Details

Целью работы является разработка цифрового двойника автоматизированной системы управления пожарной безопасностью в среде MATLAB Simulink, моделирующего работу пожарных извещателей и логику управления системой оповещения и вентиляции. Предметом исследования являются методы и средства моделирования и реализации цифрового двойника системы пожарной безопасности с использованием среды MATLAB Simulink. Задачи, решаемые в ходе исследования: 1. Провести анализ существующих автоматизированных систем управления пожарной безопасностью. 2. Исследовать структуру и принципы построения цифровых двойников, а также их применение в области пожарной безопасности. 3. Изучить нормативно-техническую документацию в области цифровых двойников и систем пожарной автоматики. 4. Разработать математические модели пожарных извещателей в среде MATLAB Simulink. 5. Реализовать логический блок контроллера в Stateflow. 6. Провести экспериментальное исследование разработанной модели. В ходе работы была исследована архитектура автоматизированных систем управления пожарной безопасностью на примере оборудования компании «Болид». Проанализирована нормативно-правовая база в области применения цифровых двойников для задач пожарной безопасности. В результате работы были разработаны математические модели извещателя пламени, дымового и теплового извещателей. Реализован контроллер в среде Stateflow с конечным автоматом. Проведены экспериментальные исследования, подтвердившие корректность работы модели. Полученные результаты могут быть использованы для анализа алгоритмов работы систем пожарной автоматики и проведения вычислительных экспериментов без необходимости создания физического стенда с реальным оборудованием.

The purpose of the work is to develop a digital twin of an automated fire safety management system in the MATLAB Simulink environment, which simulates the operation of fire detectors and the logic of managing the alarm and ventilation system. The subject of the study is the methods and tools for modeling and implementing a digital twin of a fire safety system using the MATLAB Simulink environment. The objectives of the study are as follows: 1. To analyze existing automated fire safety management systems. 2. To investigate the structure and principles of building digital twins, as well as their application in the field of fire safety. 3. Study the regulatory and technical documentation in the field of digital twins and fire automation systems. 4. Develop mathematical models of fire detectors in the MATLAB Simulink environment. 5. Implement a logical controller block in Stateflow. 6. Conduct an experimental study of the developed model. During the work, the architecture of automated fire safety management systems was studied using the Bolid equipment as an example. The regulatory framework for the application of digital twins for fire safety tasks was analyzed. As a result of the work, mathematical models of a flame detector, smoke and heat detectors were developed. A controller was implemented in the Stateflow environment with a finite state machine. Experimental studies were conducted to confirm the correctness of the model. The obtained results can be used to analyze the algorithms of fire automation systems and conduct computational experiments without the need to create a physical test bench with real equipment.

• РЕФЕРАТ
• ABSTRACT
• СОДЕРЖАНИЕ
• ВВЕДЕНИЕ
• 1 Анализ предметной области и существующих технических решений
  • 1.1 Обзор автоматизированных систем управления пожарной безопасностью
    • 1.1.1 Структура АСУ ПБ
    • 1.1.2 Основные компоненты АСУ ПБ
    • 1.1.3 Принципы работы АСУ ПБ
  • 1.2 Анализ существующих технических решений на примере оборудования компании «Болид»
    • 1.2.1 Описание интегрированной системы «Орион»
    • 1.2.2 Анализ типового проекта для блок-контейнера строительной площадки
    • 1.2.3 Выводы и идентификация недостатков существующей системы
  • 1.3 Применение цифровых технологий и цифровых двойников в смежных областях
    • 1.3.1 Автоматизация и диспетчеризация в пожарной безопасности
    • 1.3.2 Цифровые двойники в промышленности
    • 1.3.3 Цифровые двойники в «умных зданиях»
    • 1.3.4 Ограниченность применения цифровых двойников в пожарной безопасности
  • 1.4 Постановка задачи на разработку цифрового двойника
    • 1.4.1 Выявленные недостатки существующих систем
    • 1.4.2 Обоснование необходимости разработки цифрового двойника
    • 1.4.3 Цель и задачи разработки
    • 1.4.4 Требования к разрабатываемому цифровому двойнику
  • 1.5 Вывод по ГЛАВЕ 1
• 2 Теоретические основы разработки цифрового двойника
  • 2.1 Нормативная база (ГОСТ)
    • 2.1.1 Базовые стандарты в области цифровых двойников
    • 2.1.2 Международные стандарты в области цифровых двойников для пожаротушения
    • 2.1.3 Нормативные документы в области пожарной безопасности
    • 2.1.4 Иерархия нормативных документов
  • 2.2 Понятие цифрового двойника применительно к системам пожарной безопасности
    • 2.2.1 Определение цифрового двойника для задач АСУ ПБ
  • 2.3 Структура цифрового двойника системы пожарной безопасности
    • 2.3.1 Физический уровень (датчики и исполнительные устройства)
    • 2.3.2 Уровень логики и управления (контроллер)
    • 2.3.3 Уровень цифровой модели (MATLAB Simulink)
    • 2.3.4 Уровень визуализации
    • 2.3.5 Функциональная структура цифрового двойника АСУ ПБ
  • 2.4 Выбор инструментов разработки
    • 2.4.1 Обоснование выбора MATLAB Simulink
    • 2.4.2 Роль Stateflow для реализации логики контроллера
  • 2.5 Вывод по ГЛАВЕ 2
• 3 Математическая и имитационная модель цифрового двойника в MATLAB Simulink
  • 3.1 Математическая модель датчика ИПП
  • 3.2 Модель входного сигнала
  • 3.3 Описание математической модели извещателя серии ИП212
  • 3.4 Математическая модель теплового извещателя С2000-ИП-03
  • 3.5 Реализация контроллера
  • 3.6 Результаты моделирования
  • 3.7 Отработка сценариев
  • 3.8 Вывод по ГЛАВЕ 3
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ