close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

Золотухин Д. А. Мехатронное противопожарное устройство с функцией дымоудаления

код для вставки
Министерство образования и науки РФ
Орловский государственный университет имени И.С.Тургенева
На правах рукописи
Золотухин Данила Андреевич
Научный доклад на тему:
Мехатронное противопожарное устройство с функцией дымоудаления
Направление подготовки: 09.06.01 - Информатика и вычислительная техника
направленность (профиль): Автоматизация и управление технологическими
процессами и производствами
Научный руководитель: к.т.н., Пилипенко Александр Витальевич
Орел-2018
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы исследования. Безопасность – является одной из
основных потребностей человека. В силу участившихся пожарах в Торговоразвлекательных центрах, связанной с халатностью персонала, а также
проверяющего органа, было принято решение о создании пожарной системы с
функциями дымоудаления и пожаротушения, которая не требует вмешательства
человека и исключает все внешние факторы воздействия при принятии решения.
Это становится возможным, только при комплексном подходе выполнения
инжинирингового проекта, который охватывает все процессы и стадии создания
конструкторской документации, проектирования, построения расчетных схем,
разработки алгоритмов управления, написания программы управления с подбором
комплектующих, а также экономическом обосновании данного проекта.
Зенитные фонари служат для предотвращения задымления помещений при
пожаре, правда при условии, что они правильно смонтированы и действуют как
система. Такие виды фонарей называют «Фонарь Дымоудаления». Как известно,
при пожаре 80% людей погибают не от огня, а от отравления токсичным дымом.
Основное назначение фонарей дымоудаления: обеспечить естественный выход
дыма через кровлю при пожаре или задымлении, предупредить гибель людей от
удушья, увеличить время безопасной эвакуации, сохранить достаточную
видимость для возможности спасения людей, сократить разрушительное
воздействие огня и дыма на имущество и оборудование.
Использование зенитных фонарей и люков дымоудаления в России зависит
от
региона,
в
котором
будет
использоваться
устройство,
большинство
предлагаемых зенитных фонарей могут справиться только с III-им снеговым
районом. В ряде случаев это обусловлено слабым исполнительным органом
электро/гидро/пневмоприводом или слабыми, не предназначенными к тяжелым
нагрузкам, использованными материалами. Из-за больших снеговых нагрузок
использование люков дымоудаления не представляется возможным, поэтому в
России используют обычные зенитные фонари. Так же это объясняет столь
популярное использование данных устройств в странах Европы, где снеговой
район не превышает II-ого уровня нагрузки.
Степень научной изученности проблемы. Исследования теоретических и
практических основ преимущественного использования систем дымоудаления, на
протяжении 20 лет проводятся рядом отечественных и зарубежных ученых.
Работы по созданию созданию систем дымоудаления выполнялись в ФГБУ
ВНИИПО МЧС России (Москва).
Вопросам исследования комплексной автоматизации и созданию адаптивных
алгоритмов управления, посвящены работы С.С. Одингом, И.А. Кретовым С.А.,
Басова О.Д. Алимова.
Изучение опубликованных работ позволяет сделать вывод о том, что
предметом исследований в данной области чаще всего выступали две отдельные
проблематики.
Это
построение
комплекса
автоматизированной
системы
противопожарной безопасности здания с отдельными процессами создания систем
дымоудаления.
Объектом исследования выступает противопожарная система зданий и
сооружений с приточно-вытяжным методом удаления дыма.
Предметом исследования являются процессы автоматизированной работы
компонентов противопожарной системы.
Цель научно-квалификационного исследования состоит в повышении
эффективности работы противопожарной системы здания за счет внедрения
распределенной архитектуры управления и разработки новой технологии
приточно-вытяжной системы вентиляции.
Для реализации цели в работе поставлены и решены следующие задачи:
 Провести анализ противопожарных систем, конструкций дымоудаления в
России и за рубежом, а также сведения относительно области их применения,
 Провести обзор известных конфигураций и математических моделей
устройств;
 Проанализировать возможность увеличения качества надежности системы
автоматизации;
 Проанализировать
возможности
использования
элементов
противопожарной системы в качестве элементов «умного дома»;
 Создать новую конструкцию устройства дымоудаления с проведением
прочностных расчетов;
 Разработать новый алгоритм управления противопожарным устройством;
 Разработать новую математическую модель динамического движения
устройства дымоудаления;
 Исследовать потоки дымоудаления с зависимостью от окружающих
факторов.
 Предложить новые методики и технологии для определения потоков
перемещения людей в помещении;
 Создать новый алгоритм определения координат мобильного абонентского
устройства;
 Разработать систему диспетчеризации и управления противопожарным
устройством;
 Внедрить двухуровневую систему контроля параметров противопожарной
безопасности;
 Исследовать
скорость
реагирования
управляющей
системы
на
возникновение чрезвычайной ситуации и срабатывания аварийного режима
работы.
Научная новизна работы:
 Разработана новая математическая модель динамического движения
устройства дымоудаления;
 Разработан новый подход применения системы противопожарной защиты;
 Внедрен
новый
алгоритм
определения
координат
мобильного
автоматизированного устройства;
 Разработан новый метод определения перемещения потоков людей в
помещении;
 Разработан новый алгоритм управления противопожарной системой.
Практическая значимость работы:
 Разработана новая конструкция устройства дымоудаления;
 Создана новая программа адаптивного управления противопожарной
безопасностью на основе компьютерной модели;

Разработана новая компьютерная программа определения координат
мобильного автоматизированного устройства;
 Разработана
новая
система
дымоудаления
и
противопожарной
безопасности на основе двухуровневого контроля данных.
Методы исследования: В процессе проведения исследования, сбора и
обработки информации использовались следующие методы: алгоритмизация,
условная оптимизация, поиск альтернативных решений, метод уступок, методы
обработки оценок экспертов, анализ и обобщение результатов исследований и
опытно-конструкторских работ в области создания противопожарных систем,
таблицы решений, «жесткие» и «мягкие» математические модели, метод ГюйгенсаШтерна, метод Лагранжа, метод Гаусса, метод триангуляции, вероятностный
метод, метод Монте-Карло; Байесовский подход.
Положения, выносимые на защиту:
 Математическая
модель
динамического
движения
устройства
дымоудаления;
 Алгоритм определения координат мобильного устройства;
 Алгоритм
автоматизированной
системы
управления
пожарной
безопасностью, основанной на анализе потоков людей в помещении;
Апробация работы.
Результаты
теоретических
и
экспериментальных
исследований
докладывались:
- на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского
состава Политехнического института ОГУ им. И.С. Тургенева;
- на XII международной научно-практической конференции «Инженерные и
научные приложения на базе технологий National Instruments – 2014» (г. Москва,
13.11.2014 г.);
- на 4-й Международной научно-практической конференции «Перспективное
развитие науки, техники и технологий» (г. Курск, 17.10.2014 г.);
- на XIV Ежегодном конкурсе на лучшую работу в учебных заведениях
России и странах СНГ «Система автоматизированного проектирования APM
WinMachine» в образовании 2014 (г. Москва 2014 г.);
- на 13-й Международной научно-практической конференции «Современные
технологии капитального ремонта скважин и повышения нефтеотдачи пластов,
перспективы развития - 2018» (г. Анапа 2018 г.)
Экспериментальные исследования проводятся на предприятии ООО «Завод
Орелкомпрессормаш» и подтверждаются договором №81/06-18 от 04.06.2018 г. на
выполнение научно-исследовательской и опытно конструкторской работы
(НИОКР)
между
Обществом
с
Ограниченной
Ответственностью
«Завод
Орелкомпрессормаш» (ООО «Завод Орелкомпрессормаш») и Федеральным
Государственным
Бюджетным
Образовательным
Учреждением
высшего
образования «Орловским Государственным Университетом имени И.С. Тургенева»
(ФГБОУ ВО «ОГУ» имени И.С. Тургенева) по разработке автономного
противопожарного
устройства
с
функцией
дымоудаления.
Основными
техническими требованиями к выполнению НИОКР является усиление прочности
конструкции до нагрузок V-го снегового района, оптимизация кинематической
схемы с целью повышения энергоэффективности, создание автономной системы
управления с увеличением надежности и параметров защиты.
Публикации. По теме исследования опубликовано 3 научные статьи.
Работа выполнена на кафедре «Автоматизированные системы управления и
кибернетика» ФГБОУ ВО «ОГУ имени И.С. Тургенева».
Автор выражает благодарность коллективу кафедры «Автоматизированные
системы управления и кибернетика» ФГБОУ ВО «ОГУ имени И.С. Тургенева» за
научно-методическую
помощь,
постоянное
содействие
в
организации
и
проведении экспериментальных исследований при подготовке работы, а также
обсуждение ее результатов.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
В
введении
обосновывается
актуальность
темы
исследования,
сформулирована цель и задачи, научная новизна и практическая ценность, а также
научные положения, выносимые на защиту.
В первой главе проанализированы системы противопожарной защиты,
история их развития, классификация механизмов дымоудаления, рассмотрены
особенности структуры и схем автоматизированного комплекса пожаротушения.
Приведен обзор и анализ существующих методов математического моделирования
и
выявлены
особенности
Проанализирована
системы
и
недостатки
возможность
автоматизации
путем
того
увеличения
создания
или
иного
качества
метода.
надежности
двухуровневой
системы
контроля.
Вопросы вентиляции помещений и способы удаления дыма рассмотрены в
исследованиях Александровского Н.М., Егорова С.В., Кузина Р.Е.
Существующие системы противопожарной безопасности строятся на
основных ключевых факторах: наличие дымозащитных экранов, препятствующих
распространению дымы, наличие локальных средств тушения очага возгорания,
наличие средств оповещения и извещения о пожаре, наличие измерительных
датчиков концентрации дыма и датчиков температуры.
Из проведенного анализа можно сделать вывод о том, что все системы
автоматизированного контроля строятся на отдельных управляющих устройствах,
связанных собой только подачей сигнала о включении/выключении той или иной
отдельно построенной системы. При этом, система дымоудаления в помещении
занимает одно из важных мест при борьбе с пожаром, так как 80% людей погибают
именно от отравления угарным газом. В силу участившихся пожарах в Торговоразвлекательных центрах, связанной с халатностью персонала, а также
проверяющего органа, было принято решение о создании пожарной системы с
функциями дымоудаленя и пожаротушения, которая не требует вмешательства
человека и исключает все внешние факторы воздействия при принятии решения.
Это становится возможным, только при комплексном подходе выполнения
инжинирингового проекта, который охватывает все процессы и стадии создания
конструкторской документации, проектирования, построения расчетных схем,
разработки алгоритмов управления, написания программы управления с подбором
комплектующих, а также экономическим обоснованием.
Установлено,
что
исследования
автоматизированных
систем
противопожарной безопасности, в частности систем дымоудаления показали
отсутствие возможности автономного управления, что является основной
проблемой в построении единого комплекса обеспечения защиты.
Во второй главе рассмотрены вопросы анализа динамических процессов
мехатронного противопожарного устройства.
Установлено, что при исследовании рабочих процессов необходимо провести
прочностные расчеты с целью внесения полученных данных в последующую
компьютерную модель для процессов управления системой противопожарной
безопасности в здании.
Была создана компьютерная модель устройства подъема крышки люка.
Основная задача при разработке конструкторской документации стояла в
нахождении правильной конструкции с помощью кинематической схемы (Рисунок
1), с помощью которой были выполнены расчеты не только динамического
характера открытия/закрытия купола, но и расставлены все действующие силы на
объект исследования. На Рисунке 1 показан механизм подъема купола,
спроектированный с условиями облегчения конструкции и доработки основных
исполнительных узлов на большую нагрузку.
Рисунок 1 – Механизм открытия/закрытия крышки люка мехатронного зенитного
фонаря
Данная модель была, созданная в «Компас-3D». Статический расчет модели
был выполнен в модуле расчета напряженно-деформированного состояния,
устойчивости, собственных и вынужденных колебаний деталей и конструкций с
использованием метода конечных элементов – APM Structure3D, входящего в
состав системы автоматизированного расчета и проектирования конструкций для
промышленного и гражданского APM WinMachine v.11. Это даст возможность
расчета мехатронного зенитного фонаря в регионах, где снеговые нагрузки до Vого снегового района (240 кгс/м2) (рисунок 2), а ветровые порывы могут превышать
33 м/с (рисунок 3).
Рисунок 2 - Эпюры распределения снегового давления для загружения
«Снеговая нагрузка»
В результате, были получены эпюры нагрузки на купол люка дымоудаления
в графическом изображении, что позволило определить карту основных точек
загруженности и сделать форму купола более пологой для естественного схода
снега с крышки люка и отсутствия образования наледи.
Из представленных данных, следует вывод о том, что снеговая нагрузка
требует
большего
Проанализировав
усиления
степень
конструкции
загруженности,
корпуса
были
устройства
проведены
подъема.
сравнения
применяемых материалов с материалами предполагаемых к замене, в результате
сталь Сп3 сменили на Сталь 09Г2С, которая имеет гораздо выше предел прочности.
Таким образом, обоснована необходимость создания новой математической
модели системы дымоудаления с приточно-вытяжной вентиляцией, проведения
стендовых испытаний с фиксацией всех основных рабочих параметров.
Третья глава посвящена разработке системы адаптивного управления
системы
противопожарной
моделирования.
безопасности
Рассматриваются
подходы
на
к
основе
компьютерного
автоматизации,
подбор
оборудования, обоснование языка программирования и алгоритмы системы
управления. На основании проведенных исследований результатов компьютерного
моделировании были выявлены параметры, требующие контроля и управления, а
именно
замещение
функций,
традиционно
выполняемых
механическими
элементами системы на электронные и компьютерные блоки .
Разработка системы автоматического управления осуществлялась на
основании
структурно-функциональной
схемы,
правильно
подобранной
элементной базой и правильно рассчитанной зависимости угла открытия крышки
люка от выдвижения штока электропривода. Учитывая все выше перечисленное
была составлена структурно-функциональная схема и составлен алгоритм
управления мехатронным куполом дымоудаления, который отражает все
протекающие процессы, возможные ситуации развития при пожаре и обычной
вентиляции (Рисунок 3-4).
Рисунок 3 – Структурно-функциональная схема управления системой
противопожарной защиты в здании
На основании блок-схемы была написана программа реализующая
управление системой в программном комплексе National Insrume, позволяющая
реализовать полную автоматизацию процесса без участия человека. Контроллер
CompactRIO — защищенный, надежный, высокопроизводительный встроенный
контроллер промышленного класса, протестированный в соответствии с
требованиями отраслевого стандарта. Отлично подходит для областей, где
требуется сбор, управление и обработка сигналов с высокой скоростью, аппаратное
ускорение алгоритма, выполнение серьезных аппаратных задач или уникальные
возможности синхронизации и запуска. Некоторые модели предлагают поддержку
драйверов NI-DAQmx и Синхронизируемых по времени сетей (TSN), которая
обеспечивает детерминированную передачу данных и синхронизированные
измерения с помощью стандартных сетей Ethernet.
Рисунок 4 – Алгоритм управления системой противопожарной безопасности
в здании
В ходе написания программного кода, представленного в Приложении, была
реализована визуализация процессов, протекающих при работе системы
противопожарной безопасности.
Взаимодействие и написание программы с элементной базой осуществляется
с помощью соединительных проводов. Все данные с каждого купола стекаются в
один единый блок, где происходит генерация и логическая установка параметров,
аналитика с предиктивной составляющей. На основании этого формируется
команда, которая самопроизвольно не может выдать решения, а зависит строго от
накопленных данных и их сопоставления.
После этого данные выводятся на монитор оператору верхнего уровня, где
осуществляется контроль с передачей данных по GSM модулю. В теле программы
присутствует возможность обмена данными с мобильным телефоном, отдельно
разработав мобильное приложение, которое будет объединять не только
составляющие элементы автоматизированной системы пожаротушения, но и
другие жизненно важные ресурсы здания, такие как: охранный комплекс,
кондиционирование, отопление и многое другое. Все это возможно благодаря
новому устройству, объединяющем все протоколы, и заменяющем SCADAсистему на модуль диспетчеризации.
В четвертой главе представлена математическая модель, где основная цель
моделирования — исследовать объект и предсказать результаты будущих
наблюдений.
В ходе выполнения математического моделирования стояла задача
разработать новую математическую модель динамического движения устройства
дымоудаления и дальнейшего определения зависимости угла открытия крышки
люка от линейного перемещения штока электродвигателя. Расчет угла открытия
крышки люка производился по кинематической схеме подъемного механизма. Для
реализации данной задачи мы должны будем знать все длины плеч, а так же их углы
наклона друг относительно друга. При воздействии толкательным эффектом,
электродвигатель выводит шток l2 в положение, определяемое значением S –
выдвижение штока. При воздействии штока на рычаг АСВ последний начинает
вращаться вокруг закрепленной оси В, что в дальнейшем приводит в движение
ползун ED закрепленный на оси D и в конечном итоге осуществляется подъем
купола зенитного фонаря EF, закрепленного на оси F (рисунок 5).
Исходные данные длин взяты из рабочих чертежей деталей:
l1=115; l2=400; l3=205; l4=153; l5=l53; l6=540; l7=545; l8=110; l9=940; l10=605;
S1=670; S2=588; S3=905; H1=50; H2=272; H3=172;
xf=S3; yf=H3; xg=xe; yg=yf;
S=100; alfa=52;
Рисунок 5 – Кинематическая схема механизма подъема люка.
На рисунке 6 представлена кинематическая схема подъемного механизма. В
этой схеме имеются подвижные узлы, так и фиксированные звенья. Для того чтобы
составить уравнения движений каждого звена необходимо знать координаты
каждой перемещающейся точки: А, С и Е. На рисунке 6 представлена
кинематическая схема механизма подъема купола в открытом состоянии на
произвольный угол.
Рисунок 6 – Кинематическая схема механизма подъема купола в произвольнооткрытом состоянии.
В ходе моделирования было составлено шесть уравнений движения 3-х
подвижных точек механизма подъема купола. Уравнения описывающие движение
для каждой точки составлены на основе кинематической схемы. Уравнение
движения точки «А» запишем в виде:
2 + 2 = (1 + 2 + )2
,
{
( − 1)2 + ( − 1)2 = (3 ∙ )2
(2)
Отсюда найдем координаты точки «А» xa и ya, приведенные в приложении
листинг программы MatLab, по формулам:
 = √(1 + 2 + )2 − 2 ,
 =
1∙((1+2+)2 +12 +12 +(3∙)2 )
2∙(12 +12 )
(3)
,
(4)
После нахождения точки «А» найдем уравнение движения точки «С» и
запишем в виде:
{
( − 1)2 + ( − 1)2 = (4 ∙ 2)2
,
( − )2 + ( − )2 = (3 ∙ )2
(5)
Отсюда найдем координаты точки «С» xc и yc по формулам:
 = √(4 ∙ 2)2 − ( − 1)2 + 1,
 =
(6)
−(8∙(1−)2 ∙1∙4∙(1−)∙((3∙)2 −(4∙2)2 +12 −(1+)2 −))
−8∙(1−)2 −8∙(1−)2
,
(7)
После найдем координаты ползуна, для точки «Е»:
{
(е − 2)2 + (е − 2)2 = (7 + 8)2
,
( − )2 + ( − )2 = 102
(8)
И найдем координаты точки «Е» по формулам:
 = √(7 + 8)2 − ( − 2)2 + 2
 =
−(8∙(2−)2 ∙2∙4∙(2−)∙(102 −(7+8)2 +22 −(2+)2 −))
−8∙(2−)2 −8∙(2−)2
(9)
,
(10)
Зная координаты всех точек найдем зависимость для расчета угла открытия
крышки люка и линейного перемещения штока по формуле:
sin  =
√(−)2 +(−)2
√(−)2
,
(11)
После установления зависимости на рисунке 7 видно, как изменяется угол
открытия крышки мехатронного зенитного фонаря от перемещения штока
электродвигателя.
Рисунок 7 – График зависимости угла открытия от перемещения штока
электродвигателя.
В ходе математического моделирования стояла задача просчитать на какой
угол может открыться купол дымоудаления без вреда смой конструкции. Так как
порывы ветра в нашем регионе достигают 30м/с, то расчетные значения
принимались при максимальной нагрузке. Математическую модель данной
зависимости можно представить по формуле:
v  sin   1.52 w0 ,
(12)
На основе построенной системы из блоков в редакторе, SimMechanics
формулируется и решается уравнения движения для всей механической системы
открытия купола. На рисунке 8 представлен общий вид блок-схемы управления
движением.
Для контроля угла открытия был реализован решатель (рисунок 9), при
помощи которого происходит управление углом открытия/закрытия купола. На
рисунке представлен общий вид решателя и его внутреннее устройство.
Рисунок 8 – Общий вид блок схемы управления куполом реализованный в
SimMechanics.
Рисунок 9 – Общий вид решателя и его внутренняя среда.
С помощью модели возможно управлять скоростью, углом открытия
купола, соответственно контролировать величину выдвижения штока. В ходе
построения модели была реализована визуализация, с помощью которой можно
было посмотреть результат не только в текстовой форме, но и графической с
помощью графиков угловых перемещений и ускорений (рисунок 10 – 11).
Рисунок 10 – График угловых перемещений.
Рисунок 11 – График угловой скорости.
На графике видно резкий скачок ускорения, который обусловлен тем, что
купол меняет свое направление движения на противоположное.
Рисунок 12 – Управляемая модель в MatLab SimMechanics.
Благодаря созданной модели можно смоделировать процесс работы купола
при различных режимах работы, нагружения и сделать систему более надежной и
устойчивой к воздействиям от внешней среды.
В пятой главе изложены новые методики и технологии для определения
потоков перемещения людей в помещении. Создан новый алгоритм определения
координат
мобильного
абонентского
устройства
и
разработана
система
диспетчеризации и управления противопожарным устройством. При этом,
внедрена
двухуровневая
система
контроля
параметров
противопожарной
безопасности.
Отсутствие системы учета «потоковохаотичного движения» людей в
помещении приводит к сложностям в поиске людей при возникновении случаев
обрушения кровли, взрыва в помещении. Внедрение данной технологии было не
возможным по ряду причин: отсутствие технологии контроля местоположения
каждого человека в здании, сложность передачи данных о местоположении
каждого человека, большая погрешность сервисов, определяющих геопозицию.
На основе трех базовых математических методах вычисления линий и
поверхностей положения, корреляционно-экстремального вычисления и
счисления пути строятся принципы построения местоположения, к которым
относятся:
1. Триангуляция и трилатерация;
2. Анализ карты измерений;
3. Анализ близости;
4. Анализ динамики движения.
Примерами таких технологий могут служить: спутниковая навигация
(GPS, A-GPS, DGPS), местоположение по беспроводным сетям Wi-Fi и по сетям
сотовой связи (Cell ID, LBS сервисов, TOA, TDOA, OTD). На Рисунке 13
представлен сравнительный анализ технологий определения местоположения. Из
рисунка 13 видно, что способов определения немного. К ним относятся
RFID/Bluetooth/Wi-Fi; УКВ/СШП; GSM/CDMA/3G/LTE; лазерные дальномеры и
датчики ориентации в пространстве – гироскопы, альтиметры и 3Dакселерометры, ВОЛС.
Основная практическая цель заключалась в определении местоположения
людей в определенный момент времени с последующей передачей информации
по беспроводной сети на управляющий контроллер и выводом графической
информации на монитор с указанием расположения людей на плане помещения.
Масштаб
Отслеживание, прокладка
маршрутов, сопровождение
GPS
СШП
Проприетарные
Решения
DGPS
GSM, CDMA/3G
A-GPS
Cell-ID
TOA
TDOA
E-OTD
RSS
БЛВС, Bluetooth, DECT
AOA
RF & IR
TDOA RF & Ультразвуковые
RTOF гибридные методы
Внутри
помещений
Город за
пределами
помещений
Регион,
удаленные
объекты
Автоматический
контроль
RSS
«отпечатки»
RSS
TDOA
TOA
AOA
Разрешение
0,1 м.
1 м.
10 м.
Рисунок 13 – Сравнительный анализ технологий
определения местоположения
При создании нового метода распознания и нанесения на карту
расположения людей, которые будут представлены в качестве мобильных
абонентских устройств (МАУ) в помещении, необходимо было решить
следующие задачи:

Необходимость выбора способа, с помощью которого будут определяться
координаты человека. При этом, метод GPS в этом случае не будет давать точного
результата из-за затухания сигнала при прохождении толстых стен.
Инерциальные датчики склонны к накоплению большого количества ошибок за
краткосрочный период. GSM/CDMA/3G/LTE не предназначены к точному
поиску. Оценка времени прибытия сигнала по TOA/TDOA технологии, с
применением уже существующих LBS сервисов, не обеспечит выполнения задачи
по одной причине – во всех сервисах применяется поиск координат конкретного
телефона, а не их количества на определённой площади, к тому же не
обеспечивают безопасность защиты канала связи.
Сегодня внутри здания используют современные стандарты беспроводных
сетей, например, 802.11, 802.11b, 802.11g, 802.11a, 802.11n, 802.11ac.

Создание новой математической модели вычисления координат
человека в помещении, позволяющей повысить точность измерений;

Подбор аппаратной части при построении системы учета
«потоковохаотичного движения» людей;

Создание и интеграция программного кода с учетом математического
моделирования и подбора аппаратной части, где исходными данными будут
являться:
1. Универсальное мобильное абонентское устройство (МАУ);
2. Расположение, метка конфиденциальности и параметры помещений,
описанные формулой 1.
 = { = ((,1 , ,1 ), (,2 , ,2 ), … , (, , , ),  )} ,  = 1,   , (1)
где,  - конфиденциальность помещения, определяющая требования
безопасности; (,1 , ,1 ), (,2 , ,2 ), … , (, , , )- координаты n углов помещений;
 – количество помещений;
3. Расположение точек доступа или базовых станций (БС) сети
 = { = ( ,  )},  = 1,   , (2)
где, ( ,  )- координаты точек доступа,  - количество точек доступа.
При составлении структурно-функциональной схемы разрабатываемого
комплекса, представленной на рисунке 14, учитывалась общая система
пожаротушения, в которую входит система учета «потоковохаотичного
движения» мобильных абонентских устройств (МАУ). При этом, предполагалось,
что будет использование двухуровневого контроля данных. Первый уровень,
который реализован на контроллере «Arduino Mega», должен отвечать строго за
работу предназначенного действия. В нашем случае - это выполнение основной
практической цели, указанной выше по тексту данной работы.
Контроллер
1-го уровня
Источник
питания
Сервер
web
сайт
Отображение на
мониторе карты
помещения
Sim 808
(GSM/GPRS)
Arduino Mega
Плата
расширения
Arduino WiFi
Точка доступа Wi-Fi с
поддержкой GSM протокола
Рисунок 14 - Структурно-функциональная схема реализации системы учета
«потоковохаотичного движения» МАУ
Для реализации процесса взаимодействия компонентов и понимания
правильности работы системы было необходимым условием составление
алгоритма выполнения команд в программном коде. Алгоритм включает в себя
несколько подпрограмм. Общий алгоритм работы представлен на рисунке 15
ниже.
Подпрограмма «void setup», вызывается, когда в действие приводится
скетч. Он используется для инициализации переменных, определения режимов
работы выводов, запуска используемых библиотек и т.д. Функция «setup»
запускается один раз, после каждой подачи питания или сброса платы «Arduino».
В работе функция выполняет установку скорости «serial» порта, инициализации
модуля «Sim808» и назначения пина.
В подпрограмме «void loop» находятся самые главные функции
командного когда. Здесь происходит запрос координат местоположения каждого
МАУ, расположенного в зоне действия точки доступа, а также присвоение
считываемых данных и их передача через последовательное соединение с
выставлением задержки тайминга.
Подпрограмма «gprs_init» формирует запрос устанавливает соединение с
пользователями «GSM» сетей, дальнейшая передача и обработка данных, где
присваивается значение в виде строки для дальнейшего вывода информации
осуществляется в подпрограмме «gprs_send».
Подпрограмма Void loop представляет собой цикл, который прекращается
после отключения питания. Внутри этой функции находятся главные команды кода
(Рисунок 15 – 17).
Рисунок 15 – Подпрограмма loop (часть 1)
Рисунок 16 – Подпрограмма loop (часть 2)
Рисунок 17 – Подпрограмма loop (часть 3)
Модуль «getWi-Fi/GSM location» запускает счисление координат в зоне
действия точки доступа. Здесь происходит формирование массива строк и того
количества переменных, которые устройство обнаружило в своей зоне видимости.
После создания алгоритма и управляющих подпрограмм необходимым
этапом является написание программного кода. Данный код служит для прошивки
«Arduino» с помощью программного обеспечения «Arduino IDE», осуществлена
компиляция программного кода.
Рисунок 18 – Окно визуализации National Instruments
Проверка работы программного кода выполнялась на основе ранее
разработанных математических моделей и алгоритмов управления. Методом
програмирования было выбрано Програмное Обеспечение от National Instruments,
а именно на базе контроллера CompactRIO cRIO-9045 LabVIEW FPGA, NIDAQmx.
Окно диспетчеризации представлено на рисунке 18.
Результатом проделанной работы является отображение координат МАУ на
карте помещения. Красными и синими стрелками обозначен вход/выход массового
потока людей. Красными кружками, обозначено текущее расположение людей. В
случае возникновения черезвычайной ситуации направленной двежение людей
должно осуществляться в направлении указанных стрелок. Удаленно оператор
способен отследить направление людей и в случае блокировки хода, оказать
помощь специальным службам в поиске людей.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
В диссертации решена актуальная научно-техническая задача повышения
эффективности
противопожарной
системы
здания
за
счет
внедрения
распределенной архитектуры управления и разработки новой технологии
приточно-вытяжной системы вентиляции.
Основные выводы, научные и практические результаты проведенных
теоретических и экспериментальных исследований сводятся к следующему:
1. Установлено, что системы противопожарной безопасности имеют
широкую область применения, в том числе в построении систем дымоудаления.
Благодаря объединению параметров контроля противопожарной безопасности в
здании, удалось разработать комплексную систему, с возможностью автономной
работы.
2. Проанализированы
динамические
процессы
работы
системы
дымоудаления, детально рассмотрено движение штока с зависимостью от
прикладываемого усилия.
3. Установлена степень влияния хода штока электродвигателя и угла
открытия крышки купола дымоудаления.
4. Создана новая конструкция устройства дымоудаления.
5. Разработан новый алгоритм управления противопожарным устройством;
6. Разработана математическая модель динамического движения устройства
дымоудаления;
7. Исследованв потоки дымоудаления с зависимостью от окружающих
факторов.
8. Предложены
методики
и
технологии
для
определения
потоков
перемещения людей в помещении.
9. Создан новый алгоритм определения координат мобильного абонентского
устройства.
10. Разработана система диспетчеризации и управления противопожарным
устройством;
Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:
Научные статьи:
1.
Математическое
моделирование
процессов
работы
мехатронного
противопожарного устройства. Вибрационные технологии, мехатроника и
управляемые машины: сб. науч. ст.: в 2 ч. Ч. 2/редкол.: С.Ф Яцун (отв. ред.) [и др.];
Юго-Зап. Гос. Ун-т. Курск, 2014. 424 с.
2. Проектирование мехатронного противопожарного устройства. Неделя
науки–2014. Материалы 47-ей студенческой научно-технической конференции.
3. Разработка автоматизированного комплекса вентиляции помещений.
Инженерные и научные приложения на базе технологий NI NIDays-2014: Сборник
трудов XIII международной научно-практической конференции, Москва 19-20
ноября 2014 г. – М.: ДМК Пресс, 2014. С. 460-462
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа