Nyisson meg egy DCS- vagy PLC-analógjelet, és gyakran talál egy olyan funkcióblokkot, amely nem csinál mást, mint átlagol. Megőrzi az utolsó öt mintát, összeadja őket, elosztja öttel, majd az eredményt írja ki PV-ként, amelyet a PID ténylegesen lát. Ez egy mozgóátlag-szűrő — a csúszóablakos simító, amelyhez a műszerészmérnökök elsőként nyúlnak, mert a számítása egyértelmű, a késleltetése pedig kiszámítható.

Ez nem távadó-csillapítási beállítás, és nem rekurzív elsőrendű (PT1) szűrő. A cél ugyanaz — a zaj csökkentése és a használható folyamatérték megőrzése —, de az algoritmus és a késleltetés költsége eltérő.

Honeywell Experion PKS C300 Series C szekrényben: az a DCS-vezérlőosztály, ahol az analóg PV-ket gyakran a PID elé kerülő Control Execution Environment funkcióblokkokban simítják.

Csúszóablak, nem rekurzív memória

Tartsa meg a legújabb N mintát. Minden új mintavételnél dobja el a legrégebbi értéket, adja hozzá a legújabbat, majd adja ki a megmaradt értékek számtani átlagát:

Y(n) = [X(n) + X(n−1) + … + X(n−N+1)] / N

Ha az analóg bemenetet másodpercenként egyszer mintavételezik, és N = 10, akkor minden kimenet az utolsó tíz másodperc átlagértéke. Az ablak szélessége állandó marad; egy minta belép, egy másik pedig kilép. Ennyi az egész működési elv.

Az elsőrendű szűrő rekurzív: az aktuális mintavétel kimenete az előző kimenettől és az új minta egy részétől függ. A mozgóátlag nem ilyen. Csak az ablakban lévő nyers előzményeket vizsgálja. Ezért könnyebb elmagyarázni a vezérlőtermi operátornak, és ezért illeszkedik természetesen olyan DCS- vagy PLC-rendszerbe, amelyben már rendelkezésre áll a memória N analóg érték tárolásához.

ABB AC500 (beleértve az AC500-S biztonsági I/O-t is): ugyanaz a csúszóablakos átlagolás jellemzően funkcióblokk vagy ST-kódrészlet az Automation Builderben, nem pedig egy rejtett távadómenü.

Két beállítás: az ablak hossza és a mintavételi idő

A szűrés erősségét nem önmagában az N határozza meg. A válaszidő az N × mintavételi idő szorzata. Az 1 másodperces mintavétel mellett beállított N = 10 tízmásodperces ablakot jelent. Ugyanez az N 100 ms-os mintavételnél egy másodperc. A két értéket együtt kezelje, különben egy „jó” beállítást átmásol az egyik szabályozási körből a másikba, majd csodálkozik, hogy a szelep miért mozog most csigalassúsággal.

A nagyobb N több zajt szűr ki, ugyanakkor nagyobb késleltetést okoz. A mérés valódi ugrása után a szűrt PV-nek N mintára van szüksége ahhoz, hogy teljesen elérje az új értéket. Ez egy lassú hőmérsékletmérésnél gyakran elfogadható. Egy terhelésváltozást elhárítani képes nyomás- vagy áramlásszabályozási körben azonban a túl hosszú ablak lomhának mutatja a PID-et, miközben valójában a szűrő okozza a késleltetést.

A periodikus zaj az az eset, amikor az ablak méretét tudatosan lehet megválasztani. Ha a zavar körülbelül másodpercenként ismétlődik, és 100 ms-onként mintavételez, akkor az N = 10 egy teljes ciklust fed le, és az átlagolás nullához közelíti a hullámzást. Ilyenkor működik a mozgóátlag a legjobban: az ablakot a zavar periódusához igazítsa, ne egy olyan kerek számhoz, amely a trendben „elég simának” tűnik.

Mozgóátlag kontra elsőrendű (PT1) szűrés

Mindkettő aluláteresztő eszköz. A mozgóátlag szemléletesebb a kettő közül: rá lehet mutatni az utolsó N mintára. Ugyanakkor több memóriát és mintavételenként több összeadást igényel. Az elsőrendű szűrő néhány szorzásból áll — elég olcsó ahhoz, hogy egy olyan távadóban vagy kis beágyazott I/O-modulban is használható legyen, amely nem tud ablakot tárolni.

Egy teljes értékű DCS- vagy PLC-rendszerben ez a memóriaigény ritkán döntő érv. A Honeywell Experion PKS C300 processzorai a Series C C300 hardverben, valamint az ABB AC500 CPU-i az ABB PLC-sorozatban elegendő hellyel rendelkeznek egy rövid analóg előzmény tárolásához. A simítót ott programozza, ahol jól látható, dokumentálja az N értékét és a mintavételi sebességet a PID mellett, a távadó csillapítását pedig hagyja ismert, általában kis értéken, hogy ne szűrjön kétszer egymás után anélkül, hogy észrevenné.

Amire nem képes

Minden simító ára a késleltetés. A hőmérsékletmérések ezt gyakran elviselik. A nyomás- és áramlásszabályozási körök általában nem — ha ezeket a PV-ket túlszűri, a vezérlő a késleltetett technológiai folyamat ellen küzd.

A tüskék általában megfelelően kiesnek az ablakátlagból. A lassú elcsúszást azonban nem szünteti meg: az aluláteresztő szűrő követi a rámpát, csak később. Ha a probléma egy vándorló nullpont vagy eltömődött impulzusvezeték, javítsa ki a mérést; ne rejtse el hosszabb ablakkal.

Az egyszerű mozgóátlag az ablak szélén sem okoz további kiugrást — a pufferben lévő minden minta azonos súlyt kap. A súlyozott mozgóátlag (ahol az újabb minták nagyobb súllyal számítanak) valamivel gyorsabban követi a lépést, és több számítást igényel. Akkor használja a súlyozott változatot, ha egy gyors szabályozási körben a késleltetés a panasz, de továbbra is szükség van átlagolásra; maradjon az egyenlő súlyoknál, ha azt szeretné, hogy a működés a következő éjszakai műszak számára is egyértelmű legyen.