Материалы всероссийской научно-технической конференции Автоматизир

преобразователи (ИАЦП) для конкретного сигнала. Таким образом, имея некоторое количество нейронов, можно построить АЦП, спо­ собный обрабатывать несколько сигналов с различной разрядностью и имеющий высокий показатель отказоустойчивости [2].

Однако выбор конкретных нейронов для создания ИАЦП связан с определенными трудностями, и система должна содержать элемен­ ты, определяющие количество нейронов, которые в данный момент времени могут быть доступны для включения в ИАЦП. Такими уст­ ройствами в предложенной архитектуре являются коммутаторы (Км), каждый из которых подключен к некоторому числу нейронов с целью сбора информации об их состоянии. Такие нейроны по отношению к коммутатору будем называть собственными.

Расчет количества собственных доступных нейронов проводится внутри каждого коммутатора в отдельности, так как для каждого коммутатора число доступных нейронов в общем случае будет отли­ чаться. Доступность нейрона определяется посредством двух статус­ ных флагов: флага готовности и флага связности. Флаг готовности генерируется внутри нейрона и сообщает о том, что в данный момент нейрон не занят и исправен. Флаг связности является функцией от состояния собственного флага готовности и флагов связности под­ ключенных следующих нейронов. Это количество определяется чис­ лом дополнительных связей между нейронами, с увеличением кото­ рого возрастает отказоустойчивость системы. Причем каждый ком­ мутатор, помимо собственных свободных и исправных нейронов, считает доступными все нейроны, до которых отсутствует разрыв связности. Разрыв связности - нейрон, флаг связности которого равен нулю. Внутри коммутатора расчет собственных нейронов произво­ дится как из начала в конец, так и из конца в начало, так как в случае наличия разрыва внутри коммутатора нейроны, находящиеся между началом и разрывом, могут быть включены в состав ИАЦП, образо­ ванного предыдущим коммутатором. А нейроны, находящиеся между разрывом и концом, сами способны образовывать ИАЦП, используя нейроны последующих коммутаторов. Для учета всех доступных нейронов, включая несобственные, используются счетчики, распре­ деленные по всем коммутаторам, что соответствует принципам отка­ зоустойчивости. Данные счетчики суммируют значения, получаемые в результате подсчета свободных нейронов на каждом из коммутато­ ров. Так как к системе предъявляется требование, связанное с ее

быстродействием, то необходимо, чтобы суммирования производи­ лись за ограниченное количество тактов, что было реализовано с по­ мощью комбинаторной логики. Однако применение комбинаторной логики привело к необходимости ограничения количества суммиро­ ваний. Это объясняется тем, что система изначально имеет вид коль­ ца, а комбинаторные сумматоры, проходя по замкнутому кольцу, бу­ дут суммировать одни и те же значения неопределенное количество раз до тех пор, пока не наступит конец такта. Решение данной про­ блемы было найдено в виде введения двух дополнительных суммато­ ров и некоторой метки, которая играет роль искусственного разрыва (на рисунке - данные сумматоры объединены в блок «сумматор связности»).

Рис. Структурная схема разрабатываемой части Км, отвечающей за расчет количества доступных для использования нейронов (сплошными линиями обозначен обмен данными, а пунктирными - управление)

Причем сумматоры производят суммирование, начиная от метки, в разные стороны, и заканчивают на ней же. Таким образом, на каж­ дом коммутаторе оказываются два числа 5прям, ^°бР>пеРвое из которых равно количеству всех свободных нейронов (включая собственные), находящихся между данным коммутатором и меткой в прямом на­

правлении, а второе соответственно равно количеству всех свобод­ ных нейронов (включая собственные), находящихся между данным коммутатором и меткой в обратном направлении. Следовательно, полное количество нейронов, доступных для создания ИАЦП, можно найти по формуле

N ~~^прям *^обр —

где п - количество собственных доступных нейронов.

Однако при наличии разрыва один комбинаторный сумматор идеально решает поставленную задачу, так как разрыв будет выпол­ нять функцию ограничителя суммирований (на рисунке данный сум­ матор обозначен в виде блока «сумматор разрывности»). Вследствие чего были введены два состояния системы: первое - система замкну­ та, т.е. в системе отсутствуют разрывы, второе: система разомкнута, т.е. имеет место один или более разрывов. Следовательно, в замкну­ том состоянии система использует два встречных сумматора с учетом метки, а в разомкнутом состоянии - один сумматор, без учета метки (на схеме, изображенной на рисунке, данный принцип реализуется с помощью блока «Switcher»). Также можно заметить, что метка не является статичной. Она совершает движение от коммутатора к ком­ мутатору через каждые К тактов, где К - количество тактов, за кото­ рое коммутатор вычисляет количество доступных нейронов. Каждый коммутатор при определении состояния системы ориентируется на уровни трех сигналов:

^собст ( 0 ^собст ( t ~ 1 ) ^вход (О»

где Рсобсг(0 - связность собственных нейронов коммутатора на данном такте, Рсобсг(г- 1) ~ связность собственных нейронов на предыдущем такте, Р„ход(0 ~ состояние предыдущего коммутатора на данном такте.

Итогом проделанной работы стала электрическая принципи­ альная схема, являющаяся частью Км, отвечающая за расчет коли­ чества доступных данному Км нейронов. Для создания данной схемы была использована среда схемотехнического проектирова­ ния Multisim. Моделирование различных состояний НС показало корректную работу Км.

В дальнейшем работа будет сосредоточена над улучшением быстродействия и надежности системы сбора информации комму­ таторами, а также требуется разработать систему распределения

заявок на формирование ИАЦП, используя полученные данные о состоянии НС. Это позволит говорить о завершенности системы маршрутизации сигналов в аналого-цифровом преобразователе на основе нейронной сети.

Библиографический список

1.Посягин А.И., Южаков А.А. Разработка аналого-цифрового преобразователя на основе нейронной сети // Электротехника. - 2012.

-№ 11.- С . 18-24.

2.Посягин А.И., Южаков А.А. Самомаршрутизирующийся ана­ лого-цифровой преобразователь на основе двухслойной нейронной сети // Нейрокомпьютеры. - 2013. - № 11. - С. 76-81.

3. Посягин А.И., Южаков А.А. Самомаршрутизация сигналов в аналого-цифровом преобразователе на основе нейронной сети // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. - 2014. - Т. 5 7 . - № 5 . - С . 38-43.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦЕХА ПО ПРОИЗВОДСТВУ КАБЕЛЯ МАРКИ КУГВЭВНГ-FRLS

Студент гр. КТЭИ-10 В.О. Ретунский

Научный руководитель - канд. техн. наук, доцент В.В. Черняев Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Статистические данные о пожарах, произошедших при эксплуата­ ции электрооборудования и электроустановок в России, свидетельствуют о том, что 60 % из них приходятся на кабельные изделия. Поэтому нема­ ловажным является вопрос противопожарной безопасности кабельно­ проводниковой продукции. К сожалению, имеющееся оборудование на предприятии не может обеспечить выпуска конкурентоспособной про­ дукции при удовлетворительных технических параметрах. Для организа­ ции современного высокотехнологичного производства необходимо ос­ нащение предприятий современным производительным оборудованием.

Рис. 1. Конструкция кабеля КУГВЭВнг-FRLS

Конструкция, применение и преимущества кабеля марки КУГВЭВнг-FRLS. Конструкция кабеля, изображенная на рис. 1, включает:

1)медную многопроволочную токопроводящую жилу (4-го клас­ са гибкости);

2)огнестойкий барьер из двух слюдосодержащих лент;

3)поливинилхлоридную композицию пониженной пожароопас­ ности марки ППИ 30-30. ТУ У24.1-30989828-002-2001;

4)экран в виде оплетки из медных проволок по каждой жиле

5)наружную оболочку из ПВХ-пластиката пониженной пожаро­ опасности марки «Элигран 2110».

Область применения: кабели предназначены для передачи и рас­ пределения электрической энергии и электрических сигналов в стацио­ нарных электротехнических установках при переменном напряжении до 1000 В, частотой до 100 Гц и с постоянным напряжением до 1000 В.

Преимущества кабелей следующие:

-гибкие - очень удобны при монтаже в труднодоступных местах;

-огнестойкие - сохраняют работоспособность в течение 180 мин на номинальном напряжении при воздействии открытого пламени. Это необходимо для срабатывания аварийно-спасательных сигнали­ заций и служб во время пожара;

-не распространяющие горение, при групповой прокладке само­ стоятельно гаснут после удаления источника огня;

- с низким дымо- и газовыделением, могут использоваться в местах большого скопления людей.

Технологическая цепочка производства кабеля марки КУГВЭВнг-FRLS изображена на схеме ниже.

В ходе выполнения работы было подобрано оборудование и рассчи­ тано его необходимое количество для выполнения годовой производст­ венной программы. Количество оборудования приведено в таблице.

Оборудование для выполнения годовой производственной программы

Обоснование планировки здания:

-выбранное расположение оборудования обеспечивает: мини­ мальные размеры площади; прямой технологический поток без встреч ­ ных потоков; удобство обслуживания всех машин; соблюдение всех правил охраны труда, техники безопасности и пожарной безопасности; -для работы цеха потребуется 118 человек: 60 основных;

40 вспомогательных; 10 ИТР.

Средняя заработная плата составляет: для основных рабочих - 23 тыс. рублей; для вспомогательных рабочих - 11 тыс. рублей; для ИТР - 35 тыс. рублей.

Экономические показатели инвестиционного проекта (рис. 2):

ИЗУЧЕНИЕ ПРИНЦИПОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИХ

СИСТЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СРЕДСТВ

ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Студенты гр. АТ-12-16 В.А. Васиньков, Д.Н. Гайнанова, А.И. Горожанкин, ассистент С.А. Даденков

Научный руководитель - канд. техн. наук, лрофессор Е.Л. Кон Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Современные распределенные информационно-управляющие системы (РИУС) представляют собой сложную гетерогенную много­ уровневую систему, оперирующую большими объемами различной информации в реальном времени. Одним из основных уровней сис­ темы является уровень промышленной сети управления технологиче­ скими процессами, в котором управление реализуется коммуникаци­ онным взаимодействием (обменом информацией) узлов (датчиков

иисполнительных механизмов) в сети, обработкой полученных дан­ ных и регулированием процессов исполнительными механизмами. В последние годы наблюдается растущий интерес к исследованию

иприменению событийно-ориентированного подхода к управлению на основе fieldbus-сетей со стеком транспортных протоколов на осно­ ве протоколов случайного множественного доступа CSMA: LonWorks, Industrial Ethernet, Modbus TCP, EtherNet/IP (DeviceNet), ProfiNet (Profibus поверх Ethernet), HSE (Foundation Fielbus), InterbusTCP/IP. Преимуществом выделенного класса систем является органи­ зация коммуникационного взаимодействия узлов в сети только в слу­ чае значимых изменений (событий) в контролируемых процессах системы. Ввиду характерной для широкого класса ИУС ограничен­ ной полосы пропускания и вычислительной мощности целесообраз­ ность подхода заключается в эффективности использования сетевых ресурсов системы. С ростом числа сетевых узлов (единицы, десятки тысяч) становится более эффективным и целесообразным использо­ вание указанного класса систем по сравнению с системами синхрон­ ного разделения каналов сети (ModBus, ProfiBus и других), что обу­ словливается организацией более производительных систем управле­ ния реального времени (меньшее время реакции на происходящие

в системе процессы), снижением совокупной стоимости системы. Таким образом, указанное обусловливает актуальность изучения принципов функционирования информационно-управляющих систем с лежащими в их основе промышленными сетями представленного класса в рамках основной образовательной программы высшего про­ фессионального образования по направлению подготовки 220400 «Управление в технических системах». Целью изучения технологий является формирование у студентов профессиональных знаний, уме­ ний и навыков работы и решения задач, характерных для каждого этапа жизненного цикла сети управления: планирование, проектиро­ вание, ввод в эксплуатацию, эксплуатация и сопровождение. Изуче­ ние может производиться на основе любой промышленной сетевой технологии анализируемого класса. Однако наиболее распространен­ ной и сложной и поэтому анализируемой в рамках учебной дисцип­ лины «Передача информации в распределенных информационноуправляющих системах» является технология LonWorks.

Достижение поставленной цели выполняется путем организации: -аудиторных и самостоятельных занятий, в рамках которых производится формирование у студентов знаний в области много­ уровневой архитектуры, коммуникационных стеков протоколов,

принципов функционирования и построения современных РИУС; - практических занятий и семинаров, в рамках которых произво­

дится формирование умений решения типовых задач планирования и эксплуатации промышленной сети, связанных с выбором оборудова­ ния, составлением технологическим схем взаимодействия узловдатчиков и исполнительных механизмов сети, изучением алгоритмов диагностирования сети;

-лабораторных занятий [1-3], в рамках которых студенты при­ обретают практические умения и навыки проектирования, ввода в эксплуатацию и эксплуатации промышленной сети. Каждому этапу посвящено отдельное занятие, в рамках которого студенты работают с лабораторными стендами, объединяющими в сеть разнообразное сетевое оборудование, датчики и исполнительные механизмы. Реше­ ние задач производится с помощью полученных знаний, а также спе­ циализированного аппаратного и программного обеспечения, основ­ ными являются система проектирования широкого назначения LonMaker Integration Tool, система анализа сетевого трафика LonScanner Protocol Analyzer.

Несмотря на столь широкий охват и изучение этапов жизненного цикла промышленной сети, в рамках существующих занятий не ис­ следуется решение одной из основных задач - планирования сети реального времени заданной производительности. Решение данной задачи подразумевает разработку и внедрение в учебный процесс теоретический и практических занятий, посвященных изучению ме­ тодики планирования производительности сети, а также лаборатор­ ных работ, посвященных количественной оценке производительности сети как основной задаче этапа планирования. Настоящая работа яв­ ляется началом разработки лабораторных занятий и посвящена по­ становке задач и возможности планирования сети посредством реа­ лизации количественной оценки производительности с помощью средств имитационного моделирования.

Необходимость применения имитационного моделирования для выполнения количественной оценки и анализа производительности промышленной сети заключается в следующих основных положениях:

-стохастический характер функционирования промышленной сети с большим числом факторов, влияющих на производительность, требует применения средств аналитического и/или имитационного моделирования;

-сожная гетерогенная многоуровневая архитектура системы,

оперирующая большими неоднородными объемами информации в реальном времени, исследование которой средствами аналитиче­ ского моделирования сложно [4] и не позволяет добиться высокой точности результатов;

- разработка промышленной сети, детализованной факторами (параметрами и особенностями) функционирования, позволит сту­ дентам лучше освоить и закрепить изучаемые принципы функциони­ рования РИУС и используемые в них коммуникационные стеки протоколов.

Сложность организации лабораторных работ заключается в не­ возможности разработки адекватных моделей функционирования сложной промышленной сети с большим числом факторов функцио­ нирования на базе освоенных студентами, в рамках образовательной программы, основных систем математического моделирования: MatLab (SciLab), MathCad, GPSS и других. Это обусловлено основ­ ными ограничениями дискретно-событийного моделирования с про­ цессным подходом к разработке модели [5], в частности, ограничени-