Системы контроля состояния подсистем танкера с использованием современной элементной базы (стр. 10 из 19)
,(4.15)Алгоритм экспоненциального сглаживания представлен на рисунке 4.6.
Рис. 4.6 Алгоритм экспоненциального сглаживания
Результаты моделирования работы алгоритма представлены на рисунке 4.7.
Рис. 4.7 Результаты моделирования работы алгоритма экспоненциального сглаживания
На рисунке 4.7 изображен сигнал, полученный с помощью алгоритма экспоненциального сглаживания. Сравнив его с сигналом, полученным после выполнения алгоритма проверки на достоверность (рис. 4.3,в) видим, что сигнал стал более сглаженным. Для получения первого сглаженного значения необходимо время (выделено пунктирным прямоугольником на рис. 4.7), которое может быть рассчитано по формуле
. (4.16)Как следует из (4.16), это время будет возрастать с увеличением точности вычислений δ. Достоинством метода экспоненциального сглаживания, по сравнению со скользящим окном, является малый объем памяти, хотя он значительно дольше входит в установившийся режим. Следовательно, с учетом необходимости контроля состояния большого количества датчиков (более 30), выбираем алгоритм скользящего среднего, позволяющий быстрее выйти в установившийся режим.
4.4 Алгоритм проверки на технологические границы
Каждая измеряемая величина технологического процесса изменяется в заданных пределах. Если параметр выходит за желаемый диапазон, возникает опасность нарушения процесса работы системы. Поэтому оператор должен вовремя принять меры по устранению нарушений. Для этого разрабатывается алгоритм проверки на технологические границы.
Предположим, измеряемый параметр должен изменяться в диапазоне
Dx = Хнк - Хвк, тогда если текущее Xik (i - номер отсчета, k - канал измерения) лежит в пределах Хнк - Хвк и выполняется условие:
где
- полоса гистерезиса, равная 5% от диапазона изменения параметра; 
- значение признака нарушения границы для предыдущего отсчета.В этом случае диспетчер не получает сообщений, и текущее значение признака нарушения границы
= 0. Если Xik > Xвi (4.18) или Xik < Xвi (4.19), то оператору подается сигнал тревоги, 
= 1. Причем, если выполняется условие (4.18), то нарушена верхняя граница диапазона, если (4.19), то - нижняя.При выходе сигнала за заданные границы в памяти фиксируется время нарушения, канал, в котором оно произошло, а также какая граница была нарушена. Блок-схема алгоритма проверки на технологические границы представлена на рисунке 4.8.
Рис. 4.8 Блок-схема алгоритма проверки на технологические границы
Результаты моделирования работы программы в среде "MatLab 7.0.1" показаны на рисунке 4.9.
Рис. 4.9. Результаты моделирования алгоритма проверки на технологические границы
На первом графике (рис. 4.9) показана имитация сигнала датчика давления воздуха в трубопроводе машинно-котельного отделения, а на втором - изменение состояние признака перехода
. Листинг программы для моделирования алгоритмов контроля и управления приведен в приложении 1.5. ТЕХНИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА СИСТЕМЫ
Для проектирования системы управления необходимо разработать ее элементную базу. К техническим средствам предъявляются требования по быстродействию, точности, надежности, стоимости и др. Реализацию этих требований начнем с выбора датчиков.
5.1 Выбор датчиков
По исходным данным о диапазонах изменения и предъявляемым требованиям по точности измерения и регулирования были выбраны соответствующие датчики температуры, давления и расхода жидкости.
Датчик температуры "T7/MPX". Многоточечный измеритель температуры и уровня раздела фаз разработан для использования как составная часть системы коммерческого учета нефтепродуктов: TSS/Oil для измерений вертикального температурного профиля и уровня подтоварной воды в резервуарах-хранилищах. Т7/МРХ представляет собой Smart измеритель температуры с HART® выходом, интегрированный с мультиплексором и температурным зондом с 15-ю термометрами сопротивлений Pt-100.
Точность измерения температуры составляет 0,1° С при применении термосопротивлений класса t/TO DIN. Точность измерения уровня раздела фаз вода-нефтепродукты составляет 1 см. Для подключения к компьютеру дополнительно может поставляться RS232/HART® преобразователь интерфейса. Различные конструктивные оформления зонда позволяют использовать его при избыточных давлениях 2, 25 или 64 кГ/см2.
Точность измерения температуры в системах коммерческого учета весьма важна, так как ошибка в 1°С приводит к ошибке в определении массы нефтепродукта в резервуаре в 0.1%. Внешний вид датчика температуры серии "Т7/МРХ" изображен на рисунке 5.1.
Рис. 5.1 Внешний вид и конструкция датчика "Т7/МРХ"
Технические характеристики датчиков серии "Т7/МРХ" приведены в таблице 5.1.
Таблица 5.1 Технические характеристики датчиков серии "Т7/МРХ"
| Наименование характеристики | Величина характеристики |
| Тип датчика температуры | 2-х проводной термометр сопротивления Pt-100 |
| Точность, °С | 0.1 |
| Максимальная длина измерительного зонда, м | 30 |
| Напряжение питания, В | 12...30 |
| Максимальное сопротивление нагрузки, Ом | 100 |
| Сопротивление изоляции, ГОм | 1,5 |
| Тип выхода | Токовый, 2-проводная линия 4/20мА |
| Диапазон измеряемых температур, °С | -50…+200 |
| Рабочий диапазон температур, °С | -40...+85 |
| Максимальное избыточное давление, кг/см2 | 64кг/см2 |
Датчик давления "27SP". Датчик давления серии 27 используется во всех отраслях промышленности для измерения давления жидкости, газа и пара. Датчик давления серии 27 типа Р использует пьезорезистивный сенсор; это активный резистивный мост Уинстона, нанесенный на кристаллический силиконовый чип. Датчик давления серии 27 типа S использует пленочный сенсор, основанный на принципе измерения усилий с подложкой и диафрагмой из керамического материала. Серия 27 имеет малые размеры и фиксированные диапазоны измерения. Внешний вид датчика давления серии "27SP" изображен на рисунке 5.2.
Рис. 5.2. Внешний вид и конструкция датчика "27SP"
Технические характеристики датчиков серии "27SP" приведены в таблице 5.2.
Таблица 5.2 Технические характеристики датчиков серии "27SP"
| Наименование характеристики | Величина характеристики |
| Выходной сигнал, мА | 4..20мА |
| Линейность, % | 0,2 |
| Гистерезис и повторяемость, % | 0,1 |
| Калибровочная точность, % | 0,25 |
| Температурный дрейф нуля, % | 0.25 |
| Температурный дрейф диапазона, % | 0,07 |
| Питание, В | 12. ...30 |
| Сопротивление нагрузки, Ом | 600 |
| Долговременная стабильность, % | 0,2 |
| Уход нуля, % | 0,3 |
| Относительная влажность, % | 98 |
| Температура: рабочая, °С предельная, °С | -40...+80 -55...+125 |
| Температура хранения, °С | -40... +90 |
| Время реакции при 63% входном сигнале, мсек | 5 |
Датчик расхода "ДРК-1". Датчики применяются для измерения расхода и объема жидкостей, в том числе загрязненных, неоднородных, агрессивных, взрывоопасных. Пределы измерений в зависимости от модификации от 1 до 20000 м3/ч. Погрешность, % 1,5; 2,5. Габаритные размеры 50х80мм. Выходной сигнал датчика – 4…20 мА.
Рис. 5.3. Внешний вид и конструкция датчика ДРК-1
5.2 Выбор исполнительных механизмов
Электрические исполнительные механизмы (ИМ) предназначены для перемещения регулирующих органов в системах автоматического регулирования технологическими процессами в соответствии с командными сигналами автоматических регулирующих и управляющих устройств.
Выбор ИМ осуществляется в зависимости от типа регулирующего органа по требуемому моменту [8]. Так как в исследуемой системе необходимо управлять расходом вещества, то в качестве регулирующего органа применяется поворотная заслонка. Момент, развиваемый двигателем ИМ, должен быть больше реактивного момента Мреак обусловленного стремлением потока вещества закрыть заслонку, из-за необходимости учета затяжки сальников и трения в опорах. Так как момент сил трения трудно учитывать, обычно выбирают ИМ с моментом вдвое больше реактивного вращающего момента [7]:
Мим = 2
PD3,