Bir DCS veya PLC analog yolunu açtığınızda, çoğu zaman ortalamadan daha gösterişli bir iş yapmayan bir işlev bloğuyla karşılaşırsınız. Son beş örneği tutar, bunları toplar, beşe böler ve sonucu PID’nin gerçekten gördüğü PV olarak yazar. Bu, hareketli ortalama filtresidir—aritmetiği açık ve gecikmesi öngörülebilir olduğu için çoğu enstrümantasyon mühendisinin ilk başvurduğu kayan pencere yumuşatıcı.

Bu, bir transmitter sönümleme ayarı değildir ve özyinelemeli birinci dereceden (PT1) filtre de değildir. Amaç aynıdır: gürültüyü azaltmak ve proses değişkenini kullanılabilir tutmak. Ancak algoritma farklıdır ve gecikme maliyeti de farklıdır.

Series C kabinindeki Honeywell Experion PKS C300: analog PV’lerin PID’ye ulaşmadan önce Control Execution Environment işlev bloklarında yaygın olarak yumuşatıldığı DCS kontrolörü sınıfı.

Özyinelemeli bellek değil, kayan pencere

En yeni N örneği tutun. Her yeni taramada en eski değeri çıkarın, en yenisini ekleyin ve geriye kalanların aritmetik ortalamasını çıkış olarak verin:

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

Analog giriş saniyede bir kez taranıyor ve N = 10 ise her çıkış, son on saniyenin ortalamasıdır. Pencere genişliği sabit kalır; bir örnek girerken bir örnek çıkar. Mekanizma bundan ibarettir.

Birinci dereceden filtre özyinelemelidir: bu taramadaki çıkış, önceki çıkışa ve yeni örneğin bir kısmına bağlıdır. Hareketli ortalama böyle değildir. Yalnızca pencere içindeki ham geçmişe bakar. Bu nedenle bir saha operatörüne açıklanması daha kolaydır ve N adet analog değeri saklayacak belleğe zaten sahip olan bir DCS veya PLC’ye doğal biçimde uyar.

ABB AC500 (AC500-S güvenlik I/O’su dahil): aynı kayan pencere ortalaması, gizli bir transmitter menüsü değil, genellikle Automation Builder içindeki bir işlev bloğu veya ST kod parçasıdır.

İki ayar: pencere uzunluğu ve örnekleme süresi

Filtre gücü yalnızca N değildir. Yanıt süresi, N × örnekleme periyodudur. 1 s’de N = 10, on saniyelik bir penceredir. Aynı N değeri 100 ms’de kullanılırsa pencere bir saniye olur. Bunları birlikte değerlendirin; aksi hâlde bir döngüde “iyi” çalışan ayarı başka bir döngüye kopyalar ve vananın neden artık süründüğünü merak edersiniz.

Daha büyük N, daha fazla gürültüyü yok eder ve daha fazla gecikme ekler. Ölçümde gerçek bir basamak değişiminden sonra filtrelenmiş PV’nin yeni değeri tamamen yakalaması için N örnek gerekir. Yavaş bir sıcaklık kuyusunda bu çoğu zaman kabul edilebilir. Yükü reddetmesi gereken bir basınç veya debi döngüsünde ise fazla uzun bir pencere, gecikme filtreden kaynaklandığı hâlde PID’nin tepkisiz görünmesine neden olur.

Periyodik gürültü, pencereyi amaçlı biçimde boyutlandırabileceğiniz tek durumdur. Parazit yaklaşık saniyede bir tekrarlanıyor ve 100 ms’de tarama yapıyorsanız N = 10, tam bir çevrimi kapsar ve dalgalanmayı sıfıra doğru ortalar. Hareketli ortalamanın en başarılı olduğu durum budur: pencereyi trend üzerinde “düzgün göründüğü” için yuvarlak bir sayıya değil, bozucu etkinin periyoduna uydurun.

Hareketli ortalama ile birinci dereceden (PT1) filtrelemenin karşılaştırılması

Her ikisi de alçak geçiren filtreleme araçlarıdır. Hareketli ortalama, ikisi arasında görsel olarak daha anlaşılır olandır: son N örneği gösterebilirsiniz. Ayrıca daha fazla bellek ve tarama başına daha fazla toplama işlemi gerektirir. Birinci dereceden filtre ise birkaç çarpma işleminden oluşur; pencere saklayamayan bir transmitter veya küçük bir gömülü I/O modülü için yeterince düşük maliyetlidir.

Tam kapsamlı bir DCS veya PLC’de bellek gerekçesi çoğu zaman belirleyici olmaz. Series C C300 donanımındaki Honeywell Experion PKS C300 işlemcilerinin ve ABB PLC serisindeki ABB AC500 CPU’larının kısa bir analog geçmişi tutacak yeterli alanı vardır. Yumuşatıcıyı görebileceğiniz bir noktada programlayın, N değerini ve tarama hızını PID’nin yanına belgeleyin ve seri bağlı iki filtreyi fark etmeden kullanmamak için transmitter sönümlemesini bilinen, genellikle küçük bir değerde bırakın.

Yapamayacağı şeyler

Gecikme, her yumuşatıcının bedelidir. Sıcaklık bunu çoğu zaman tolere eder. Basınç ve debi döngüleri genellikle etmez; bu PV’leri aşırı filtrelerseniz kontrolör gecikmeli prosese karşı mücadele eder.

Ani darbeler, pencere ortalamasından makul ölçüde elenir. Yavaş sürüklenme ise elenmez: alçak geçiren filtre bir rampayı izler, yalnızca biraz geriden gelir. Sorun kayan bir sıfır noktası veya tıkanmış bir impuls hattıysa ölçümü düzeltin; daha uzun bir pencerenin içine gizlemeyin.

Basit bir hareketli ortalama, tampon içindeki her örneğe eşit ağırlık verdiği için pencere kenarında ek bir sıçrama da oluşturmaz. Ağırlıklı hareketli ortalama (daha yeni örneklerin daha fazla ağırlık taşıdığı yöntem), bir basamak değişimini biraz daha hızlı izler ve daha fazla aritmetik işlem gerektirir. Gecikmeden hızlı bir döngüde şikâyet ediliyor ve yine de ortalama alma gerekiyorsa ağırlıklı biçimi kullanın; davranışın bir sonraki gece vardiyasında da kolayca anlaşılmasını istiyorsanız eşit ağırlıklarda kalın.