№ 23 (2017)
Статьи
НЕСТАЦИОНАРНАЯ ЗАДАЧА ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА ПРИ ПРОКЛАДКЕ КАБЕЛЯ В ЗДАНИЯХ И СООРУЖЕНИЯХ
Аннотация
Решается задача сложного тепломассопереноса при прокладке кабеля в зданиях и сооружениях. Предложенная математическая модель процессов сложного тепломассопереноса основывается на законах сохранения массы, количества движения и энергии. Поставленная задача решалась численно в условиях естественной конвекции методом конечных элементов в инженерном программном пакете Ansys Fluent. В результате получены мощности тепловых потерь в металлических элементах конструкции силового кабеля, поля температур для различной величины тока. Представлены и проанализированы численные результаты полученных температурных полей в месте прокладки силовых кабелей. Решена проблема разгрузки кабельной линии при запуске оборудования противопожарных систем.
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2017;(23):5-16
ВЛИЯНИЕ СМЕЩЕНИЯ ОСЕЙ СИММЕТРИИ КОНТАКТА ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ ТОКА
Аннотация
Нарушение соосности в динамике движения элементов контакта выключателя мощного тока, в частности вакуумного выключателя (ВВ), при разрыве линии высокой плотности тока и высокого уровня напряжения в сильной мере ухудшает надёжность процедуры включения/отключения и снижает живучесть выключателя. В работе проведён анализ меры влияния нарушения соосности контактных элементов выключателя на изменение плотности тока в пространстве геометрии динамического разрыва контакта. Предложена аналитическая модель, устанавливающая зависимость изменения плотности тока в пространстве динамического разрыва контакта от относительного смещения осей симметрии элементов контакта. Выполнены численные расчёты, указывающие на высокую критичность влияния изменения плотности тока, передаваемого вакуумным выключателем, при нарушении соосности элементов его контактной пары. Эксперименты и теоретическая оценка модели указывают на важность учёта влияния этого геометрического фактора для предотвращения ухудшения физического состояния и надёжности вакуумных выключателей. Приведён пример (фото) наглядного действия геометрического фактора на разрушение поверхности элемента контакта вакуумного выключателя. Модель учитывает влияние ряда факторов в практической эксплуатации мощных выключателей.
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2017;(23):17-32
РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ РАСПОЗНАВАНИЯ ЛИЦ
Аннотация
Отражены этапы улучшения ранее разработанного алгоритма распознавания лиц. На каждом этапе показаны результаты проведенных экспериментов, а также дано описание проводимых экспериментов. Рассматриваемая в этой статье программа распознавания лиц использует функции из библиотек OpenCV и dlib. Разработка программы распознавания лиц состоит из шести этапов. На первом этапе программа распознавания лиц состоит из алгоритма, основанного на гибких контурах, которое учитывает только геометрию лица. Поэтому в алгоритмы последующих этапов разработки программы распознавания лиц было добавлено быстрое преобразование Фурье, которое учитывает цвет лица. Для того чтобы произвести замену параметров, вычисленных с помощью алгоритма гибких контуров, на параметры, вычисленные с помощью алгоритма быстрого преобразования Фурье, были проведены исследования, целью которых было определение областей изображения, которые лучше всего характеризуют лицо и которые будут использоваться для вычисления параметров с помощью быстрого преобразования Фурье, определения количества заменяемых параметров и порядка значимости параметров, вычисленных с помощью алгоритма гибких контуров. На втором этапе производится замена параметров гибких контуров на параметры, вычисленные с помощью быстрого преобразования Фурье, первым способом, на третьем этапе - вторым и третьим способами. На четвертом и пятом этапе были добавлены весовые коэффициенты, основанные на количестве совпадений между параметрами векторов. На шестом этапе были добавлены комбинированные весовые коэффициенты, вычисленные путем суммирования коэффициентов, полученных на предыдущих этапах разработки программы распознавания лиц. В результате среди всех версий программы распознавания лиц, полученных на шести этапах ее разработки, самый высокий процент правильно распознанных лиц, дает программа, полученная на четвертом этапе.
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2017;(23):33-44
ОТКАЗОУСТОЙЧИВАЯ ПРОГРАММИРУЕМАЯ ЛОГИЧЕСКАЯ МАТРИЦА
Аннотация
Булева алгебра логики, логические функции являются основой математического аппарата цифровой электроники и схемотехники. Вначале, с момента изобретения реле в середине XIX века, они реализовывались релейно-контактными схемами - последовательно-параллельными и мостиковыми, затем после создания транзисторов - на микроэлектронном уровне. Были созданы микросхемы малой степени интеграции - «жёсткая» логика, затем микросхемы средней степени интеграции, включающие «гибкую» логику. В 70-е годы ХХ века были выпущены первые программируемые логические матрицы, которые в дальнейшем были использованы в микросхемах большой степени интеграции. Такие структуры широко используются при создании, например, устройств управления и контроля. Программирование сначала было однократным, на заводе-изготовителе, затем появилась возможность программирования пользователем с помощью специального программатора. Потом были разработаны электрически перепрограммируемые логические матрицы. Они используются также в программируемых логических интегральных схемах (ПЛИС) типа CPLD (complex programmable logic devices), в отличие от FPGA (field-programmable gate array), где используется реализация в виде дерева передающих транзисторов, что, по существу, является мультиплексором-селектором или постоянной памятью разрядностью один бит с n адресными входами. Вызывает интерес исследование особенностей программирования логических матриц в CPLD с целью рассмотрения возможностей повышения их отказоустойчивости в специальных высоконадёжных применениях. В статье анализируются принципы программирования матрицы логики, выполняется моделирование реализации конъюнкции в системе схемотехнического моделирования NI Multisim 10 firm National Instruments Electronics Workbench Group, предлагается и оценивается отказоустойчивая реализация матрицы логики.
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2017;(23):45-58
УЯЗВИМОСТИ ПРОТОКОЛА МАРШРУТИЗАЦИИ В MESH-СЕТИ СТАНДАРТА 802.11S
Аннотация
Беспроводные ячеистые сети (Wireless Mesh Network) могут объединять в единую сеть различные устройства. WMN обеспечивает лучшую мобильность, более низкую стоимость развертывания, простое расширение сети и надежные соединения. Гибридный беспроводной протокол mesh-сети (Hybrid Wireless Mesh Protocol - HWMP) является стандартным протоколом маршрутизации по умолчанию для стандарта 802.11s. Протокол маршрутизации является одной из наиболее важных частей сети и требует защиты, особенно в беспроводной среде. Существующие протоколы безопасности, такие как протокол целостности широковещания (Broadcast Integrity Protocol), блочный шифр сообщений кода аутентификации (Cipher Block Chaining Message Authentication Code Protocol), безопасный HWMP (Security HWMP), идентификация на основе шифрования HWMP (Identity Based Cryptography HWMP), эллиптические кривые цифровой подписи HWMP (Elliptic Curve Digital Signature Algorithm HWMP), сторожевые HWMP (Watchdog HWMP) нацелены на защиту кадров в протоколе HWMP. В этой статье рассматриваются вопросы безопасности передаваемых данных в mesh-сети стандарта 802.11s. Описаны основные принципы работы протокола маршрутизации по умолчанию в стандарте 802.11s - HWMP. Приведены и проанализированы возможные атаки на маршрутизацию кадров в mesh-сети. Проанализированы принципы работы основных протоколов безопасности в стандарте 802.11s. Проведен анализ уязвимостей существующих протоколов безопасности в HWMP. Результаты анализа существующих протоколов безопасности показывают, что ни один из этих протоколов не способен удовлетворить все требования безопасности. По результатам проделанной работы даны общие рекомендации для дальнейшего развития протоколов безопасности в маршрутизации кадров в mesh-сети стандарта 802.11s.
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2017;(23):59-72
ИНФОРМАЦИОННАЯ ПОДДЕРЖКА В ЗАДАЧАХ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫМИ СИСТЕМАМИ И ПРОЕКТАМИ НА ОСНОВЕ ПРОГНОСТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
Аннотация
Рассматриваются вопросы интеграции прогностических моделей в информационную инфраструктуру производственных систем для поддержки принятия управленческих решений в автоматизированном режиме. Актуальность работы связана с возрастающим объемом накапливаемых статистических данных, сложностью работы с большими массивами данных в системах, не интегрированных в информационную инфраструктуру предприятий, и важностью их использования для повышения качества принимаемых управленческих решений. Исследование построено на основе выделения наиболее важных для принятия решений данных, на моделях и рассмотрении способа их интеграции в информационную инфраструктуру на базе набора существующих IT-решений или собственных разработок. Для апробации предложенных подходов рассмотрена задача планирования закупок под спрос продукции на основе оптимизационной прогностической модели, использующей в качестве параметров данные прогнозирования и интеграция её в информационную инфраструктуру предприятия. Полученные решения выявили несколько возможных способов использования моделей и информационной инфраструктуры зависящих от рассматриваемой задачи и организации информационной инфраструктуры, а также гибкость и практическую применимость предложенного подхода.
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2017;(23):73-84
ТРАНСФОРМАЦИЯ МОДЕЛЕЙ БИЗНЕС-ПРОЦЕССОВ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ДЕЛОВЫХ ИГР
Аннотация
В настоящее время в обучении широко используются компьютерные деловые игры, моделирующие реальные условия деятельности компаний. В качестве предметной области при проектировании деловой игры выступают бизнес-процессы реальных предприятий, исполнители которых должны обладать определёнными компетенциями. Существует достаточно много программных продуктов, позволяющих моделировать бизнес-процессы и строить сценарий игры на основе такой модели, но их особенностью являются ориентация на определенный бизнес-процесс и разработка сценария игры только для этого процесса. При разработке программного продукта, с помощью которого можно построить сценарий игры для любой предметной области, возникает проблема, связанная с автоматизированным построением сценария по моделям бизнес-процессов. Процесс построения сценария деловой игры состоит из нескольких этапов, одним из которых является трансформация модели реального бизнес-процесса в модель унифицированного бизнес-процесса. Модели реальных бизнес-процессов относятся к слабоформализованному описанию предметной области деловой игры, поэтому такой переход является сложной задачей. В работе рассмотрен алгоритм трансформации моделей реальных бизнес-процессов, представленных в нотации IDEF0, в модели унифицированного бизнес-процесса на основе онтологического подхода. Для трансформации выполнено построение онтологических моделей элементов и графического представления в редакторе онтологий Protégé, для описания соответствия элементов и их графических представлений созданы соответствующие ограничения, разработаны правила трансформации, которые также отражены в онтологической модели. На основе онтологической модели построен запрос, который выводит соответствие элементов одной нотации другой нотации. В качестве примера приведен запрос, позволяющий получить соответствие элемента рабочего процесса в нотации IDEF0 другим нотациям.
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2017;(23):85-102
ПУТИ МОДЕНИЗАЦИИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КРАНОМАНИПУЛЯТОРНОЙ УСТАНОВКОЙ РОБОТИЗИРОВАННОГО ПЕРЕГРУЗОЧНОГО КОМПЛЕКСА
Аннотация
Краноманипуляторные установки находят широкое применение в современной технике: стрела, имеющая несколько сочленений, позволяет работать в условиях ограниченного пространства, что часто является определяющим фактором использования того или иного оборудования. Кроме того, машины, оснащенные краноманипуляторными установками, обычно совмещают в себе функции крана и грузовика, что также позволяет оптимизировать количество используемой при погрузке и перевозке объектов техники. Но при всех имеющихся достоинствах краноманипуляторные установки имеют ряд недостатков, присущих всем подъемным механизмам, а также характерных для отдельных машин: раскачивание груза, вибрация элементов стрелы, рывки троса, ограничения работы гидравлической лебедки на малой скорости и др. В статье рассмотрены существующие решения данных проблем для крано-манипуляторных установок, а также для других типов подъемных механизмов. Перечислены достоинства и недостатки каждого из методов, а также для методов, использованных для устранения недостатков других подъемных механизмов (например, мостовых кранов), определены их границы применимости на краноманипуляторных установках. В качестве основного метода модернизации была выбрана разработка новой системы управления, так как подобный тип модернизации практически не вносит изменений в конструкцию в отличие от ряда других приведенных в статье методов. Подобный вариант модернизации применим не для всех краноманипуляторных установок. Поэтому, в статье приводятся особенности, позволяющие модернизировать определенную краноманипуляторную установку (входящую в состав роботизированного перегрузочного комплекса) с помощью новой системы управления. Приведена структура блока управления крано-манипуляторной установкой, используемого для модернизации.
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2017;(23):103-118
АНАЛИЗ РАБОТЫ ЭМАЛЬ-АГРЕГАТА MATE SV 70-224/2 ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПЕЧИ
Аннотация
С развитием технического прогресса необходимость в обмоточных проводах возросла. Особо востребованы провода с эмалевой изоляцией, так как они имеют наименьшую толщину изоляции и достаточно высокие механические и электрические параметры, а также электроизоляционные характеристики, которые сохраняются даже в условиях воздействия повышенных температур и влажности. В последнее время наибольшее внимание уделяется производству эмальпроводов с повышенным температурным индексом. Технологический процесс эмалирования позволяет получить провод с диаметром в диапазонах от 0,012 до 3,0 мм. Сам процесс происходит на современном оборудовании, которое является сложным комплексным устройством и делится на два типа: горизонтальные и вертикальные эмаль-агрегаты. Эмалирование можно подразделить на несколько этапов: волочение проволоки и отжиг, наложение эмаль-лака и термообработка покрытия, которая происходит в эмаль-печи агрегата. Принцип действия эмаль-печи основан на рециркуляции нагретых потоков воздуха. Для получения качественной изоляции необходимо правильно рассчитать скорость эмалирования, которая, в свою очередь, зависит от таких параметров, как: скорость воздушного потока внутри печи и температура в эмаль-печи. Цель работы заключалась в определении оптимальной скорости эмалирования для вертикального эмаль-агрегата MATE SV 70-224/2. Проводился анализ влияния скорости воздушного потока в диапазоне от 0,5 до 3,0 м/с и изменения температуры на катализаторе от 500 до 750 оϹ. После произведённых расчётов были составлены графики и диаграммы зависимости скорости эмалирования от скорости воздуха и от температуры в эмаль-печи.
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2017;(23):119-132
ПРОГРАММИРУЕМЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПЛИС FPGA ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ СИСТЕМ ЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ
Аннотация
Исследована архитектура программируемых логических интегральных схем, в основе которой использована Look-Up Table. Описана существующая проблема программируемых логических интегральных схем типа field programmable gate array, которая заключается в неориентированности логических элементов, базирующихся на LUT на системную реализацию логических функций. В статье описывается LUT на одну переменную, дается его характеристика, описывается реализация ортогональности сигналов в ветвях дерева передающих транзисторов. Предлагается усовершенствованный метод реализации в field programmable gate array систем логических функций, заданных в совершенной дизъюнктивной нормальной форме, основанный на передаче сигнала в другом направлении. Предлагается элемент DC-LUT, приводится подробное описание структуры, а также его характеристика. Реализацию систем логических функций обеспечивает блок дизъюнкций конституент логической функции, описание которого так же приводится. Для реализации функций большого числа переменных предлагается новый ДНФ-LUT. Описывается усовершенствованная структура нового ДНФ-LUT, модификация которого заключается в том, что выполнена адаптация к уровню передающих транзисторов, используемых в LUT, и применено оригинальное кодирование конъюнкций в дизъюнктивной нормальной форме. Рассматривается программирование одной переменной для предлагаемой структуры ДНФ-LUT. Делается вывод о целесообразности применения усовершенствованных методов для реализации систем логических функций в программируемых логических интегральных схемах типа field programmable gate array.
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2017;(23):133-145
ОБЗОР МЕТОДОВ ЛОКАЛЬНОГО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ В WI-FI-СЕТЯХ
Аннотация
В статье рассматриваются различные методы локального позиционирования объектов с использованием инфраструктуры Wi-Fi-сетей. Продемонстрировано преимущество локальных систем позиционирования на базе Wi-Fi над системами глобального позиционирования при определении местоположения объектов внутри помещений. Обосновано преимущество систем Wi-Fi-позиционирования перед другими системами локального позиционирования. Показан параметр RSSI, на основании которого работают методы, и обоснован выбор данного параметра. Исследованы критерии выбора фреймов, подходящих для решения задач позиционирования. Показан процесс формирования набора измерений, необходимого для работы методов. Проанализирована возможная частота получения набора измерений от клиента и показана зависимость частоты от генерации трафика клиентом. Дан вывод о возможности использовать данные от клиента для позиционирования в реальном времени. Выделены основные методы, применяющиеся при позиционировании объектов в Wi-Fi-сетях, а также описаны функциональные особенности данных алгоритмов. Продемонстрирован процесс нахождения дистанции от точки доступа до клиента в зависимости от величины параметра RSSI и частоты, на которой принимает или передает точка доступа. Описаны сильные и слабые стороны алгоритмов. Сделан акцент на точности работы алгоритмов. Выделены методы, требующие стадию предварительных вычислений. Сделан вывод о том, что каждый алгоритм обладает критическими минусами, мешающими точному позиционированию в реальных условиях. Дан вывод о необходимости создания метода, который является комбинацией рассматриваемых алгоритмов, для повышения точности позиционирования и уменьшения зависимости от изменения в среде распространения сигнала.
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2017;(23):146-158
СИСТЕМА ЭФФЕКТИВНОГО АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПАРА НА ВЫХОДЕ ИЗ КОТЛА
Аннотация
В статье рассмотрена проблема эффективного регулирования температуры пара на выходе из котла. Температура перегрева пара на выходе из пароперегревателя относится к важнейшим параметрам, определяющим экономичность работы паровой турбины и энергетического котла. Автоматическое регулирование перегрева пара должно обеспечить поддержание температуры перегретого пара в заданных пределах вне зависимости от нагрузки котельного агрегата. Металл труб котельного агрегата находится в особенно тяжелых условиях работы. Повышение температуры выше допустимых значений может привести к аварии вследствие появления ползучести металла, повышенных тепловых расширений и ряда других причин. Из условий прочности металла труб пароперегревателя, паропровода и турбины важно не только обеспечить поддержание температуры в заданных пределах, но и не допустить резких ее изменений. В то же время значительное понижение температуры пара перед турбоагрегатом приводит к недопустимому повышению влажности в последних ступенях турбины и эрозии лопаток, следствием чего оказывается увеличение удельного расхода пара, а в некоторых случаях и аварийный останов турбоагрегата. В статье описано решение проблемы точного регулирования температуры пара на выходе из пароперегревателя и одновременно защиты металла предвключенных ступеней перегревателя. Для достижения поставленных целей в работе решаются следующие задачи: внедрение коррекции по температуре перед вторым впрыском, автоподстройка коэффициентов регулятора в зависимости от нагрузки котла; внедрение блока антилюфт. В статье приведена и описана функциональная схема системы автоматического регулирования температуры пара. Результаты технических исследований получены с помощью программно-технического комплекса «САРГОН».
Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2017;(23):159-166