним 31шчением.

Калибровка и компенсация дрейфа

31шчения входного измерительного сигнала часто нуждаются в компенсац!:;. дрейфа или погреннюстей калибровки датчиков или электронных устройств, этой цели входные усилители и АЦП должны тестироваться и, при необходимое, проходить калибровку с помоп1ЬЮ известного и точного эталона 1шпряжения, В ш! торых случаях вся процедура калибровки может проводиться автоматически поа;, равлением программного обеспечения.

Построение графиков

Построение гра4>ика изменения сигнала во времени или как функции других сигнала позволяют выявить некоторые интересные детали: исключительные или необычные возмущения; потерю 31шчепий; периодические колебания.

Поэтому средства построения графиков являются важной частью любых компьютерных систем управления.

Программное обеспечение для анализа данных

Коммерческих программ для анализа и фильтрации да1П1ых очень м1юго, Одк1:. из 1Шиболее широко используемых в академической и научной среде пакетов япляе: ся .MATLAB. MATLAB - это инженерный пакет для обработки и визуального ирс-.;-ставления, который объединяет в общую среду процедуры числешюго анализа, ма: ричных вычислений, обработки сиышлов и гра4>ического представлетш даннь MATLAB можно расширить дополнительными инструментальными средствами.-конкретных приложений, 1шпример для фильтрации. Средства обработки сигна. включают в себя цифровую обработку, анализ временных рядов и функции для к струирования и а1шлиза цифровых 4>ильтров. Средства системной идентифика, обеспечивают возможность параметрического моделирования и описания скс Среди многих стандартных структур, представлошых в MATLAB, есть и .мод авторегрессиошюго фильтра сколь,зящего среднего.

5.5.4. Структура данных для обработки измерений

Каждый входной измерительный сигнал связан с определенным 1шбором пара.метров; эти параметры используются программами ввода и обработки из.мерений-Структура хранения .этих пара.метров должна быть организова1Ш таким образом, чтобы pa3JHi,4Hbie процедуры (подпрограммы или отдельные модули) могли легко к ним обращаться. Наиболее важные параметры, используемые в обработке измерений, включают в себя;

- указате.лп иа данные HB.vrepeHHtt;