Работоспособность системы автоматизированного управления технологическими процессами зависит от совершенства подсистемы формирования исходной информации. Поэтому в алгоритмическом обеспечении управления обработкой стали на УПСА при сборе первичной информации наряду с измерением, передачей и первичной обработкой информации большое внимание следует уделить анализу ее достоверности.

Для основных пользователей программно-технических средств (ПТС) основной характеристикой их качества является достоверность исходных данных и результатов их обработки. При этом достоверность связывается с наличием или отсутствием ошибок во входных и выходных данных. Под ошибкой понимается отклонение величины выданного результата от его истинного значения, превышающее с заданной мерой точности некоторый порог различимости (15).

Задача контроля и обеспечения качества ПС как функции достоверности данных состоит, таким образом, в обнаружении, локализации и устранении ошибок в выходных документах, сигналах и данных, а также причин их возникновения (15, с.30).

В настоящей работе не ставилась цель разработать принципиально новые алгоритмы контроля информации. Основное же внимание уделено анализу существующих методов, систематизации их и созданию обобщенного алгоритма применительно к УПСА. Целью создания автоматизированной системы сбора, обработки и отображения информации на УПСА является повышение качества измерительной информации за счет оперативного обнаружения и устранения ошибок во входных и выходных сигналах и данных.

Назначение системы:

ü контроль состояния и режимов функционирования ИК ЛВС

ü динамическая фильтрация измерительных помех и грубых ошибок контроля СИИ

ü обнаружение и устранение ошибок в выходных данных ПС

ü формирование протоколов и отчетов по результатам контроля и диагностики состояния ИК

Алгоритм формирования информации для расчета управления включает следующие основные операции:

1. контроля за работой операторов при вводе информации в ЭВМ с выдачей сообщений и запросов при обнаружении ошибок;

2. контроля информации, поступающей с автоматических датчиков, с запросом ее у оператора при неверных значениях;

3. многократного переопроса и интервального сопоставления получаемых при этом значений переменных;

4. проверка по диапазонам изменения значений параметров и их приращений относительно предыдущих фактических и сглаженных уровней, а также относительно значений, рассчитанных по косвенным характеристикам;

5. логического контроля последовательности поступления инициативных сигналов о начале и окончании различных операций на УПСА;

6. регистрация и учет количества достоверных сигналов для определения возможности использования в алгоритме считанной информации;

7. прекращение считывания информации в случае появления режимов работы, не предусмотренных условиями правильного применения управляющего алгоритма и перехода на ручной ввод.

Техническая структура системы обработки стали в ковше предусматривает ручной и автоматический ввод информации.

В процессе ввода информации оператором, ЭВМ контролирует каждый из последовательно вводимых массивов. При этом проверяется, прежде всего, полнота сообщения в соответствии с записанной в нормативно-справочной документации длиной для данного номера массива. Затем все составляющие массивов контролируются способами, указанными в блоке 4 проведенного алгоритма с выдачей сообщения оператору о неверном вводе и запросом повторного сообщения.

При работе с автоматическими датчиками в случае однократного поступления параметра по инициативному сигналу и неудовлетворения параметра требованиям контроля, производится запрос его от оператора. Если же возможен повторный запрос информации с датчика, то он производится и параметр контролируется вновь.

Ошибки во вводе оператора и недостоверные сигналы, полученные автоматически, регистрируются и учитываются. Первые, в основном, с целью анализа ситуаций, в которых оператор допускает ошибки, и стимулирования операторов ЭВМ по итогам работы за месяц. Учет и регистрация вторых позволяет определить возможность работы тех или иных блоков алгоритма и выявить слабые места в системе считывания информации с автоматических датчиков.

В случаях, когда недостоверная информация поступает с количества датчиков, превышающих допустимую величину, осуществляется переход полностью на ручной ввод с выдачей сообщения сменному персоналу ЭВМ о необходимости устранения неисправностей в системе.

Математическое описание

Особенностью технологического комплекса УПСА (ТК УПСА) как объекта контроля является пространственная распределенность и временная нестационарность комплекса контролируемых технологических показателей (ТП) – координат и параметров, характеризующих протекание технологических процессов и состояние оборудования. Ход технологических процессов обработки стали на УПСА и состояние оборудования технологического комплекса характеризуется совокупностью временных (динамических) рядов значений ТП, к которым относятся как различные физические величины (температуры, расходы, давления и т.д.), так и индикаторы событий, связанные с изменением режимов работы оборудования (открыто - закрыто, включено – выключено и т.д.).

Для передачи по линиям связи и ввода в информационно – управляющую вычислительную систему, ТП преобразуются в электрические сигналы измерительной информации (СИИ); для этого служат первичные электрические преобразователи (датчики). ТП – индикаторы событий формируются особыми дискретными датчиками, на выходе которых могут иметь место только два (условимся так считать для простоты) значения СИИ.

Кроме датчиков, для преобразования и передачи CИИ и ДСС используются усилители, коммутаторы, нормирующие преобразователи и другие элементы телемеханики, образующие измерительный канал (ИК). В общем случае ИК будем называть совокупность аппаратных (технических), программных и программно – технических средств, обеспечивающих формирование, передачу и обработку СИИ (ДСС) с качеством, не хуже заданного, под которым понимается точность, надежность, запаздывание и достоверность оценок ТП.

Формирование и передача СИИ и ДСС сопровождается возникновением в ИК и линиях связи измерительных помех, которые можно разделить на обычные (шумы) и грубые (выбросы), поэтому одной из основных задач обработки СИИ является подавление помех.

Нестационарность объекта контроля во времени проявляется в скачкообразном, как правило, изменении свойств ТП, поэтому возникает задача выделения и распознавания в темпе с процессом поступления данных (в реальном времени) характерных участков СИИ, содержащих изменения заданного типа.

Модель ТП записывается в виде:

          (1)

где  - условно истинные (достоверные) оценки результатов и данных, соотносимые с трендом (относительно медленно изменяющейся составляющей) контролируемого параметра; определяются путем фильтрации (сглаживания) ТП;

- вариации ТП, обусловленные случайными измерительными помехами и лежащие в диапазоне допустимых погрешностей измерений; определяются из известной структуры ИК и нормированных погрешностей его составляющих;

- вариации ТП, обусловленные грубыми ошибками (сбоями) аппаратно-программных средств и имеющие характер эпизодически появляющихся выбросов, по некоторым признакам существенно превышающим диапазон нормальных значений ТП;

i - текущий (i - ый) момент времени.

Задача достоверного оценивания какой-либо величины заключается в построении таких ее оценок, которые с достаточно высокой вероятностью отклоняются от истинного значения контролируемого параметра не более чем на некоторый допустимый порог.

Истинное (условно-истинное) мгновенное значение контролируемого параметра определяется с помощью образцовых мер, в качестве которых в рассматриваемом случае могут служить тестирующие воздействия информационной и физической природы, а также совокупность математических и логических правил, описывающих поведение контролируемого параметра в нормальных условиях функционирования и предусмотренных отклонениях.

Истинное (условно-истинное) текущее значение ТП обязательно в качестве образцовой меры должно содержать достоверную предысторию его изменения.

Нормальные условия функционирования ИК характеризуются:

Воспроизводимостью результатов и данных.

ü выполнением логических условий срабатывания механизмов, блокировок и защит;

ü подтверждением логических условий срабатывания механизмов, блокировок и защит результатами анализа СИИ;

ü выполнением условий балансовых расчетов;

ü соответствием результатов и данных диапазонам их допустимого изменения на объекте;

ü соответствием результатов и данных программной траектории их изменения;

ü соответствием результатов и данных динамическим тестирующим воздействиям.

Здесь рассматривается наиболее общий случай, когда недостоверные результаты и данные являются следствием грубых ошибок (промахов) процессов измерения, преобразования и передачи сигналов согласно модели (1), а условия нормального функционирования удовлетворительно описываются трендом ТП и границами допустимых изменений его абсолютного значения и скорости изменения.

Такой логике хорошо соответствуют алгоритмы выборочной медианы и релейно-экспоненциального сглаживания, дополненные процедурами анализа КП для конкретных ситуаций, охарактеризованных ниже.

Алгоритм выборочной медианы представляет собой операцию выбора серединного значения из упорядоченного по возрастанию или убыванию ряда из “ N ” данных:

,      (2)

где  - медианная оценка ряда исходных данных Z (1), Z (2) , … , Z (N); Z (1) > Z (2) >…> Z (N) .

Алгоритм релейно-экспоненциального сглаживания в формульной записи имеет вид:

                (3)

            (4)

где Z(i) - значение контролируемой величины в текущий (i - ый) момент времени;

(i) - сглаженное значение Z(i);

a – настроечный коэффициент сглаживания;

b – функция «срезки»;

sgn - знаковая функция (функция образования знака).

Алгоритм контроля информации представлен на рисунке 3.

Работа алгоритма оценки достоверности и восстановления первичной информации заключается в следующем. При поступлении исходной информации производится распознавание параметра, т.е. назначение измеренной величины – температура, химический анализ, и т.п. (блок 2), после чего производится вычисление диапазона, в котором в котором может изменяться измеренная величина (блок 3). Выбор базового значения  - это ответственная работа, оказывающая большое влияние оценку достоверности информации. После контроля наличия измеряемой величины (блок 4), при ее наличии, производится вычисление сглаженного значения (блок 7). Значение коэффициента l_2j выбирается для каждого параметра индивидуально и влияет на степень сглаживания сигнала – чем меньше значение l_2j, тем более гладкой оказывается кривая сглаженного сигнала. В блоке 8 данного алгоритма производится фильтрация грубых выбросов измеряемого параметра на основе "коридора", рассчитанного в блоке 3. В случае непопадания поступившего параметра в диапазон (блок 3), выдается сообщение о неверности полученного значения (блок 9) и выдается запрос на повторный ввод (блок 10). Если полученные данные не удовлетворяют условиям блока 11, то выдается сообщение о недостоверности полученного значения (блок 12) и происходит восстановление первичной информации, то есть текущему сглаженному значению присваивается значение предыдущего сглаженного значения (блок 16), и расчет переходит к блоку 6. В случае удовлетворительного прохождения измеренной величины через блок 8 производится проверка "гладкости" сглаженного сигнала (блоки 14 и 15). Значения коэффициентов l_1j и l_3j также выбираются для каждого параметра индивидуально. В случае неудовлетворения данных условиям блоков 14 и 15 выдается соответствующее сообщение оператору (блок 13), после чего производится восстановление первичной информации (блок 16).

При отсутствии измеряемого параметра (блок 4) происходит присвоение текущему измеряемому параметру значения предыдущего сглаженного значения (блок 5), после чего происходит переход к блоку 6.

В блоке 6 производится проверка количества контролируемых параметров заданному числу, и, в случае контроля всех параметров, производится запись данных в массив (блок 17), иначе работа алгоритма начинается заново.

Рисунок 3 – Алгоритм оценки достоверности и восстановления первичной информации