Проектирование информационной вычислительной системы автоматизации установки доводки металла УДМ–4 АСУ ТП 'Доводка-4' ОАО 'Северсталь'

ВВЕДЕНИЕ

Для современной металлургической промышленности характерно повышение требований к качеству продукции, экономичности и эффективности технологических процессов, использованию возможностей основного и вспомогательного оборудования.

Внедрение новых передовых технологий в производственный процесс - одна из необходимых составляющих быстрого развития страны, приближения уровня экономики к мировому.

Металлургия вообще, а конвертерное производство в частности, характеризуются широким сортаментом производимой продукции, неоднородным составом сырья и заготовок, подверженностью технологических процессов различного рода возмущениям. В этих условиях актуальным является обеспечение оптимального управления технологическими процессами и агрегатами, т.к. нерациональное управление, неправильно выбранные режимы работы приводят к большим потерям.

С этой целью создаются и внедряются автоматизированные системы управления всех уровней - от систем управления отраслями производства до систем управления отдельными агрегатами. Важное место занимают автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП). АСУ ТП представляет собой совокупность средств управления в составе автоматизированного технологического комплекса. Система обеспечивает управление и обработку информации с помощью высокоэффективной вычислительной техники.

Темой данной дипломной работы является проектирование информационной вычислительной системы автоматизации установки доводки металла УДМ-4 АСУ ТП «Доводка 4» ОАО “Северсталь”.

В настоящем проекте предлагается реализация автоматической системы регулирования расхода аргона в верхней и донных фурмах по заранее заданным технологическим программам. Данная система разрабатывается на базе программируемого контроллера Симатик-С300 (Simatik-S300) немецкой фирмы СИМЕНС (SIEMENS). Контроллер представляет собой гибкую систему, что, с одной стороны, дает возможность использовать его в различных системах управления, но с другой стороны, требует хороших знаний технологического процесса, а его универсальность повышает требования к квалификации разработчика системы и обслуживающего персонала.

Внедрение в систему УДМ-4 нового, современного цифрового оборудования позволяет использование его в качестве регулятора расхода аргона, использование соответствующих вычислительных сетей повысит быстродействие, надёжность, точность и эффективность работы системы, за счёт сокращения времени на сбор, обработку и передачу информации, программирование и настройку датчиков, кроме того, позволит существенно уменьшить количество приборов, что в свою очередь снизит материальные затраты на эксплуатацию, ремонт и замену приборов в случае необходимости.

Использование в АСУ персонального компьютера и соответствующего программного обеспечения существенно облегчит работу оператора и решение задач визуализации, сигнализации, мониторинга и контроля технологического процесса, учёта расхода аргона на продувку, что даст возможность архивирования и запоминания данных, основных параметров, позволит более быстро делать различные отчеты по производительности и по потребляемому количеству аргона на продувку каждого стальковша.

Применение компьютера даст возможность осуществлять оптимальное управление режимом продувки, что в свою очередь сократит потребление аргона. ЭВМ будет координировать работу соответствующих модулей контроллера, выступающих в качестве регуляторов, просчитывая по математической модели оптимальные значения параметров, выдавая точные данные на дисплей ПК.

Кроме того, при дальнейшей модернизации производства и создании АСУ ТП всего кислородно - конвертерного производства, использования вычислительных сетей и протоколов, ЭВМ - позволит координировать работу всех систем доводки металла, что в свою очередь повысит производительность производства в целом.

После модернизации САР поднимется на более высокий уровень автоматизации, что даст возможность неоднократного усовершенствования и дальнейшего развития системы, согласования её работы с остальными этапами производства стали, и создания АСУТП, что является немаловажным фактором при автоматизации и повышении производительности производства.

Предложенная модернизация потребует больших материальных затрат, в связи с большой стоимостью современных средств автоматизации и программных продуктов для ЭВМ, но несмотря на это, все затраты быстро окупятся, так как эта модернизация будет способствовать повышению производительности, а соответственно повышению качества стали и экономии средств, что является немаловажным при проведении модернизации и управлении предприятием или производством.

Также, использования современной вычислительной техники требуют возросшие требования к качеству продукции, вызванные острой конкуренцией (в связи с мировым кризисом 2001-2003 гг. в отрасли) на рынке металлопроката.

1.      ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Задачи автоматизированных систем и основные и требования к ним

Качество продукции, производительность и затраты на выпуск продукции решающим образом зависят от степени управляемости технологическим процессом. Повышение такой управляемости с помощью автоматизированных систем управления, использующих современные возможности получения и обработки информации, и с технической, и c экономической точек зрения, и привлекательно, и целесообразно.

Первой задачей АСУ является непрерывный контроль за производственной системой. Этот контроль всегда включает в себя одновременное наблюдение за технологическим процессом и работающим оборудованием. Система должна непрерывно собирать параметры, характеризующие качество и производительность процесса, с одной стороны, и состояние оборудования - с другой, прогнозировать их возможные изменения и проверять на допустимость, а также предлагать мероприятия, помогающие преодолевать вредные последствия этих изменений.

Второй задачей АСУ является снабжение специалистов информацией о состоянии оборудования и технологического процесса.

В качестве третьего требования выдвигается постоянная разработка мероприятий для лучшего овладения процессом.

Таким образом, в круг задач системы автоматизированного управления входят:

§ Описание состояния технологического процесса, оборудования и продукции (отнесенное к определенному времени и определенному объему продукции);

§  Прогнозирование состояния технологического процесса, оборудования и продукции;

§  Контроль состояний технологического процесса, оборудования и продукции;

§  Выработка мероприятий, предотвращающих вредные последствия отклонений от заданных параметров;

§  Подготовка всей информации для диагностики причин неполадок, а также само диагностирование;

Требования к современным системам автоматизированного контроля и управления состоят в следующем: система должна распознавать подлежащие контролю ситуации в технологии, положения оборудования и качество выпускаемой продукции. Это одно из наиболее сложных требований, в связи с тем, что процессы могут быть описаны только с помощью большого количества поступающих данных, аналитических моделей, для увязки которых не существует. Поэтому, подобные вопросы могут быть разрешены только путем анализа практических показателей и постоянной подгонки их к возможным изменениям состояния процесса и оборудования.

Эффективное использование современных систем контроля предусматривает их привлечение в технологический процесс производства в значительно большей мере, чем это было раньше. Вследствие этого становятся необходимыми изменения технологии и организации производства.

1.2    Концепции и возможности автоматизированных систем контроля

При сложных и относительно быстрых технологических процессах эффективный контроль возможен только в результате применения современных методов. Под этим подразумевается решение вышеуказанных задач путем использования современных возможностей разветвленных систем электронной обработки информации с применением "интеллектуальных" методов сбора и обработки информации.

Современная техническая концепция автоматизированной системы контроля приведена на рис. 1.1.

Рис. 1.1 Современная концепция контроля

Основные части этой концепции можно упрощенно обобщить с учетом системотехнических требований в четырехступенчатую схему контроля для обеспечения качества продукции.

Рис. 1.2 Ступенчатая модель контроля

Ступень 1

Системы с автоматическим получением и обработкой основной информации о состоянии процесса и оборудования. Система непрерывно автоматически собирает, обрабатывает, сохраняет и представляет информацию в нужном виде. Автоматически приспосабливается к режиму работы агрегата. К системе всегда могут обратиться за получением информации все работники, занятые в процессе независимо от квалификации и организационной принадлежности; системы требуют минимального технического обслуживания, просты в использовании и обслуживании.

Ступень 2

Более сложные системы более высокого уровня. Автоматически определяют отклонения в функционировании оборудования и протекании частных технологических операций от заданных параметров. Автоматически составляют и выдают предложения по вмешательству в технологический процесс и мероприятия по инспектированию, техническому обслуживанию и при необходимости вводу в действие. Автоматически вмешиваются в процесс при больших отклонениях в работе оборудования и параметрах технологического процесса.

Ступень 3

Удобная и легко обслуживаемая система для анализа причин и закономерностей протекающих производственных процессов. Анализ производится высококвалифицированными экспертами на основе текущей информации, постоянно подвергающейся обновлению, и "исторической" информации, с использованием всех современных средств анализа.

Ступень 4

В подобных системах результаты контроля и части систем контроля интегрируются систему, регулирующую процесс и систему технического обслуживания оборудования. На сегодняшний день это высшая ступень автоматического управления процессом.

Рассмотренная выше четырехступенчатая концепция автоматизированных систем приводит к логическому выводу о необходимости создания автоматизированной системы, самостоятельно приспосабливающейся к изменениям параметров технологического процесса и состояния оборудования, а также с вмешательством в производственный процесс при угрозе потери производительности или развития аварийной ситуации. Кроме того, эта же система (как универсальная и основная система) должна служить получению информации о взаимосвязях внутри процессов и причинах сбоев, запоминать их и представлять экспертам для рассмотрения.

Развитие этого требования приводит к выводу о необходимости разработки обучаемой модели системы производства, работающей в режиме "он-лайн". Представляется необходимым, чтобы эта модель была полностью интегрирована в информационно-техническое окружение системы производства. (Рис. 1.3)

Рис. 1.3 Система контроля как встроенная система регулирования качества

Таким образом, встроенная в процесс автоматизированная система становится не только контролирующей системой, но и дополняет регулирующий, и управляющий процесс производства продукции и, следовательно, является важным компонентом системы регулирования качества более высокого уровня.

1.3    Краткое описание технологического процесса

Кислородно-конвертерное производство является важным звеном в производственном цикле получения металла. Продуктом конвертерного производства является сталь различных марок, служащая сырьем для машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ). В процессе плавки в металле накапливаются водород, азот, кислород и другие газы, ухудшающие механические и физические свойства металла. Согласно[1], наличие в стали водорода уменьшает ее вязкость и способствует образованию флокенов, особенно в крупных поковках.

Азот является причиной склонности нелегированных сталей к старению и повышенной их чувствительности к межкристаллитной коррозии.

Кислород при неблагоприятных условиях образует оксидные включения. Особенно интенсивно газы поглощаются расплавом в процессе плавки.

Источниками газов могут являться: футеровка тигля или ковша, шлаковый покров, влага шихты, горячие газы, контактирующие с расплавом, и влага воздуха.

Так, наряду с другими существует очевидная зависимость между влажностью воздуха во время плавки и флокенообразованием в готовой продукции.

Для удаления вредных примесей и повышения чистоты расплава производится его дегазация аргоном. Дегазирующее действие аргона основывается на том, что вследствие разницы парциальных давлений вредных газов в металле и в пузырях аргона, пронизывающих расплав, пузыри поглощают газ и выносят его на поверхность раслава. Процесс очистки и раскисления расплава производится на установке доводки металла (УДМ).

На установке доводки металла осуществляются следующие технологические операции:

· продувка металла аргоном;

·        введение в металл порошковой проволоки и алюминиевой катанки;

·        измерение температуры и окисленности металла;

·        охлаждение металла;

·        отбор проб металла на экспресс-анализ;

На всех плавках независимо от марки стали первоначально производится усреднительная продувка: обработка аргоном в ковше с целью усреднения химического состава и температуры металла. Аргон подается в металл через футерованную фурму сверху или посредством двух донных фурм. После усреднительной продувки производится измерение температуры, отбор пробы металла на химический анализ и измерение толщины слоя шлака в ковше. Результаты первого измерения температуры в стальковше, состояние стальковша и тип его футеровки сталевар по внепечной обработке стали должен сообщить мастеру разливки или старшему разливщику МНЛЗ, получить от них задание на температуру металла в ковше после обработки на УДМ и записать это задание в технологический журнал.

В случае раскисления и легирования металла алюминием применяется алюминиевая проволока.

Установка предназначена для продувки жидкой стали аргоном с целью выравнивания ее температуры и химического состава по объему ковша при помощи верхней и донных фурм, снижения температуры стали до заданной, подачи алюминиевой проволоки.

Технические данные установок:

среднесуточная масса жидкой стали в ковше, т - 350;

минимальный интервал подачи ковшей на установку, мин. - 35;

максимальное количество ковшей, обрабатываемых газом на установке в сутки - 41;

температура воздуха в цехе, град - -25...+40;

время продувки металла, мин. - 6-8;

предельный расход аргона на продувку, нм/час - 120;

диаметр алюминиевой проволоки, подаваемой в ковш, мм - 10-16;

рабочая скорость подачи алюминиевой проволоки, м/сек. - 3-8;

2. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1    Описание работы АСУ ТП установки доводки металла

АСУ ТП установки доводки металла представляет из себя контур регулирования расхода аргона верхней и двумя нижними фурмами.

Рассмотрим алгоритм работы контура данной АСУ ТП.

На каждом из трех трубопроводов, подходящих к стальковшу установлено по два датчика избыточного давления. Сигнал разности давлений по линиям связи передается в помещение операторной УДМ - 4 на контроллер. Согласно заложенному алгоритму он реализует управление клапаном. Обратная связь по положению осуществляется при помощи датчика аналогового положения, установленного на исполнительном механизме.

2.2    Описание существующей системы

Существующая система управления подачей аргона построена с использованием следующих средств автоматизации:

· в качестве датчиков давления применяются приборы типа Сапфир 22-ДИ;

·        в качестве регуляторов применяются ручные задвижки;

·        для регистрации и визуального отображения текущих параметров используются приборы Диск-250.

Основные недостатки существующей системы:

· Система КИПиА введена в эксплуатацию в 1975 году. Не отвечает современным требованиям обеспечения безопасности вследствие малой надежности составляющих её элементов;

·        Линии связи имеют малое сопротивление изоляции, оболочка кабелей высохла и растрескалась. Невозможен перенос старых кабелей связи;

·        Датчики давления невозможно подключить к контроллерам, так как они работают только со специализированными вторичными приборами, давно снятыми с производства.

·        Отсутствуют системы визуализации, архивации и протоколирования технологического процесса доводки.

·        Отсутствует связь с существующими смежными локальными системами АСУ ТП «Плавка», «Разливка», экспресс-лабораторией, ОТК.

2.3    Основные технические решения модернизируемой АСУ ТП УДМ-4

Система автоматизации установки доводки металла УДМ-4 предназначена для контроля и управления технологическим процессом доводки металла.

Основные функции АСУ ТП “Доводка 4”:

Информационные:

· измерение температуры и окисленности металла;

·        измерение расходов аргона;

·        измерение давлений аргона;

·        измерение температуры аргона;

·        измерение длины подаваемой в ковш проволоки и расчет массы алюминия;

·        регистрация времени продувки;

·        визуализация процесса доводки на видеокадрах;

·        архивация и протоколирование технологического процесса доводки;

·        обмен информацией со смежными АСУ ТП «Плавка», «Разливка», экспресс-лабораторией, ОТК и другими существующими локальными системами.

Управляющие:

· регулирование расходом аргона в верхней и донных фурмах по заранее заданным технологическим программам

2.4    Структура и функционирование АСУ ТП УДМ-4

Система управления АСУ ТП УДМ-4 представляет собой двухуровневую автоматизированную систему.

Уровень 1 предназначен для связи с объектом и представляет собой аппаратуру управления, клапаны, приборы КИП.

Уровень 2 - уровень программируемых логических контроллеров.

2.5    Описание комплекса технических средств

Система управления УДМ-4 будет реализована на базе программируемых логических контроллеров Симатик (Simatic) S7 - 300.

В состав комплекса входит промышленный компьютер, контроллер Simatic S7, пульт управления сталевара, измеритель окисленности Селокс (Celox), устройство бесперебойного питания, отсечные и регулирующие клапаны фирмы САМСОН (SAMSON), датчики дифференциального давления фирмы ЙОКОГАВА (YOKOGAVA), отечественные импульсные датчики. Контроллер и системный блок рабочей станции находятся в защищенном шкафу фирмы Риталл (Ritall) в специально выделенном помещении. Пульт оператора, дисплей и клавиатура рабочей станции в защищенном шкафу, Celox находятся на посту управления УДМ-4.

Рабочая станция оператора (РСО) выполнена на базе CPU Card ASUS P4P800 Deluxe, P4 - 2,6 ГГц, 512MB RAM, 40GB HDD, FDD 3,5 FDD 5,2, Video 64MB AGP, сетевой адаптер 3Com 3C905B/C-TX-M. В ее состав входят две сетевых платы Фаст Эзернет (Fast Ethernet) 100mb PCI для связи с контроллером и цеховой сетью. Диалог сталевара обеспечивается стандартными компьютерными средствами: 17’’ монитор, клавиатура, “мышь” исполнения IP65 или с помощью пульта оператора. Связь с объектом осуществляется при помощи кросса, расположенного в шкафу контроллера. На кроссе шкафа серверов установлены релейные блоки для развязки дискретных сигналов.

В качестве запорно-регулирующей аппаратуры на трубопроводах аргона применены отсечные и регулирующие клапаны фирмы SAMSON. В качестве датчиков для измерения избыточных давлений и перепадов давлений используются датчики фирмы YOKOGAVA. Для измерения длины алюминиевой проволоки, подаваемой в ковш, применены отечественные импульсные датчики.

2.6    Описание программного обеспечения АСУ ТП УДМ-4

Программное обеспечение системы функционирует в двухмашинном комплексе:

· контроллера S7-300;

·        ПЭВМ РСО.

В системе предусмотрены следующие режимы функционирования: автоматический, дистанционный и местный.

Автоматический режим

Выбор вида продувки, поддержка заданных расходов аргона автоматическое дозирование алюминиевой проволоки, замер температуры металла в стальковше. Оператор может вмешиваться в управление с учётом технологических ограничений, перейдя в дистанционный режим управления.

Дистанционный режим

Управление всеми механизмами УДМ - 4 осуществляется оператором со своего рабочего места.

Местный режим.

Пуск и останов верней фурмы, подключение нижней продувки, замеры температуры и окисленности металла осуществляется с рабочего поста расположенного в непосредственной близости к объекту.

2.6.1 Программное обеспечение РСО

Общие сведения

Комплекс программ работает в среде SCADA системы фирмы SIEMENS - WinCC v.5.1(Windows Control Center) - это компьютерная система человеко-машинного интерфейса, работающая под управлением операционных систем Windows 95/98/NT/2000. Рекомендуется установить операционную систему Windows 2000 SP4.

Конфигурацию системы и сбор информации осуществить с помощью программных средств пакета WinCC v. 5.1.

В ядре системы для хранения архивов и конфигурации проекта используется стандартная база данных Sybase SQL Anywhere.

Описание комплекса программ

Программы делятся на следующие подсистемы по своему функциональному назначению:

· связь с контроллерами S7-300;

·        визуализация параметров, допусковый контроль и аварийная сигнализация состояния основных параметров техпроцесса, диалог с оператором на посту;

·        связь с верхним уровнем;

·        вспомогательные программы для отладки, контроля и тестирования.

В данной системе необходимо предусмотреть использование дополнительного пакета программного обеспечения WinCC Explorer - WinCC/Server, который обеспечивает поддержку операций клиент - сервер в рамках одного проекта. Для Windows 2000/NT Workstation - до 2-х клиентов, для Windows 2000/NT Server - до 16 клиентов.

Подсистема связи с контроллерами S7-300.

Структура программных средств включает в себя следующие компоненты:

· общая область памяти (“s7mem”);

·        “s7man” - сервер общей области “s7mem”;

·        “s7master” - программа связи с контроллерами;

·        “s72udm” - программа обработки данных принятых с контроллеров;

·        “wrdb” - программа записи в базу данных параметров продувки и других технологических операций;

·        “partest” - программа для просмотра данных принятых с котроллеров.

Структура общей области.

S7Master{

char blok_read[MAX_SLAVE][MAX_BLOK][MAX_DATA_LEN];

//данные, прочитанные из контроллеровblok_write[MAX_SLAVE][MAX_BLOK][MAX_DATA_LEN];

//данные для записи в контроллерыUDM udm[3];

// Обработанные данные};

Алгоритм работы подсистемы.

Конфигурация сети контроллеров фиксированная.

Программа “s7master” осуществляет обмен данными с контроллерами. Данные из контроллеров записываются в массив “blok_read”. В контроллер передаются данные из массива “blok_write”.

Программа “s72udm” данные из массива “blok_read” переписывает в структуру UDM_DP с необходимыми преобразованиями.

union UDM {UDM_DP udm_dp;ch[400]; };UDM_DP{

float P_ArMg; // давление аргона в магистралиP_ArPr; // давление аргона на продувкуP_ArF; // давление аргона на фурмеP_ArD1; // давление аргона на 1 донной фурмеP_ArD2; // давление аргона на 2 донной фурмеP_ArD; // давление аргона на донную продувку

float dP_ArPr; //dP_ArD1; //dP_ArD2; //TAr; // температура аргона

float Q_ArPr; // расход аргона на продувкуQ_ArD1; // расход аргона на 1 донной фурмеQ_ArD2; // расход аргона на 2 донной фурмеQZ_ArPr; // задание на расход аргона на продувкуQZ_ArD1; // задание на расход аргона на 1 донную фурмуQZ_ArD2; // задание на расход аргона на 2 донную фурмуKlap; // состояние клапановcountT; //T; // температура металлаPlavka plavka;

// описание плавки (номер, время начала доводки, время окончания

доводки)DIAGN_S7 diagn_dp; // диагностика связи с контроллерамиAlarm; // аварии};

Состояние клапанов:

· бит 0 - отсечной клапан 1 донная фурма (1 - открыт);

·        бит 1 - отсечной клапан 1 донная фурма байпас;

·        бит 2 - отсечной клапан 2 донная фурма;

·        бит 3 - отсечной клапан 2 донная фурма байпас;

·        бит 4 - отсечной клапан продувка аргоном;

Аварии:

· бит 0 - авария связи с контроллером;

Программа “s7man” инициализирует общую область памяти “s7mem” и служит сервером для программ клиентов для доступа к общей области “s7mem”.

Программа “wrdb” запоминает в базе данных:

· замеры температуры;

·        начало и конец обработки ковша;

·        начало, конец и параметры продувки;

·        длина и вес отгруженной алюминиевой проволоки.

Запуск программ.

manudm [-t]

// -t - период запуска.

wrdb [-t]

// -t - период запуска.

Программы “s7man”, “s72udm” и “wrdb” запускаются при старте системы и, работая постоянно, обеспечивают правильное функционирование подсистемы.

Программы связи с АСУ

Структура программных средств включает в себя следующие компоненты:

· общая область памяти (“param”);

·        “param_man” - сервер общей области “param”;

·        “sock_man” - сервер общей области “param” по протоколу TCP/IP;

·        “param” - программа записи данных в общую область;

Структура общей области.

#define MAX_PAR 4000

struct Param{par_short[MAX_PAR]; };

Номера параметров описываются в файле “param.h”. Программы “param_man” и “sock_man” для связи с клиентами оперируют короткими целыми аналогично программам на МНЛЗ.

Программы связи с прибором измерения окисленности

Подсистема включает в себя следующие программы:

· “prot” - программа приема сообщений с прибора;

·        “celox” - обработка принятых данных и запись в базу.

Программы диалога с оператором на постах управления

Подсистема включает в себя следующие программы:

· “udm_ind” - отображение состояния оборудования на мнемосхеме и диалог с оператором (прием команд оператора и выдача сообщений);

·        “him” - отображение данных химанализа проб и замеров температур.

Udm_ind [-t] [-a] [-v]

// -t -период опроса;

// -a -получать данные с сервера;

// -v -работа в режиме просмотра (выдача управляющих команд

запрещена).

 

Описание логической структуры

Работа системы построена на базе архитектуры "клиент-сервер" и использования разделяемой памяти.

Обмен данными между программами, работающими на одном узле, осуществляется через общую память. Для связи с программами на других узлах сети используются специальные серверы.

Сервер обеспечивает инициализацию именованной общей области и доступ к данным находящимся в ней для программ клиентов. Клиент может быть запущен на любом узле сети.

Логическая структура программно - аппаратных средств АСУ ТП УДМ - 4 представлена на рис.3.1.

Рис. 2.1 Структура программно-аппаратных средств системы УДМ-4

2.6.2 Программное обеспечение контроллера

Общие сведения

Программное обеспечение контроллеров выполнено в системе STEP-7 V5 под управлением Windows. Комплекс программ работает в среде стандартной операционной системы S7-300. Для написания программ использовались языки программирования SCL, LAD, STL (структурированный текст) входящие в пакет программного обеспечения Step 7.

Функциональное назначение

Программное обеспечение контроллера предназначено осуществлять:

· опрос каналов входных сигналов;

·        контроль параметров техпроцесса;

·        выдачу управляющих воздействий;

·        отображение состояния процесса на рабочую станцию оператора;

·        выдачу сообщений о нарушениях хода процесса на рабочую станцию оператора.

· измерение и обмен данными с рабочей станцией

·        регулирование расходов аргона на донной и верхней продувке

·        управление отсечными клапанами

·        измерение расхода алюминиевой проволоки.

Структура данных контроллера

Данные в контроллере хранятся во внутренних битах Mi и во внутренних байтах Mbi,словах Mwi,двойных словах Mdi, блоках данных DBi, кроме того, имеются области отображения ввода и вывода.

Внутренние биты Mi используются для хранения промежуточных состояний во время выполнения программы.

Блоки данных DB2, DB3, DB5 используются для обмена данными между контроллером и рабочей станцией.

Ниже представлено описание основных блоков и функций.

Общее описание комплекса программ

Программы делятся на следующие группы по своему функциональному назначению:

· программа главного цикла OB1 осуществляет основную часть вызовов подпрограмм;

·        программа прерывания от таймера OB35 используется для запуска регуляторов аргонной продувки;

·        программа прерывания от часов реального времени OB10 используется для расчета расхода аргона на продувку

Связь с рабочей станцией оператора осуществляется по сети Ethernet, что обеспечивается операционной системой контроллера без участия каких либо программ пользователя.

Программа организационного блока OB100 (холодный старт)

Этот организационный блок выполняется однократно при включении контроллера. Предназначен для первичной инициализации контроллера, некоторых областей памяти, регуляторов, настроечных коэффициентов в предопределенное состояние.

Программа организационного блока OB1 (главный цикл)

Этот организационный блок выполняется циклически постоянно и в нем обеспечивается запуск всех основных подпрограмм.

В частности:

· MeasureVal() FC21 производит все аналоговые измерения и масштабирование аналоговых переменных;

·        FC100 производит измерения импульсных датчиков положения;

·        Чтение температуры металла с термопары;

·        Опрос кнопок шкафа управления;

·        fc30() - вертикальное перемещение аргонной фурмы

·        fc31() - управление отсечными клапанами и регуляторами аргона;

·        fc32() - горизонтальное перемещение аргонной фурмы;

·        fc35() - контроль готовностей;

·        fc36() - качание фурмы;

Программа организационного блока OB35 (прерывание таймера)

Этот организационный блок выполняется один раз в секунду и обеспечивает временные метки для запуска программы расчета аргона на продувку.

Формирование блоков данных обмена с рабочей станцией

Обмен информацией с рабочей станцией производится через блоки данных DB2, DB3, DB5. Эти блоки рабочая станция читает из контроллера.

Блок DB9 предназначен для записи информации (команд) поступающих из рабочей станции. В качестве регулятора расхода аргона используются стандартные программы (FC41). Подробнее см. описание библиотек Step7. Все настроечные коэффициенты и переменные могут быть изменены с помощью программатора и программного обеспечения Step7.

2.7    Общий вид видеокадров РСО

Рис. 2.2 Мнемосхема УДМ-4

Рис. 2.3 Общий вид окна параметров расхода аргона (верхняя продувка)

Рис. 2.4 Окно параметров давления аргона

Рис. 2.5 Мнемосхема УДМ-4 с окном выбора типа продувки

2.8    Аппаратная часть системы

В таблице 1 представлена спецификация оборудования используемого в данном проекте. В качестве аппаратных средств была выбрана модульная система Simatic S7-300 фирмы Samsung. Simatic S7-300 - это полноценная цифровая, свободно проектируемая система управления и регулирования. Она пригодна для быстрого регулирования расчета и управления при минимальном времени цикла. Система пригодна для больших и малых установок. В особенности, для всех видов приводов с изменяющимся числом оборотов, для приводов постоянного тока, для приводов трехфазного тока, для логических, регулировочных и расчетных задач. В системе базовой автоматизации Simatic S7-300 является всесторонней регулирующей системой с большими возможностями и с высоким сервисом обслуживания.

Таблица 1

Спецификация оборудования

Наименование и технические характеристики материалов	Тип, марка оборудования	Единица измерения	Количество
Клапан регулирующий Samson Dу=25 Pу=16/40 кгс/см2;	241-1	шт.	3
Датчик избыточного давления ф.YOKOGAWA	EJA 530A- DBS7N-03DF	шт.	6
Профильная шина DIN 530мм.	6ES7 390-1AF30-0AA0	шт.	1
Модуль процессора CPU315-2DP, RAM 64kB, PROFIBUS	6ES7 315-2AG10-0AB0	шт.	1
Коммуникационный процессор CP343-1, Ethernet	6GK7 343-1EX11-0XE0	шт.	1
Скоростной счетчик FM350-1	6ES7 350-1AH03-0AE0	шт.	2
Модуль ввода дискретных сигналов SM321, 32 входа	6ES7 321-1BL00-0AA0	шт.	1
Модуль вывода дискретных сигналов SM322, 32 выхода	6ES7 322-1BL00-0AA0	шт.	1
Модуль ввода аналоговых сигналов SM331, 8 входов	6ES7 331-1KF00-0AB0	шт.	2
Модуль вывода аналоговых сигналов SM332, 4 выхода	6ES7 332-7ND01-0AB0	шт.	1
Блок питания PS 307, 230VAC, 24VDC, 10A	6ES7 307-1KA00-0AA0	шт.	1
Микро карта памяти ММС, 3B NFash, 8Mбайт	6ES7 953-8LP10-0AA0	шт.	1
ПЭВМ оператора		шт.	1

В системе используется модуль процессора CPU315-2DP, RAM 64kB, PROFIBUS. CPU 315-2 DP способен выполнять программы среднего и большого объема и оснащен встроенным интерфейсом PROFIBUS DP. Он находит применение в системах, оснащенных не только локальной, но и распределенной системой ввода-вывода.

В сети PROFIBUS DP CPU 315-2DP способен выполнять функции ведущего или ведомого устройства.

Помимо STEP 7 для программирования CPU 315-2DP могут оптимально использоваться инструментальные средства проектирования:

· S7-SCL

·        S7-GRAPH

CPU 315-2DP является идеальной платформой для решения технологических задач:

· Управление движением с помощью пакета Easy Motion Cotrol

·        Построение систем регулирования на основе модулей STEP 7 или программноего обеспечения Runtime Standard-/Modular PID Control

Расширенная диагностика процесса может создаваться на основе пакета SIMATIC S7-PDIAG.

PU 315-2DP характеризуется следующими показателями:

· Микропроцессор: около 100нс на выполнение логической инструкции с битами, 4мкс на выполнение арифметической операции с плавающей запятой.

·        Запоминающее устройство: скоростное RAM емкостью 128Кбайт (примерно 43 K инструкций) для выполнения программы; микро карта памяти (до 8 Мбайт), выполняющая функции загружаемой памяти и позволяющая сохранять все данные проекта, включая символьные переменные и комментарии к программе.

·        Гибкое расширение: подключение до 32 модулей S7-300, (4-рядная конфигурация).

·        Встроенный MPI интерфейс: позволяет устанавливать одновременно до 16 соединений с программируемыми контроллерами S7-300/ S7-400/ C7/ WinAC или с программаторами, компьютерами, панелями оператора. Одно соединение зарезервировано для связи с программатором или панелью оператора. MPI может быть использован для построения простейшей сети с подключением до 16 центральных процессоров и поддержкой механизма передачи глобальных данных.

·        Встроенный интерфейс ведущего/ ведомого устройства PROFIBUS DP с полной поддержкой функций PROFIBUS DP V1. Построение распределенных структур ввода-вывода. Единые процедуры обслуживания каналов локальной и распределенной систем ввода-вывода.

·        Парольная защита: обеспечивает защиту программы от несанкционированного доступа.

·        Диагностический буфер: используется для хранения 100 последних сообщений об отказах и прерываниях. Содержимое буфера используется для анализа причин, вызвавших остановку центрального процессора.

·        Необслуживаемая защита данных: при перебоях в питании все реманентные данные автоматически записываются центральным процессором в микро карту памяти.

Встроенные коммуникационные функции:

- PG/OP-функции связи.

Стандартные функции S7-связи.

S7- функции связи (только сервер).

Блок скоростного счетчика FM350-1 является интеллектуальным 1-канальным модулем счета. Он может быть использован в составе программируемых контроллеров SIMATIC S7-300 и станций распределенного ввода-вывода SIMATIC ET 200M.

Модуль обеспечивает возможность:

·   Непосредственного подключения инкрементальных датчиков позиционирования.

·   Непосредственного подключения сигналов управления (фотоэлектронных барьеров и т.д.) через встроенные дискретные входы.

·   Выполнения функций сравнения с формированием выходных дискретных сигналов через встроенные дискретные выходы.

Подключаемые датчики получают питание от модуля.

Блок ввода дискретных сигналов SM321 предназначен для преобразования входных дискретных сигналов контроллера в его внутренние логические сигналы. Модуль может работать с контактными датчиками, а также бесконтактными датчиками BERO, подключаемыми по 2-проводным схемам.

Модуль вывода дискретных сигналов SM322 выполняет преобразование внутренних логических сигналов контроллера в его выходные дискретные сигналы. Модуль способен управлять задвижками, магнитными пускателями, сигнальными лампами и т.д.

Модуль ввода аналоговых сигналов SM331 применяемый в системе SIMATIC PCS7 является специальным модулем с повышенной точностью для измерения тока, напряжения или температуры.

Отдельные каналы модуля могут быть соответственно запараметрированы группами независимо друг от друга.

Модуль вывода аналоговых сигналов SM332 предназначен для цифро-аналогового преобразования внутренних цифровых величин контроллера S7-300 в его выходные аналоговые сигналы.

Модуль характеризуются следующими показателями:

·   Разрешающая способность от 12 до 15 бит.

·   Выходные сигналы напряжения и силы тока: выбор вида аналогового сигнала производится программным способом для каждого выходного канала.

·   Поддержка прерываний: при возникновении ошибок модули способны формировать прерывания для центрального процессора.

·   Диагностика: модули способны пересылать в центральный процессор большое количество диагностической информации.

Датчик избыточного давления EJX510A содержит монокристаллический кремниевый резонансный чувствительный элемент и может быть использован для измерения давления жидкости, газа, пара. Его выходной сигнал 4-20 мА постоянного тока соответствует величине измеряемого давления. Датчик обеспечивает быстрый отклик, позволяющий осуществлять дистанционный контроль и установку параметров посредством цифровой связи с BRAIN или HART - коммуникатором, располагает функцией самодиагностики и дополнительным выходом состояния для сигнализации по верхнему/нижнему пределу давления.

Основные характеристики:

·   Погрешность измерений +/- 0,01% от шкалы

·              Пределы измерения

Капсула	Диапазон измерения, МПа	Диапазон перенастройки шкалы, МПа
А	-100…200 кПа	0…8 / 0…200 кПа
В	-0,1…2	0…0,04 / 0…2
C	-0,1…10	0…0,2 / 0…10
D	-0,1…50	0…1 / 0…50

Допускается полное смещение (подстройка) нуля в пределах диапазона измерения капсулы.

Максимальное рабочее давление:

·   капсула А: 200,0 кПа

·              капсула B: 2 МПа

·              капсула C: 10 МПа

·              капсула D: 50 МПа

Диапазон допустимых температур

·   Измеряемой среды: -40…120°С

·              Окружающей среды: -40…85°С (с индикатором -30…80°С)

Конструктивное исполнение

·   пылевлагозащищенное (IP67)

·              искробезопасное (EExiaIICT4)

·              взрывонепроницаемое (EExdIICT6)

Пневматический регулирующий клапан Samson с функцией безопасности тип 241-1 выполняет функции отсечного клапана от превышения предельной температуры или давления в теплотехнических установках. Состоит из клапана тип 241, пневматического исполнительного привода тип 3271-5, позиционера тип 4763, датчика аналогового положения тип 4748. Основные характеристики:

Клапан регулирующий Samson Dу=25 Pу=16/40 кгс/см2;

· фланцевое подсоединение;

·        корпус с изолированной частью (короткий, стандартный);

·        металлическое уплотнение (IV);

·        соединит.часть, изолированная часть - коррозионостойкая кованая сталь WIN 1.4571;

·        без делителя потока;

·        положение безопасности - нормально закрыт "НЗ";

·        коэффициент условной пропускной способности Kv=1.6.

Позиционер Samson 4763:

· Пневмосоединение - NPT 1/4;

·        Электрические присоединения - Pg 13.5 черный;

·        командный сигнал - 4...20 мА DC;

·        присоединение - слева (с манометром);

·        направление - (механика-нарастающее, электрика-нарастающее);

Пневмопривод Samson 3271 - 5:

· S мембраны=350 см2;

·        Т=35...50С;

·        Pупр. (давление)=0.4...2 кгс/см²;

·        Pмах=6 кгс/см²;

·        номинальный ход штока=90 мм;

·        материал штока - WIN 1.4305.

Датчик аналогового положения Samson 4748:

· аналоговый выход 4...20 мА DC

·        установка на позиционер 4763

·        датчик располагается слева от клапана

 

3. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ

3.1    Введение

Для эффективной работы АСУТП необходимо наличие достаточно точной математической модели объекта, которая как правило получается в результате обработки экспериментальных или технических данных.

Технические данные установки доводки металла:

время продувки металла, мин………………………………..6-8;

предельный расход аргона на продувку, нм/с………………0,2;

номинальное давление аргона в трубопроводе, атм………..16;

максимальное давление аргона в трубопроводе, атм……….20

3.2 Расчёт и моделирование контура регулирования расхода аргона на УДМ-4

Контур регулирования расхода аргона на установку доводки металла должен обеспечивать в соответствии с заданием от регулятора определённый расход газа, а также компенсацию возмущений со стороны изменения давления в газовой магистрали. Общая структура модели представлена на рисунке 3.1.

Рис. 3.1 Структурная схема контура регулирования расхода аргона

Система состоит из датчика расхода газа (измерительный преобразователь YOKOGAWA-ДИ, звено №9), регулятора расхода газа (соответствующий модуль ПЛК Simatic S7-300, звенья №1 и №2) и исполнительного устройства (клапан SAMSON, звенья №3, №4 и №5). В данном случае в качестве унифицированных сигналов в системе управления используются сигналы напряжения 0-10 В. Регулятор расхода газа сравнивает задание U_з и выходной сигнал датчиков давления. Выходной управляющий сигнал регулятора расхода газа подаётся на клапан, который в зависимости от уровня сигнала отработает поворот заслонки на определённый угол. Таким образом давление в газовой магистрали Р_г и положение регулирующей заслонки в газовом трубопроводе будут определять расход газа Q_г.

Структурная схема контура регулирования расхода аргона (рисунок 4) состоит из следующих звеньев:

Звено №1 (зона нечувствительности) - моделирует порог чувствительности регулятора газа. Порог чувствительности Н = 0.2, что составляет 2% от максимального уровня входного сигнала задания (U_3max = 10 B).

Звено №2 (ПИ - звено) - моделирует регулятор расхода газа. Для обеспечения астатизма по возмущению (изменению давления в газовой магистрали Р_г) используется ПИ-регулятор. Постоянная времени регулятора принята равной постоянной объекта (=Т_м=0,2 с), а коэффициент рассчитан по формуле:

К_РГ =Т_м / K_o=0,8;

где ;

Т_м = 0,2 с;

В данном звене использовано ограничение выходного сигнала, который теперь может изменяться в диапазоне 0..10 В.

Звено №3 (реле с нечувствительностью) - моделирует работу пускателя. Порог чувствительности Н = 0.1, а выходной параметр К =90/10=9 соответствует скорости перемещения рабочего органа (клапана).

Звено №4 (интегратор) - моделирует переход от скорости перемещения рабочего органа  к величине перемещения . Учитывая, что , этот переход моделируется интегратором с ограничением выхода (в данном случае ограничение составляет от 0 до 90⁰). Постоянная интегратора Т = 1.

Звено №5 (безинерционный усилитель) - моделирует аналоговый датчик положения, который осуществляет преобразование параметра X (угол поворота заслонки) в соответствующую силу тока сигнала обратной связи. Датчик промоделирован звеном “безинерционный усилитель”, так как инерционность датчика (Т < 1 с) ничтожно мала по сравнению с инерционностью объекта управления. Величина коэффициента передачи рассчитана по следующей формуле:

К_дп=10/90=0.11

В данном звене также использовано ограничение выходного сигнала, которое составляет от 0⁰ до 90⁰.

Таким образом, с помощью звеньев №3 - 5 моделируется клапан вместе с регулирующей заслонкой. Из модели клапана убрано апериодическое звено с целью упрощения модели.

Давление в газовой магистрали и положение регулирующей заслонки будут определять расход газа . При = 0⁰ заслонка закрыта, а при = 90⁰ заслонка открыта полностью. Известно, что количество подаваемого компрессором газа (подача) пропорционально частоте вращения, а давление в пневмосети пропорционально квадрату частоты вращения. Отсюда следует, что давление и подача (или расход) связаны квадратично, т.е.. Кроме того, расход зависит от положения заслонки . Для простоты примем зависимость линейной. Тогда соотношение для расчета значения расхода газа будет следующим:

,

где - давление газа;

- положение вентиля;

 - коэффициент пропорциональности.

Это выражение моделируется с помощью звеньев №6 (множительное устройство), №7 (степенная функция, извлекает корень из давления газа в газовой магистрали ), №8 (безинерционный усилитель с коэффициентом передачи  = 0.000556 (расчёт коэффициента  приведён выше)).

Звено №9 (безинерционный усилитель) - моделирует датчик расхода (YOKOGAWA-ДИ). Звено осуществляет преобразование значения расхода газа в соответствующий токовый уровень сигнала обратной связи. Величина коэффициента передачи рассчитана по следующей формуле:

К_ДГ =U _max /Q_гmax= 50.

В данном звене также использовано ограничение выходного сигнала, который теперь может принимать значения только в диапазоне от 0 до 10 В.

В результате работы полученной модели контура регулирования расхода подачи аргона на установку доводки металла получили следующие результаты (рисунок 3.2).

Рис. 3.2 Переходные процессы в модели контура регулирования расхода аргона

Моделировалось 3 режима работы контура регулирования расхода аргона с шагом интегрирования 0.1 с. В первом режиме (длительность - 10 с, задание на расход газа - 10В, нагрузка (давление в газовой магистрали) - 16 атм) моделируется отработка максимального расхода аргона на продувку стальковша Q_г = 0.2 м³/с. Во втором режиме (длительность - 10 с, задание на расход газа - 9В, нагрузка (давление в газовой магистрали) - 16 атм) моделируется снижение расхода газа на продувку стальковша до значения Q_г = 0.18 м³/с за счёт снижения задания. В третьем режиме (длительность - 10 с, задание на расход газа - 9В, нагрузка (давление в газовой магистрали) - 20 атм) моделируется отработка возмущения по максимальному давлению в газовой магистрали при постоянном задании на расход газа.

Как видно из полученных результатов (рисунок 3.2) система управления успешно справилась с отработкой заданий, а также смогла компенсировать воздействие возмущений. Небольшая погрешность результатов (в пределах 1 %) обусловлена использованием в модели нелинейных звеньев (в моделях регулятора и клапана используются звенья “зона нечувствительности” и “реле с нечувствительностью”).

4. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

4.1    Введение

Переход народного хозяйства в рыночную экономику требует от предприятий и организаций непрерывной готовности к достижению поставленных и динамически изменяющихся производственных целей.

Эффективность и конкурентоспособность предприятий зависят от множества факторов его внешней и внутренней среды, которые подлежат технико-экономическому анализу.

Повседневная практика свидетельствует о том, что на предприятиях, где к аналитической работе привлекаются непосредственные участники производственного процесса, мобилизуются внутренние резервы производства, значительно улучшается производственная и социальная деятельность коллектива.

Анализ - это расчленение предмета или явления на составные части (признаки, свойства).

Именно такой подход к производственно-хозяйственной деятельности позволяет исследовать экономические явления и процессы в их взаимосвязи и взаимообусловленности.

Экономический анализ - самостоятельная наука, представляющая собой систему специальных знаний по исследованию хозяйственных процессов предприятий и их объединений, складывающихся под воздействием экономических законов.

Главная задача экономического анализа заключается в выявлении возможностей дальнейшего повышения эффективности производства, достижения производственных целей с наилучшими результатами при минимальных затратах.

Важнейшие принципы технико-экономического анализа - создание единой системы учёта, контроля, анализа, использование в качестве источника анализа всей совокупности информации, полученной в системе учёта, познание на основе количественных характеристик качественной природы изучаемых процессов и явлений, конкретность, практическая полезность и оперативность анализа.

Технико-экономический анализ на предприятии носит многосторонний характер и охватывает различные стороны деятельности, в связи, с чем возникают определённые его виды, различающиеся по объектам, субъектам, назначению, периодичности.

Назначение технико-экономического анализа производствено-хозяйственной деятельности весьма широко, его результаты используются для разработки научно обоснованных текущих и перспективных планов и контроля за их выполнением, управления хозяйственной деятельностью и выбора оптимальных управленческих решений, оценки эффективности производственных процессов и выявления внутрипроизводственных резервов и т.д.

При этом по степени охвата объекта анализ может быть сплошным или выборочным, что определяется его задачами и содержанием.

В технико-экономическом анализе в качестве исходных используются данные, полученные по оперативному, статистическому и бухгалтерскому учёту и отчётности, нормативная, плановая и директивная информация.

4.2    Расчёт годового фонда оплаты труда

4.2.1 Расчёт основной заработной платы

Систему УДМ-4 обслуживают 3 человека, имеющие следующие тарифные ставки:

1.      Слесарь 6 разряда - 16,1 руб/ч

2.    Специалист 1 категории - 22,5 руб/ч

3.      Мастер - 34,4 руб/ч

Оплата по тарифу:

Зт = Тср ∙ В,

где З_т - заработная плата одного рабочего в год по тарифу, руб;

Т_ср - среднечасовая тарифная ставка, руб/ч;

В - количество часов работы в год одного рабочего, ч.

Среднечасовую тарифную ставку определяем следующим образом:

Тср = Т∙Р₁+Т₂∙Р₂+…+Т_п∙Р_п/(Р₁+Р₂+…+Р_п),

где Т₁,Т₂,Т₃,…Т_п - часовые тарифные ставки рабочих данного разряда, руб/ч;

Р₁,Р₂,Р₃,…Р_п - количество рабочих имеющих данный разряд.

В=2004 ч;

Зт₁= 16,1∙2004=32264,4 руб.

Зт₂= 22,5∙2004=45090,0 руб.

Зт₃= 34,4∙2004=68937,6 руб.

4.2.2 Расчёт доплаты за особые условия труда

З вред = К ∙ Зт

где Звред - доплата за особые условия труда, руб;

Зт - заработная плата за год по тарифу, руб;

К - коэффициент доплаты за особые условия труда;

К=12% от заработной платы за год по тарифу, руб;

Звред₁= 0,12∙32264,4=3871,73 руб.

Звред₁= 0,12∙45090,0=5410,80 руб.

Звред₁= 0,12∙68937,6=8272,51 руб.

4.2.3 Расчет размера премии

Зпрем = Зт ∙ (Сплан+Стонн)/100

где Зпрем - размер премии, руб;

Зт - заработная плата по тарифу за год, руб;

Сплан - процент премии за выполнение плана, %;

Стонн - процент премии за тоннажность, %;

Сплан=20 % от заработной платы за год по тарифу, руб;

Стонн=12 % от заработной платы за год по тарифу, руб;

Зпрем₁ = 32264,4∙(20+12)/100=10324,61 руб.

Зпрем₂ = 45090,0∙(20+12)/100=14428,80 руб.

Зпрем₃ = 68937,6∙(20+12)/100=22060,03 руб.

Таким образом, основная заработная плата, рассчитывается:

Зосн = Зт+Звред+Зпрем

где Зосн - основная заработная плата за год, руб;

Зт - заработная плата по тарифу за год, руб;

Звред - доплата за особые условия труда, руб;

Зпрем - размер премии, руб.

Зосн₁ = 32264,4+3871,73+10324,61=46460,74 руб.

Зосн₂ = 45090,0+5410,80+14428,80=64929,60 руб.

Зосн₃ = 68937,6+8272,51+22060,03=99270,14 руб.

автоматизированный программный доводка металл

4.2.4  Расчёт дополнительной заработной платы

Оплата времени отпуска

Зотп = Зосн ∙ О/100

где Зотп - размер оплаты времени отпуска, руб;

Зосн - размер основной заработной платы, руб;

О - средний процент оплаты времени отпуска в зависимости от его длины, О = 22%;

Зотп₁ = 46460,74∙22/100=10221,36 руб.

Зотп₂ = 64929,60∙22/100=14284,51 руб.

Зотп₃ = 99270,14∙22/100=21839,43 руб.

Оплата времени выполнения государственных и общественных обязанностей

Такая оплата, предусмотрена в размере 0,5% от основной заработной платы:

Згос = Зосн ∙ 0,5/100

где Згос - оплата времени выполнения государственных и общественных обязанностей, руб;

Зосн - размер основной заработной платы, руб;

Згос₁ = 46460,74∙0,5/100=232,30 руб.

Згос₂ = 64929,60∙0,5/100=324,65 руб.

Згос₃ = 99270,14∙0,5/100=496,35 руб.

Вознаграждение за выслугу лет

Звысл = З_т ∙ Р/100

где Звысл - вознаграждение за выслугу лет, руб;

Зт - заработная плата по тарифу, руб;

Р - процент вознаграждения за выслугу лет, руб;

Р = 30%, принят для работников со стажем 5 - 10 лет;

Звысл₁ = 32264,4 ∙ 30/100=9679,32 руб.

Звысл₂ = 45090,0 ∙ 30/100=13527,0 руб.

Звысл₃ = 68937,6 ∙ 30/100=20681,3 руб.

Таким образом, дополнительную заработную плату рассчитываем:

Здоп = Зотп+Згос+Звысл

где Здоп - дополнительная заработная плата, руб;

Зотп - размер оплаты времени отпуска, руб;

Згос - оплата времени выполнения государственных и общественных обязанностей, руб;

Звысл - вознаграждение за выслугу лет, руб;

Здоп₁ = 10221,36+232,30+9679,32=20132,98 руб.

Здоп₂ = 14284,51+324,65+13527,0=28136,16 руб.

Здоп₃ = 21839,43+496,35+20681,3=43017,08 руб.

4.2.5  Расчет заработной платы рабочих

Общий фонд заработной платы одного рабочего в год равен сумме основной и дополнительной заработной платы без учёта выплат пенсионных и страховых взносов:

Зобщ=Зосн+Здоп

где Зобщ - общая заработная плата одного рабочего в год, руб;

Зосн - размер основной заработной платы, руб;

Здоп - дополнительная заработная плата, руб;

Зобщ₁=46460,74+20132,98=66593,72 руб.

Зобщ₂=64929,60+28136,16=93065,76 руб.

Зобщ₃=99270,14+43017,08=142287,22 руб.

Фонд заработной платы с учетом районного коэффициента составит:

Зобщр = Р ∙ Зобщ

где Зобщр - общая заработная плата с учётом районного коэффициента, руб;

Р - районный коэффициент, Р =1,25;

Зобщ - общая заработная плата одного рабочего в год, руб;

Зобщр₁ = 1,25∙66593,72=83242,15 руб.

Зобщр₂ = 1,25∙93065,76=116332,2 руб.

Зобщр₃ = 1,25∙142287,22=177859 руб.

Среднемесячная заработная плата одного рабочего составит:

Зср=Зобщр /12

где Зср - среднемесячная заработная плата одного рабочего, руб;

Зобщр - общая заработная плата с учётом районного коэффициента, руб;

Зср₁=83242,15/12=6936,85 руб.

Зср₂=116332,2/12=9694,35 руб.

Зср₃=177859/12=14821,59 руб.

4.3    Расчёт капитальных затрат по базовому варианту

Таблица 2

Цены на оборудование по базовому варианту.

Обоснование цены	Наименование узлов и работ	Единицы измерения	Количество	Цена, руб.	Сумма, руб.
Бухгалтерия	ДИСК - 250	шт.	3	3000	12000
	Сапфир 22 - ДИ	шт.	3	15000	45000
	Задвижка	шт.	3	40000	120000
	КУПЭВ 7х2х0,5	м	700	35	24500
	Зар. плата	руб.		377433,4	377433,4
Итого:					578933,4

Транспортные расходы Ртр принимаю равными 7% от суммы общей стоимости оборудования и заработной платы Собщ, тогда

Ртр = 7∙578933,4/100 = 40525,34 руб.

Монтажные расходы равны 20% от суммы общей стоимости оборудования, заработной платы и транспортных расходов:

Рм = (Собщ+Ртр)∙20/100

где Рм - монтажные расходы, руб;

Собщ- сумма общей стоимости оборудования и заработной платы, руб;

Ртр- транспортные расходы, руб;

Рм = (578933,4+40525,34)∙20/100=123891,75 руб.

Накладные расходы, Рн принимают равными 23% от монтажных расходов, поэтому

Рн = 123891,75∙23/100=28495,1 руб.

Плановые накопления равны 8% от суммы накладных и монтажных расходов, поэтому:

Нпн = (Рн+Рм)∙8/100)

где Нпн - плановые накопления, руб.;

Pн - накладные расходы, руб.;

Рм - монтажные расходы, руб.;

Нпн=(28495,1+123891,75)∙8/100=12190,95 руб.

Капитальные затраты по базовому варианту рассчитываем по формуле:

К₁ = Собщ+Ртр+Рм+Рн+Нпн

где К₁ - капитальные затраты по базовому варианту, руб.;

Собщ - сумма общей стоимости оборудования и заработной платы, руб.;

Ртр - транспортные расходы, руб.;

Рм - монтажные расходы, руб.;

Рн - накладные расходы, руб.

Нпн - плановые накопления, руб;

К₁=578933,4+40525,34+123891,75+28495,1+12190,95=784036,54 руб.

4.4    Расчёт эксплуатационных затрат по базовому варианту

Амортизационные отчисления рассчитываем по формуле:

А=Н∙К₁/100

где А - амортизационные отчисления, руб.;

Н - норма амортизации, %;

К₁ - капитальные затраты по базовому варианту, руб.;

Н в металлургической промышленности составляет 12%;

А = 12∙784036,54/100=94084,4 руб.

Затраты на текущий ремонт:

Зтр = Нтр∙К₁/100

где Зтр - затраты на текущий ремонт по, руб.;

Нтр - норма на текущий ремонт, %; Нтр = 6%;

К₁ - капитальные затраты по базовому варианту, руб.;

Зтр = 6∙784036,54/100=47042,2 руб.

Затраты на потребляемую мощность (энергию):

Зэн = Nу∙Ки∙Км∙Цэн∙Фг

где Зэн - затраты на потребляемую энергию, руб.;

Nу - установленная мощность оборудования, кВт;

Ки - коэффициент использования по времени;

Км - коэффициент использования по мощности;

Цэн - цена 1квт/час энергии, руб.;

Фг - годовой календарный фонд времени, час;

Фг = (365 - 30)∙24=8040 час

где 365 - календарные дни, 30 - дни технического обслуживания и ремонта;

Nу=0,5 кВт, Ки=0,8, Км=0,85, Цэн=1,032 руб.;

Зэн=0,5∙0,8∙0,85∙1,032∙8040=3526,34 руб.

Суммарная величина эксплуатационных затрат:

Зэкспл = А+Зтр+Зэн

где Зэкспл - суммарная величина эксплуатационных затрат, руб.;

А - амортизационные отчисления, руб.;

Зтр - затраты на текущий ремонт, руб.;

Зэн - затраты на потребляемую энергию, руб.;

Зэкспл = 94084,4+47042,2+3526,34=144652,94 руб.

Приведенные затраты по базовому варианту:

З₁=Зэкспл+Ен∙К₁

где З₁ - приведенные затраты по базовому варианту, руб.;

Ен - отраслевой коэффициент;

К₁ - капитальные затраты по базовому варианту, руб.;

Ен = 0,15;

З₁ = 144652,94+0,15∙784036,54=262258,42 руб.

4.5 Расчёт капитальных затрат по проектному варианту

Таблица 3

Цены на оборудование по проектному варианту

Обоснование цены	Наименование узлов и работ	Единицы измерения	Количество	Цена, руб.	Сумма, руб.
Бухгалтерия	Датчик YOKOGAVA	шт.	6	40000	240000
	SIMATIK S7-300	шт.	1	150000	150000
	Клапан SAMSON	шт.	3	110000	330000
	ПЭВМ (рабочая станция)	шт.	1	30000	30000
	КУПЭВ 7х2х0,5	м	700	35	24500
	Кабель Ethernet	м	200	100	20000
	Зар. плата	руб.		377433,4	377433,4
Итого:					1171933,4

Транспортные расходы Ртр принимаю равными 7% от суммы общей стоимости оборудования и заработной платы Собщ, тогда

Ртр = 7∙1171933,4/100=82035,34 руб.

Монтажные расходы равны 20% от суммы общей стоимости оборудования, заработной платы и транспортных расходов:

Рм = (Собщ+Ртр)∙20/100,

где Рм - монтажные расходы, руб.;

Собщ - сумма общей стоимости оборудования и заработной платы, руб;

Ртр - транспортные расходы, руб.;

Рм = (1171933,4+82035,34)∙20/100 = 250793,75 руб.

Накладные расходы, Рн принимают равными 23% от монтажных расходов, поэтому

Рн = 250793,75∙23/100 = 57682,56 руб.

Плановые накопления равны 8% от суммы накладных и монтажных расходов, поэтому:

Нпн = (Рн+Рм)∙8/100

где Нпн - плановые накопления, руб.;

Pн - накладные расходы, руб.;

Рм - монтажные расходы, руб.;

Нпн = (57682,56+250793,75)∙8/100=24678,11 руб.

Капитальные затраты по проектному варианту рассчитываем по формуле:

К₂ = Собщ+Ртр+Рм+Рн+Нпн

Собщ - сумма общей стоимости оборудования и заработной платы, руб.;

Ртр - транспортные расходы, руб.;

Рм - монтажные расходы, руб.;

Рн - накладные расходы, руб.

Нпн - плановые накопления, руб;

К₂ = 1171933,4+82035,34+250793,75+57682,56+24678,11 = 1587123,16 руб.

4.6 Расчёт эксплуатационных затрат по проектному варианту

Амортизационные отчисления рассчитываем по формуле:

А = Н∙К₂/100

где А - амортизационные отчисления, руб.;

Н - норма амортизации, %;

К₂ - капитальные затраты по проектному варианту, руб.;

Н в металлургической промышленности составляет 12%;

А = 12∙1587123,16/100=190454,78 руб.

Затраты на текущий ремонт:

Зтр = Нтр∙К₂/100

где Зтр - затраты на текущий ремонт, руб.;

Нтр - норма на текущий ремонт, %; Нтр = 6%;

К₂ - капитальные затраты по проектному варианту, руб.;

Зтр = 6∙1587123,16/100=95227,29 руб.

Затраты на потребляемую мощность (энергию):

Зэн = Nу∙Ки∙Км∙Цэн∙Фг

где Зэн - затраты на потребляемую энергию, руб.;

Nу - установленная мощность оборудования, кВт;

Ки - коэффициент использования по времени;

Км - коэффициент использования по мощности;

Цэн - цена 1квт/час энергии, руб;

Фг - годовой календарный фонд времени, час;

Фг = (365 - 30)∙24=8040 час,

где 365 - календарные дни, 30 - дни технического обслуживания и ремонта;

Nу = 1,2 кВт, Ки=0,8, Км=0,85, Цэн=1,032 руб;

Зэн = 1,1∙0,8∙0,85∙1,032∙8040=6206,37 руб.

Суммарная величина эксплуатационных затрат:

Зэкспл = А+Зтр+Зэн

где Зэкспл - суммарная величина эксплуатационных затрат, руб.;

А - амортизационные отчисления, руб.;

Зтр - затраты на текущий ремонт, руб.;

Зэн - затраты на потребляемую энергию, руб.;

Зэкспл = 190454,78+95227,29+6206,37 = 291888,44 руб.

Приведенные затраты по проектному варианту:

З₂ = Зэкспл+Ен∙К₂

где З₂ - приведенные затраты по проектному варианту, руб.;

Ен - отраслевой коэффициент;

К₂ - капитальные затраты по проектному варианту, руб.;

Ен =0,15;

З₂=291888,44+0,15∙1587123,16=644301,52 руб.

4.7    Расчёт экономической эффективности и срока окупаемости

За счёт внедрения проекта объем аргона, расходуемого на продувку уменьшится на 10% в сутки.

Рассчитываем годовую экономию:

Эг = Эс∙(365 - 30)

где Эг - годовая экономия, руб.;

Эс - экономия в сутки, руб.;

- календарные дни, 30 - дни технического обслуживания и ремонта;

Эс = Ц∙Ус

где Эс - экономия в сутки, руб.;

Ц - цена м³ аргона, руб.;

Ус - снижение объема потребляемого аргона в сутки, м³;

Ус = Пнс∙10/100

где Ус - снижение объема потребляемого аргона в сутки, м³;

Пнс - номинальный суточный расход газа, м³;

Ус = 120∙10/100=12 м³, Ц=400 руб.;

Эс = 12∙400= 4800 руб.;

Эг = 4800∙(365-30)=1608000 руб.

Экономическая эффективность определяется по формуле:

Э = Эг - Зэкспл

где Э - экономическая эффективность, руб.;

Эг - годовая экономия, руб.;

Зэкспл - суммарная величина эксплуатационных затрат по проектному варианту, руб.;

Э = 2602950-291888,44= 1316111,56 руб.

Эффективность капитальных затрат на применение вычислительной техники и средств автоматизации рассчитывается как отношение годового экономического эффекта к величине капитальных затрат:

Ек = Э/К₂

где Ек - эффективность капитальных затрат;

Э - экономическая эффективность, руб.;

К₂ - капитальные затраты по проектному варианту, руб.;

Ек = 1316111,56/1587123,16=0,83;

Данный показатель эффективности отвечает требованию Ек ³ Ен, где Ен - нормативный коэффициент эффективности капитальных затрат в средства автоматизации и вычислительную технику, Ен= 0,33.

Срок окупаемости - это показатель, обратный эффективности капитальных вложений:

Ток = 1/Ек = К₂/Э

где Ток - срок окупаемости, год;

Ек - эффективность капитальных затрат;

Э - экономическая эффективность, руб.;

Ток = 1/0,83 = 1,2 года.

Расчетный показатель должен быть меньше либо равен нормативному Ток £ Ток.н, где Ток.н - нормативный срок окупаемости капитальных затрат в средства автоматизации и вычислительной техники. Он измеряется в годах и равен 3. Ек ³ Ен и Ток £ Ток.н - необходимые условия для внедрения средств автоматизации и вычислительной техники.

Проведя экономический анализ и расчёт технико - экономических показателей можно сделать вывод, что от внедрения моего проекта повысится производительность производства, годовая экономия, снизятся эксплуатационные и капитальные затраты на средства автоматизации и вычислительной техники.

Рассчитав эффективность капитальных затрат и срок окупаемости и другие технико - экономические показатели (см. табл. 4) и сравнив их с нормативными показателями видим, что они удовлетворяют необходимым экономическим условиям для внедрения средств автоматизации и вычислительной техники.

Таблица 4

Технико-экономические показатели

Показатели	Единицы измерения	Базовый вариант	Проектный вариант
Капитальные затраты, в том числе: - заработная плата - оборудование - транспорт - монтаж - накладные расходы - плановые накопления	руб. руб. руб. руб. руб. руб.  руб.	784036,54 377433,35 201500 40525,34 123891,75 28495,1  12190,95	1587123,16 377433,35 794500,05 82035,34 250793,75 57682,56  24678,11
Эксплуатационные затраты, в том числе: - амортизация - ремонт - электроэнергия	руб.  руб. руб. руб.	144652,94  94084,4 47042,2 3526,34	291888,44  190454,78 95227,29 6206,37
Приведённые затраты	руб.	262258,42	644301,52
Производительность	т/сутки	11200	11760
Годовая экономия	Руб.,		1608000
Экономический эффект	руб./год		1316111,56
Эффективность капитальных затрат			0,83
Срок окупаемости	год.		1,2

5. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

5.1    Введение

Одной из важнейших функций правового государства является забота о достойной жизни человека. Основной закон Российской Федерации - Конституция - закрепляет право каждого человека на улучшение условий труда, его научную организацию. Также закреплено право граждан на охрану здоровья. Конституция создает правовую основу для охраны труда.

Дальнейшее развитие эти нормы получают в Кодексе Законов о Труде. В КЗоТ устанавливается продолжительность рабочей недели, продолжительность ежегодного оплачиваемого отпуска. Особое внимание уделяется охране труда женщин и молодежи.

Законодательство определяет основные требования охраны труда к производственным предприятиям и цехам, технологическим процессам, оборудованию, организации производства и труда. На основе законодательных актов разработаны и действуют государственные и отраслевые стандарты безопасности труда, межотраслевые и отраслевые правила безопасности, положения, инструкции, устанавливающие конкретные требования техники безопасности и производственной санитарии, исходя из специфики производств, применяемого оборудования, производственных и трудовых процессов.

Согласно ГОСТ 12.0.002 - 80 охрана труда - это система законодательных актов и соответствующих им социально - экономических, технических, гигиенических и организационных мероприятий, обеспечивающих безопасность и работоспособность человека, его здоровья в процессе труда. Всё многообразие законодательных актов, мероприятий и средств, включенных в понятие охрана труда, направлено на создание таких условий труда, при которых исключено воздействие на персонал опасных и вредных факторов.

В соответствии с законодательством в черной металлургии введена единая система организации работы по охране труда, обучению и проверке знаний рабочих и инженерно-технических работников по технике безопасности и производственной санитарии.

Законодательство устанавливает порядок планирования и финансирования мероприятий по охране труда, систему бесплатного обеспечения трудящихся спецодеждой, обувью и средствами индивидуальной защиты.

Вся ответственность за обеспечение безопасных и здоровых условий труда на производстве возложена на хозяйственные организации - предприятия.

Важнейшим направлением дальнейшего развития черной металлургии является улучшение условий труда работников, сокращение доли ручного труда, создание условий для безопасного труда. С этой целью в процессе строительства новых и реконструкции действующих цехов намечается повышение уровня безопасности производственного оборудования, технологических и трудовых процессов, повышение оснащенности цехов и агрегатов безопасной техникой, осуществление комплекса мероприятий механизации и автоматизации, направленных на облегчение и улучшение условий труда, наряду с повышением качества продукции и ростом производительности труда.

5.2    Анализ опасных и вредных производственных факторов

При функционировании производственного процесса могут возникать производственные опасности - возможность воздействия на работающих опасных и вредных производственных факторов, в результате которых возможно возникновение несчастных случаев.

Опасный производственный фактор - это фактор, воздействие которого на работающего приводит к травме. Вредный производственный фактор - это фактор, воздействие которого на работающего приводит к заболеванию.

Установленная ГОСТ 12.0.003 - 74 классификация опасных и вредных производственных факторов позволяет наметить методологическую основу для их выявления, систематизации и разработки эффективных мер, предупреждающих воздействие их на человека. Возникновение и проявление опасных и вредных производственных факторов связаны со спецификой технологии, применяемого оборудования и трудовых процессов.

Опасные и вредные факторы по природе действия делятся на физические, химические, биологические и психофизиологические.

5.3 Мероприятия по технике безопасности

Все мероприятия по технике безопасности можно разделить на организационные и технические.

К организационным мероприятиям относятся система нормативных документов, регламентирующих меры по обеспечению безопасных условий труда и ответственность за их невыполнение.

Другим видом организационных мероприятий относится обучение работников безопасным методам труда. Для этой цели разработана система обязательных инструктажей:

1. Вводный инструктаж - проводится инженером по охране труда со всеми принимаемыми на работу независимо от их образования, должности, стажа работы; а также с командированными и практикантами. Освещаются общие сведения о предприятии, пожарной безопасности, первой помощи. Факт прохождения этого инструктажа отмечается в карточке по технике безопасности и подшивается в личное дело.

2. Первичный инструктаж на рабочем месте и сдача экзамен на допуск к самостоятельной работе. Фиксируется в журнале инструктажа и личной карточке инструктируемого.

3. Повторный (периодический) инструктаж проходят все работники независимо от квалификации, образования и стажа работы по программе первичного инструктажа. Заносится в журнал и карточку.

4. Внеплановый инструктаж проводят при изменении правил техники безопасности; изменении технологического процесса; при нарушении работниками требований безопасного труда, которые могут привести или привели к травме, аварии, взрыву, пожару; при перерывах в работе для работ с повышенными требованиями более 30 дней, для остальных более 60; при крупной аварии на предприятии подотрасли.

5. Специальный (текущий) - работники, обслуживающие аппараты повышенной опасности проходят обучение по специальным программам с последующей сдачей экзаменов. Проводится с работниками перед производством работ, на которые оформляется наряд-допуск.

К основным техническим мерам по охране труда относятся:

1. Применение наиболее безопасных прогрессивных технологических процессов и механизмов

2. Оградительная техника (ограждение опасных зон)

3. Средства сигнализации

4. Защитная техника (заземление, защитные экраны)

5. Предохранительные устройства

6. Противопожарные средства

7. Контрольно-измерительные приборы и инструменты

Температурный режим в производственных помещениях или в изолированных его частях зависит от величины тепловыделения оборудования, агрегатов, нагретых полуфабрикатов и готовой продукции, а также от солнечной радиации, проникающей в цех через открытые и остекленные проемы.

Для улучшения условий труда и защиты работающих от теплового воздействия применяют следующие способы: теплоизоляцию поверхностей с помощью водоохлаждаемых экранов, рам, щитов, завес; теплоизоляцию и охлаждение рабочих мест; естественную и механическую вентиляцию; водораспыление на рабочих местах и в приточных оконных проемах; спецодежду и индивидуальные защитные приспособления - щитки, экраны, очки, светофильтры; рациональную организацию режима труда и отдыха, регламентацию мест и длительности работы в условиях облучения; устройство специальных мест, кабин и комнат отдыха.

Волнообразно распространяющиеся колебания упругой среды вызывают возникновение шума и вибраций. Шум - беспорядочное сочетание звуков различной силы и частоты. Сотрясение конструкций, машин и сооружений, возникающие вследствие неуравновешенных силовых воздействий, называются вибрациями.

Шум различной интенсивности и частоты, длительно воздействуя на работающих, приводит к понижению остроты слуха, а в последствии к возникновению профессиональной глухоты. Шум также отрицательно влияет на физиологические функции организма человека. Являясь внешним раздражителем, который воспринимается и анализируется корой головного мозга, шум приводит к перенапряжению центральной нервной системы и расстройству функций внутренних органов и систем человека. В соответствии с ГОСТом 12.1.003 - 83 уровень шума на рабочем месте оператора должен быть не более 50 дБА.

Для предотвращения вредного воздействия шума применяется целый комплекс защитных мероприятий. Производственное оборудование, создающее шум, снабжают паспортом, в котором указаны шумовые характеристики его работы. Для уменьшения шума в источнике его образования заменяют ударные взаимодействия деталей безударными, возвратно - поступательные движения - вращательными; демпфируют колебания соударяющихся деталей и отдельных узлов агрегата путем сочленения их материалами, имеющими большое внутреннее трение.

Если современное состояние техники не позволяет снизить шум до допустимого уровня в самом источнике, применяют устройства, препятствующие распространению шума, т.е. звукоизолирующие и звукопоглощающие.

Для ослабления вибраций все агрегаты, создающие вибрации, устанавливают на самостоятельных фундаментах, виброизолированных от пола и других конструкций зданий, либо на специально рассчитанных амортизаторах из стальных пружин или упругих материалов.

Нормализация метеорологических условий в производственных помещениях непосредственно связана с необходимостью поддержания определенной температуры воздуха путем отопления.

5.4 Пожарная безопасность

Пожар - неконтролируемый процесс горения, сопровождающийся уничтожением материальных ценностей и создающий опасность для жизни людей. Основным явлением, обуславливающим протекание пожара, является выделение большого количества тепла и интенсивный газовый обмен продуктов сгорания.

Пожар, потушенный в самой начальной стадии, называется загоранием. Причины пожаров различны - несоблюдение правил эксплуатации производственного оборудования, самовозгорание веществ и материалов, разряды статического электричества, грозовые разряды, неосторожное обращение с огнем.

В работе по предупреждению пожаров главным направлением является пожарная профилактика - система государственных и общественных мероприятий, проводимых с целью предупреждения пожаров, ограничения распространения возникших пожаров, создание условий для эвакуации людей из горящих зданий и быстрого тушения пожаров.

Основным в разработке профилактических мероприятий является принятие проектных решений, направленных на ограничение распространения пожаров и создания условий для их успешного тушения. С этой целью при проектировании и строительстве зданий применяют различные несгораемые материалы, материалы с огнестойкими покрытиями, устраивают противопожарные разрывы и преграды, разрабатывают способы и средства тушения пожаров.

Выбор конструкционных материалов имеет важное значение для предупреждения пожаров.

По возгораемости строительные материалы и конструкции делятся на три группы (СНиП II-2-80):

1. Несгораемые материалы, которые при воздействии на них тепла сохраняют свою массу постоянной;

2. Трудносгораемые, у которых потеря массы при воздействии огня не превышает 20%;

3. Сгораемые, потеря массы которых при воздействии тепла составляет более 20%.

Важным параметром зданий и сооружений является степень их огнестойкости, которая определяется пределами огнестойкости основных строительных конструкций и пределами распространения огня по этим конструкциям.

Пределом огнестойкости называется время в часах от начала испытания конструкции на огнестойкость до возникновения одного из следующих признаков:

1. Образование в конструкции сквозных трещин и отверстий, через которые проникают продукты сгорания или пламя;

2. Повышение температуры на необогреваемой поверхности конструкций в среднем более чем на 140°С, или в любой точке этой поверхности более чем на 180°С по сравнению с температурой конструкции до испытания, или более чем на 220°С независимо от температуры конструкций до испытания;

3. Потеря конструкцией несущей способности, т. е. обрушение ее.

Согласно СНиП II-М.2-72 производства по взрыво- и пожароопасности делятся на шесть категорий: А и Б - взрывопожароопасные, В, Г и Д - пожароопасные, Е - взрывоопасные.

При проектировании и строительстве производственных и вспомогательных зданий промышленных предприятий предусматривают эвакуационные выходы, назначение которых обеспечить безопасную эвакуацию находящихся в здании людей на случай возникновения пожара или аварии.

Для предупреждения распространения пожара конструкции зданий снабжают противопожарными преградами - поперечными и продольными. Противопожарные преграды - это различные устройства, препятствующие распространению пожара и обеспечивающие защиту от непосредственного распространения огня, действия лучистой энергии и передачи тепла теплопроводностью.

Важную роль в предупреждении пожаров играет пожарная связь и сигнализации.

Пожарная связь обеспечивается различными техническими средствами - телефонной связью, радиосвязью а также системами электрической пожарной сигнализации.

Тушение пожаров сводится к прекращению реакции горения путем механического, физического или химического воздействия. Выбор огнегасительных средств и веществ для тушения пожара зависит от физико-химических свойств горящих материалов.

Огнегасительные средства могут быть жидкие, газообразные, пенообразные, твердые. Наиболее распространенным средством борьбы с огнем является вода, которую применяют для тушения большинства пожаров.

Пожары электрооборудования, легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, химических веществ, при взаимодействии которых с водой образуются вредные или усиливающие горение соединения, ликвидируют применением твердых и газообразных веществ.

Для тушения небольших очагов пожара при воспламенении твердых горючих материалов, а также различных горючих жидкостей на небольшой площади (не более 1 м²) применяют ручные огнетушители.

5.5 Электробезопасность

Следует выделить два вида поражения электрическим током: электрические травмы и электрический удар, которые резко отличаются друг от друга.

Электрические травмы представляют собой местные поражения тканей и органов электрическим током.

Виды электрических травм:

1. ожоги

2. электрические знаки

3. электрометаллизация кожи

Ожоги возможны при прохождении через тело человека значительных токов (более 1А). В тканях, через которые проходит ток, как и в любом сопротивлении, выделяется некоторое количество тепла, пропорциональное приложенному напряжению и квадрату тока. Этого тепла при больших токах достаточно для нагрева поражаемых тканей до 60-70°С, при которой свертывается белок и возникает ожог. Такие ожоги проникают глубоко в ткани тела и поэтому очень болезненны и требуют длительного лечения, а иногда приводят к частичной или полной инвалидности.

В электроустановках напряжением выше 1000В ожоги могут возникать и без непосредственного контакта с токоведущими частями, а лишь при случайном приближении на опасное расстояние. Когда это расстояние равно разрядному или меньше, возникает сначала искровой разряд, который переходит в электрическую дугу.

Температура дуги достигает 4000°С, и кроме того, ткани тела человека нагреваются проходящим через них током. Это приводит к сильному ожогу и резкому сокращению мышц, в результате чего пострадавший разрывает дугу и цепь тока. Кратковременное прохождение тока через тело человека обычно не вызывает нарушений дыхания и кровообращения, однако полученные ожоги весьма серьезны, а иногда и смертельны.

В электроустановках до 1000В также возможны ожоги электрической дугой. В этом случае дуга возникает между токоведущими частями, а человек попадает в зону действия дуги.

Возможны также ожоги и без прохождения тока - при прикосновении к сильно нагретым частям электрооборудования, от разлетающихся раскаленных частиц металла и т. п.

Электрические знаки (метки тока) возникают при хорошем контакте с токоведущими частями. Они представляют собой припухлость с затвердевшей в виде мозоли кожей желтого или желтовато-белого цвета круглой или овальной формы. Края электрического знака резко очерчены белой или серой каймой.

Электрометаллизация кожи - пропитывание поверхности кожи частицами металла вследствие его разбрызгивания и испарения под действием тока, например при горении дуги. Металл может проникать в кожу также вследствие электролиза в местах соприкосновения человека с токоведущими частями. Поврежденный участок кожи приобретает жесткую шероховатую поверхность, цвет которой определяется цветом соединений металла, внедрившегося в кожу. Исход поражения зависит от площади пораженной поверхности кожи.

Электрический удар (шок) наблюдается при воздействии малых токов - обычно до нескольких сотен миллиампер и соответственно при небольших напряжениях, как правило, до 1000В. Ток действует на нервную систему и на мышцы, причем может возникнуть паралич пораженных органов. Паралич дыхательных мышц, а также мышц сердца может привести к смертельному исходу.

Небольшие токи вызывают лишь неприятные ощущения. Если ток имеет величину, достаточную чтобы парализовать мышцы рук, человек неспособен самостоятельно освободиться от токоведущих частей, таким образом, действие тока будет длительным.

Ток величиной несколько десятков миллиампер при длительном воздействии более 15-20 сек приводит к параличу дыхания.

Фибрилляция и паралич сердца вызывается током в несколько сотен миллиампер при сравнительно малой длительности воздействия (доли секунды).

Следует отметить, что кратковременное действие больших токов - порядка нескольких ампер, не вызывает ни паралича, ни фибрилляции. Сердечная мышца под действием тока резко сокращается и остается в таком состоянии до отключения тока, после чего сердце продолжает работать.

Безопасность обслуживания электрических установок определяется условиями производственной обстановки. Поэтому помещения, в которых установлено электрооборудование, по степени опасности поражения электрическим током делятся на следующие группы:

1. С повышенной опасностью (присутствует один из следующих факторов: сырые помещения (>70%), жаркие помещения (t°>35°C), выделение токопроводящей пыли, помещение имеет токопроводящие полы (металлические, земляные, бетонные, кирпичные, керамическая плитка), существует возможность одновременного прикосновения к металлическим корпусам и заземленным металлоконструкциям)

2. Особо опасные

·   в помещении присутствует два или более из перечисленных выше факторов;

·   особо сырые помещения (более 100%);

·   выделяются химические вещества, разрушающие изоляцию;

·   открытые установки.

3. помещения без повышенной опасности

· все не принадлежащие к первым двум группам.

Защиту от поражения электрическим током регламентирует ГОСТ 27570.0-87.

Существуют три основных вида технических средств, снижающих опасность поражения людей током:

1. Защитное заземление (намеренное соединение нетоковедущих частей, которые могут случайно оказаться под напряжением, с заземляющим устройством). Цель заземления - снижение напряжения прикосновения и шагового напряжения.

2. Защитное зануление (металлическая преднамеренная связь нетоковедущих корпусов электрооборудования с многократно заземленным нулевым проводом). Снижает напряжения прикосновения. Кроме этого защитное зануление должно обеспечивать быстрое отключение напряжения при повреждении изоляции.

3. Защитное отключение используется в случаях, когда нельзя применить перечисленные выше меры. Обеспечивает быстрое отключение установки при возникновении опасности поражения человека электрическим током.

При эксплуатации действующих электроустановок важную роль в обеспечении безопасности электротехнического персонала играют различные защитные средства и предохранительные приспособления.

Защитные средства делятся на основные и дополнительные.

Основными называются такие защитные средства, изоляция которых надежно выдерживает рабочее напряжение электроустановки, и при помощи которых разрешается касаться токоведущих частей, находящихся под напряжением.

К основным защитным изолирующим средствам в электроустановках напряжением выше 100В относятся:

оперативные и измерительные штанги;

изолирующие и токоизмерительные клещи;

указатель напряжения;

изолирующие устройства и приспособления для ремонтных работ (например, изолирующие лестницы, изолирующие площадки).

Дополнительными называются такие изолирующие средства, которые сами по себе не могут при данном напряжении обеспечить безопасность от поражения током и являются лишь дополнительной мерой защиты к основным средствам.К дополнительным защитным средствам, применяемым в электроустановках выше 1000В относятся:

диэлектрические перчатки;

диэлектрические боты;

диэлектрические резиновые коврики;

изолирующие подставки на фарфоровых изоляторах.

5.6 Производственная санитария

Производственная санитария - система организационных, гигиенических санитарно-технических мероприятий и средств, предотвращающих воздействие на работающих вредных производственных факторов. Экономико-психологические и санитарно-гигиенические требования к условиям труда оператора регламентирует ГОСТ Р 509448-96 ”Средства отображения информации индивидуального пользования, общие эргономические требования и требования безопасности”.

Средства производственной санитарии делятся на основные и вспомогательные.

К основным средствам относятся:

1. вентиляционные устройства;

2. установки кондиционирования воздуха;

3. стационарные средства борьбы с шумом;

4. стационарные средства борьбы с вибрацией;

5. средства борьбы с пылью;

6. средства защиты от избыточного тепла;

7. средства санитарного обслуживания;

К вспомогательным средствам производственной санитарии относят:

1. средства индивидуальной защиты;

2. средства медицинского обслуживания и оказания первой помощи;

3. средства наглядной агитации.

Вентиляция - организованный воздухообмен - применяется для создания нормальных метеорологических условий, удаления вредных веществ, выделяющихся при выполнении различных работ и технологических операций. В зависимости от назначения вентиляция может быть приточной и вытяжной. Вытяжная вентиляция устраивается для удаления из помещения загрязненного воздуха и выброса его за пределы помещения, приточная - для подачи в помещение чистого воздуха.

В зависимости от способа перемещения воздуха вентиляция может быть естественной и механической. При естественной вентиляции перемещение воздуха происходит под влиянием естественных факторов (температурного или ветрового напоров). При механической вентиляции перемещение воздуха осуществляется с помощью вентиляторов.

Кондиционирование - это подача воздуха с заданными параметрами (температурой, влажностью, скоростью движения). Кондиционирование воздуха может быть полным или частичным. При полном кондиционировании регулируются все параметры воздуха - температура, влажность, чистота и скорость движения, при частичном - один или несколько параметров.

Одним из важнейших параметров производственной обстановки является освещение. Рациональное освещение обеспечивает достаточные условия для осуществления работающим своих функций.

К освещению производственных помещений предъявляются следующие требования: обеспечение достаточной освещенности на рабочих поверхностях, высокое качество, надежность, удобство управления и обслуживания, экономичность сооружения и эксплуатации, обеспечение пожарной и электробезопасности.

Согласно СНиП II-4-79 «Естественное и искусственное освещение» в производственных помещениях предусматривается естественное, совмещенное и искусственное освещение.

5.7 Расчет освещения операторного пульта УДМ-4

Одним из важнейших параметров производственной обстановки является освещение. Рациональное освещение обеспечивает достаточные условия для осуществления персоналом своих функциональных обязанностей. Плохое освещение не позволяет воспринимать необходимую информацию, вызывает напряжение нервной системы и может привести к ошибочным действиям. Поэтому рациональное освещение производственных помещений является важным фактором оздоровления условий труда.

По условиям задачи необходимо рассчитать искусственное освещение главного поста управления.

К освещению производственных помещений предъявляются следующие требования: обеспечение достаточной освещенности на рабочих поверхностях, высокое качество, надежность, удобство управления и обслуживания, экономичность сооружения и эксплуатации, обеспечение пожарной и электробезопасности.

Достаточная освещенность на рабочих поверхностях обеспечивается выполнением нормативных требований, устанавливающих нормы освещенности в зависимости от характеристики зрительной работы, определяемой степенью ее точности, т.е. размером объекта различения. СНиП II-4-79 «Естественное и искусственное освещение» предусматривает нормативы освещенности для восьми разрядов зрительной работы.

Определим разряд зрительной работы для ЦПУ. Работа оператора связана с наблюдением за работой агрегата на экране ЭВМ. Но кроме этого он должен регулярно заполнять журналы и другие документы. Именно этот вид работы является определяющим при выборе разряда работы. Работа оператора в ЦПУ относится к категории работ высокой точности с наименьшим размером объекта различения 0,3-0,5 мм. Для этой категории работ необходимо обеспечение освещенности 300лк.

При проектировании искусственного освещения необходимо учитывать коэффициент запаса , учитывающий снижение освещенности в процессе эксплуатации вследствие загрязнения и старения светопрозрачных заполнений в световых проемах, источников света (ламп) и светильников, а также снижение отражающих свойств поверхностей помещения. Для операторной в СНиП II-4-79 определено значение .

Так как высота подвеса ламп составляет 2,5 м целесообразно выбрать светильники с люминесцентными лампами.

Общее количество светильников общего освещения определяется по формуле:

,

где E - нормируемая освещенность, лк;

S - площадь помещения, м²;

 - коэффициент запаса;

 - световой поток лампы, лм;

 - коэффициент использования светового потока;

z - поправочный коэффициент (0,8);

n - число ламп в светильнике.

Площадь ЦПУ

S = 3∙4 = 12 м².

Световая отдача люминесцентной лампы составляет 76 лм/Вт при мощности 80 Вт. Отсюда определяем световой поток лампы:

 лм.

Коэффициент использования светового потока  определяется по ГОСТ 13828-74 исходя из значения индекса помещения i.

,

где A и B - ширина и длина помещения;

 - высота подвески светильников.

Определяем .

Число ламп в светильнике n=2.

Определим число светильников общего освещения.

Округляем до большего значения. Таким образом, для освещения операторной УДМ - 4 необходимо использовать 3 двухламповых люминесцентных светильника.