Материал: 1382

46

технических возможностей оборудования;

−провести разметку узлов. Например: первый узел – операции монтажа в вакуумной камере; второй узел – обеспечение вакуума; третий узел – напыление пленки;

−разработать математические модели процесса в виде формул и предполагаемых графиков и таблиц.

5.7Системы регистрации и первичной обработки сигналов

5.7.1Групповые измерительные преобразователи

Подавляющая часть измерений проводится группой четырех преобразователей:

1)ПС ТР (преобразователь сигнала терморезисторов);

2)ПС ИД (преобразователь сигнала индуктивного датчика);

3)ПС ТП (преобразователь сигнала термопарного датчика);

4)ПС ВД (преобразователь сигнала вакуумного датчика).

Сигнал с датчика (например, с термопары) может быть многократно усилен (~107 раз) программируемыми измерительными станциями или ЭВМ и использован для непосредственного силового управления. Среди зарубежных фирм пользуется популярностью фирма National Instruments. Из отечественных разработок популярны блоки: МИНИТЕРМ, ОРИОН, ПИТРА – 1100 и др.

5.7.2 Алгоритмы преобразования сигналов с датчиков

Управляющий сигнал должен быть преобразован для согласования с усилителем, питающим исполнительный механизм. В настоящее время наибольшее распространение нашли три способа преобразования: линеаризация, аппроксимация и функциональное преобразование по формуле.

На рис. 5.9 представлен пример линеаризации показаний термопары.

Рисунок 5.9 - Схема линеаризации термопары

Следует учесть, что при преобразовании сигнала погрешность может носить функциональный характер. На рис. 5.10 (а) представлен возможный

47

характер ошибок и возможные функции коэффициентов преобразования сигналов (рис. 5.10 б).

Рисунок 5.10 – а) Поверхность ошибок при преобразовании сигналов; – б) вид функции преобразования программируемого вычитателя

Функция преобразования обычно указывается в паспорте модуля – преобразователя. В последнее время начинают широко внедряться программируемые станции, в которых заложено большое количество виртуальных приборов и измерительных модулей, имеющих выход на ЭВМ (компьютерные осциллографы, генераторы, и др.).

5.7.3 Нормализация данных

Данные о технологическом процессе поступают от датчиков различными по амплитуде и частоте. Нормализация, обрезает помехи и сильные сигналы, дотягивает слабые сигналы. Она подобна системе автоматического усиления в телевизионных приемниках. На рисунке 5.11 представлена блок – схема ввода информации с использованием нормализации.

Рисунок 5.11 – Блок схема обработки данных с применением ЭВМ

Критерий оценки качества сигнала определяется отношением сигнал

– шум (С/Ш). Этот критерий вычисляется через отношение квадрата

48

максимальной амплитуды напряжения сигнала U2с к квадрату напряжения шума.

Обычно вероятность искажения сигнала учитывается через табличную функцию вероятности процесса «erfc» (она берется на уровне 90 %). На рис. 5.12 представлена схема изменения сигнала при обработке данных.

Рисунок 5.12 – Изменение сигнала во времени при передаче данных

5.8Регулирование технологических процессов

На рис. 5.13 представлена наиболее распространенная схема регулирования технологических процессов. Сигнал от задающего устройства и от объекта сравнивается «ноль органом». Затем сигнал рассогласования усиливается и передается на исполнительный механизм. В качестве «ноль органа» может использоваться компаратор, двойной триод и др. Система управления такого типа представляет собой замкнутый контур, в котором обратная связь выполняется от исполнительного механизма через измеритель параметра. Такая система регулирования называется замкнутой. Для упрощения управления система может не иметь обратной связи и называться разомкнутой.

Рисунок 5.13 – Общая схема регулирования технологического процесса

5.8.1 Законы регулирования параметров

Разнообразие траекторий управления технологическими процессами укладывается в три закона регулирования: пропорциональный (П);

49

пропорционально – интегральный (ПИ); пропорционально – интегральный с дифференцированием сигнала (ПИД).

Типичным примером пропорционального закона может выступать интегратор, вырабатывающий число импульсов, пропорциональное напряжению.

Пропорционально – интегральный закон чаще реализуется в системах, где возможно случайное проявление нестабильности измеряемой величины и ее приходится усреднять. Примером использования может выступать сигнал напряжения зажигания с электроразрядных устройств.

Пропорционально – интегральный закон регулирования с дифференцированием сигнала предполагает наличие так называемого «изодромного звена», отслеживающего скорость изменения управляющего сигнала. Примером такого управления может выступать система управления температурой печи, которая по мере приближения к заданной температуре чаще выключает нагреватель, предотвращая перегрев. На рис. 5.14 представлены кривые, отражающие законы изменения параметров.

Рисунок 5.14 – Законы изменения параметров управления

В общем случае уравнение ПИД регулятора (применительно к изменению напряжения во времени) выглядит следующим образом:

du

U (t) = f (t) + dt + ∫u(t)dt (5.10)

Первое слагаемое обеспечивает работу в режиме П – регулятора, второе – в режиме ПИ – регулятора, третье – в режиме ПИД –регулятора.

5.8.2 Многоуровневые системы децентрализованного управления технологическими процессами

В ряде технологических процессов часть операций управления выведена из поля зрения ЭВМ и оператора. Степень «собственного» управления подразделяется на три уровня децентрализованного управления:

первый уровень – обеспечивает защиту персонала и оборудования от

50

аварийных режимов; второй уровень – обеспечивает диагностику работоспособности

систем и ответственен за устройства блокировки; третий уровень – обеспечивает общую работу всей системы и

отвечает за работу концевых выключателей и исполнительных механизмов.

Перед запуском установки во избежание нештатных и аварийных режимов локальной системой автоматики проводится тестирование оборудования на выполнение отдельных операций как то: отслеживание функций (П, ПИ, ПИД); проверка блокировок (по воде, по фазам, по перегрузке, старт нулевого положения, автоматическое заземление).

5.9Технология обработки сигналов с технологических объектов

Различают распознавание сигналов оператором и машинное распознавание. Распознавание оператором зависит от степени обученности и тренированности.

Машинное распознание. На первом этапе машинного распознавания выделяются информативные признаки сигналов, учитывающие форму изменения их амплитуды. Для учета всех особенностей формы и уменьшения потери информации о сигналах они дискретизируются с шагом:

где Fm – максимальная частота спектра сигнала. Для повышения достовер-

ности распознавания сигналов по форме признаки распознаваемого сигнала X, сравниваются с соответствующими признаками Y, эталонного сигнала.

В ряде случаев распознавание истинного сигнала от ложного производится на разложении функции в ряд Фурье и ее анализе на четность.

Если функция четная – то ряд Фурье составляют косинусные члены, а если нечетная – синусные.

Например, если функция симметрична относительно t=0, то в ряду

где S(t) – функция сигнала;

A0 , A1 – коэффициенты амплитуды при разложении функции сигнала

в ряд;

ωk – круговая частота.

Настроенный на прием интерфейс сравнивает фронту первого импульса и амплитуду (количество нулей или единиц) с кодом (эталоном), занесенным при программировании интерфейса. Это позволяет отличать