АСУ. Практ. зан. АСУ. Методические указания к практическим занятиям по дисциплине Автоматизированные системы управления и связь Уфа 2011
 Скачать 370 Kb.
|
|
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уфимский государственный авиационный технический университет МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «Автоматизированные системы управления и связь» Уфа 2011 Составитель: ___________ А.И.Гулин 15 февраля 2011 г подпись ФИО дата Рассмотрено на заседании кафедры телекоммуникационных систем « 17 » февраля 2011г. (Протокол № 5) Зав. кафедрой _________________ А.Х. Султанов подпись Рассмотрено на заседании научно-методического Совета по направлению подготовки дипломированного специалиста 280100 «Безопасность жизнедеятельности», специальности 280104 «Пожарная безопасность» «_21_» февраля 2011г. (протокол № 2) Председатель научно-методического Совета ____________ к.т.н., доцент. Ф.Ф. Султанов СОДЕРЖАНИЕ Практическое занятие № 1. Оценка экономической эффективности АСОУПО 4 Практическое занятие № 2. Определение необходимого числа линий специальной связи «01» и количество диспетчерского персонала 12 Практическое занятие № 3. Расчет входных цепей радиоприемников 18ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №1ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ АСОУПО В качестве обобщенного показателя экономической эффективности функционирования АСОУПО принято отношение оценки результата ее применения в реальных условиях (Э) к приведенным затратам на построение и эксплуатацию системы (Собщ):  .Оценкой результата применения АСОУПО является экономический эффект Э. получаемый за счет предотвращенных с помощью АСОУПО убытков от пожаров. Экономический эффект можно представить как разность между суммарными потерями от пожаров при базовом варианте (т.е. до внедрения системы) и суммарными потерями от пожаров при новом варианте, т.е. после внедрения системы:  ,где α – среднее число крупных пожаров за исследуемый промежуток времени; Сн.п.1 и Сн.п.2, руб. – средние значения материальных убытков, образующихся до начала тушения пожара, соответственно до внедрения АСОУПО и после ее внедрения; Ст.п.1 и Ст.п.2, руб. – средние значения материальных убытков, образующихся в период тушения пожара, до внедрения АСОУПО и после ее внедрения; Ск.у.1 и Ск.у.2, руб. – средние значения косвенных материальных убытков от пожаров, соответственно до внедрения АСОУПО и после ее внедрения. Стоимость убытков Сн.п., образующихся на конкретном этапе тушения пожара зависит от условий возникновения и характера развития пожара. Времени его обнаружения, времени выработки управленческого решения диспетчером (выбора состава техники и формирования приказа на выезд), транспортного времени, времени разведки пожара и ввода достаточного количества сил и средств на всех направлениях боевых действий, а также от удельной стоимости горючей нагрузки (горючих материалов) на объекте пожара. В общем виде средний размер, руб., ущерба от пожара до начала его тушения вычисляется по формуле  ,где Sн – площадь горения (пожара) в момент начала тушения, м2; γ- коэффициент удельной стоимости горючей нагрузки (материалов) на единицу площади горения, руб./м2. Увеличение площади горения рассчитывается, исходя из формы пожара в зависимости от времени свободного развития пожара τс.р.. Время свободного развития пожара, мин., рассчитывается по формуле  ,где τ0 – время от начала возникновения пожара до момента его обнаружения, мин.; τв.у.р. – время обработки сообщения (заявки) с учетом времени переговора диспетчера ЦУС с заявителем о пожаре и выработки диспетчером управленческого решения на высылку пожарных подразделений для тушения пожара, мин.; τпп – время передачи приказов пожарным частям; τтр – время с момента выезда пожарных машин до начала тушения (транспортное время) с учетом времени боевого развертывания подразделений, мин. Применение АСОУПО позволит сократить значения τв.у.р. и τп.п. за счет автоматизации приема и обработки заявки, выработки управленческого решения и передачи приказов пожарным частям. Применение АСОУПО сокращает материальный ущерб от пожара за счет того, что пожарное подразделение прибывает на место пожара раньше и, следовательно тушение пожара начинается при меньшем размере пожара, а также за счет автоматизированного программно-обоснованного выбора соответствующих пожарных частей гарнизона, номенклатуры и количественного состава пожарной техники и средств тушения, обеспечивающих повышение эффективности тушения пожара. Следует отметить, что размер предотвращенного ущерба в случае применения АСОУПО особенно ощутим при организации одновременного тушения нескольких пожаров, при сложной оперативной обстановке, когда для тушения пожаров требуются дополнительные средства и техника. В этой обстановке без АСОУПО даже опытный диспетчер допускает существенные ошибки в выборе нужной пожарной части и требуемого состава техники, в учете задействованной и имеющейся в боевом резерве гарнизона техники, что отрицательно сказывается на правильности выбора дополнительной пожарной техники при возрастании номера сложности пожара. Кроме того, при наличии АСОУПО сокращается время, затрачиваемое диспетчером на управленческие операции, особенно в период сложившейся оперативной обстановки, когда несколько раз требуется высылать дополнительные силы, средства и технику, что в конечном счете приводит к снижению материального ущерба. В общем случае ущерб от пожаров включает непосредственный ущерб от пожара на объектах производственного и непроизводственного назначения и косвенный ущерб, вызванный простоем производственного предприятия вследствие пожара. Косвенный ущерб составляют: Заработная плата персоналу за время простоя; Доплата персоналу, привлеченному для ликвидации последствий пожара; Оплата работ по демонтажу, расчистке и уборке строительных конструкций; Потери от снижения выпуска продукции за время простоя; Оплата штрафов за недопоставку продукции; Потери от капитальных вложений на восстановление основных фондов и др. Величина косвенного ущерба может быть самой разной в зависимости от назначения объектов и размеров пожара. С учетом этих факторов величина косвенного ущерба может составить от 10 до 300% от непосредственного ущерба от пожаров. При проведении практических расчетов разница значений косвенного материального ущерба без АСОУПО и с применением АСОУПО (предотвращенный ущерб за счет применения АСОУПО) может быть установлена по среднестатистическим данным для соответствующего класса объектов. Расчет величины косвенного ущерба может быть проведен по методике, разработанной ФГУ ВНИИПО МЧС России. Расчет приведенных затрат на построение и эксплуатацию АСОУПО 1. Годовой фонд заработной платы производственных рабочих по обслуживанию и техническому содержанию системы составляет Сз.п.. Для обслуживания в гарнизоне имеется 2 штатные должности инженеров-программистов ЦУС. Увеличение годового фона заработной платы не требуется. 2. Стоимость аппаратно-программного комплекса с учетом накладных расходов представлена в табл. 1 и составляет Сапп = 592600 руб. 3. Стоимость запасных частей и материалов (ЗИП) рассчитывается по формуле Сзип = 0,01Сапп = 0,01*592600 = 6000 руб/год. 4. С учетом круглосуточной работы 24 компьютеров ЦУС и проекционного экрана стоимость электроэнергии, потребляемой аппаратурой, составит: СЭ = Сэл1NэлРпТрабКп = 0,47*25*0,3*8760*0,8 = 24700 руб./год, где Сэл1 – соответственно стоимость 1 кВт, равная 0,47 руб.; Nэл – количество систем и приборов электропотребителей АСОУПО, Рп – потребляемая мощность по отдельным системам и приборам, равная 0,3 кВт, Траб – среднее время работы аппаратуры, равное 8760 ч (так как аппаратура работает круглосуточно в течение всего года), Кп – коэффициент потерь, равный 0,8. Таблица 1 – Спецификация оборудования для реализации АСОУПО  5. Прочие расходы Спр принимаются в размере 7% от увеличения фонда заработной платы Сз.п. и составляют: Спр = 0,07Сз.п = 0,07*0 = 0 руб/год. 6. Накладные расходы рассчитываются по формуле Сн.р. = 0,1(Спр + Сзип + Сэл) = 0,1(0 + 6000 + 24700) = 3100 руб/год. 7. Общие эксплуатационные расходы: Сэкс = Сз.п. + Сзип + Сэл + Спр + Сн.р. = 0 + 6000 + 24700 + 0 + 3100 = 33800 руб./год. 8. Обобщенные затраты на построение и эксплуатацию системы: Собщ = Сэкс + ЕнСапп = 33800 + 0,15*592600 = 122690 руб/год. Экономическая эффективность АСОУПО Экономическая эффективность АСОУПО зависит также от вероятности безотказной работы технических средств системы и вероятности безотказной работы диспетчера, который является одним из функциональных звеньев системы. С учетом этого обобщенный показатель экономической эффективности АСОУПО может быть определен по следующей формуле:  ,где Рт.с = 0,95 – вероятность безотказной работы технических средств АСОУПО; Рд = 0,5 – вероятность безотказной работы диспетчера. Таким образом, на основании заданных исходных данных вычисляют следующее: Время свободного развития пожара без АСОУПО  = 10 + 3 + 5 + 12 = 30 мин.Площадь горения без АСОУПО  Материальный ущерб от пожара до начала его тушения без АСОУПО  = 53,8*480 = 25,8 тыс.руб.Время свободного развития пожара с применением АСОУПО  = 6 + 1,5 + 1,3 + 8 = 16,8 мин.Площадь горения с применением АСОУПО  Материальный ущерб от пожара до начала его тушения с АСОУПО  = 16,7*480 = 8 тыс.руб.Предотвращенный материальный ущерб от пожара за счет применения АСОУПО = 2[(28-8) + (170-50) + (110-40)] = 420 тыс.руб.Экономическая эффективность АСОУПО с учетом вероятности безотказной работы системы Рт.с. = 0,95 и вероятности безотказной работы диспетчерского состава Рд составит:  Вывод. Исходя из результатов, можно сказать, что автоматизированную систему в данном виде целесообразно внедрять в подразделении пожарной охраны гарнизона, т.к. предотвращенный материальный ущерб от пожара за счет применения АСОУПО (или положительный результат ее применения) почти в 2 раза больше затрат на ее построение и эксплуатацию. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА 1. Перечень оборудования: (И – имеется, Т – требуется, С – стоимость) Примечание. С – стоимость за единицу оборудования, в тыс. руб. Стоимость всех необходимых единиц оборудования нужно рассчитать самостоятельно.
2. Значение показателей до внедрения АСОУПО
3. Значение показателей после внедрения АСОУПО
4. Статистическая информация = 3 γ = 500 Vл = 1,7*10-3 ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №2ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕОБХОДИМОГО ЧИСЛА ЛИНИЙ СПЕЦИАЛЬНОЙ СВЯЗИ «01» И КОЛИЧЕСТВА ДИСПЕТЧЕРСКОГО СОСТАВА1 В систему приема информации по линиям специальной связи «01» поступают сообщения не только о пожарах и происшествиях, но и сообщения, связанные с потребностью абонентов в получении различной справочной информации, и сообщения-помехи, связанные со случайным или преднамеренным попаданием абонентов ГАТС в систему приема сообщений (СПС). При проведении экспериментальных исследований информационной нагрузки в системе приема сообщений о пожарах и происшествиях под сообщением, поступающим по линиям специальной связи «01» на ЦУС, понимается совокупность данных, имеющая признаки начала и конца и предназначенная для передачи по линиям связи в СПС. Вызов – это событие в системе приема сообщений, выражающееся в желании некоторого абонента получить соединение с диспетчером ЦУС для передачи сообщения о пожаре. Потоком вызовов называют последовательность сообщений, поступающих одно за другим в СПС через какие-либо интервалы времени. Под обслуживанием вызова понимается процесс двухсторонних переговоров диспетчера ЦУС с абонентом по линии специальной связи, начатых по инициативе позвонившего абонента. Результаты проведенных экспериментальных исследований информационной нагрузки показали, что время обслуживания сообщений, поступающих по линиям спецсвязи, характеризуется большим разбросом значений длительности обслуживания. Периодичность поступления информации по каналам информационного обеспечения является случайным процессом, поэтому случайными величинами будут моменты возникновения отдельных вызовов, количество вызовов и продолжительность их обслуживания. В силу этого для оптимизации числа линий спецсвязи и количества диспетчеров применяется теория систем массового обслуживания (СМО). Суть ее в следующем: на вход n-канальной СМЛ подается поток вызовов с интенсивностью λ. Если вызов застал все каналы занятыми, то он получает отказ, а если хотя бы один канал свободен, то он принимается на обслуживание. Оптимизация сети специальной связи сводится к нахождению минимального числа линий связи «01» и диспетчеров, при которых обеспечивается заданная вероятность отказа в обслуживании (вероятность потери вызова) и необходимая пропускная способность сети специальной связи. Последовательно увеличивая число линий с 1 до n, находим такое число линий связи, при котором выполняется условие Ротк ≤ PП. Общий алгоритм оптимизации сети специальной связи рассмотрим на конкретном примере инженерного расчета, в результате которого определяется минимально необходимое количество линий специальной связи «01» и общее число диспетчерского состава. Нагрузка, создаваемая в сети специальной связи, например, при заданных величинах интенсивности входного потока вызовов λ = 0,1 выз/мин и времени обслуживания одного вызова (времени переговора) Тп = 0,5 мин, может быть представлена как у = λТп = 0,1*0,5 = 0,05 мин. В общем виде вероятность того, что все линии специальной связи свободны, определяется по формуле  ,где k – последовательность целых чисел, k = 0, 1, 2, …, n. Для случая, когда n = 1, вероятность того, что линия связи будет свободна,  .В общем виде вероятность того, что все n линий связи будут заняты (т.е. вероятность отказа в обслуживании), определяется как  .Для случая, когда n = 1, вероятность отказа равна:  .Сравнивая полученное значение Ротк 1 и заданное значение вероятности потери вызова Рп = 0,001, приходим к выводу, что условие Ротк1 ≤ Рпне соблюдается. Поэтому увеличиваем число линий связи до n = 2. При этом вероятность того, что 2 линии связи будут свободны, определяется по формуле  .Вероятность отказа при этом определяется по формуле  .Сравнивая полученное значение Ротк2 и заданное значение Рп, приходим к выводу, что условие Ротк2 ≤ Рп не соблюдается. Поэтому увеличиваем число линий до n = 3. При этом вероятность того, что три линии связи будут свободны, определяется следующим образом:  .Вероятность отказа при этом определяется как  .Сравнивая полученное значение Ротк3 и заданное значение Рп, приходим к выводу, что условие Ротк3 ≤ Рп соблюдается, т.е. Ротк3 = 0,000018 < Рп = 0,001. Таким образом, принимаем число линий специальной связи «01» n = 3. Вероятность того, что вызов будет принят на обслуживание (относительная пропускная способность сети специальной связи по линиям «01») определяется как  .Таким образом, в установившемся режиме в системе информационного обеспечения диспетчерского состава (сети специальной связи) будет обслужено 99,9% поступивших вызовов. Абсолютная пропускная способность системы информационного обеспечения диспетчерского состава определяется выражением  ,т.е. система (диспетчер) способна обслужить в среднем 0,099 сообщения в минуту. Время занятости диспетчера обслуживанием одного вызова, ч,  ,где ТП – заданная величина времени одного «чистого» переговора диспетчера с вызываемым абонентом; Тобс1 – время занятости диспетчера обработкой принятого вызова (запись поступившего вызова в журнале регистрации и т.п.). По заданной интенсивности входного потока вызовов λ = 0,1 выз/мин, поступающих в систему информационного обеспечения диспетчерского состава, и времени обслуживания одного вызова диспетчером Тобс2 = 0,04ч определим полную нагрузку (в часах) на всех диспетчеров за смену, т.е. за 24 часа:  ,где 60 – количество минут в 1ч (при переводе λ в интенсивность входного потока вызовов в час). Допустимая нагрузка на одного диспетчера за смену с учетом коэффициента занятости диспетчера  ,где Кдоп – коэффициент занятости диспетчера; y1max – максимальная нагрузка на одного диспетчера за смену. Определим необходимое число диспетчеров:  .Округляя, получаем число диспетчеров – 1. Таким образом, по результатам оптимизации системы информационного обеспечения диспетчерского состава (сети специальной связи по линиям «01») определено, что необходимо иметь 3 линии связи «01» и одного диспетчера. Данная методика оптимизации сети специальной связи позволяет проводить расчет необходимого числа каналов информационного обеспечения (линий специальной связи) и диспетчерского состава при различных начальных условиях. Исходные данные для расчетов В таблице приведены следующие исходные данные: РП – вероятность потери вызова, λ – интенсивность входного потока заявок, ТП, мин. – время приема заявки диспетчером (время разговора), Тобс1, мин. – время занятости диспетчера обработкой одного вызова, Кдоп – коэффициент занятости диспетчера.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №3Расчет входных цепей радиоприемниковЗадача 1. Найдем полосу пропускания контура, обладающего резо-нансной частотой fo = 460 кГц и добротностью QК = 46. Решение. Полоса пропускания по уровню 0,707 определяется по формуле:  Задача 2. Найдем полосу пропускания контура, обладающего резо-нансной частотой fo = 600 кГц и добротностью QК = 30. Решение. Полоса пропускания по уровню 0,707 определяется по формуле:  Задача 3. Резонансная частота входного контура 1 МГц изменяется на 2кГц. Определить какому изменению индуктивности это соответствует при емкости 100 пФ. Решение.      Задача 4. Резонансная частота входного контура 1,5 МГц изменяется на 60 кГц. Определить какому изменению индуктивности это соответствует при емкости 110 пФ. Решение.  Задача 5. Определить активное сопротивление контура входной цепи радиоприемника, диапазон частот которого 150-420 кГц. Индуктивность контурной катушки 1,87 мГн, добротность входного контура 25. Решение.  Таким образом, активное сопротивление варьируется с 70 Ом до 197 Ом. Задача 6. Определить активное сопротивление контура входной цепи радиоприемника, диапазон частот которого 320-652 кГц. Индуктивность контурной катушки 2,18 мГн, добротность входного контура 41. Решение.  Таким образом, активное сопротивление варьируется с 106,85 Ом до 217,71 Ом. 1 Автоматизированные системы управления и связь: Учебник/ В.И. Зыков, А.В. Командиров, А.Б. Мосягин, И.М. Тетерин, Ю.В. Чекмарев; под общей ред. В.И. Зыкова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Академия ГПС МЧС России, 2006. – 655 с. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||