Преобразование технологической информации

Материальным носителем информации является сигнал, который помимо информации несет также некоторою энергию, полученную от источника информации. Эта энергия воздействует на приемник. Сигнал носителей внешней (априорной и исходной) информации должен передавать сведения о задачах и целях управления. Сигналы текущей информации, вырабатываемые датчиками должны обеспечивать необходимую простоту и высокую достоверность преобразования технологического параметра в сигнал. В преобразовании сигналов можно выделить два аспекта: преобразование природы, формы и параметров сигнала (модуляция, квантование и др.); установление однозначного соответствия между отдельными видами сигналов и состояниями управляемости контролируемого параметров (кодирование: состояние-сигнал; перекодирование: сигнал-сигнал; диодирование: сигнал-состояние).

Виды и форма сигналов. Для управления АСУТП наиболее часто используются электрические сигналы, реже – механические, гидравлические, пневматические. Классификация представления сигналов в АСУТП приведена на рис.3

Рис.3 Классификация представления сигналов

В соответствие с классификацией сигналы делятся на две группы:

- аналоговые или непрерывные, способные в определенном диапазоне находиться в бесконечно большом количестве состояний;

- дискретные, способные в определенном интервале находиться в конечном числе состояний (ток в цепи, коммутируемой реле; выходной сигнал логического элемента и т.д.)

Аналоговые сигналы могут быть потенциальными с линейным и нелинейным преобразованием первичного состояния и частотным (гармоническим), отрабатывающим изменение первичного состояния соответствующим изменением амплитуды, частоты или фазы сигнала.

Дискретные сигналы бывают квантовыми по уровню времени. Квантование сигналов по уровню сводится к замене текущих значений непрерывного сигнала конечным числом его уровней.

а) б)

Рис.4 Квантование сигналов по уровню (а) и времени (б)

На рис 4а показан непрерывный сигнал у(t), который в результате квантования заменяется ступенчатой функцией _. Разность уровней Δy(t) называется разрешающей способностью сигнала или шагом квантования по уровню.

Пока сигнал не изменится на Δy(t), преобразователь фиксирует предыдущее значение его уровня. Если в интервале времени t_i до t_i+1 приращение сигнала не выходит за пределы шага квантования в одну или другую сторону, то прибор фиксирует постоянное значение у_i.

Шаг квантования определяется требуемой точностью измерения и обеспечивается разрешающей способностью квантуемого преобразователя. Чем выше разрешающая способность преобразователя, тем меньше шаг квантования. Он зависит от допустимой относительной погрешности измерения δ

, (1.3)

где - соответственно максимальный и минимальный уровни сигналов.

Число уровней квантованного сигнала с учетом нулевого вычисляется по формуле

(1.4)

Количество информации (в битах), содержащееся в таком сигнале составит

С учетом (1.3) и (1.4) получим объем информации в зависимости от допустимой погрешности

(1.5)

Квантование непрерывного сигнала по уровню позволяет ограничить конечным числом бесконечное множество измерений. В этом случае система в большей степени защищена от помех.

Квантование непрерывного сигнала у(t) во времени (рис.4,б) сводится к замене большого числа значений непрерывного сигнала конечным числом мгновенных значений, фиксируемых через определенный промежуток времени . Последний называется шагом или периодом квантования по времени и может быть постоянным или переменным.