Автоматические системы связи

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение.

 

      Пожар – это стихийное бедствие, которое представляет собой неконтролируемое горение, причиняющее материальный ущерб, вред жизни и здоровью граждан, интересам общества и государства.

Основной причиной возникновения пожаров является человеческий фактор. Так, в результате неосторожного обращения с огнём произошло 44,7 % пожаров, материальный ущерб от которых – 22,7 % общих убытков по стране. Нарушение правил устройства и эксплуатации электрооборудования стало причиной 18,9 % пожаров, а доля ущерба от них составила 25,3 %.

В целях защиты личности, имущества, общества и государства от пожаров организуется пожарная охрана. Государственная противопожарная служба (ГПС) входит в состав Министерства по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий (МЧС) в качестве единой и самостоятельной оперативной службы.    

Начальная стадия пожара имеет продолжительность 15–30 минут и характеризуется невысокой температурой и низкой скоростью горения.  
Поэтому для успешной борьбы с пожарами необходимо своевременное оповещение о начале пожара и оперативное реагирование подразделений пожарной охраны на полученное сообщение.

Автоматизация управления существенно повышает производительность труда и создаёт условия для эффективного выполнения функций управления. Поэтому в пожарной охране широко внедряются автоматизированные системы оперативного управления силами и средствами тушения пожаров. Для обеспечения в таких системах процессов обмена информацией между центром управления и пожарными частями предусматривается разветвлённая сеть каналов связи, в том числе проводная и радиосвязь.

На базе современных достижений в области вычислительной техники, средств связи в среде передачи данных создаются информационно-управляющие комплексы пожарной охраны, включающие подсистемы автоматизированного управления функционированием гарнизонов пожарной охраны, противопожарной профилактикой и оперативного управления силами и средствами тушения пожаров.

Эффективное использование средств связи и вычислительной техники в пожарной охране возможно только на основе глубокого освоения инженером по пожарной безопасности теоретических знаний и практических навыков по выбранной специальности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ОСНОВЫ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

1.1. Состав и структура автоматических систем 

Система есть совокупность элементов, взаимосвязанных между собой и тем самым образующих определённую целостность. В зависимости от того, в какой системе (простой, сложной, большой) производится управление, различаются системы автоматического управления (САУ) и автоматизированные системы управления (АСУ).

Для функционирования САУ и АСУ необходима информация о цели управления, так как управление бессмысленно, если оно не направлено на достижение определённой цели. Если управление наилучшим образом соответствует поставленной цели, то такое управление называется оптимальным. Критерием оптимальности управления считается количественно измеряемая величина, отражающая цель управления. Математическая запись критерия оптимальности носит название целевой функции. При оптимальном управлении значение целевой функции достигает экстремума (максимума или минимума в зависимости от критерия оптимальности).

Автоматическое управление осуществляется, как правило, в простых системах, когда известны описание объекта управления и алгоритмы управления им.

В сложных системах, когда связи между элементами и подсистемами не всегда ясны, а критерии функционирования не обладают достаточной чёткостью, в контур системы управления, кроме ЭВМ, действующей по заданным алгоритмам, включается лицо, принимающее решение (ЛПР). Наличие ЛПР в контуре управления является отличительной чертой АСУ. Структурная схема АСУ представлена на рис. 1. 

 

 

 

Рис. 1. Структурная схема АСУ: ПО – программное обеспечение; ОУ – объект управления; ИО – исполнительный орган; V – внешнее возмущение; U – управляющее воздействие; Iвх – информационный поток на входе; Iвых – информационный поток на выходе; Iу – управляющая информация; Iос – обратная связь (информация о текущем состоянии).  

Как видно из рис. 1, ЛПР, получив информацию обратной связи Iос, осведомляющую его о состоянии ОУ, обращается к ЭВМ (поток Iвх), имеющей определённое программное обеспечение и вырабатывающей рекомендации к принятию решения (поток Iвых). На основе анализа предложенных ЭВМ альтернатив ЛПР принимает решение, которое в виде Iу поступает в ИО, переводя его в необходимое состояние. То есть управление в АСУ представляет собой процесс целенаправленной переработки информации.

Структурно автоматизированная система содержит:

– компьютеры (хост-компьютеры, сетевые компьютеры, рабочие станции, серверы), размещённые в узлах сети;

– аппаратуру и каналы передачи данных с сопутствующими им периферийными устройствами;

– интерфейсные платы и устройства (сетевые платы, модемы);

– маршрутизаторы и коммутационные устройства.

Рабочая станция – это подключённый к сети компьютер, через который пользователь получает доступ к её ресурсам. В качестве рабочих станций используются обычные и специализированные компьютеры. Такие специализированные компьютеры называются сетевыми компьютерами (NET PC – Network Computer). Рабочая станция на базе обычного компьютера функционирует как в сетевом, так и в локальных режимах.

В настоящее время для повышения оперативности, надёжности передачи и уменьшения ёмкости запоминающих устройств узлов коммутации длинные сообщения разделяются на несколько более коротких стандартной длины, называемых пакетами.

Программное обеспечение автоматизированных систем выполняет координацию работы основных звеньев и элементов сети.

 

 

1.2. Базы данных. Системы управления базами данных. 

 

База данных обеспечивает хранение информации и представляет собой поименованную совокупность данных, организованных по определённым правилам, включающим общие принципы описания, хранения и манипулирования данными. Централизованная база данных хранится в памяти одной автоматизированной системы. Если эта система является компонентом сети, то возможен распределённый доступ к централизованной базе данных.

Распределённая база данных состоит из нескольких частей, которые хранятся в различных ЭВМ вычислительной сети. Работа с такой базой осуществляется с помощью системы управления распределённой базой данных.

Системы управления базами данных разделяются по используемой модели данных на следующие типы: иерархические, сетевые, реляционные и объектно-ориентированные. По характеру использования СУБД делят на персональные и многопользовательские.

 

 

 

 

 

2. АВТОМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ  И ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОЖАРНОЙ ОХРАНЫ.

 

 

 2.1. Назначение и задачи автоматических систем связи и оперативного управления. 

При одновременном (или с незначительным смещением во времени) возникновении более двух пожаров в городе, быстром усложнении оперативной обстановки без наличия средств автоматизации диспетчеры не в состоянии оптимально управлять силами и средствами гарнизона пожарной охраны. Потери во времени образуются за счёт выбора имеющейся в наличии техники, установления связи, выдачи приказов, контроля за их исполнением.  
Теряется время на регистрацию основных управленческих решений, приказов по использованию сил и средств, текущему учёту. В экстремальных условиях, создающихся при сложной оперативной обстановке, возрастает вероятность ошибки как диспетчера, так и руководителей, организующих тушение пожара.

Для управления силами и средствами тушения пожара создаётся автоматизированная система оперативного управления  в пожарной охране, структура которой определяется сложностью решаемых задач, а эффективность – степенью автоматизации решения этих задач.

Основные задачи оперативного управления силами и средствами тушения пожаров в гарнизонах пожарной охраны, решаемые АСОУПО, следующие :

– машинное хранение информации о состоянии всех видов пожарной техники в гарнизоне;

– машинное хранение справочных данных об объектах;

– машинное хранение типовых программ тушения пожаров различных рангов (номеров);

– машинное хранение расписания выездов пожарных подразделений на тушение пожара;

– приём и автоматическая регистрация всех видов информации;

– автоматизация диалога «диспетчерский пункт – заявитель»;

– автоматизация селекции полезной информации;

– автоматизация анализа поступающей информации и выработки оптимального управленческого решения;

– автоматизация передачи приказов пожарным частям;

– автоматизация контроля исполнения приказов;

– автоматизация восстановления сведений об изменении состава пожарной техники в пожарных частях, на пожарах;

– автоматизация выбора оптимального маршрута до места пожара;

– машинное хранение и автоматизация поиска оперативных планов тушения пожаров конкретных объектов;

– автоматизация отображения оперативной обстановки на светоплане;

– автоматизация отображения наличия пожарной техники в частях в реальном масштабе времени;

– автоматизация отображения на плане города маршрута движения к месту пожара пожарной техники в реальной топографии и масштабе времени;

– автоматизация контроля времени прибытия пожарной техники на пожар и пожарную часть;

– автоматизация прогнозирования развития пожаров для наиболее важных объектов;

– автоматизация выработки упреждающих управленческих решений;

– обеспечение круглосуточной  надёжной оперативной связи.

Решение этих задач возможно только с помощью средств автоматизации, объединённых в общую систему оптимального управления силами и средствами тушения пожаров. В основу построения АСОУПО закладываются типовые решения с учётом того, что у каждого конкретного гарнизона пожарной охраны есть свои особенности. Одной из них является фактическая интенсивность вызовов, поступающая в сеть связи гарнизона, так как интенсивность вызовов является основой для оптимизации пропускной способности отдельных подсистем АСОУПО и системы в целом.

Кроме того, при внедрении типовой АСОУПО необходимо сделать привязку её технического комплекса к реальному размещению в конкретном помещении, обеспечить соответствующим электропитанием.  

 

 

2.2. Структурная схема автоматической системы  оперативного управления в пожарной охране. 

 

Структурная схема АСОУПО представлена на рис. 10. Сообщения о пожаре поступают в подсистему приёма и автоматической регистрации информации (ПП и АРИ) и анализируются подсистемой анализа информации (ПАИ), которая с помощью имеющихся сведений в подсистеме информационно-справочного фонда (ИСФ) и типовых программ подсистемы расписаний (ППР) выдаёт соответствующие возникшей оперативной ситуации данные подсистеме управленческого решения (ПУР).

Управленческое решение – это приказ на выезд соответствующим пожарным подразделениям, который передаётся автоматически подсистемой передачи приказов (ППП) по команде диспетчера пожарным частям. Исполнение приказа (выезд пожарных автомобилей) автоматически контролируется на диспетчерском пункте подсистемы контроля и исполнения приказов (ПКИП) при поступлении сигналов от датчиков, установленных в местах стоянок автомобилей в пожарных частях. При наличии подсистемы прогнозирования (ПП) развития пожара и выработки упреждающих решений приказы формируются с учётом выданных указанной подсистемой прогнозов. 

 

                           

 

Рис. 10. Структурная схема АСОУПО  

 

Подсистема оптимизации маршрута (ПОМ) на основании полученного адреса пожара выдаёт оптимальный маршрут следования каждой пожарной части с целью сокращения времени прибытия на место пожара. Подсистема слежения маршрута (ПСМ) обеспечивает автоматическое слежение за движением пожарных автомобилей по городу с выдачей подтверждающего сигнала на диспетчерский пункт о времени прибытия каждой машины на место пожара.

Вся информация о наличии техники в пожарных частях гарнизона, об убытии и прибытии её отображается на световом табло (подсистема отображения оперативной обстановки – ПООО) с указанием текущего времени.  
С помощью подсистемы отображения наличия техники (ПОНТ) диспетчер в любое время имеет сведения о наличии техники в боевой готовности в пожарных частях. Передача оперативной информации осуществляется через передающую станцию (ПС). 

 

 

2.3. Организация работы автоматических систем связи  и оперативного управления пожарной охраны

Функции диспетчера в АСОУПО сводятся к контролю функционирования технических средств приёма, переработки и отображения информации, выдачи приказов пожарным частям, контролю и оценке общей оперативной обстановке в гарнизоне пожарной охраны. В случае отказа какой-либо  
АСОУПО диспетчер должен ввести резервную или принять выполнение её функций на себя.

Работа диспетчера характеризуется быстродействием, точностью выполнения операций, надёжностью и психологическим напряжением .

Быстродействие представляет собой количество выполненных действий в единицу времени.                                       

 Б = (Nд / t)β,                                                  

где Nд – число действий (операций); t – контролируемый отрезок времени;  
β – коэффициент сложности выполняемых операций.

Под точностью действий диспетчера понимается степень соответствия выполнения им определённых функций предписанному алгоритму. Она зависит от степени сложности выполняемых операций, условий и режима работы, состояния нервной системы диспетчера, индивидуальных особенностей и других факторов. Точность работы диспетчера характеризуется безошибочностью Pj или интенсивностью ошибок λj на одну выполненную операцию и рассчитывается по формулам :                  

                    Pj = (Nj – nj) / Nj,                                               

где Nj – число выполненных операций j-го вида; nj – число допущенных ошибок;                                       

 λj = nj / (Nj · Tj),                                               

где Tj – среднее время выполнения операций j-го вида.

Способность диспетчера включиться в работу в произвольный момент времени характеризуется коэффициентом готовности                                      

 Кг = 1 – То / Т,                                              

где То – время, в течение которого диспетчер по тем или иным причинам не может выполнять свои функции; Т – общее время диспетчера в смене.

Несвоевременное исполнение отдельных операций диспетчером снижает эффективность функционирования системы в целом. Вероятность своевременного выполнения диспетчером поставленных задач в течение времени τ < t                                   

 Рсв = Кг · f(τ) dτ,                                          

где tл – лимитное время отводимое диспетчеру на выполнение поставленной задачи; f(τ) – функция распределения времени решения задач диспетчером.

Лимит времени диспетчера на решение задач может быть как постоянным, так и случайным. В экстремальных условиях оперативной обстановки лимит времени на выполнение задач, которые решались при неэкстремальных условиях, уменьшается пропорционально увеличению материальных убытков, образующихся вследствие пожаров.

Надёжность диспетчера представляет собой его способность сохранять заданное быстродействие при заданной точности выполнения операций в определённых условиях работы на контролируемом отрезке времени:                                  

 Рд(t) = Рбез.ош · Рсв (t).                                            

При наличии двух диспетчеров их надёжность увеличивается.

В процессе работы диспетчер может не только исправлять свои ошибки, но и компенсировать отказы технических средств АСОУПО. Если исходить из предположения, что способности диспетчера к компенсации ошибок и безошибочная работа системы являются независимыми, то тогда при невозможности компенсации ошибок и отказов вероятность безотказной работы такой системы в течение (t, t ± Δt)                                   

 Р1(t, Δt) = Рт (t, Δt) · Рд (Δt),                                    

где Рт (t, Δt) – вероятность безотказной работы техники за время t…t + Δt; Рд (Δt) – вероятность безошибочной работы диспетчера в течение Δt при условии, что техника работает безотказно.

Надёжность АСОУПО повышается, если диспетчер мгновенно с вероятностью ρ компенсирует ошибку. Тогда вероятность работы АСОУПО                        

 Р2(t, Δt) = Рт (t, Δt) {Рд (Δt) + [1 – Рд (Δt)]ρ}.                        

Соответственно надёжность АСОУПО повышается, если диспетчер, не допуская ошибки, компенсирует отказ техники :                          

 Р3(t, Δt) = Рд (Δt) [Рт (t, Δt) + Ру (t, Δt, σ)],                        

где Ру (t, Δt, σ) – условная вероятность безотказной работы АСОУПО в течение (t, t + Δt) с компенсацией последствий отказов при условии, что  отказ возник в момент σ и был скомпенсирован с учётом неравенства t < σ < t + Δt.

Если в системе компенсируются и ошибки и отказы, то вероятность её безотказной работы   

Р4(t, Δt) = {Рд (Δt) + [1 – Рд (Δt)]ρ}·[ Рт (t, Δt) + Ру (t, Δt, σ)].        

Выигрыш в надёжности АСОУПО за счёт компенсации диспетчером ошибок и отказов в технике    Кв = [Р4(t, Δt)] / [ Р1(t, Δt)].                                  

Важной характеристикой работы диспетчера является загруженность в течение смены, определяющая его психологическое напряжение. Её можно охарактеризовать отношением времени непосредственной занятости приёмом, переработкой информации и выработкой управленческих решений t0 к общему времени дежурства в смене Тд:                                    

 Кз = t0 / Т0,                                              

Коэффициент занятости диспетчера по физиологическим нормам не должен превышать величины 0,75 .                                                                                                                                           2.4. Задачи технического обслуживания.  

Задачами технического обслуживания являются профилактика (для предупреждения отказов) и ремонт (с целью восстановления работоспособности) неисправной аппаратуры.

Профилактические работы, как правило, осуществляются в нижеприведённой последовательности.

1. При обесточенной аппаратуре производится: разборка, осмотр состояния креплений, паек и монтажа, чистка элементов и блоков, проверка качества изоляции монтажа, проверка утечки конденсаторов, проверка надёжности срабатывания реле.

2. При испытаниях аппаратуры под током осуществляется: проверка и подбор режимов работы, проверка работоспособности элементов и узлов при различных режимах, регулировка и настройка отдельных параметров элементов и узлов.

3. При контроле функционирования аппаратуры производится: контроль работоспособности при различных режимах работы, комплексная отладка и проверка основных параметров в целом.                               

Объём и периодичность выполнения профилактических работ определяется специально разработанным применительно к данному типу технических устройств регламентом, т. е. сводом правил, устанавливающих соответствующий порядок работ.

По времени исполнения профилактические работы подразделяются на ежедневные, месячные, квартальные, полугодовые и годовые. По степени сложности – на внешний осмотр и чистку, контрольно-регулировочные работы, сезонные смазочные и крепёжные работы.

Эксплуатируемые средства связи необходимо обеспечить требуемым комплектом запасных частей для уменьшения времени восстановления . 

Текущий ремонт в средствах связи проводится в целях замены или восстановления какого-либо неисправного элемента для повышения готовности аппаратуры. Наиболее эффективным является агрегатный ремонт, когда заменяется неисправный блок, а не неисправный элемент. В этом случае сокращается время простоя аппаратуры в неработоспособном состоянии, так как отыскать неисправный блок проще, чем неисправный элемент, поэтому можно использовать менее квалифицированный обслуживающий персонал.

Ремонт при наличии резервирования осуществляется без снятия с аппаратуры выполняемых функций. Необходимо отметить, что данный метод требует значительных затрат на резервирование.

Наиболее трудоёмкой операцией при ремонте является отыскание неисправностей. Для её реализации можно использовать приведённый ниже алгоритм поиска неисправностей.

1. Исследуемая схема делится по условной вероятности отказа пополам, и в точке деления производится испытание схемы. В зависимости от результатов испытаний принимается неисправной та или иная часть схемы.

2. Для неисправной части схемы повторяется процедура, рассмотренная в п. 1. Деление схемы проводится до тех пор, пока неисправным останется только один элемент.

Кроме того, на практике для поиска неисправных элементов (или части схемы) применяют внешний осмотр, промежуточные измерения, сравнение, замену.

При внешнем осмотре устанавливается наличие изменений внешнего вида аппаратуры (перегрев, искрение, подгорание и т. д.). Промежуточные измерения представляют собой измерение параметров аппаратуры и установку соответствия их заданным допускам изменения. Способ сравнения заключается в том, что режимы работы проверяемого элемента или участка схемы сравнивают с режимами работ однотипного элемента, заведомо исправного, и делаются выводы о работоспособности проверяемой аппаратуры. Способ замены характеризуется тем, что отдельные элементы заменяются на заведомо исправные.

При эксплуатации средств связи необходимо обосновывать целесообразность проведения ремонта аппаратуры, отработавшей установленные сроки. Если стоимость очередного ремонта лежит в пределах средней стоимости ремонта при постоянной надёжности, проведение ремонта и дальнейшая эксплуатация целесообразны. При истечении срока службы данного изделия его можно эксплуатировать, если стоимость очередного ремонта находится в допустимых пределах средней стоимости ремонта, а интенсивность отказов возрастает не более чем в 1,25 раза.                                                            

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение.

 

        Выполнив реферат,  мною были сделаны выводы. Эффективность борьбы с пожарами зависит от надежно организованной системы связи. Связь в пожарной охране служит для приема сообщений о пожарах; управления подразделениями в пути следования и при работе на пожаре; вызова специальных служб, взаимодействующих с пожарной охраной.

Организация оптимальной системы связи должна обеспечить взаимный обмен оперативной информацией между всеми подразделениями гарнизона пожарной охраны при высоком качестве и надежности связи.

   Структурная схема системы оперативной связи гарнизона пожарной охраны представляет собой упорядоченную совокупность различных видов проводной и радиосвязи, которая предназначена для обеспечения управления силами и средствами тушения пожаров и организации обмена оперативно-служебной информацией между подразделениями гарнизона пожарной охраны, абонентами города и взаимодействующими экстренными спасательными службами МЧС России.

      Основным назначением АССОУПО является повышение уровня пожарной безопасности, уменьшения материального ущерба и гибели людей от пожаров, уменьшение количества ошибок в действиях диспетчерского состава и служб пожаротушения, повышение эффективности организационной и хозяйственной деятельности гарнизона, эффективное использование средств связи, пожарной техники и личного состава в гарнизонах пожарной охраны.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы.

1. Бройдо, В. Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации [Текст] : учеб. пособие / В. Л. Бройдо. – СПб. : Питер, 2002.

2. Основы построения систем и сетей передачи информации [Текст] : учеб. пособие / В. В. Ломовицкий [и др.]. – М. : Горячая линия – Телеком, 2005.

3. Шаровар, Ф. И. Автоматизированные системы управления и связь в пожарной охране [Текст] : учеб. пособие / Ф. И. Шаровар. – М. : Радио и связь, 1987.

4. Наставление по службе связи Государственной противопожарной службы Министерства внутренних дел Российской Федерации : прил. к приказу МВД России от 30 июня 2000 г. № 700. – М., 2000.

5. Беляев, В. В. Компьютерные технологии в науке и образовании. Системы управления базами данных [Текст] : учеб. пособие / В. В. Беляев,  
Г. Н. Журов. – СПб. : Изд-во С.-Петербургского гос. горного ин-та (технический ун-т), 2000.

6. Половко, А. М. Основы теории надёжности [Текст] / А. М. Половко, С. В. Гуров. – 2-е изд., перераб. и доп. – СПб. : БХВ-Петербург, 2006.