ВЫБОР МОДУЛЕЙ ПОДСИСТЕМЫ СБОРА И ПЕРВИЧНОЙ ОБРАБОТКИ АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ

Исходными данными к выбору комплекса технических средств сбора и первичной обработки информации являются требования, сформулированные в техническом задании на разработку АИУС.

Различают требования:

• • по техническим характеристикам, среди которых можно выделить требования к точности и быстродействию применяемых устройств;
• • по эксплуатационным характеристикам, главным из которых является требование по надежности;
• • по технико-экономическим характеристикам, обусловливающим требования по стоимости.

На основании анализа схемы компоновки технических

средств СиОИ (рис. 4.1) можно представить цепочку аппаратных средств г-го канала измерения в виде рисунка 4.4.

Выбор каждого из устройств, показанных на рисунке 4.4, определяется перечисленными выше требованиями. Заданную в ТЗ допустимую погрешность ±Ау_тз. измерения и представления технологической переменной г/, распределяют между аппаратными средствами представленной на рисунке 4.4 цепочки блоков по значению вносимой

Рис. 4.4

каждым блоком погрешности. Погрешности измерения и преобразования информации указанной цепочки являются случайными величинами, подчиняющимися определенным законам распределения. Для оценки дисперсии погрешности ст;_х. на входе микроконтроллера МК, можно воспользоваться следующим выражением, записанным для цепочки аппаратных средств г-го канала измерения по рисунку 4.4:

В выражении (4.1) предполагается, что погрешности отдельных аппаратных блоков не зависят друг от друга, а их величины определяются классом точности каждого аппаратного средства. Наиболее ответственными блоками с точки зрения вносимых погрешностей будут датчик и аналого-цифровой преобразователь, поскольку выбор таких блоков, как нормализатор, усилитель и фильтр, прецизионными существенно не повлияет на общую стоимость аппаратных средств, но позволит пренебречь их влиянием на точность канала измерения.

Нормализатор представляет собой резистор, включаемый как потенциометр. Его погрешность будет тем меньше, чем выше класс точности, и в сравнении с другими погрешностями ею можно пренебречь.

В качестве усилителей обычно используют прецизионные операционные усилители с коррекцией дрейфа нуля и с полосой пропускания до 50 Гц [76]. Требуемый коэффициент усиления зависит от уровня сигнала на входе усилителя и от расстояния, на которое передается сигнал.

Для фильтрации помех промышленной частоты используются одно- или двухзвенные RC-фильтры (интегрирующие цепочки) [4]. Требуемая полоса пропускания /_11р такого фильтра зависит от времени опроса датчика Т

Поскольку частоты полезных сигналов в АИУС находятся в пределах 1 Гц, то, выбрав высокоточные элементы в этих фильтрах, можно также пренебречь их аппаратными погрешностями.

Следовательно, погрешность на входе МК можно считать равной

Для выбора датчика и АЦП необходимо задать коэффициент х (0-0,6) — долю общей погрешности, приходящейся на датчик, т. е.

и р (0-0,5) — долю погрешности датчика, приходящейся на АЦП [52], т. е.

Значения х и р назначаются такими, чтобы произведение рх располагалось в диапазоне:

При этом остальная величина допустимой погрешности измерений в i-м канале «отдается» ошибкам вычисления в микроконтроллере по алгоритмам первичной обработки информации и управления. Из выражения (4.5) следует, что, задаваясь значениями коэффициентов р и х> можно выбрать датчик и определить разрядность АЦП. В частности, чем меньше значение х, тем точнее, но и дороже, будет датчик, а чем меньше будет р, тем с большей длиной разрядной сетки потребуется АЦП.

К примеру, задавая х ⁼ 0,6, т. е. выбирая недорогой, но грубый датчик, из выражения (4.5) при рх = 0,12полу- чим р = 0,2. Следовательно, чтобы обеспечить высокую точность при плохом датчике, необходимо увеличивать длину разрядной сетки АЦП и, конечно, вычислителя. Улучшения точности в этом случае добиваются применением программ усреднения или сглаживания, позволяющих ослабить низкочастотный шум в р (2-10) раз (см. подраздел 2.2 «Алгоритмы первичной обработки информации»).