CC BY
47
^ Эмулятор Измерения
Настройки Информация
150 150
145 145
140 140
135 135
130 130
125 125
120 120
115 115
110 110
105 105
100 100
95 95
90 90
85 85
80 80
75 75
70 70
65 65
60 60
55 55
50 50
45 45
40 40
35 35
30 30
25 25
20 20
15 15
10 10
5 5
0 0
-5 -5
-10 -10
-15 -15
-20 -20
-25 -25
-30 -30
-35 -35
-40 -40
-45 -45
-50 -50
-55 -55
-60 -60
20
28.33 C 130' 1.1 15 K
Границы поля графика, С Верхняя 145.00 | Нижняя
120.00 |
_ Автоматический выбор границ
Контроль температуры, С Не более
22. OD
П Включить
Пауза
Сброс
Выход
Датчик
DS18B20
Округление результатов измерений
О До десятых © До сотых
Запись результатов в Файл
Интервал между записями :1с
Рисунок 5 - Результаты опыта по нагреванию и охлаждению датчика
Температурный датчик, используемый совместно с программным приложением, является довольно чувствительным и в свою очередь менее инертным, если сравнивать со множеством известных аналоговых датчиков температуры. Применение данного датчика совместно с программой позволяет в режиме реального времени отследить температурные изменения окружающей среды, а также какого либо тела непосредственно контактирующего с датчиком. Необходимость подобных измерений может возникать, например в учебном процессе, при демонстрациях в школе на уроках химии или физики [3], что в свою очередь повысит эффективность при обучении, так же преимуществом использования подобной системы будет являться возможность контроля температуры на расстоянии, причем в контролируемой зоне или объекте будет располагаться лишь миниатюрный термочувствительный датчик. Для примера на рис. 5 изображены результаты опыта с нагреванием при прикосновении руки человека и его дальнейшим охлаждением до температуры в комнате. Из опыта можно увидеть, что зависимости температурных показателей от временных при нагревании и охлаждении датчика похожи на экспоненциальные.
ЛИТЕРАТУРА
1. М.А. Бабиков, А.В. Косинский. Элементы и устройства автоматики: Учеб. пособие для вузов. М.: Высшая школа, 1975. - 464 с.: илл.
2. Саченко, А.А. Измерение температуры датчиками со встроенными калибраторами / А.А. Саченко. -М.: Книга по Требованию, 2012. - 107 c.
3. Эткин, Л. Г. Виброчастотные датчики. Теория и практика / Л.Г. Эткин. - М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2004. - 408 c.
4. К.Л. Куликовский, В.Я. Купер. Методы и средства измерений: Учеб. пособие для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 448 с.: илл.
6. Данилов, О. Е. Выбор интерфейса для подключения самодельных датчиков к компьютерной экспериментальной установке / О. Е. Данилов // Информационно-коммуникационные технологии в подготовке учителя технологии и учителя физики: Сборник материалов научно-практической конференции. Ч. 1. / Отв. ред. А. А. Богуславский. — Коломна: Московский государственный областной социально-гуманитарный институт, 2010. — с. 152-155.
6. Данилов О. Е. Программное обеспечение цифрового термометра // Молодой ученый. — 2014. — №6. — С. 84-88. — URL https://moluch.ru/archive/65/10515/.
УДК 621.391
Важенин1 П.С., Иофин2 А.А., Шегал1 А.А.
!фГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина», Екатеринбург, Россия
2АО «Уральское проектно-конструкторское бюро «Деталь», Каменск-Уральский Свердловской обл., Россия
ИССЛЕДОВАНИЕ НАДЕЖНОСТИ ГОРОДСКОЙ ТЕЛЕФОННОЙ СЕТИ СВЯЗИ
Исследуется структура сети телефонной связи небольшого города, модернизация которой позволяет объединить традиционные телефонные сети с новыми IP-сетями, что обеспечивает потребности населения в современных услугах электросвязи и удовлетворяет высоким нормативным требованиям надежности
Ключевые слова:
ГОРОДСКАЯ ТЕЛЕФОННАЯ СЕТЬ, СТРУКТУРНАЯ НАДЕЖНОСТЬ, ТОПОЛОГИЯ, МОДЕЛЬ, ГРАФ, УЗЕЛ КОММУТАЦИИ, ЛИНИЯ СВЯЗИ
Введение услуг, отвечающих потребностям пользователей,
Современная телекоммуникационная среда нуж- так и с необходимостью минимизации эксплуатаци-дается в постоянном совершенствовании и модер- онных расходов, низации сетей. Это связано как с развитием новых
Сети связи состоят из линий связи, оконечных и транзитных узлов коммутации, систем передачи и другого оборудования, отличающегося каждое по своим показателям: назначение, надежность, календарная продолжительность использования и т.д. Для таких объектов при исследовании надежности рассматриваются не только характеристики надежности аппаратуры [1], но и структурная надежность сети, под которой понимается функционирование сети в целом с точки зрения возможности существования в ней путей доставки информации [2].
В работе исследуется структурная надежность телефонной сети города (ГТС) с населением приблизительно 100 тыс. человек (так называемая районированная ГТС), которая обеспечивает удовлетворение потребностей населения не только в услугах телефонной связи, но и в новых услугах электросвязи.
Постановка задачи - разработать структуру районированной ГТС, отвечающей требованиям современных стандартов устойчивой работы [3], и исследовать показатели ее надежности.
Применение теории графов для анализа структурной надежности сети
Под структурой сети связи [4] понимается характеристика, определяющая взаимосвязи коммутационных центров (узлов) этой сети, обеспечивающие возможности распределения по ней потоков сообщений, независимо от фактического расположения ее элементов на местности.
Известно [5], что для таких распределенных объектов удобным математическим аппаратом анализа надежности является модель случайного графа, для которого предполагается, что состояния элементов являются статистически независимыми, при этом ребра или вершины графа с вероятностями, определяемыми показателями надежности элементов сети (безотказности, ремонтопригодности, восстанавливаемости), могут либо присутствовать, либо отсутствовать. Учитывая, что основой для построения любой сети связи на территории РФ является Единая сеть электросвязи (ЕСЭ), в [2] для оценки структурной надежности сети связи предлагается использовать модель взвешенного графа (гиперсети, отображающей первичную и вторичную сеть ЕСЭ), в которой весовыми коэффициентами компонентов графа являются коэффициенты готовности соответствующих элементов сети. При этом показатели связности случайного графа [5], а именно, вероятность связности графа в целом, вероятность связности пары выбранных вершин, математическое ожидание числа связей в графе, и т.д. трансформируются для сети связи в следующие характеристики структурной надежности [2]:
- вероятность одновременного существования связи между всеми узлами сети;
- вероятность существования хотя бы одного пути в работоспособном состоянии из заданного
множества путей, связывающих указанную пару узлов;
- математическое ожидание числа связей в сети (узлов и линий связи).
Подобные показатели используются, например, в [6].
Выбор топологии и оборудования исследуемой
ГТС
Существует множество возможных топологий сетей [4]. Реальные сети ГТС, как правило, используют комбинации топологий [7], исходя из предполагаемой нагрузки на сеть, требований к надежности сети и т.д.
В малых городах часто используется несколько районных АТС (РАТС), которые связываются между собой по принципу "каждая с каждой". Надежность такой сети связи высокая, поскольку при обрыве связи существует множество обходных путей через другие РАТС. Однако данная топология является одной из самых затратных.
При использовании топологии типа "звезда", в которой все абонентские линии связаны друг с другом через центральную станцию (ЦС), затраты на прокладку линий связи значительно ниже, однако, при отсутствии резервных линий связи в случае неисправности ЦС вся сеть перестает функционировать.
В этом случае логичное решение - применение смешанной топологии: "кольцо" в сочетании с опорно-транзитной телефонной станцией (ОПТС) в центре (рис.1), которая выполняет функцию коммутатора. Такая схема позволяет добиться высоких показателей надежности сети, и в то же время является менее затратной по сравнению с топологией «каждая с каждой». При нормальных условиях эксплуатации абоненты, относящиеся к разным РАТС, соединяются друг с другом через ОПТС. В случае отказа ОПТС, вызов пойдет по "кольцу" до нужной станции.
Для связи между узлами ГТС используем оптический кабель (ОК), проложенный под землей. Такое решение имеет значительные преимущества перед надземной прокладкой - подвесом на опорах высоковольтных линий, поскольку используется имеющаяся инфраструктура (кабельная канализация, коллекторы, туннели), и уменьшается количество внешних дестабилизирующих факторов, ведущих к повреждению кабеля.
При выборе коммутационного оборудования для ОПТС остановимся на коммутационной системе SI 3000 V.6 фирмы Iskratel [8]. Оборудование SI3000 MSAN (мультисервисный узел абонентского доступа) - современная платформа доступа для передачи потоков данных, голоса и видео. Система SI3000 MSAN также служит для устранения технологического разрыва между современными и существующими сетями, позволяя объединять новые 1Р-сети с уже имеющимися телефонными сетями.
Рисунок 1. Топология исследуемой ГТС
Выберем в качестве системы передачи данных синхронную цифровую иерархию (SDH). Для организации ГТС небольшого города достаточно использования транспортного модуля STM-4, обеспечивающего скорость передачи на уровне (622 Мбит/с), с возможностью расширения до уровня STM-16 (2,5 Гбит/с) [4].
Основное оборудование станций (РАТС) - базовый сетевой мультиплексор SDH нового поколения TN-4XE уровня STM-4 фирмы Nortel Networks [9]. Он имеет большие возможности для развития и модернизации сетей.
Расчет показателей надежности исследуемой ГТС Для анализа надежности исследуемой ГТС воспользуемся рис.2, на котором указаны расстояния между станциями, оборудование узлов и системы передачи. Вычислим для каждого элемента структуры сети, представленной на рис. 2, коэффициент готовности Кт по известной формуле:
Кг = Тн / (Тн + Тв),
где Тн - средняя наработка между отказами элемента,
Тв - среднее время восстановления.
В расчетах используем данные, представленные в [2].
Для современных цифровых АТС значение коэффициент готовности Катс ^ 0, 999995. Это значение применяется при расчетах Кг любого узла (РАТС и ОПТС). Кроме того, в узлах РАТС используются мультиплексоры ADM (ввода/вывода), реализованные на базе системы передачи TN-4XE с Ktn = 0,99999 [9]. Таким образом, значение коэффициента готовности Кратс = Катс х Ktn = 0, 999995 X 0,99999 = 0,999985.
Определим коэффициент готовности Кг линий связи на основе оптического кабеля.
Рисунок
"хема сети ГТС с указанием расстояния между узлами и имеющегося оборудования. Е1 - Европейский стандарт формирования цифровых трактов передачи
Среднее время восстановления линии связи Тв = 4,2 4 ч не зависит от длины линии, а для определения интенсивности отказов кабеля А ок используем формулу из [2]:
А ок = (АохХ)/(87 60х100) (1/ч), (1)
где Ь - длина кабеля (км),
А о = 0,34 (1/ч) - среднее число отказов кабеля в год (8760) на 100 км его длины,
Для примера определим коэффициент готовности оптического кабеля на участке РАТС1- ОПТС (см. рис. 2), имеющего длину 3 км.
Согласно (1), Аок(з)=(0,34х3)/(87 60х100) = 1, 16438х10-6 (1/ч)
Учитывая, что среднее время наработки на отказ определяется по известной формуле
Тнок=1/Аок , найдем коэффициент готовности
^гок(з)=(1/Аок(з) )/[(1/Аок(з) )+Тв]=0,999995.
Аналогично рассчитываются коэффициенты готовности для других участков сети. Результаты расчета представлены в табл.1.
Вычислим показатели структурной надежности сети, используя табл.1 Рассмотрим для примера вероятность существования связи между узлами РАТС1-РАТС4 (рис.2).
Существуют 3 маршрута, по которым может осуществляться соединение:
- основной - через ОПТС, в случае нормальной работы ОПТС;
- резервный - через РАТС5, в случае отказа ОПТС;
- резервный (вторичный) - через РАТС2 и РАТС3, в случае отказа ОПТС и РАТС5.
Таблица 1
Параметры надежности оборудования и линий связи ГТС
Тип оборудования Условное обозначение параметра Кг Значение Кг
ОПТС - SI3000 V.6 Коптс 0,999995
РАТС - SI3000 V.6 Кратс 0,999985
TN-4XE Ktn 0,99999
ВОЛП (волоконно-оптическая линия передачи) Ki-j 0,999996 L=2,5 км 0,999995 L=3,0 км 0,999993 L=4,0 км 0,999993 L=4,5 км 0,999992 L=5,0 км
Для маршрута РАТС1-РАТС4 вероятность (установившаяся) существования связи вычисляется следующим образом:
Р1-4=(^РАТС1Х^1-ОПТСХ^ОПТСХ ХК40ПТСХКРАТС4) + (КПРХ(КРАТС1ХК1-5ХКРАТС5ХК4-5ХКРАТС4) +
+ (КПРХКпР1Х(КРАТС1ХК1-2ХКРАТС2ХК2-3ХКРАТС3ХКз-4ХКРАТС4),(2) где КраТС1, К1-ОПТС, КоПТС, К4-ОПТС, КраТС4, К1-5, КраТС5 , К4-5,
К1-2, Кратс2, К2-3, Кратс3, К3-4 - коэффициенты готовности соответствующих элементов сети;
коэффициент коэффициент
Выводы и рекомендации.
Предложена и исследована структура районированной ГТС, построенная на основе сложившейся инфраструктуры с применением оптического кабеля, которая удовлетворяет современным нормативным требованиям по надежности и обеспечивает потребности населения в новых услугах электросвязи. Предлагаемая структура позволяет объединить уже имеющиеся телефонные сети, включая учрежденческие АТС, с новыми 1Р-сетями и обеспечивает экономию материальных ресурсов.
Кпр=1-Коптс=1-0, 999995=0, 5Х10-5 ■ простоя ОПТС;
КПр1=1-Кратсь=1-0, 999985=1, 5Х10-5 простоя любой РАТС;
Р1-4 - вероятность существования связи между узлами РАТС1 и РАТС4.
Подставляя в (2) значения коэффициентов готовности из таблицы 2, вычислим Р1-4 = 0, 99997. Заметим, что полученная величина превышает нормативное значение коэффициента готовности для сети местной телефонной связи: Кг ^ 0,9999 [3]. Аналогичным образом могут быть рассчитаны вероятности существования остальных маршрутов в сети.
ЛИТЕРАТУРА
1. ГОСТ 27.002-2015. Надежность в технике. Основные понятия, термины и определения. - М.: Стандартинформ, 2016. - 24 с.
2. Шувалов В.П., Егунов М.И., Минина Е.А. Обеспечение показателей надежности телекоммуникационных систем и сетей.- М.: Горячая линия - Телеком, 2015. - 168 с.
3. ГОСТ 53111-2008. Устойчивость функционирования сети связи общего пользования. Требования и методы проверки. - М.: Стандартинформ, 2008. - 16 с.
4. Воробьев Л.В., Давыдов А.В., Щербина Л.П. Системы и сети передачи информации.- М.: Издательский центр « Академия», 2009.- 336 с.
5. Райншке К., Ушаков И.А. Оценка надежности систем с использованием графов.- М.: Радио и связь, 1988,- 208 с.
6. Ковальков Д.А., Гаврилин Е.А., Галин О.С., Антонов Р.Д. Обеспечение и методика расчета надежности узла предоставления мультисервисных телекоммуникационных услуг /Труды Международного симпозиума «Надежность и качество». Т. 1. Пенза: Изд-во ПГУ, 2017. - С. 123-126.
7. Журков А.П., Аминев Д.А., Кулыгин В.Н. Модель надежности распределенной радиотехнической системы наблюдения минимальной конфигурации /Труды Международного симпозиума «Надежность и качество». Т. 1. Пенза: Изд-во ПГУ, 2016. - С. 120-122.
8. http://www.si3 0 0 0.ru/products/msan/■
9. http://www.fot-company.ru/old/articles/tech/st2.html■
УДК 544.653.22
Рамазанова1 Ж., Кудасова2 Д.К., Замалитдинова2 М.Г., Оразалиева3 Д.М.
1АО «Национальный центр космических исследований и технологий», г. Астана, Казахстан 2АО «Национальный центр космических исследований и технологий», г. Алматы, Казахстан 3Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева, Астана, Казахстан ОБЗОР ТЕХНОЛОГИЙ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЙ НА ТИТАНЕ И ЕГО СПЛАВАХ МЕТОДОМ ПЛАЗМЕННОГО ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ОКСИДИРОВАНИЯ
Рассмотрены технологии получения покрытий на титане и его сплавах плазменным электролитическим оксидированием. Приведены составы электролитов для получения на титане и его сплавах оксидных покрытий с улучшенными свойствами. Рассмотрены способы получения оксидных слоев, которые приводят к повышению микротвердости, коррозионной стойкости и износостойкости покрытий
Ключевые слова:
ПЛАЗМЕННОЕ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЕ ОКСИДИРОВАНИЕ, МИКРОДУГОВОЕ ОКСИДИРОВАНИЕ, ОКСИДНЫЙ СЛОЙ, КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ, ПОРИСТОСТЬ
Введение
В качестве конструкционных материалов в современном машиностроении и космической отрасли широко используется титан и его сплавы. Поиск новых эффективных покрытий с высокой износостойкостью, коррозионостойкостью, термостойкостью на детали машин и механизмов различного назначения идет непрерывно. В настоящее время особое внимание уделяется развитию экологически безопасных производств. В виду этого интерес представляет метод обработки поверхности вентильных металлов - метод плазменного электролитического оксидирования (ПЭО) или иначе его называют метод микродугового оксидирования (МДО) [1-3,29]. Метод относится к электрохимическим методам обработки материалов, усложненными плазменными процессами. Также этот метод является экологически безопасным процессом, так как растворы электролитов содержат неагрессивные компоненты. Процесс не требует предварительной подготовки деталей, и применения специальных систем охлаждения растворов. Образующиеся покрытия отличаются уникальным комплексом свойств, характеризующиеся высокими эксплуатационными показателями [3, 30]. Особенностью метода микродугового оксидирования является то, что процесс протекает при высокой напряженности электрического поля и сопровождается образованием микроплазмы и микрообластей с высоким давлением за счет образующихся газов, что приводит к протеканию высокотемпературных химических превращений и транспорту вещества в дуге. Результатом действия микроплазменных раз-
рядов является формирование слоя покрытия, состоящего из окисленных форм элементов металла основы и составляющих электролита.
Основная часть
Упрочнение металлов при ПЭО происходит за счет образования на поверхности металла покрытия, которое состоит из оксида металла, подложки и оксидов химических элементов, входящих в состав электролита [4- 6].
Обеспечение функциональных свойств оксидного покрытия в большей степени связано с природой и составом электролита, в который вводят необходимые соли, кислоты, щелочи, оксиды, различные дисперсные частицы, органические соединения.
В работе [7] представлены данные по условиям формирования покрытий на образцах титана и алюминия в водных электролитах при потенциалах пробоя без ограничения токов в момент пробоя оксидного слоя и с дополнительным внешним реактивным сопротивлением, позволяющим управлять скоростью ввода энергии в каналы пробоя. Исследования проводили на образцах технически чистого титана марки ВТ1-0 в электролите NaзP04•12Н20 (10 г/л) . Средняя скорость подъема потенциала при оксидировании составляла 10 В/с. Время выдержки образцов находилось в пределе от 1,0 минут и до 2 5 минут. Фазовый анализ покрытий показал, что в основном формируется лишь анатазная модификация Т^2. Следы рутильной модификации Т^2 появляются только на образцах, обработанных при потенциале 330 В и температуре 30°С. Для образцов, сформированных с внешним реактором при 330 В, обнаружена фаза TiP2O7.
