معالجة الإشارة التناظرية: من العدّات إلى وحدة هندسية، و NE43، وفلتر EMA

ما يصل إليك ليس قيمة

المدخل التناظري لا يعطيك «52.3%». يعطيك عدّات (Counts): عدداً صحيحاً من محوّل تناظري رقمي. وكل عائلة متحكمات تعدّ بطريقتها:

عدد 27648 ليس عشوائياً: هو 1.25 × 22118، ويتركون فوقه مجالاً للتجاوز حتى 32511 لأن الحسّاس قد يرسل أكثر من 20 مللي أمبير.

حلقة التيار 4-20

الصفر الحقلي هو 4 مللي أمبير، لا صفر. هذا ما يسمى صفراً مباشراً (Live Zero) وفائدته هندسية: إذا انقطع السلك فالتيار صفر، وهذا ليس قيمة صالحة، فتعرف أن هناك عطلاً. مع 0-10 فولت لا يمكنك التمييز بين «صفر» و«مقطوع».

mA  := 4.0 + Counts * 16.0 / 27648.0;
Eng := (mA - 4.0) * 100.0 / 16.0;

أو مباشرة بصيغة عامة لأي مجال:

Eng := EngMin + (Counts - CntMin) * (EngMax - EngMin) / (CntMax - CntMin);

انتبه: اكتب الأعداد بفاصلة عشرية (16.0 لا 16) وإلا قسمت أعداداً صحيحة وخسرت الكسر.

NAMUR NE43: التيار يخبرك بحالته

توصية NAMUR NE43 تقسّم الحلقة إلى نطاقات، وهي اليوم عرف عام في الصناعة:

لذلك لا تختبر «هل القيمة منطقية؟» بل اختبر التيار قبل التحجيم. وأي عطل يجب أن يمر على تأخير زمني قصير قبل أن يُصدّق، فنبضة كهربائية عابرة ليست عطلاً.

الفلتر الأسي EMA

الفلتر الأسي سطر واحد، وذاكرته متغيّر واحد:

Filt := Filt + Alpha * (Eng - Filt);

Alpha بين 0 و 1. القيمة 1 تعني بلا فلتر، و 0.05 تعني فلتراً ثقيلاً. العلاقة التقريبية بثابت الزمن:

Alpha ≈ Ts / (Tau + Ts)

مع مسح 50 ميلي ثانية و Alpha = 0.15 يكون ثابت الزمن نحو 280 ميلي ثانية. قاعدة عملية: فلتر خفيف للمستوى والضغط، وفلتر أثقل للتدفق، وبلا فلتر تقريباً لأي إشارة تدخل في منطق سلامة، لأن الفلتر يؤخّر.

حدّ سرعة التغيّر

هذه أقوى طريقة لكشف عطل الحسّاس وهو داخل النطاق الصالح. اسأل: ما أقصى سرعة يمكن أن تتغيّر بها العملية فيزيائياً؟ في مختبرنا المضخة ترفع المستوى 6% في الثانية. فأي قفزة 40% في الثانية ليست عملية، بل سلك أو تلامس.

Slope := ABS(Eng - Prev) / Ts;
IF Slope > 40.0 THEN
  (* لا تدخلها الفلتر، واحتفظ بآخر قيمة سليمة *)
END_IF;

الترتيب مهم

عدّات ← تحقّق NE43 ← وحدة هندسية ← حدّ سرعة ← فلتر ← منطق. لا تفلتر قبل أن تتحقّق، فالفلتر يخفي العطل ويجعل سلكاً مقطوعاً يبدو كهبوط بطيء محترم.