«Разработка структурной автоматической системы связи и оперативного управления гарнизона пожарной охраны»

Академия Государственной противопожарной службы

МЧС России

Кафедра: САЭСС

Дисциплина: АСУ и связь

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

ТЕМА: «Разработка структурной автоматической системы связи и оперативного управления гарнизона пожарной охраны»

Выполнил слушатель 3 «Б» курса, ФЗО

Ст. сержант внутренней службы

Проверил :

Москва 2006

Содержание

Исходные данные............................................................................................................................. 3

1. Разработка структурной схемы системы оперативной связи гарнизона пожарной охраны. 4

2. Выбор перечня технических средств.......................................................................................... 5

2.1 Технические средства проводной связи:................................................................................... 5

2.2. Технические средства диспетчерской оперативной связи..................................................... 5

2.3. Технические средства радиосвязи............................................................................................ 5

2.4. Технические средства распорядительно-поисковой связи.................................................... 6

2.5. Технические средства радиопоисковой связи......................................................................... 6

2.6. Аппаратура контрольной звукозаписи.................................................................................... 6

2.7. Требуемый перечень и количество технического оборудования связи............................... 6

3. Разработка структурной схемы и расчет основных характеристик системы оперативной связи гарнизона пожарной охраны............................................................................................................................ 10

3.1. Расчет основных характеристик системы оперативной связи............................................ 10

3.1.1. Расчет характеристик устойчивости системы оперативной связи.................................. 10

P2 (t) = 1 – [ (1 - P1) ∙ (1- P2)] = 1 – [ (1- 0,99) ∙ (1-0,9)] = 1 – [ 0,01∙ 0,1] = 0,999........................... 10

3.1.1. Оптимизация сетей спецсвязи по линиям “01”.................................................................. 10

и расчет ее пропускной способности............................................................................................ 10

3.2. Расчет характеристик оперативности и эффективности функционирования радиосвязи и обеспечения требуемой дальности радиосвязи................................................................................................... 12

3.2.1. Расчет количественных показателей................................................................................... 12

оперативности и эффективности................................................................................................... 12

3.2.2. Определение необходимых высот подъема антенн стационарных радиостанций........ 13

ЛИТЕРАТУРА................................................................................................................................. 14

Исходные данные

Число пожарных частей в гарнизоне Nпч = 13;

Максимальное удаление ПЧ от ЦУСС d= 16 км;

Параметр рельефа местности ∆h = 190 м;

Превышение допустимого уровня мешающего сигнала ∆Едоп = 2 дБ;

Длина фидерного тракта стационарных антенн ЦУСС - l1 = 9 м и ПЧ - l2=4м;

Интенсивность потока вызовов λ=0.16 выз/мин;

Среднее время переговора в сети спецсвязи по линиям "01" Тn= 0,9 мин;

Вероятность потери вызова в сети спецсвязи по линиям "01" во всех вариантах заданий Рп = 0,001;

Вероятность безотказной работы основного канала связи р1 = 0,99;

Вероятность безотказной работы резервного канала связи р2= 0,9;

Коэффициент готовности аппаратуры Кг = 0,92;

Коэффициент занятости диспетчера Кd =0,9;

Максимальная нагрузка за смену на одного диспетчера

y1макс = 24 часа-занятости (для всех вариантов);

Время занятости диспетчера обработкой принятого вызова Тобсл = 1.45мин;

Число абонентов в радиосети N=6;

Нагрузка в радиосети у0 = 0,7 мин/зан.

Требуется:

разработать структурную схему системы оперативной связи гарни­зона и дать ее краткое описание;

выбрать перечень технических средств связи для реализации струк­турной схемы;

рассчитать основные характеристики системы оперативной связи:

-характеристики устойчивости системы оперативной связи;

-пропускную способность сети связи;

-характеристики оперативности и эффективности функционирова­ния радиосвязи;

-высоты подъема антенн стационарных радиостанций, обеспечи­вающие заданную дальность радиосвязи;

разработать схему организации и размещения средств связи на по­жаре.

Разработка структурной схемы системы оперативной связи гарнизона

пожарной охраны.

Структурная схема системы оперативной связи гарнизона ПО (рис. 1.2) представляет собой упорядоченную совокупность различных ви­дов проводной и радиосвязи, которая предназначена для управления сила­ми и средствами тушения пожаров и должна обеспечивать обмен служебной информацией между подразделениями гарнизона ПО и внеш­ними абонентами города, а также обмен оперативной информацией между пожарными подразделениями. Из схемы видно, что центр управления си­лами (ЦУС) гарнизона имеет разветвленную сеть линий и каналов связи, основные из которых обеспечивают круглосуточную связь с пожарными частями (ПЧ), специальными службами города (ССГ), мест­ными административными органами (АО), особо важными объектами (ОВО).

Для повышения надежности (живучести) связи используют не­сколько дублирующих друг друга линий связи. Линии связи ЦУСС и ПЧ включают прямые (некоммутируемые) телефонные линии связи, линии АТС полной значности, специальную связь по линиям "01", радиосвязь, факсимильную и телеграфную связь.

Связь ЦУС с ССГ осуществляется по прямым некоммутируемым линиям связи, по линиям АТС и по линиям спецсвязи "01 " через узел спецсвязи (УСС). Связь ЦУС с особо важными объектами осуществляет­ся по прямым линиям связи, линиям АТС и высокочастотным (ВЧ) кана­лам. Высокочастотные каналы, как правило, служат для передачи дискретных сигналов, в частности, от датчиков контроля автотранспорта, находящегося в депо пожарных частей, а также от аппаратуры автомати­ческой пожарной сигнализации, установленной на охраняемых объектах.

При наличии в городе совмещенной охранно-пожарной сигнализа­ции ЦУС и ПЧ имеют связь по прямым линиям связи и по линиям АТС с пунктами централизованной охраны (ПЦО). Сигналы, принятые на ПЦО от совмещенных объектовых устройств тревожной сигнализации, переда­ются на ЦУС или в пожарную часть.

2. Выбор перечня технических средств связи.

Для организации системы оперативной связи гарнизона пожарной охраны могут быть использованы технические средства проводной и ра­диосвязи [3-5].

2.1 Технические средства проводной связи.

К техническим средствам проводной связи относятся:

а) пульт оперативной связи типа ПОС-90;

б) станции оперативной связи типов СОС-ЗОМ, СОС-60 и СПС-10/20 (пульты и станции оперативной связи предназначены для ор­ганизации оперативной телефонной и громкоговорящей связи);

в) телефонные аппараты:

ТА-68 ЦБ (центральная батарея) - для включения в абонентские ли­нии станций оперативной связи;

ТА-68 АТС - для включения в абонентские линии АТС любой сис­темы;

ТАН-70, ТАН-76, ТАН-ННК и ТАН-У-74 - для включения в або­нентские линии АТС, причем ТАН-ННК имеет кнопочный номеронабира­тель, а ТАН-У-74 - встроенный усилитель звука;

г) аппараты телеграфной связи:

телеграфный аппарат рулонный трехрегистровый типа Т-63М;

телеграфные аппараты типа РТА-70, РТА-80.

2.2 Технические средства диспетчерской оперативной связи.

Диспетчерская оперативная связь предназначена для оперативного управления силами и средствами тушения пожаров. Она обеспечивает оперативное установление избирательной и циркулярной связи между ру­ководителем или ответственным дежурным по подразделению (диспетчером) и исполнителями.

В диспетчерскую связь входят: центральный пульт, групповые пульты, оконечные абонентские устройства, подключенные к групповым пультам посредством абонентских линий.

Промышленностью выпускаются специальные установки (коммута­торы) диспетчерской связи:

коммутаторы диспетчерские КД-60, КД-120;

установки оперативной телефонной связи типа "Псков-2", "Кристалл-70", "Кристалл-110" и установка типа МИГ;

аппаратура командно-диспетчерской связи типа "Радиус";

унифицированная аппаратура связи типа "Лютик" и др.

2.3 Технические средства радиосвязи.

Радиосвязь предназначена для обмена сообщениями между абонен­тами с помощью электрических сигналов, переносимых через пространст­во радиоволнами.

К техническим средствам радиосвязи относятся радиостанции:

а) стационарные: центральная "Виола-Ц" и "Виола-АС";

б) возимые: автомобильная "Виола-АА" и для установки на по­жарном автомобиле "Виола-АП";

в) носимые: "Виола-Н", "Сапфир", "Радий", "Транспорт-РН12".

2.4 Технические средства факсимильной связи.

Факсимильная связь предназначена для передачи и приема доку­ментальных сообщений, представленных в виде буквенно-цифровых и графических изображений. Связь осуществляется по проводным и радио­каналам.

При использовании факсимильной аппаратуры для осуществления связи по радиоканалу применяются радиостанции УКВ диапазона, кото­рые устанавливаются на подвижных объектах. Факсимильная аппаратура состоит из факсимильного передатчика "формат-Д" и факсимильного при­емника "Формат-ПА". Кроме того, промышленностью выпускается аппа­рат факсимильной связи типа "Штрих-М", предназначенный для передачи и приема различных изображений, документальных сообщений, графиче­ского и текстового материалов, как по каналам проводной связи, так и по радиоканалам.

2.5 Технические средства распорядительно-поисковой связи.

Распорядительно-поисковая связь (РПС) предназначена для пере­дачи информации оперативного характера с приемом ее непосредственно на акустические средства ЦУСС (местное оповещение), а также через про­водные линии связи руководителям и спецслужбам города (общее опове­щение), и распоряжений в пределах ЦУСС.

Распорядительно-поисковая связь состоит из центрального усили­теля мощностью от 100 до 1000 Вт, устройств коммутации, линейных со­оружений и громкоговорителей. РПС организуется по схеме одностороннего действия.

2.6 Технические средства радиопоисковой связи.

Радиопоисковая связь предназначена для организации поисковой связи работников ЦУСС пожарной охраны. Используемая при этом систе­ма персонального радиовызова "Поиск-1" служит для передачи условного сигнала абоненту, имеющему персональный приемник.

2.7 Аппаратура контрольной звукозаписи.

Содержание информации, передаваемой по каналам связи, регист­рируется с помощью аппаратуры магнитной записи. Число устанавливае­мых магнитофонов зависит от количества предназначенных для контроля каналов связи. К каждому магнитофону подводится центральная часовая сеть для автоматической фиксации времени ведения переговоров.

В сетях оперативной связи пожарной охраны используются сле­дующие магнитофоны:

10-канальный магнитофон типа П-500 отечественного производст­ва;

4-, 8- и 16-канальные магнитофоны типов ШХР-204, ШХР-208 и ШХР-216 соответственно, выпускаемые предприятием БРГ (Венгрия).

Рис. 1.2. Структурная схема системы оперативной связи гарнизона ПО

прямая телефонная связь телефонные линии полной значности радиосвязь телефонная связь по спецлинии связь с дистанционно управляемой радиостанцией

Для организации системы оперативной связи гарнизона пожарной охраны могут быть использованы технические средства проводной и ра­диосвязи.

Основные характеристики технических средств проводной связи:

а) пульт оперативной связи типа ПОС-90:

–  2 пульта управления;

–  90 прямых линий;

–  2 линии выделенных абонентов;

–  10 соединительных линий для связи со спецслужбами;

–  10 входящих спецлиний “01”;

б) станции оперативной связи типа СОС – ЗОМ:

–  1 пульт управления;

–  30 прямых линий;

–  2 линии выделенных абонентов;

–  10 соединительных линий для связи со спецслужбами;

–  10 входящих спецлиний “01”;

в) телефонные аппараты ТАН-ННК – предназначен для включения в або­нентские линии АТС, имеет кнопочный номеронабира­тель;

Основные характеристики технических средств радиосвязи:

а) стационарная центральная "Виола-Ц" :

–  мощность передатчика 30 Вт (10 Вт – переключение тумблером);

–  40 каналов;

–  разнос частот между соседними каналами 25 кГц;

б) возимые: автомобильная "Виола-АА", для установки на по­жарном автомобиле "Виола-АП" и стационарная "Виола-АС" :

–  мощность передатчика 10 Вт;

–  40 каналов;

–  разнос частот между соседними каналами 25 кГц.

в) носимые: "Виола-Н":

–  мощность передатчика 1 Вт;

–  4 канала;

–  разнос частот между соседними каналами 25 кГц.

Перечень технических средств, необходимых для орга­низации системы оперативной связи гарнизона ПО, приведен в табл. 1.

Таблица 1.

Перечень технических средств связи

Оборудование	Кол-во, шт.	Примечание
Станция оперативной связи типа ПОС-90 (на ЦУСС)	3	Имеет 2 пульта управления и 90 линий прямых абонентов
Станция оперативной связи типа СОС-ЗОМ (в пожарных частях)	10	Имеет 1 пульт и 30 прямых линий
Телефонный аппарат типа ТАН-ННК	65	Имеет кнопочный номеронабиратель
Магнитофон 8-канальньй типа ШХР-208	1	Рассчитан на 24 ч непрерывной работы
Телеграфный аппарат типа РТА-80	3	Рулонный телеграфный аппарат со скоростью пе­редачи знаков 80 Бод
Радиостанция стацио­нарная типа "Виола-Ц"	1	Устанавливается на ЦУС
Радиостанция стацио­нарная типа "Виола-АС"	11
Радиостанция возимая типа "Виола-АА"	11
Радиостанция возимая типа "Виола-АП"	33	Устанавливается на основных пожарных автомобилях
Радиостанция носимая типа "Виола-Н"	66
Пульт тревожной сигна­лизации и оповещения ПТСО-10	11
Сеть распорядительно-поисковой связи. Цен­тральный усилитель ти­па TУ-600	1	Мощность усилителя от 100 до 1000 Вт. Один усилитель резервный ТУ-100
Громкоговоритель	66	Тип 25 ГРД-IУ-5 - 24 шт., 10 ГРД-IУ-5 - 48 шт
Аппаратура факсимиль­ной связи	13	«SONY»

3. Разработка структурной схемы и расчет основных характеристик системы оперативной связи гарнизона пожарной охраны.

3.1. Расчет основных характеристик системы оперативной связи

3.1.1. Расчет характеристик устойчивости системы оперативной связи

Устойчивость системы связи, состоящей из n каналов связи (например, из одного основного и нескольких резервных), характеризуется вероятностью ее безотказной работы:

(2.1)

где - вероятность безотказной работы i-го канала связи; λП - ин­тенсивность повреждения канала связи; t - время работы канала связи.

Устойчивость системы оперативной связи, состоящей из двух ка­налов связи (основного и резервного), оценивается следующей вероятно­стью безотказной работы при заданных P1, P2:

P2 (t) = 1 – [ (1 - P1) ∙ (1- P2)] = 1 – [ (1- 0,99) ∙ (1-0,9)] = 1 – [ 0,01∙ 0,1] = 0,999

Таким образом, в результате резервирования основного канала свя­зи устойчивость системы оперативной связи в целом повышается на вели­чину

P2 (t) – P1 = 0,999 - 0,99 = 0,009.

3.1.1. Оптимизация сетей спецсвязи по линиям “01”

и расчет ее пропускной способности

Оптимизация сети спецсвязи сводится к нахождению такого числа линий связи "01" и диспетчеров, при которых обеспечиваются заданная вероятность потери вызова и необходимая пропускная способность сети спецсвязи.

Последовательно увеличивая число линий связи с 1 до п, находим такое число линий связи, при котором выполняется условие Ротк ≤ РП

Нагрузка, создаваемая в сети спецсвязи, может быть представлена как

y = λ ∙Tn = 0,16 ∙ 0,9 = 0,144 мин-зан.

В общем виде вероятность того, что все линии связи свободны, оп­ределяется по формуле:

(2.2)

где k - последовательность целых чисел, k = 0, 1,2,...,n.

В общем виде вероятность того, что все п линий связи будут заняты (т. е. вероятность отказа в обслуживании), определяется как:

(2.3)

Для случая, когда п = 1, вероятность того, что линия связи будет свободна,

Для случая, когда п = 1, вероятность отказа в обслуживании

Сравнивая полученное значение Pотк1 и заданное значение вероят­ности потери вызова PП = 0,001, приходим к выводу, что условие Pотк1 ≤ PП не соблюдается. Поэтому увеличиваем число линий связи до n = 2. При этом вероятность того, что две линии связи будут свободны,

Вероятность отказа при этом определяется как

Сравнивая полученное значение Pотк2 и заданное значение вероят­ности потери вызова PП = 0,001, приходим к выводу, что условие Pотк2 ≤ PП не соблюдается. Поэтому увеличиваем число линий связи до n = 3. При этом вероятность того, что три линии связи будут свободны,

Вероятность отказа при этом определяется как

Сравнивая полученное значение Pотк3 и заданное значение вероят­ности потери вызова PП, приходим к выводу, что при трех линиях связи условие Pотк3 ≤ PП соблюдается, т. е. Pотк3 = 0,00007 < PП = 0,001. Таким образом, принимаем n = 3.

Вероятность того, что вызов будет принят на обслуживание (относительная пропускная способность сети спецсвязи), определяется как

Pабс = 1 – ­ Pотк4 = 1 – 0,00007 = 0,99993.

Таким образом, в установившемся режиме в сети спецсвязи будет обслужено 99,9 % поступивших по линиям связи "01 " вызовов.

Абсолютная пропускная способность сети спецсвязи определяется выражением

A = λ ∙ Pабс = 0,16 ∙ 0,99993 = 0,1599

т. е. сеть спецсвязи способна осуществить в среднем 0,1599 разговора в ми­нуту.

Находим среднее число занятых линий связи:

nз = y ∙ (1 – ­ Pотк4) = 0,144 ∙ (1 – 0,00007) = 0,1439

Таким образом, при установившемся режиме работы сети спецсвя­зи будет занята лишь одна линия связи, остальные будут простаивать, т. е. достигается высокий уровень эффективности обслуживания – 99,69 % всех поступивших вызовов.

Коэффициент занятости линий связи

Кз = nз / n = 0,1439 / 3 = 0,0479.

Определяем среднее число свободных линий связи:

Коэффициент простоя линий спецсвязи

Kп = n0 / n = 0,4739 / 3 = 0,1579

Фактическая пропускная способность сети спецсвязи по линиям "01" с учетом аппаратурной надежности:

qф = (1 – ­ Pотк4) ∙ Kг = 0,99993 ∙ 0,92 = 0,9199

Необходимое число линий связи с учетом аппаратурной надежности:

nф = n / Kг = 3 / 0,92 = 3,26 ≈ 4

Время занятости диспетчера обслуживанием одного вызова

Tобс2 = Tn + Tобс1 = 0,7 +1,45 = 2,15 мин = 0,03583 ч

где Tn - заданная величина времени одного "чистого" переговора диспетчера с вызывающим абонентом; Tобс1 - время занятости диспетчера обработкой принятого вызова (запись поступившего вызова в журнале ре­гистрации и т. п.).

По заданной интенсивности входного потока вызовов λ = 0,16 выз./мин, поступающих в сеть спецсвязи, и времени обслужива­ния одного вызова диспетчером Tобс2 = 0,03583 ч определим полную нагрузку на всех диспетчеров за смену, т. е. за 24 ч:

yд = 24 ∙ λ ∙ Tобс2 = 24 ∙ 60 ∙ 0,16 ∙ 0,03583 = 8,2552 ч-зан,

где 60 - количество минут в 1 ч (при переводе λ в выз./ч).

Допустимая нагрузка на одного диспетчера за смену с учетом ко­эффициента занятости диспетчера:

y1доп = Kд ∙ y1макс = 0,9 ∙ 24 = 21,6 ч-зан.

Определим необходимое число диспетчеров:

nд = yд / y1доп = 8,2552 / 21,6 = 0,382 ≈ 1

Округляя результат, определяем: один диспетчер. Таким образом, по результатам оптимизации сети спецсвязи опре­делено, что необходимо иметь 3 линии связи “01” и одного диспетчера.

3.2. Расчет характеристик оперативности и эффективности функционирования радиосвязи и обеспечения требуемой дальности радиосвязи

3.2.1. Расчет количественных показателей

оперативности и эффективности

Оперативность радиосвязи характеризуется вероятностью того, что информация от одного абонента к другому будет передана в течение вре­мени, не более заданного:

Q = P [ (Tn + Tн) ≤ Tоп] (2.4)

где Tn - время "чистого" переговора; Tн - непроизводительные затраты времени на набор номера абонента, посылку вызова и т. п.; Tоп - заданная величина времени, определяющая оперативность связи (критерий опера­тивности).

В случае, когда надежность и качество радиоканала идеальны, опера­тивность радиосвязи оценивается по формуле:

Q = P0 + P1 (2.5)

где P0 - вероятность того, что радиоканал свободен;

P1- вероятность того, что радиоканал занят, но ожидающих нет.

Вероятности состояний сети радиосвязи P0 и P1 рассчитываются по формулам:

(2.6); (2.7)

где N - число радиостанций в сети радиосвязи (число абонентов в радио­сети); y0 - нагрузка в сети радиосвязи; k - последовательность чисел k = 0, 1, 2..., N.

В случае, когда надежность и качество радиоканала идеальны, эф­фективность функционирования радиосети оценивается по следующей формуле:

(2.8)

где Tn, Tн – соответственно время переговора и непроизводительные затраты времени в радиосети.

Эффективность функционирования радиосети может быть оценена математическим ожиданием случайной величины ее состояния Е, которое является показателем целесообразности использования радиосети для вы­полнения заданных функций.

3.2.2. Определение необходимых высот подъема антенн стационарных радиостанций

Определение дальности радиосвязи необходимо проводить исходя из минимального значения напряженности поля с учетом влияния рельефа местности, выходной мощности передатчика, затухания антенно-фидерных трактов передатчика (β1l1) и приемника (β2l2) коэффициентов усиления передающей (G1) и приемной (G2) антенн, величины превышения допустимого уровня мешающего сигнала (ΔEдоп)

Таким образом, с учетом вышеизложенного, величина напряженно­сти поля полезного сигнала определяется по формуле:

En = Eмин + Восл - Вм + β1l1 – G1 + β2l2 – G2 + ΔEдоп = 20 + 9 - 0 + 0,15∙9 – 1,5 + 0,15∙4 – 1,5 + 2 = 29,95 дБ

где β1 = β2 = 0,15 дБ/м - коэффициент погонного затухания фидерного тракта передатчика и приемника соответственно; l1 и l2 - длина фидерного тракта передатчика радиостанции ЦУСС и приемника радиостанции ПЧ соответственно, м, G1 = G2 = 1,5 дБ - коэффициент усиления антенн пере­датчика и приемника соответственно; Вм - поправочный коэффициент, ве­личина которого принимается равной 0 дБ в случае использования радиостанций типа "Виола", имеющих мощность излучения передатчика Рпер = 10 Вт.

По полученной величине напряженности поля полезного сигнала на входе приемника En= 29,95 дБ и заданному удалению ПЧ от ЦУСС (заданной дальности радиосвязи) = 16 км с помощью графиков определяется произведение высот антенн h1 ∙ h2 = 50 м2. Из полу­ченного произведения высот выбираются необходимые высоты стацио­нарных антенн ЦУСС h1 = 10 м и удаленной ПЧ h2 = 5 м.

ЛИТЕРАТУРА

1.  , Зыков указания и кон­трольные задания на расчетно-графические работы по курсу "Автоматизированные системы управления и связь" (ФЗО) - М.: ВИПТШ МВД СССР, 1986.

2.  Нейман основы единой автоматизиро­ванной сети связи. - М.: Наука, 1994.

3.  Зыков указания по расчету системы радиосвязи. - М.: Транспорт, 1977.