Разработка малоканальной системы удаленного контроля состояния объекта

Аннотация

Излагается описание процесса разработки малоканальной системы удаленного контроля состояния объекта. Приведены технико-экономическое обоснование проекта, анализ аппаратно-программных средств для решения задачи, выполнена разработка системы на основе модулей фирмы Advantech, созданы экранные формы в SCADA-пакете Advantech Studio, проведена экспериментальная проверка работоспособности системы, сделаны выводы о целесообразности разработки данной системы.

Annotation

description of development and keeping the archives of data about the object under investigation in the information-management systems is disclosed. The technical economic analysis and substantiation of the subject as well as the description of subject field and the analysis of ways of archives keeping in IMS are presented in this paper. There was also described the basic actions on its realization, experimental checking of the system capacity, analysis of economic efficiency and advisability of development of the suggested system of archives keeping.

Оглавление

Введение

. Технико-экономическое обоснование проекта

2. Анализ аппаратно-программных средств для решения задачи

2.1 Аппаратно-программные средства фирмы Advantech

2.1.1 Реализация системы на основе базового блока ADAM-5000/TCP и модулей серии ADAM-5000

2.1.2 Реализация системы на основе модулей серии ADAM-6000

.1.3 Программные средства фирмы Advantech

2.2 Аппаратно-программные средства фирмы Siemens

2.2.1 Программируемые контроллеры S7-1200

2.2.2 Программное обеспечение STEP 7 Basic

.3 Аппаратно-программные средства фирмы WAGO

.3.1 Аппаратное обеспечение фирмы WAGO

.3.2 Программное обеспечение фирмы WAGO

3. Информационный расчёт системы

3.1 Расчет разрядности АЦП

.2 Расчет максимально возможной погрешности восстановления

.3 Восстановление непрерывного сигнала U(t) с помощью интерполяционного метода восстановления

4. Разработка экранных форм HMI

.1 Создание экранов для отображения состояния аналоговых входов

.2 Создание экрана для представления тестового сигнала

.3 Создание экрана исторического тренда

4.4 Разработка экрана отображения состояния дискретных входов

.5 Разработка экрана отображения состояния дискретных выходов

.6 Разработка экрана тревог, их отображение

.7 Разработка экрана истории тревог

.8 Удалённый доступ к каналам системы

5. Моделирование работы отдельных узлов системы

. Экономическая часть

.1 Ленточный график плана выполнения работ

.2 Составление сметы затрат на разработку

.3 Расчет цены на НИР

.4 Выводы по эффективности предложений

. Безопасность и экологичность проекта

7.1 Описание рабочего места, оборудования, выполняемых операций

.2 Идентификация опасных и вредных производственных факторов

.3 Воздействие производственных факторов на организм пользователя

.3.1 Воздействие ПЭВМ на пользователя

.3.2 Воздействие освещённости рабочей зоны

.3.3 Возможность возникновения пожара

.3.4 Микроклиматические условия компьютерного класса

.4 Мероприятия по разработке безопасных условий труда на рабочем месте

.5 Обеспечение электробезопасности на рабочем месте

7.6 Обеспечение пожарной безопасности на рабочем месте

7.7 Расчёт общего искусственного освещения

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Современный этап развития промышленного производства характеризуется переходом к использованию передовой технологии, стремлением добиться предельно высоких эксплуатационных характеристик как действующего, так и проектируемого оборудования, необходимостью свести к минимуму любые производственные потери. Все это возможно только при условии существенного повышения качества управления промышленными объектами, в том числе путем широкого применения автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП). АСУТП - комплекс программных и технических средств, предназначенный для управления технологическим оборудованием на предприятии [1].

В последнее время наряду с традиционными терминами АСУ и АСУТП стали использовать термин SCADA. Этот способ управления используется в системах управления сложными динамическими системами в жизненно важных отраслях. За последние 20 лет за рубежом резко вырос интерес к проблемам построения высокоэффективных и надежных SCADA систем. Основными областями применения SCADA-систем являются: производство, управление передачей и распределением электроэнергии; промышленное производство; водозабор, водоочистка и водораспределение; добыча, транспортировка и распределение нефти и газа; управление космическими объектами; управление на различных видах транспорта; телекоммуникации; военная область. Существует два типа управления объектами в SCADA: автоматическое и инициируемое оператором. Все современные SCADA-системы включают три основных структурных компонента (рисунок 1).

Первый элемент - Remote Terminal Unit (RTU - удаленный терминал), осуществляющий обработку задачи (управление) в режиме реального времени. К RTU относятся аппаратные средства от датчиков, осуществляющих съем измерительной информации от объекта, до специализированных многопроцессорных отказоустойчивых вычислительных комплексов, осуществляющих обработку информации и управление в режиме жесткого реального времени. Реализация системы определяется областью применения.

Рисунок 1 - Основные структурные компоненты SCADA-системы

Второй элемент - Master Terminal Unit (MTU - диспетчерский пункт управления), осуществляющий обработку данных и управление высокого уровня, как правило, в режиме «мягкого» реального времени. Одна из основных функций MTU - обеспечение человеко-машинного интерфейса (HMI).

Третий элемент SCADA - это Communication System (CS) - коммуникационная система, необходимая для передачи данных от удаленных точек (объектов, терминалов) на центральный интерфейс оператора-диспетчера и передачи сигналов управления на RTU.

Автоматизация процесса проектирования АСУТП тесно связана с соответствующим ПО - со SCADA-пакетами. В них удобно и эффективно создавать проекты, содержащие как тысячи тегов, так и их весьма ограниченное число [2].

Тема данного дипломного проекта связана с выбором аппаратно-программных средств для построения малоканальной системы контроля состояния объекта, использующих современные сетевые технологии.

1. Технико-экономическое обоснование проекта

технологии уже давно проникли в частную жизнь. Сейчас привычными стали электронная почта, поиск информации в Интернете и Интернет-магазины. Использование web-услуг стало само собой разумеющимся не только на домашних компьютерах, даже портативные мобильные телефоны везде и всегда обеспечивают доступ во всемирную сеть. На фоне информационно-технической революции утвердились методы и технологии IT-сектора. Тогда как поначалу выход в Интернет осуществлялся с помощью аналогового модема и путем набора телефонного номера, сегодня подключение к Интернет производят ADSL-маршрутизаторы.

Если еще несколько лет назад и не думалось о том, что «обычный потребитель» сможет создавать Firewalls, LAN-сети и почтовые ящики, то сегодня это стало реальностью. Эта тенденция не обходит стороной и автоматизацию. Растет спрос на web-функции и их признание конечными потребителями, что обусловлено аналогичными тенденциями в частном секторе. Более того, тот, кто игнорирует этот тренд, скоро лицом к лицу столкнется с такими вопросами, как например: «Я могу подсоединиться к моей web-камере за 15 евро через мобильный телефон, почему же я не могу так же просто просмотреть производственные показатели оборудования стоимостью в 100.000 евро?» [3].

Совершенствование Internet-технологий и их распространение на различные сферы деятельности закономерно привело к появлению программного обеспечения для автоматизации производства, позволяющего организовать передачу информации через Internet/Intranet.

Необходимость использования технологий Internet/Intranet на производстве обусловлена растущими потребностями в предоставлении информации о процессе и состоянии технологического оборудования удаленным пользователям: технологам, механикам, руководителям предприятий, а также фирмам изготовителям оборудования. Применение технологий Internet/Intranet обеспечивает пользователей SCADA-систем, управляющих удаленными участками производства, например, трубопроводами или нефтепромыслами, актуальной информацией о технологическом процессе. Большинство крупных компаний, занимающихся промышленной автоматизацией, делают в последних версиях своего программного обеспечения упор на развитие Internet-технологий. Такое внимание обусловливается возрастанием количества информации, доступ к которой можно получить через Интернет. Основное направление такого развития - создание промышленных порталов.

Можно выделить следующие функции, реализация которых требуется в продуктах на базе Internet-технологий [4]:

· удаленное управление;

·        создание и публикация отчетов;

·        планирование производства;

·        управление материально-техническими запасами;

·        предоставление информации для финансовых структур и др.

Причем вся информация должна предоставляться в едином формате, и должна быть доступна с помощью стандартных средств.

При создании программы для рабочего места оператора АСУ ТП, как правило, нужно реализовать типичный набор функций, которые повторяются во всех проектах автоматизации [5]:

– органы управления различных типов, например кнопки, рубильники, ползунковые или поворотные регуляторы;

–       экранные формы отображения параметров процесса типа стрелочных, полосковых или цифровых индикаторов, а также сигнализирующие табло различной формы и содержания;

–       возможность создания архивов аварий, событий и поведения переменных процесса во времени (так называемые тренды), а также полное или выборочное сохранение параметров процесса через заданные промежутки времени постоянно или по условию;

–       упрощенный язык для реализации алгоритмов управления, математических и логических вычислений;

–       средства документирования, как самого алгоритма, так и технологического процесса;

–       ядро или монитор реального времени, который обеспечивает детерминизм поведения системы или, иными словами, предсказуемое время от клика на внешние события;

–       драйверы к оборудованию нижнего уровня АСУ ТП;

–       сетевые функции;

–       средства защиты от несанкционированного доступа в систему;

–       многооконный графический интерфейс и другие очевидные функции, такие как импорт изображений и создание собственных библиотек алгоритмов, динамических объектов, элементов мнемосхем и т. п.

Одним из главных преимуществ использования web-технологий в системах автоматизации является экономия времени, возможность контроля параметров важных процессов, своевременного оповещения технического персонала о необходимости обслуживания системы или о нештатных ситуациях по электронной почте, телефону или, например, с помощью отправки SMS-сообщения на мобильный телефон. Другое не менее важное преимущество - это возможность эффективного управления территориально распределенными системами из одного центра, а также возможность оптимального планирования, например, поставок сырья или продукции на основе оперативной информации о текущих потребностях и состоянии склада, доступной через сети Internet/Intranet.

Ключевыми компонентами для построения таких систем являются [6]:

· управляющие контроллеры, обеспечивающие интерфейс с технологическим процессом, которым мы хотим управлять;

·        web-сервер, делающий доступными эти «управляющие страницы» для удаленного браузера;

·        средства для обмена данными между «тонким» сервером и удаленным «тонким» клиентом, для работы которого необходим только стандартный браузер.

Дипломный проект посвящен разработке малоканальной системы удалённого контроля состояния объекта. В данном проекте ставятся следующие задачи:

– выбор модулей для сбора данных с 4 аналоговых каналов;

–       выбор модулей для выдачи 2 аналоговых сигналов;

–       выбор модулей для ввода по 6 и вывода по 8 дискретным каналам;

–       минимизация затрат на разрабатываемую систему;

–       разработка приложения для визуального отображения параметров технологического процесса и управления этими параметрами, в том числе с помощью web-технологий.

При разработке системы следует учитывать следующие ограничения:

– максимальная частота в спектре сигналов fmax = 0,1 Гц;

–       погрешность преобразования - 1%;

–       условие применения системы - локальная сеть предприятия типа Ethernet.

2. Анализ аппаратно-программных средств для решения задачи

Для реализации заданной системы необходимо выбрать соответствующие аппаратные и программные средства. Рассмотрим представленные ведущими мировыми производителями на рынке модульные системы автоматизации и средства их программирования.

.1 Аппаратно-программные средства фирмы Advantech

Фирма Advantech является одним из крупнейших в мире производителей IBM PC совместимых компьютеров, рабочих станций, панелей управления, встраиваемых компьютеров, контроллеров и устройств сбора и обработки данных для применения в системах автоматизации в промышленности, на транспорте и в других отраслях, а также для компьютерной телефонии и других телекоммуникационных приложений.

Используя аппаратные средства фирмы Advantech, можно реализовать два варианта построения системы удалённого контроля состояния объекта:

) на основе базового блока ADAM-5000/TCP и его модулей серии ADAM-5000;

) на основе интеллектуальных модулей серии ADAM-6000.

2.1.1 Реализация системы на основе базового блока ADAM-5000/TCP и модулей серии ADAM-5000

Устройство ADAM-5000/TCP, имеющее встроенный порт Ethernet со скоростью обмена 10/100 Мбит/с, предоставляет большому числу управляющих компьютеров прямой доступ к данным о состоянии контролируемого объекта с помощью OPC-сервера или элементов управления ActiveX. При этом устройство ADAM-5000/TCP использует популярный сетевой протокол ModBus/TCP для промышленных сетей на базе технологии Ethernet. Использование этого протокола позволяет легко интегрировать устройства ADAM-5000/TCP со SCADA-системами или другими пользовательскими приложениями, которые поддерживают протокол ModBus. При этом пользователю нет необходимости использовать какой-либо специфический драйвер для ADAM-5000/TCP.

Структура базового блока ADAM-5000/TCP приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Структура базового блока ADAM-5000/TCP

Особенности базового блока [7]:

32-разрядный RISC-процессор Strong ARM фирмы Intel;

объем ОЗУ: 4 Мб;

флэш-ПЗУ: 512 Кб для пользовательских прикладных программ;

порт 10/100 Base-T с автонастройкой скорости обмена;

ОС РВ: MS DOS;

поддержка протокола ModBus/TCP;

максимальная протяженность линии связи 100 м (без повторителя);

возможность удаленной конфигурации через сеть Ethernet;

сторожевой таймер;

потребляемая мощность - 5 В;

одновременный доступа для 8 управляющих компьютеров;

установка 8 модулей со 128 каналами ввода-вывода;

программная поддержка: OPC-сервер, элементы управления ActiveX, SCADA-пакет Advantech Studio.

Номенклатура используемых в блоке модулей ADAM-5000 позволяет решить поставленную задачу. В разрабатываемой системе требуется работать с 2 аналоговыми сигналами по току и с 2 по напряжению, с 1 тестовым аналоговым выходным сигналом, с 6 дискретными сигналами типа «сухой контакт» и с 8 дискретными сигналами разомкнутый коллектор. Среди модулей, предоставляемых фирмой Advantech, выберем следующие:

. Аналоговый ввод реализуем с помощью двух 8-канальных модулей ADAM-5017, т.к. каналы модуля допускают настройку либо на входной ток, либо на напряжение. Один модуль будет являться приемником аналогового тока (2 канала), второй - приемником аналогового напряжения (2 канала).

Технические характеристики модуля ADAM-5017 [8]:

· 8 дифференциальных каналов;

·        диапазоны входного сигнала: ±150, ±500 мВ, ±1, ±5, ±10 В; 0…20 мА;

·        частота выборки 10 Гц (общая);

·        16-разрядный код.

Модуль ADAM-5017 является экономичным решением для реализации широкого класса систем измерений и контроля параметров. Наличие в модуле оптоизоляции входных аналоговых цепей от системной магистрали с напряжением изоляции 3000В постоянного тока значительно снижает вероятность повреждения микроконтроллера помехами и наводками высокой интенсивности во входных цепях.

. Аналоговый вывод реализуем с помощью одного 4-х канального модуля аналогового вывода - ADAM-5024. Первый канал модуля будет использоваться для вывода тестового сигнала заданного вида. Технические характеристики модуля ADAM-5024 [8]:

· 4 выходных канала:

· выходные диапазоны: 0…20, 4…20 мА, 0…10 В;

·        12-разрядный код;

·        Программируемая скорость нарастания выходного сигнала: 0,125…0,128 мА/с; 0,0625…64,0 В/с.

3. Дискретный ввод-вывод реализуем с помощью 16-канального модуля дискретного ввода/вывода ADAM-5050. 6 каналов будут использованы дискретный ввод (типа «сухой» контакт) и 8 каналов - для реализации дискретных выходов типа разомкнутый коллектор. Режим работы канала выбирается DIP-переключателем.

В результате получим структуру системы контроля состояния объекта, изображенную на рисунке 3.

Рисунок 3 - Структура системы контроля состояния объекта

Оценим стоимость построения системы контроля состояния объекта на основе выбранных модулей, исходя из их цены (таблица 1):

Стоимость = цена базового блока ADAM-5000/TCP + 2*(цена модуля ADAM-5017) + цена модуля ADAM-5024 + цена модуля ADAM-5050 = (419,09+2*162,31+224,79+76,20) € = 1044,7*43 € = 44922,1 руб.

Таблица 1

Стоимость изделий серии ADAM-5000 [7]

2.1.2 Реализация системы на основе модулей серии ADAM-6000

Модули ADAM-6000 - это интеллектуальные модули. Они являются развитием серии ADAM-4000 и в основном отличаются от последней наличием поддержки сети Ethernet, что позволяет легко интегрировать модули в существующие локальные сети. Тем самым упрощается процесс создания комплексов сбора данных в местах с развитой сетевой инфраструктурой. Модули этой серии позволяют строить эффективные по стоимости распределённые системы контроля и управления. В каждый из них встроена web-страница, делающая удаленный контроль доступным средствами браузера сети [9].

Для реализации построения системы будет использовано всего лишь два интеллектуальных модуля - ADAM-6024 и ADAM-6050.

Модуль ADAM-6024 - универсальный 12-канальный модуль ввода-вывода. Два канала модуля будут задействованы под аналоговый ввод по току и два - под аналоговый ввод по напряжению; один канал - под аналоговый вывод тестового сигнала и еще один - для второго аналогового вывода; 2 канала дискретного ввода будет использованы по схеме «сухой» контакт, а 2 канала дискретного вывода - для включения по схеме разомкнутого коллектора.

Технические характеристики ADAM-6024 [10]:

·   6 дифференциальных каналов аналогового ввода с разрешением 16 бит;

·   диапазоны входного сигнала: ±10 В, 0/4 ~ 20 мА;

·   частота выборки 10 Гц (общая);

·   2 канала аналогового вывода с разрешением 12 бит;

·   диапазоны выходного сигнала: 0 ~10 В, 0/4 ~ 20 мА.

·   2 канала дискретного ввода, в том числе «сухой» контакт;

·   2 канала дискретного вывода типа открытый коллектор.

Внешний вид модуля ADAM-6024 представлен на рисунке 4.

Рисунок 4 - Модули ADAM-6024 и ADAM-6050

Так как число каналов модуля ADAM-6024 недостаточно под дискретные вводы/выводы (необходимо дополнительно 4 канала дискретного ввода и 6 каналов дискретного вывода), то следует выбрать ещё один модуль фирмы Advantech, который позволит построить систему. Проанализировав модули серии ADAM-6000, можно прийти к выводу, что для правильного функционирования системы удаленного контроля состояния объекта нужно в систему добавить модуль ADAM-6050 - 18-канальный модуль дискретного ввода-вывода с гальванической изоляцией. 4 канала дискретного ввода этого модуля будут использованы на «сухой» контакт и 6 каналов дискретного вывода для реализации разомкнутого коллектора.

Технические характеристики модуля ADAM-6050 (рисунок 4):

·   количество каналов - 18;

·   тип каналов: 12 каналов дискретного ввода с гальванической изоляцией (сигнал до 30 В, цепь с «сухим» контактом), 6 каналов дискретного вывода типа открытый коллектор (до 30 В/ 200 мА).

Оценим стоимость аппаратной части системы на основе выбранных модулей, исходя из их цены (таблица 2):

Стоимость = цена модуля ADAM-6024 + цена модуля ADAM-6050 =

= (483,49+193,19)€=676,68*43=29097,24 руб.

Таблица 2

Модули серии ADAM-6000 фирмы Advantech [9]

Из проведённого анализа становится ясно, что для разработки системы контроля состояния объекта целесообразно использовать интеллектуальные модули серии ADAM-6000, а не совокупность базового блока ADAM 5000/TCP с модулями серии ADAM-5000.

2.1.3 Программные средства фирмы Advantech

Для конфигурирования и начальной настройки модулей в комплекте с базовым блоком и модулями фирма Advantech поставляет программный продукт - утилита ADAM - 5000TCP/6000 Utility. За отдельную плату фирма Advantech предоставляет пакет визуального программирования Advantech Studio для отображения поступающих сигналов в режиме реального времени.система Advantech Studio - один из основных компонентов, предназначенных для реализации концепции eAutomation, предложенной фирмой Advantech. Цель этой концепции - сделать информацию о производстве, технологических процессах более доступной для всех подразделений предприятия, а также его клиентов, обеспечить возможность работы с этой информацией в любое время и в любом месте. Область применения eAutomation может быть очень широкой. Вот лишь несколько примеров эффективно решаемых задач:

· контроль производства в реальном времени, доступ к технологической информации по необходимости из любого отдела предприятия или удаленного офиса без ожидания отчетов, возможность оперативного принятия решений не только на технологическом уровне, но и на уровне управления предприятием;

·        интеграция данных АСУ ТП с программными системами управления предприятием, возможность создания «цифровой нервной системы» предприятия;

·        удаленный мониторинг, необходимый в задачах диспетчеризации, транспортных предприятий, систем жизнеобеспечения зданий и т.п.

Концепция eAutomation включает в себя три основные технологии: IBM PC совместимые аппаратные платформы, сеть Ethernet и современные web-технологии.

Пакет Advantech Studio обладает следующими возможностям [11]:

· встроенная среда исполнения;

·        возможность публикации данных в виде HTML-страниц, встроенный web-сервер, совместимый с MS Internet Explorer, Netscape, подключение по сети или телефонной линии;

·        OPC-совместимость, клиент и сервер,

·        более 100 встроенных драйверов устройств;

·        поддержка формата XML;

·        передача сообщений по электронной почте;

·        возможность построения графиков на основе текущей и накопленной информации;

·        гибкая система формирования отчетов;

·        удаленные создание, редактирование и загрузка проектов;

·        гибкая система ограничения доступа к информации.

Стоимость SCADA-системы Advantech Studio возрастает с увеличением количества тегов. Для решаемой задачи выберем программное обеспечение AStudio V6.1 со средой разработки на 256 тегов для Windows XP/2000/NT стоимостью 12300 рублей [12].

2.2 Аппаратно-программные средства фирмы Siemens

Siemens - это один из немногих мировых производителей, способных предложить интегрированную платформу для решения широкого спектра задач комплексной автоматизации во всех секторах и фазах промышленного производства: от приема сырья и комплектующих до отгрузки готовой продукции. Эта платформа получила наименование Totally Integrated Automation (TIA).позволяет охватывать все уровни управления: от полевого уровня до корпоративного уровня управления предприятием, обеспечивает максимальную прозрачность этих уровней, сводит к минимуму количество используемых интерфейсов. Результатом внедрения концепции TIA стала максимальная функциональная совместимость программируемых контроллеров, приборов человеко-машинного интерфейса, приводов, систем управления процессами.

2.2.1 Программируемые контроллеры S7-1200

Программируемые контроллеры SIMATIC S7-1200 - это новое семейство микроконтроллеров для решения самых разных задач автоматизации малого уровня. Эти контроллеры имеют модульную конструкцию и универсальное назначение. Они способны работать в реальном масштабе времени, могут использоваться для построения относительно простых узлов локальной автоматики или узлов комплексных систем автоматического управления, поддерживающих интенсивный коммуникационный обмен данными через сети Industrial Ethernet/PROFINET, а также PtP (Point-to-Point) соединения.

Программируемые контроллеры S7-1200 способны обслуживать от 10 до 284 дискретных и от 2 до 51 аналогового канала ввода-вывода. При одинаковых с S7-200 конфигурациях ввода-вывода контроллер S7-1200 занимает на 35% меньший монтажный объем [13].

Серия S7-1200 включает 3 модели центральных процессоров (рисунок 5), отличающихся производительностью, объемами встроенной памяти, количеством и видом встроенных входов и выходов и другими показателями. Каждый центральный процессор S7-1200 оснащен встроенным интерфейсом Ethernet, который используется для программирования и диагностики, обмена данными с другими системами автоматизации, устройствами и системами человеко-машинного интерфейса. Для организации обмена данными могут использоваться транспортные протоколы TCP/IP, ISO на TCP и S7 функции связи (S7 сервер или S7 клиент) [14].

К центральному процессору (CPU) программируемого контроллера S7-1200 могут быть подключены коммуникационные модули (CM); сигнальные модули (SM) и сигнальные платы (SB) ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов. Совместно с ними используются 4-канальный коммутатор Industrial Ethernet (CSM 1277) и модуль блока питания (PM 1207). Все сигнальные модули выпускаются в пластиковых корпусах, которые могут монтироваться на 35-мм профильную рейку DIN с креплением защелками или на плоскую поверхность с креплением винтами. Bторой вариант крепления рекомендуется для установок с повышенными вибрационными и ударными нагрузками.

Подключение к соседним модулям производится с помощью выдвижного соединителя, который вмонтирован в каждый модуль. Внешние цепи подключаются через съемные терминальные блоки с контактами под винт. Терминальные блоки закрыты защитными изолирующими крышками. Применение съемных терминальных блоков позволяет производить замену модулей без демонтажа их внешних цепей.

Рисунок 5 - Характеристики центральных процессоров серии S7-1200

Сигнальные модули устанавливаются справа от центрального процессора и могут использоваться в сочетании с CPU 1212С и с CPU 1214C. CPU 1211С не имеет шины подключения сигнальных модулей [15].

Для решения задачи, поставленной в данном дипломном проекте, использование центрального процессора CPU 1211C невозможно в связи с его ограничением на количество возможных каналов системы (рисунок 5).

В CPU 1212C встроено 8 дискретных каналов ввода, 6 дискретных каналов вывода и 2 канала аналогового ввода. Для решения задачи на базе CPU 1212C не хватает 2 дискретных каналов ввода, 1 аналогового канала вывода и 2 каналов аналогового ввода. Необходимо дополнительно установить 4-канальный модуль ввода аналоговых сигналов SM 1231 и 2-канальный модуль вывода аналоговых сигналов SM 1232 (рисунок 6) и 4-канальную сигнальную плату ввода-вывода дискретных сигналов SB 1223 (рисунок 7). Оценим стоимость построения системы контроля состояния объекта на основе выбранных модулей и CPU 1212C, исходя из их цены [15]:

Рисунок 6 - Сигнальные модули серии S7-1200

Стоимость = цена CPU 1212C + цена 4-канальной сигнальной платы ввода-вывода дискретных сигналов SB 1223 + цена 4-канального модуля ввода аналоговых сигналов SM 1231 + цена 2-канального модуля вывода аналоговых сигналов SM 1232 = 32400 + 6700 + 9500 + 5200 = 53800 руб.

Рисунок 7 - Сигнальные платы серии S7-1200

В CPU 1214C встроено 14 дискретных каналов ввода, 10 дискретных каналов вывода и 2 канала аналогового ввода. Для решения задачи на базе CPU 1212C не хватает 1 аналогового канала вывода и 2 каналов аналогового ввода. Необходимо дополнительно установить 4-канальный модуль ввода аналоговых сигналов SM 1231 и 1-канальную сигнальную плату вывода аналоговых сигналов SB 1232. Оценим стоимость построения системы контроля состояния объекта на основе выбранных модулей и CPU 1214C [15].

Стоимость = цена CPU 1214C + цена 4-канального модуля ввода аналоговых сигналов SM 1231 + цена 1-канальной сигнальной платы вывода аналоговых сигналов SB 1232 = 37600 + 9500 + 4300 = 51400 руб.

2.2.2 Программное обеспечение STEP 7 Basic

Программное обеспечение STEP 7 Basic - это система проектирования систем автоматизации на основе программируемых контроллеров SIMATIC S7-1200. Встроенная система проектирования WinCC Basic включает инструментальные средства, позволяющие выполнять конфигурирование панелей операторов SIMATIC Basic Panel, работающих с программируемыми контроллерами S7-1200.

STEP 7 Basic обеспечивает поддержку всех фаз разработки проекта автоматизации:

· конфигурирование и настройка параметров аппаратуры;

·        конфигурирование систем промышленной связи;

·        программирование контроллеров S7-1200 на языках LD (Ladder Diagram) и FBD (Function Block Diagram);

·        конфигурирование панелей операторов SIMATIC Basic Panel;

·        тестирование, выполнение пуско-наладочных работ и обслуживание готовой системы.

Стоимость STEP 7 Basic составляет 17800 руб. [16].

.3 Аппаратно-программные средства фирмы WAGO

Фирма WAGO Kontakttechnik GmbH, основанная в 1951 году в Германии - изобретатель и крупнейший производитель безвинтовых пружинных клеммных соединителей и разъемных клемм, обеспечивающих высококачественное необслуживаемое соединение различных типов проводников. Пружинные клеммы Wago давно стали мировым стандартом, и современная электротехника уже немыслима без их применения. Помимо клеммников WAGO разрабатывает и производит электронные и электротехнические интерфейсные модули, а также интеллектуальные системы распределенного ввода/вывода серии Wago I/O на основе промышленных сетей передачи данных.

2.3.1 Аппаратное обеспечение фирмы WAGO

Для решения задачи данного дипломного проекта возможно использование следующих аппаратных средств фирмы WAGO [17]:

1)   Базовый контроллер узла сети

Рисунок 8 - Базовый контроллер 750-341 фирмы WAGO

Базовый контроллер позволяет подключить систему WAGO-I/O-SYSTEM в качестве ведомого (Slave) устройства в промышленную сеть Ethernet. Он поддерживает любые типы модулей и автоматически конфигурируется, создавая локальный образ процесса. В сети поддерживаются скорости передачи 10 МБит/с и 100 МБит/. Контроллер предназначен для самых различных применений: от удалённого сбора данных (MODBUS, ETHERNET /IP) до администрирования и диагностики систем (HTTP, BootP, DHCP, DNS, SNTP, FTP and SNMP). HTML страницы могут быть размещены на встроенном WEB сервере для использования в WEB-ориентированных приложениях.

Стоимость контроллера составляет [18] 14368,25 руб.

2)   8-канальный модуль 750-430 дискретного ввода

Рисунок 9 - 8-канальный модуль 750-430 дискретного ввода

На рисунке 9 представлена компоновка каналов модуля и схема включения одного канала. Каждый входной канал оборудован шумоподавляющим фильтром. Этот фильтр может иметь различные постоянные времени. Для обеспечения гальванической изоляции между входными цепями и внутренней шиной применены оптопары.

Стоимость модуля [18] составляет 1899,44 руб.

3)   8-канальный модуль 750-530 дискретного вывода

Рисунок 10 - 8-канальный модуль 750-530 дискретного вывода

Модуль предназначен для управления нагрузками постоянного тока 24 В (схема канала - на рисунке 10). Выходной сигнал положительной полярности. Все выходы защищены от короткого замыкания, и гальванически изолированы от внутренней шины с помощью оптопар.

Стоимость модуля [18] - 2143,25 руб.

4)   2-канальный модуль 750-475 аналогового ввода тока

Рисунок 11 - 2-канальный модуль 750-475 аналогового ввода тока

Аналоговый входной модуль принимает сигналы постоянного и переменного тока в диапазоне 0-1A эфф Максимальный ток не должен превышать 2.0A. Дифференциальные входы поканально изолированы. Входы изолированы от системы. Разрешение 16 бит. Экран заземляется на DIN рейку. Стоимость [18] - 6477 руб.

5)   2-канальный модуль 750-477 аналогового ввода напряжения

Модуль аналогового входа принимает стандартные сигналы напряжения в диапазоне 0-10В. Входные сигналы гальванически изолированы. Разрешение 12 бит. Время преобразования 2 мс. Стоимость модуля [18] составляет 6477 руб.

6)   2-канальный выходной модуль 750-556 аналогового вывода

Аналоговый выходной модуль выдаёт стандартные аналоговые сигналы 0-10В или ±10В. Выходной сигнал гальванически изолирован. Разрешение выходного ЦАП 12 бит. Выходы защищены от короткого замыкания. Для питания модуля используется напряжение внутренней шины. Выходные каналы имеют общий потенциал заземления. Стоимость [18] - 6853,04 руб.

Стоимость решения задачи, поставленной в данном дипломном проекте, на основе аппаратных средств фирмы WAGO составляет:

14368,25 + 1899,44 + 2143,25 + 6477 + 6477 + 6853,04 = 38217,98 (руб.)

2.3.2 Программное обеспечение фирмы WAGO

WAGO-I/O-CHECK 2 - программный пакет, работающий в среде MS Windows, для проверки состояния входов и выходов, и отображения собранного узла WAGO-I/O-SYSTEM 750. Программное обеспечение просто в установке и не требует для своей работы подключения к промышленной сети. Программа считывает конфигурацию контроллера и отображает её графически на экране компьютера. Это изображение может быть распечатано вместе со спецификацией. Вместе они образуют исчерпывающую документацию на собранный узел. С помощью WAGO-I/O-CHECK 2 возможно просмотреть на экране компьютера состояние модулей ввода/вывода. Подключение датчиков и исполнительных устройств, таким образом, может быть проверено до запуска контроллера. Значения специфических параметров, таких, как скорости обмена датчиков или их типы (термосопротивления, термопары) также задаются с помощью WAGO-I/OCHECK 2.I/O-PRO - инструмент для программирования и визуализации, позволяющий пользователям разрабатывать программы для программируемых логических контроллеров серии WAGO-I/O-SYSTEM 750. Он поддерживает стандарт IEC 61131-3. Стоимость программного пакета WAGO-I/O-PRO составляет 11800 руб.[19].

После проведённого анализа аппаратно-программных средств для построения малоканальной системы удалённого контроля состояния объекта выбраны интеллектуальные модули серии ADAM-6000 фирмы Advantech - ADAM 6024 и ADAM 6050, а для отображения поступающих сигналов в режиме реального времени будет использована SCADA-система Advantech Studio с 256 тегами. Этот выбор обусловлен тем, что модули ADAM, выпускаемые данным производителем, представляют собой высококачественное оборудование, легко реализуемое в любом производстве. За много лет эксплуатации на предприятиях различных отраслей промышленности России они зарекомендовали себя как надежное и недорогое решение для создания современных систем АСУТП. Структура системы приведена на рисунке 12.

Рисунок 12 - Структура разработанной системы

Сравнивая интеллектуальные модули фирмы Advantech ADAM-6024 и ADAM-6050 и программное обеспечение AStudio V6.1 с аналогичной продукцией других фирм, например Siemens и WAGO, можно заметить, что совокупная стоимость устройств фирмы Advantech и пакета Advantech Studio значительно меньше при таких же характеристиках.

Так как разрабатываемая система будет использоваться в локальной сети предприятия типа Ethernet, то помимо модулей фирмы Advantech в системе обязательно должен быть свитч. Сетевой коммутатор или switch -устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного сегмента [20]. Для решения поставленной задачи подойдёт 5-портовый свитч D-link DES-1005D/E, стоимость которого составляет 480 рублей [21]. Мощный и одновременно с этим простой в использовании, DES-1005D/E позволяет без труда подключить к любому порту сетевое оборудование, работающее на скоростях 10 Мбит/с или 100 Мбит/с, понизить время отклика и удовлетворить потребности в большой пропускной способности сети.

3. Информационный расчёт системы

Для информационного расчёта в качестве исходного критерия будем использовать допустимую среднеквадратическую погрешность системы, которая определяется через погрешность отдельных узлов. В нашем случае она определяется по следующей формуле:

, (1)

где  - среднеквадратическая погрешность АЦП, возникающая за счёт шума квантования (погрешность квантования АЦП);

 - погрешность восстановления сигнала.

Для упрощения расчётов все указанные погрешности предварительно принимаются равными. Таким образом, из формулы (1) следует, что

 откуда

В соответствии с техническим заданием погрешность преобразования

 = 1%, следовательно

3.1 Расчет разрядности АЦП

АЦП преобразуют аналоговые сигналы в цифровую форму и являются оконечными устройствами в интерфейсе ввода информации в ЭВМ. Основными характеристиками АЦП являются: разрешающая способность, точность и быстродействие. Разрешающая способность определяется разрядностью и максимальным диапазоном входного аналогового напряжения.

Относительная среднеквадратическая погрешность, вносимая за счет квантования АЦП, вычисляется по формуле

,

где  - среднеквадратическое значение шума квантования.

 - шаг квантования АЦП, определяемый диапазоном изменения сигнала U_с. и числом разрядов АЦП n.

Таким образом, погрешность квантования АЦП

Из этого выражения можно определить минимально необходимую разрядность АЦП:

Исходя из ,

Следовательно, минимальная разрядность АЦП для решения поставленной задачи - 6 разрядов. Но поскольку АЦП в модуле ADAM-6024 имеет 16 разрядов, то его реальная погрешность преобразования будет равна

.2 Расчет максимально возможной погрешности восстановления

Так как в задании указано, что максимальная погрешность преобразования составляет 1%, то для удовлетворения этому условию погрешность восстановления должна быть меньше либо равна

3.3 Восстановление непрерывного сигнала U(t) с помощью интерполяционного метода

Интерполяционный метод восстановления очень широко распространён в наши дни. Этот метод наиболее приспособлен для обработки сигналов с помощью средств вычислительной техники. Этот метод восстановления основан на использовании интерполяционного многочлена Лагранжа. Из соображений простоты реализации интерполирующих устройств обычно используют многочлен не выше второго порядка, применяя в основном интерполяцию нулевого и первого порядка (ступенчатая и линейная). Восстановление сигналов с помощью ступенчатой (а) и линейной (б) интерполяции поясняется на рисунке 13.

Рисунок 13 − Восстановление сигналов с помощью ступенчатой (а) и линейной (б) интерполяции

При ступенчатой интерполяции мгновенные значения U(kT) дискретного сигнала U(t) сохраняются постоянными на всём интервале дискретизации Т (рисунок 13, а).

Линейная интерполяция заключается в соединении отрезками прямых мгновенных значений U(kT), как показано на рисунке 13, б.

Интерполяционный способ восстановления обладает погрешностью, которую на практике часто выражают через максимальное относительное значение [22]

где  - восстановленный интерполяционным способом сигнал (при ступенчатой интерполяции , при линейной );  - диапазон изменения дискретного сигнала U(t).

Период дискретизации выбирается с учетом допустимой погрешности  из формулы.

· для ступенчатого интерполятора

· при линейной интерполяции

·   при параболической интерполяции

Определим период дискретизации для одного канала по Котельникову:

По заданию дипломного проекта частота процессов должна быть меньше 0,1 Гц. Модуль аналогового ввода-вывода ADAM-6024 имеет fmax = 10 Гц (на 1 канал). Так как в разрабатываемой системе используются 4 канала аналогового ввода, то предельная частота дискретизации по каждому из каналов составит fmax = 2,5 Гц. Тогда необходимая частота дискретизации при ступенчатой интерполяции составит:

 Гц

Следовательно, для удовлетворения требованиям к разрабатываемой системе ступенчатая интерполяция не подходит, так как частота дискретизации при ступенчатой интерполяции существенно больше 2,5 Гц.

Частота дискретизации при линейной интерполяции составляет

 Гц

Частота дискретизации при параболической интерполяции равна

 Гц

Можно заметить, что частота дискретизации при линейной и параболической интерполяции меньше предельной частоты дискретизации модуля на канал. Но интерполяция второго и большего порядков практически не используют, так как её реализация усложняется, поэтому для восстановления сигналов будем использовать линейную интерполяцию.

4. Разработка экранных форм HMI

Малоканальная система удалённого контроля состояния объекта будет разрабатываться в среде A-Studio, которая обладает широкими возможностями для реализации различных действий с модулями серии ADAM-5000 и ADAM-6000.

Создание приложения средствами A-Studio включает в себя следующие моменты: подключение необходимых для работы драйверов, создание новой рабочей области, размещение объектов, позволяющих осуществить управление модулями, привязка объектов к тегам, задание дополнительных условий работы.

Для создания проекта необходимо выполнить команду меню File/New. В открывшемся окне на вкладке Project введём имя проекта MSUKSO (рисунок 14). После нажатия Ok появляется окно диалога Project Wizard (рисунок 15), в котором в списке Template выбираем Empty Application и задаём разрешение (Resolution) экрана.

Рисунок 14 - Окно «New»

Следующим шагом в создании проекта является его конфигурирование. Оно осуществляется по команде Project/Settings…. Другой командой этой же секции - Status… можно установить статус запуска задач проекта (Automatic, Manual), а также произвести их запуск/останов в режиме Manual.

Рисунок 15 - Окно «Project Wizard»

Теперь можно приступать к реализации экранных форм проекта. В соответствие с заданием для нормального функционирования системы требуется создать следующие экранные формы:

·   экран для отображения состояния аналоговых входов;

·   экран для тестового сигнала в реальном времени;

·   экран исторического тренда;

·   экран для дискретных каналов ввода;

·   экран для дискретных каналов вывода;

·   экран тревог;

·   экран истории тревог.

4.1 Создание экрана для отображения состояния аналоговых входов

Рисунок 16 - Прибор «Meter»

Чтобы этот прибор отображал некоторую физическую величину, необходимо вызвать окно свойств прибора, в нём раскрыть список свойств и щелкнуть по свойству Dynamic Rotation. После этого в строку Tag/Expression внесём имя тега AI1, значение которого будет отображать прибор. В окне диалога зададим минимальное и максимальное значения тега и углы отклонения стрелки прибора от среднего положения в градусах (рисунок 17).

Рисунок 17 - Окно свойств объекта «Meter»

Так как в разрабатываемой системе следует предусмотреть 4 канала аналогового ввода, добавим на форму ещё три прибора meter и произведём с ними аналогичные настройки. Результат проектирования представлен на рисунке 18.

Рисунок 18 - Экранная форма состояния аналоговых входов

Для того чтобы на приборах отображались реальные физические сигналы, следует связать созданные теги с каналами аппаратного модуля ADAM-6024. Работу модулей поддерживают соответствующие драйверы. Драйвер устанавливается при инсталляции среды. Для подключения необходимых драйверов связи необходимо на вкладке Comm (Связь) выбрать из предлагаемого списка драйвер связи и подключить его (рисунок 19). При разработке системы в качестве драйвера связи выбираем MOTCP.dll (MODBUS Protocol RTU/ASCII via TCP/IP).

Рисунок 19 - Окно выбора драйвера связи

В главном листе драйвера MAIN DRIVER SHEET (рисунок 20) поле Disable может содержать тэг или выражение. Если значение тэга или результат выражения больше чем 0, то главный лист драйвера будет заблокирован. Здесь и в других полях ввода можно ничего не указывать. Занесём имена в таблицу тегов и против каждого зададим: в колонке Station - IP-адрес модуля или блока, в столбце I/O Address - адрес канала, с которым будет связан тег, в Action - действие (Read/Write) для него, в Scan - сканирование производить только при работающем экране или всегда (Screen/ Always), в Div - константу деления, когда требуется настройка масштаба (флажок для Min и Max не установлен, при этом внесенное значение будет коэффициентом деления в операции чтения и коэффициентом умножения в операции записи), в Add - константу добавления, когда требуется настройка масштаба (флажок для Min и Max не установлен, это значение будет коэффициентом добавления в операции чтения и коэффициентом вычитания в операции записи). Если же указанный флажок установлен, то две последние колонки получают имена Max и Min. Для тега канала аналогового ввода с 16-разрядным аналого-цифровым преобразователем (АЦП) Div = 3276.700000, т.к. 2¹⁶ = 65536, а диапазон преобразуемых сигналов от -10 до +10 В. Пример заполнения полей дан на рисунке 23.

Рисунок 20 - Главный лист драйвера «MAIN DRIVER SHEET»

Имя тега (Tag Name) может быть задано произвольно. В данном случае имена тегов определяют аналоговый ввод (analog input −AI). Адрес устройства (Station) соответствует адресу ADAM-6024 (например, 192.168.0.132). Адрес канала модуля ввода-вывода (I/O Address) должен быть привязан к определенному регистру согласно таблице аналоговых и цифровых обозначений каналов. Из списка действий (Action) выбирается Read (чтение).

4.2 Создание экрана для представления тестового сигнала

Для создания экранной формы тестового сигнала произведём щелчок правой клавишей мыши на папке Screens, находящейся на вкладке Graphics области Workspace, и выполним команду Insert. Заполнив нужные позиции в окне диалога, нажмём Ok. Далее щёлкнем правой клавишей мыши на вкладке Tasks (Задачи) по папке Math, вызовем команду Insert, выполнение которой позволяет открыть лист для моделирования некоторого процесса. В строке Description введём его описание − Test signal. В строке Execution зададим значение 2. В нижней части листа опишем сам процесс, используя при этом имеющийся у среды арсенал функций. По заданию тестовый сигнал имеет вид . Тег i является переменной цикла с параметром - For(1, 62800, 1) (начальное, конечное значения, шаг). В цикле тег AO1 изменяется по закону модуля синуса. Темп изменения определяется функцией задержки WAIT(100) (параметр измеряется в миллисекундах), а также множителем аргумента синуса. Тег next завершает тело цикла.

На рисунке 21 представлен лист описания этой задачи (MATH001). Далее щёлкнем правой клавишей мыши на вкладке Graphics области Workspace папку Library. Для демонстрации тестового сигнала на приборе выберем прибор meter, и разместим его на созданной форме. Чтобы этот прибор отображал значение тестового сигнала, необходимо вызвать окно свойств прибора, в нём раскрыть список свойств и щелкнуть по свойству Dynamic Rotation. После этого в строку Tag/Expression внесём имя тега AO1, значение которого будет отображать прибор.

Рисунок 21 - Окно моделирования тестового сигнала

В окне зададим минимальное и максимальное значения тега и углы отклонения стрелки прибора от среднего положения в градусах (рисунок 22).

Рисунок 22 - Окно свойств объекта «Meter»

Для того чтобы на приборе созданной формы отображалось значение тестового сигнала в реальном времени, следует связать тег AO1 с конкретным каналом аппаратного модуля ADAM-6024 с помощью драйвера связи (рисунок 23).

Рисунок 23 - Заполнение листа драйвера «MAIN DRIVER SHEET»

Для визуализации созданного процесса в форме графика можно связать тег AO1 с компонентом Trend. Для отображения данных в реальном времени (On Line) Trend разместим на экране и вызовем его свойства. Выберем тип кривой (Curve type). Тип X/t соответствует представлению тега во времени. Затем настраивают шкалы по горизонтали и вертикали. Щелчок по кнопке Pens вызывает окно для ввода имени тега (AO1), выбора цвета линии и задания пределов наблюдения процессов - параметров Min и Max, изменяющих масштаб тренда (рисунок 24).

Рисунок 24 - Окно настройки свойств «Pens»

В результате проделанных действий форма для отображения тестового сигнала в реальном времени примет следующий вид (рисунок 25)

Рисунок 25 - Экран тестового сигнала

.3 Создание экрана исторического тренда

Этот вид представления данных служит цели эффективного контроля за качеством реализации технологического процесса. Для построения тренда исторических данных сначала создадим группу тегов, участвующих в его работе. С этой целью вставим новый класс CTrend на вкладке Database после щелчка правой кнопки мыши по папке Classes. Далее заполним таблицу тегов класса с указанием имен тегов, их типа и описаний (рисунок 26).

Рисунок 26 - Таблица тегов класса «CTrend»

После этого вставим командой Insert/Tag… относящийся к созданному классу новый тег приложения Trend, выполним команду File/New… и в окне диалога выберем Trend Worksheet. Затем в появляющемся окне необходимо ввести описание тренда в поле Description, не делаем запрещающих действий в строке Disable, задаём в строке File Life Time время жизни rtf-файлов данных на диске в каталоге HST проекта - 1000 дней. Сами файлы будут именоваться по дате их создания, если установлен флажок Data (Default) в группе Name of History Files. Имя файла имеет следующую структуру:

<h-номер файла><две последние цифры года><месяц><день>.hst.

Далее нужно установить флажок Save On Trigger и занести в позицию напротив него имя триггера - Trend.Update. В строку таблицы тегов заносим имя тега, подлежащего временному контролю, например AO1 (рисунок 27).

Рисунок 27 - Окно «Trend Worksheet»

После этого создадим экран для исторического тренда командой Insert/Screen. В окне диалога Screen Attributes в группе Screen Logic следует установить флажок рядом с кнопкой On Open, после чего щелкнуть по самой кнопке. В появившемся окне диалога Screen Math укажем имена тегов, активируемых вместе с открытием экрана Hist_Trend (рисунок 28).

Рисунок 28 - Окно диалога «Screen Math»

Затем размещаем все необходимые компоненты на форме (рисунок 29).

Рисунок 29 - Экран исторического тренда

На рисунке 29 выделен объект Trend, для которого следует задать свойства в соответствии с описанными тегами (рисунок 30).

Для горизонтальной шкалы (Horizontal Scale) в группе Vertical Cursor надо установить флажок Enable, после чего в позицию 1 вписать Trend.Cursor-Position, а в позицию 2 - Trend.CursorOutput (рисунок 30).

В позиции ввода даты и времени старта тренда занести имена соответствующих тегов. Продолжительность тренда (Duration) задается в часах.

Рисунок 30 - Окно диалога «Horizontal Scale»

Для вертикальной шкалы произведём установки в соответствии с рисунком 31.

Рисунок 31 - Окно диалога «Vertical Scale»

И, наконец, в окне свойств тренда щелчком по кнопке Pens вызовем окно диалога для описания пера. В нем в поле Tag указывают имя отображаемого на тренде тега AO1, а в поле Cursor value - Trend.CursorPen (рисунок 32). В остальных полях задают цвет линии тренда (синий) и пределы изменения тега (0 и Trend.HiLim).

Рисунок 32 - Окно диалога «Pens»

Для задания даты и времени старта тренда исторических данных на экране под соответствующими надписями располагают текстовые компоненты со свойствами динамического текста - Text I/O. Ниже показано окно свойств для времени старта (рисунок 33). В нем необходимо задать в поле Tag/Expression имя тега Trend.StartTime и установить флажок Input Enabled, разрешающий вводить нужное время после запуска приложения.

Рисунок 33 - Окно настройки времени старта исторического тренда

Аналогично поступают с датой старта (имя тега Trend.StartDate). При вводе названных величин соблюдают их формат представления в среде и разделители. Для времени - <часы>:<минуты>:<секунды>, например 14:16:30. Для даты - <месяц>/<день>/<год>, например 07/05/2010.

.4 Разработка экрана отображения состояния дискретных входов

Для организации отображение состояния каналов дискретного ввода в рабочей области экрана размещаем статические объекты-индикаторы, выбранные из библиотеки редактора графических форм (рисунок 34). Данные объекты связываются в области драйвера связи с определенным тегом. Дискретному вводу соответствуют имена тегов DI - digital input. Каждый тег связывается с адресом соответствующего канала модуля дискретного ввода. Задается адрес канала дискретного ввода в соответствии с таблицей обозначения каналов. Из списка действий (Action) выбирается Read (чтение).

Рисунок 34 - Форма для отображения состояния дискретных входов

В окне Object Properties (двойной щелчок по объекту) задаются следующие свойства:

Положение (Position) - в строке отображения условия (Show on condition) указывается тег (DI - digital input), связанный в области драйвера связи с каналом модуля дискретного ввода-вывода;

Position - в области Show on condition (отображение условия) записывается выражение NOT DI (устанавливает бит состояния канала в ноль).

Условия, заданные в области Position, выполняются в зависимости от выражения, записанного в строке Выражение (Expression).

Изменить бит состояния можно путем подачи на вход канала сигнал логической единицы (уровня +Vs).

Кнопка «Возврат на главную форму» позволяет вернуться в главное окно приложения.

.5 Разработка экрана отображения состояния дискретных выходов

Для организации дискретного вывода необходимо на экранной форме расположить статические объекты-индикаторы, выбранные из библиотеки редактора графических форм (рисунок 35). Данные объекты связываются в области драйвера связи с определенным тегом. Дискретному выводу соответствуют имена тегов DO - digital output. Каждый тег связывается с адресом модуля дискретного ввода. Задается адрес канала дискретного вывода в соответствии с таблицей обозначения каналов. Из списка действий (Action) выбирается Write (запись).

Рисунок 35 - Форма для отображения состояния дискретных выходов

Состояние канала дискретного вывода изменяется с помощью переключателей, выбираемые из библиотеки редактора графических форм (рисунок 35).

В свойствах объекта-переключатель указаны:

Команда (Сommand) - строка тега (Tag) содержит имя определенного тега, связанного с каналом дискретного вывода; строка Выражение (Expression) содержит условия, от выполнения которых зависят параметры, указанные в области Положение (Position).

Положение (Position) - условия, заданные в области Show on condition (отображение состояния), аналогичны выше рассмотренным. Имена тегов, соответствующие дискретному вводу (DI), заменяются DO - дискретный вывод (digital output).

Рисунок 36 - Формирование свойства «Command» объекта-переключателя

.6 Разработка экрана тревог, их отображение

Система контроля состояния объекта должна своевременно представлять сведения об авариях и тревогах. Это позволяет поддерживать систему в рабочем состоянии. Главная цель тревог - сообщить оператору о любой проблеме или изменении состояния процесса так, чтобы можно было предпринять корректирующие действия.

Для разработки экранной формы тревог произведём щелчок правой клавишей мыши на папке Screens, находящейся на вкладке Graphics области Workspace, и выполним команду Insert. Для создания новой группы тревог необходимо щёлкнуть правой кнопкой мыши по папке «Alarms» (на вкладке Tasks) и выбрать опцию - «Insert». В результате проделанных действий откроется диалоговое окно, представленное на рисунке 37.

Рисунок 37 - Диалоговое окно сигнального листа «Alarm»

На сигнальном рабочем листе следует задать имя тега, тип тревоги, пределы, сообщение (появляющееся при возникновении этой тревоги), приоритет, а так же цвет сообщения тревоги (рисунок 38).

Рисунок 38 - Заполненный сигнальный лист «Alarm»

Если сделать поставить флажок на пункте Save To Disk, то система будет автоматически делать запись всех возникающих тревог в ASCII-файл с расширением alh в сигнальной папке Alarm. Сами файлы будут именоваться по дате их создания. Имя файла имеет следующую структуру:

<al><две последние цифры года><месяц><день>.alh

Если будет активным пункт Beep, то каждый раз при срабатывании тревоги будет звучать оповещающий сигнал тревоги.

Далее необходимо разместить на форме компонент Alarm, расположенный на боковой панели рабочего окна, и задать свойства этого объекта следующим образом (рисунок 39)

Рисунок 39 - Окно свойств объекта «Alarm»

Так же в свойстве Font объекта Alarm существует возможность изменить цвет сообщения о тревоге. После проделанных действий экранная форма сигнала тревог приобретёт следующий вид (рисунок 40)

Рисунок 40 - Экран тревог

4.7 Разработка экрана истории тревог

Для разработки экрана истории тревог воспользуемся ранее созданной формой «Экран тревог», разработка которой описана в пункте 4.6 данного дипломного проекта. Откроем форму «Экран тревог» и сохраним её под другим именем (Hist_Alarm). В свойствах экрана на панели Screen Logic зададим следующие значение тегов при открытии этой формы (рисунок 41)

Рисунок 41 - Диалоговое окно «Screen Math»

Далее необходимо задать свойства объекта Alarm следующим образом (рисунок 42)

Рисунок 42 - Окно свойств объекта «Alarm»

После нажатия на кнопку Selection необходимо заполнить ряд свойств объекта Alarm (рисунок 43):

Рисунок 43 - Диалоговое окно «Alarm Filters»

На экранной форме следует предусмотреть поля для ввода дней начала и завершения контроля тревог, месяца и года. Для этого необходимо разместить на форме четыре компонента Text и задать у них свойство Text I/O в поле Tag/Expression:

· для дня начала контроля − Alarm_Settings.StartDay (рисунок 44),

·        для дня завершения контроля − Alarm_Settings.EndDay,

·        для месяца и года − Alarm_Settings.Month и Alarm_Settings.Year соответственно.

Рисунок 44 - Диалоговое окно «Object Properties»

Разработанная экранная форма истории тревог имеет вид, представленный на рисунке 45.

аппаратный программный удаленный контроллер

Рисунок 45 - Экранная форма, отображающая историю тревог

4.8 Удалённый доступ к каналам системы

Реализация одного из ключевых применений Advantech Studio − предоставление информации средствами Интернет любому пользователю, имеющему соответствующие права доступа, осуществляется очень просто и занимает всего несколько минут. Последовательность действий следующая:

. В настройках проекта ввести IP-адрес компьютера, на котором будет выполняться проект Advantech Studio (рисунок 46), и его URL (последний «/» обязателен).

Рисунок 46 - Диалоговое окно «Project Settings»

. На вкладке Database следует убедиться, что у всех тегов Application tags приложения в последнем столбце (Web Data) указано значение - Server.

. В настройках проекта установить автоматический запуск следующих задач - Driver Runtime, TCP/IP Client Runtime, TCP/IP Server (рисунок 47).

Рисунок 47 - Диалоговое окно «Project Status»

. Последовательно открыть все графические экраны проекта и сохранить их как HTML-страницы (с помощью команды Save As HTML из меню File).

. В меню Tools выбрать команду Verify Application (перед этим необходимо закрыть все экраны приложения).

. Скопировать файл NTWebserver.exe из папки Program Files\Advantech Studio\bin в папку Web каталога текущего проекта и запустить его.

. Запустить проект AStudio на исполнение

Для осуществления доступа к проекту с любого компьютера, подключенного к сети Ethernet, необходимо сделать следующее (на примере MS Internet Explorer):

. Запустить MS Internet Explorer, в настройках безопасности разрешить работу с компонентами ActiveX (при наличии в сети firewall необходимо проконсультироваться с системным администратором).

.В адресной строке браузера ввести следующий URL #"868525.files/image087.jpg">

Рисунок 48 - Сообщение об успешной регистрации файла ISSymbol.ocx

Если при открытии web-страницы показаны графические объекты, но не отображаются значения тегов, нужно перейти в базу данных тегов Application tags и в последнем столбце (Web Data) указать значение - Server. Сохранить изменения.

5. Моделирование работы отдельных узлов системы

В связи с отсутствием в лабораториях РГРТУ модуля ADAM-6024, проверку работоспособности разработанной малоканальной системы удалённого контроля состояния объекта будем проводить на имеющихся модулях: ADAM-6017 (8-канальный модуль аналогового ввода), ADAM-5024 (4-канальный модуль аналогового вывода), ADAM-5055S (16-канальный модуль дискретного ввода/вывода - 8 DI и 8 DO) в составе ADAM-5000/TCP и ADAM-6050 (18-канальный модуль дискретного ввода-вывода - 12 DI и 6 DO). Экспериментальная установка имеет следующий вид, представленный на рисунке 49.

Рисунок 49 - Экспериментальная установка

С помощью утилиты ADAM-5000TCP-6000 Utility производят необходимые настройки, конфигурирование каналов ввода-вывода, их калибровку.

Для работы с модулями необходимо запустить приложение, разработанное в A-Studio (рисунок 50).

Рисунок 50 - Главное окно приложения

После щелчка правой клавишей мыши по кнопке «Аналоговые входы» открывается экранная форма, отвечающая за отображение состояния аналоговых входов. На форме (рисунок 51) отображаются данные, поступающие с 4 каналов аналогового ввода в реальном времени от модуля ADAM-6017. Каналы модуля ADAM-6017 связаны с тегами аналогового ввода в приложении (рисунок 52).

Рисунок 51 - Форма отображения состояния аналоговых входов

Рисунок 52 - Описание тегов для модуля ADAM-6017

На экспериментальной установке закреплён вольтметр, измеряющий входное напряжение первого канала модуля ADAM-6017. Значение напряжения на вольтметре соответствует напряжению на виртуальном приборе, расположенном на экранной форме разработанного приложения.

После нажатия на кнопку «Тестовый сигнал», открывается форма, отображающая значение тестового сигнала В (рисунок 54). Тестовый сигнал формируется на выходе первого канала модуля ADAM-5024 (рисунок 53).

Рисунок 53 - Описание тегов для модуля ADAM-5024

Рисунок 54 - Экранная форма тестового сигнала

Можно подать тестовый сигнал с выхода первого канала модуля ADAM-5024 (тег AO1) на вход пятого канала модуля ADAM-6017 (тег AI5), предварительно соединив клеммы этих каналов проводниками. Результат моделирования представлен на рисунке ниже (рисунок 55). Из рисунка видно, что тракт преобразования аналоговых сигналов работает корректно.

Экранная форма, представленная на рисунке 56, предназначена для отображения состояния дискретных входов модуля ADAM-6050. Каждый тег приложения связан с соответствующим каналом модуля ADAM-6050.

Рисунок 55 - Использование тестового сигнала в модуле

На экспериментальном стенде входные дискретные сигналы имитируются с помощью тумблеров, подключённых к соответствующим каналам ввода модуля ADAM-6050. Любое изменение данных по этим каналам отображается на форме. Результат показан на рисунке 56. Красный кружок свидетельствует о том, что по соответствующему логическому каналу поступил сигнал логического нуля, а зелёный - логической единицы. Каналы дискретного вывода модуля соединены с соответствующими индикаторами.

Рисунок 56 - Форма отображения состояния дискретных входов

После щелчка правой клавишей мыши по кнопке «Дискретные каналы вывода» открывается экранная форма, отвечающая за отображение состояния дискретных выходов модулей ADAM-6050 (6 каналов) и ADAM 5055S (2 канала).

Если переключатель находится в положении ON (рисунок 57), то на выходной канал модуля подаётся логическая единица. В этом случае на экспериментальном стенде загорается лампочка, соответствующая этому каналу. Если переключатель находится в положении OFF, то на выходной канал модуля подаётся логический ноль. В этом случае на экспериментальном стенде гаснет лампочка, соответствующая этому каналу.

Рисунок 57 - Форма отображения состояния дискретных выходов

На экранной форме каналы 1-6 - это каналы модуля ADAM-6050 (теги DO1-DO6), каналы 7-8 - каналы ADAM-5055S (теги DO7 и DO8) (рисунок 58).

Рисунок 58 - Описание тегов для модулей ADAM-6050 и ADAM-5055S

Экранная форма тревог открывается при нажатии на кнопку «Аварии и тревоги» (рисунок 59). На ней отображаются сообщения, когда значение сигнала выходит за допустимые нормы (когда значения тестового сигнала больше 8В или меньше 2В). Так же вместе с текстовым сообщением раздаётся сигнал тревоги.

Рисунок 59 - Экранная форма тревог

После щелчка правой клавишей мыши по кнопке «Истории тревог» открывается экранная форма, отображающая тревоги, возникавшие за определённый период (рисунок 60).

Рисунок 60 - Форма истории тревог

После щелчка по кнопке «Исторический тренд» открывается экранная форма исторического тренда (рисунок 61). На ней показан снимок тестового сигнала в заданное время (31 мая 2010 в 13:50:00).

Рисунок 61 - Экранная форма исторического тренда

Файлы исторического тренда, автоматически сохраняемые в каталоге HST проекта, имеют расширение hst. Для преобразования этих файлов в файлы с расширением txt в комплекте с Advantech Studio поставляется утилита Hst2txt. Для изменения расширения файла исторического тренда необходимо скопировать этот в файл в каталог BIN папки, в которую была установлена SCADA-система Advantech Studio (по умолчанию - C:\Program Files\Advantech Studio\BIN). Далее нужно запустить FAR, и перейти в каталог BIN программы Advantech Studio. В этой папке нужно поставить курсор на Hst2txt.exe файл. Произвести одновременное нажатие клавиш Ctrl и Enter. В результате этого в командную строку занесётся имя утилиты Hst2txt.exe. После этого нужно выделить файл исторического тренда, который будет подвергнут преобразованию в текстовый файл. И опять одновременно нажать клавиши Ctrl и Enter. В результате этого в командную строку занесётся имя файла исторического тренда. Далее нажать клавишу Enter.

В результате проделанных действий в папке BIN появится два файла: файлы с расширениями txt и hdr. Файл с расширением txt содержит значения сигнала во времени.

Восстановим сигнал по его отсчётам методом сплайн-интерполяции. Для этого напишем в среде Mathcad следующий документ:

1. Задаем нумерацию элементов от единицы

. Считавыем содержимое файла в матрицу

. Берем из матрицы столбец с данными

. Нумеруем элементы в векторе данных

. Определяем вектор номеров для отсчетов

.Задаём время

Сигнал, восстановленный методом сплайн-интерполяции:

Восстановленный сигнал имеет следующий вид (рисунок 62)

Рисунок 62 - Восстановленный сигнал U(t) = 10|sin2пt| методом сплайн-интерполяции

6. Экономическая часть

Данный раздел дипломного проекта анализирует объект проектирования с точки зрения экономической эффективности его создания и внедрения.

В настоящем разделе составляется план-график разработки, а также составляется смета затрат на разработку системы, проводится расчет стоимости проекта и делаются выводы по эффективности проекта.

.1 Ленточный график плана выполнения работ

Ленточный график процесса выполнения работ - это его графическая модель с указанием перечня и организационно - экономических характеристик всех работ, сроков и последовательности их исполнения, отражаемых совокупностью упорядоченных во времени горизонтальных линий.

В результате построения плана выполнения работ, ленточной модели должны выявиться:

– последовательность выполнения работ;

–       исполнители по работам, их квалификация;

–       трудоемкости отдельных работ и всего цикла.

Продолжительность каждой работы рассчитывается по следующей формуле

,

где  - трудоемкость работ, человеко-дни;  - численность исполнителей, человек.

Этапы разработки занесены в таблицу 3.

Таблица 3

Распределение сроков выполнения работ

С учетом 5-дневной рабочей недели общее время работы над данным проектом составляет 94 дня. Ленточный график, построенный на основе данных таблицы 3, приведён на рисунке 63.

Рисунок 63 - Ленточный график

На графике приведены продолжительности следующих работ:

) Разработка технического задания;

) Согласование технического задания;

) Изучение технического задания;

) Сбор информационных источников;

) Изучение предметной области;

) Анализ аппаратно-программных средств для решения задачи;

) Изучение элементов программирования для устройств фирмы Advantech;

) Создание приложения;

) Тестирование и отладка приложения;

) Оформление документации;

) Сдача дипломного проекта.

.2 Составление сметы затрат на разработку

Себестоимость продукции (работ, услуг) представляет собой стоимостную оценку используемых в процессе производства продукции (работ, услуг) природных ресурсов, сырья, материалов, топлива, энергии, основных фондов, трудовых ресурсов, а также других затрат на ее производство и реализацию.

Себестоимость работ по созданию ПО включает в себя затраты по следующим статьям:

– материальные затраты;

–       затраты на оплату труда;

–       отчисления на социальные нужды;

–       амортизация основных фондов;

–       накладные расходы [23].

Материальные затраты

К этой статье относятся затраты на сырье, приобретаемые материалы, покупные полуфабрикаты и комплектующие изделия (за вычетом возвратных отходов), используемые при проектировании. Затраты по этой статье определяются по действующим оптовым ценам, без учета налога на добавленную стоимость (НДС). Затраты на материалы для разработки приложения представлены в таблице 4.

Таблица 4

Затраты на материалы

Общая сумма материальных затрат равна 37695,4 руб.

Затраты на оплату труда

В данном проекте эта статья складывается из затрат на заработную плату исполнителей (дипломника, руководителя, консультантов по эконономической части и по безопасность и экологичности проекта). Дипломник получает стипендию, которая на 01.03.2010 года составляет 1170 рублей, руководитель проекта имеет оклад 10280 рублей. Годовая нагрузка в часах составляет для руководителя (доцент) и консультанта по безопасности и экологичности проекта (доцент) 730 часов, для консультанта по экономической части - 790 часов. Тогда основная заработная плата определяется по формуле:

,

где  - расходы на оплату труда руководителя проекта;

- расходы на оплату труда консультанта по экономической части;

- расходы на оплату труда консультанта по безопасности и экологичности проекта;

 - расходы на оплату труда студента.

Время работы руководителя над проектом - 8 дней по 3 часа (24 часа), консультанта по экономической части - 2 часа, консультанта по безопасности и экологичности проекта - 2 часа, студента - 59 дней. Так как дипломник и руководитель работают по 5 дней в неделю, то в среднем число рабочих дней в месяце равно 22.

Тогда расходы на оплату труда дипломника будут определяться следующим образом:

Для расчета расходов для остальных участников проекта справедлива формула:

= (1170/22)* 59 =3137,73 руб.

= (10280*12/730)*24 = 4055,67 руб.

 = (4500*12/790)*2= 136,7 руб.

 =(10280*12/730)*2=337,97 руб.

Таким образом, основная заработная плата (фонд оплаты труда) составит:

Отчисления на социальные нужды

Отчисления на социальные нужды определяются исходя из законодательно установленных норм, и составляет:

– Страховые взносы - 26% от начисленной заработной платы, включаемой в себестоимость;

–       Обязательные отчисления на страхование от несчастных случаев на производстве (травматизм) - 0,2% от начисленной заработной платы, включаемой в себестоимость [23].

Таким образом, общая сумма социальных отчислений будет определять по формуле:

СО = СО_МС+СО_ПФ,

где СО_МС=;

СО_ПФ=

Таким образом,

СО =  руб.

Амортизация основных фондов

Амортизация основных фондов - сумма амортизационных отчислений на полное восстановление основных производственных фондов. Рассчитывается на основе балансовой стоимости основных фондов и норм амортизации.

Амортизация основных фондов рассчитывается по формуле:

А_нир = Ф_п * T_и * A / Ф_эф,

где Ф_п - балансовая стоимость оборудования;

Т_и - время использования оборудования при проведении работ;

А - норма амортизации;

Ф_эф - годовой эффективный фонд времени работы оборудования для односменной работы, он составляет Ф_эф = 2007 ч.

В амортизационных отчислениях учитывается сумма затрат на эксплуатацию основных средств за прошедший период. В данном случае основными средствами являются ПК и модуль фирмы Advantech - ADAM-6024. Амортизационные отчисления для модуля ADAM-6050 рассчитывать не будем, так как стоимость данного блока составляет 8307 рублей (меньше 20 тыс. рублей).

Амортизация ПК рассчитывается согласно амортизационным отчислениям при учете основных средств. Норма амортизации на ПК равняется 25% в год. Время работы на ПК составляет 67 дней по 8 часов в день, т.е. 536 часов.

Амортизационные отчисления по первоначальной стоимости ПК 25000 руб. составят:

Среднее время наработки на отказ у модуля ADAM-6024 варьируется в пределах 50000-65000 часов, что составляет примерно 6-7 лет. Норма амортизации на модуль ADAM-6024 равняется 15% в год. Время работы с модулем ADAM-6050 составляет 36 дней по 8 часов в день, т.е. 288 часов. Амортизационные отчисления по первоначальной стоимости модуля ADAM-6024 29097 руб. составят:

Общая сумма амортизации составит:

 (2)

Перечисленные статьи (материальные затраты, основная заработная плата, отчисления на социальные нужды, затраты на амортизацию оборудования) классифицируются, как прямые затраты (затраты, прямо и непосредственно связанные с проектом) и составляют

З_прям = З_м + Ф_зп +СО + А_общ

З_прям = 37695,4 + 7668,07+ 1186,95+ 2295,46 = 48845,88 руб.

Прочие расходы

К этой статье относят расходы, которые прямо включить в себестоимость данной разработки не представляется возможным. В каждой организации устанавливается свой порядок распределения накладных расходов. К таким расходам для данного проекта можно отнести следующие затраты:

- платежи по обязательному страхованию имущества предприятия, отдельных категорий работников;

-       затраты на электроэнергию.

Накладные расходы составляют 10% от суммы всех статей затрат рассмотренных выше и рассчитываются по формуле:

Таким образом, сумма накладных расходов составит:

Общие затраты на разработку составят:

 (руб.)

.3 Расчет цены на НИР

Общая цена данного проекта составит:

,

где  - общая стоимость затрат на разработку системы;

- прибыль - 12% от сметной стоимости;

 - налог на добавленную стоимость - 18%.

 (руб.)

Суммарные затраты на разработку представлены в таблице 7.

Таблица 5

Затраты на разработку

Удельный вес статей затрат от общей себестоимости представлен на рисунке 64.

Рисунок 64 - Удельный вес статей затрат от общей себестоимости

.4 Выводы по эффективности предложений

Экономическая эффективность системы является составляющей интегральной оценки эффективности системы. При оценке экономической эффективности используются несколько показателей:

– годовая экономия текущих затрат;

–       годовой экономический эффект.

На рисунке 67 можно проследить то, как повлияет внедрение системы удалённого контроля состояния объекта на деятельность всего производства в целом.

Рисунок 67 - Эффективность от внедрения системы

При использовании данной системы упрощается сложность выполнения работ. Если раньше требовалось как минимум 3 сотрудника для проведения контроля и управления состоянием объекта, то после внедрения нового приложения достаточно одного человека.

При использовании разработанной системы уменьшаются затраты на заработную плату сотрудникам. Если считать что заработная плата каждого сотрудника в среднем составляет 15000 рублей, то затраты в год на оплату труда составят

 (руб.)

Отчисления на страховые взносы составят

 (руб.)

Амортизационные отчисления по первоначальной стоимости трёх ПК 25000 руб. составят:

Общие затраты:

 (руб.).

При расчете затрат на оплату труда для одного сотрудника при той же заработной плате получим:

 (руб.).

Отчисления на социальные нужды составят:

 (руб.).

Амортизационные отчисления для одного сотрудника рассчитаны по формуле (2) и равны:

.

Затраты на разработку:

 (руб.).

Общие затраты составят:

 (руб.)

Разница в затратах определяется по следующей формуле

 (руб.)

Срок окупаемости проекта составит: 300466,36/399763,64= 0,75 года или 9 месяцев.

Таким образом, за счёт применения малоканальной системы удалённого контроля состояния объекта значительно уменьшается число обслуживающего персонала на предприятии. К такому же результату приводит и то, что мониторинг и управление всеми технологическими и производственными процессами на предприятии производится с помощью одной центральной ЭВМ (что также значительно снизит материальные затраты на закупку и эксплуатацию оборудования), а соответственно обслуживается одним оператором.

7. Безопасность и экологичность проекта

Для оптимизации условий труда оператора с целью сохранения его здоровья и работоспособности необходимо выявить опасные и вредные факторы применительно к конкретной обстановке, оценить значимость этих факторов, возможные неблагоприятные последствия на основе комплексного подхода, с учетом условий эксплуатации ПЭВМ и вида выполняемой работы.

В рамках данного дипломного проекта разрабатывается программа, работа с которой осуществляется на ПЭВМ. В связи с этим, в данном разделе дипломного проекта рассматриваются вопросы безопасности на рабочем месте оператора и вопросы экологичности проекта.

7.1 Описание рабочего места, оборудования, выполняемых операций

Учебная лаборатория представляет собой помещение размером 6х14х3,4 метров. Потолок и стены лаборатории светло-серого цвета. В помещении имеются три окна, под каждым из которых располагается батарея для отопления в холодное время года. На окнах установлены защитные жалюзи и светонепроницаемые шторы. В помещении установлена пожарная сигнализация. По периметру помещения расположены столы, на которых установлены 22 ПЭВМ типа IBM PC с жидкокристаллическими мониторами диагональю 17 дюймов. На мониторы нанесено антибликовое покрытие. В лаборатории проведена трехфазная сеть переменного тока частотой 50 Гц и напряжением 220В с глухозаземлённой нейтралью источника. По периметру помещения расположены группы евро-розеток для обеспечения электропитания оборудования. Около двери расположен щит управления электроснабжением, обеспечивающий отключение электропитания всей учебной лаборатории за исключением общего освещения. Лаборатория оснащена устройством защитного отключения с номинальным отключающим дифференциальным током, не превышающим 30 мА. В центре помещения расположены пять радов парт, по две парты в каждом ряду.

Схема планировки учебной лаборатории изображена на рисунке 68.

Рисунок 68 - Эскиз производственного участка

Цифрами на рисунке 1 обозначено:

- экран для проектора, 2 - дверь, 3 - стул, 4 - стол, 5 - окно, 6 - монитор, 7 - системный блок, 8 - клавиатура/мышь, 9 - проектор.

Инженер-разработчик выполняет работы по проектированию малоканальной системы удалённого контроля состояния объекта на ПЭВМ. Наличие компьютера подразумевает воздействие опасных и вредных факторов, например, опасность поражения электрическим током, недостаточная освещенность, повышенный уровень шума, пониженная или повышенная температура окружающей среды, психофизиологические факторы и другие.

.2 Идентификация опасных и вредных производственных факторов

По данным исследований, труд пользователей персональных электронно-вычислительных машин (ПЭВМ) относится к психическим формам труда с высокой нагрузкой.

Данная деятельность связана с восприятием изображения на экране, постоянным слежением за динамикой изображения, с различением картин, схем, чтением текста рукописных и печатных материалов, вводом информации с клавиатуры, необходимостью постоянно поддерживать активное внимание, высокой ответственностью за свою деятельность и высокой ценой ошибки.

Основной составляющей процесса труда выступает необходимость интеллектуального слежения за информацией на мониторе, что требует от пользователя напряжения воли для обеспечения достаточного уровня внимания. Поддержание постоянного внимания заставляет прилагать большие усилия и сопровождается истощением энергетических ресурсов организма.

Особенностью труда пользователей являются повышенное зрительное восприятие, связанное со слежением за информацией, а также наличие ряда других неблагоприятно воздействующих на зрение факторов. Пользователь утомляется из-за эффекта мелькания, неустойчивости и нечёткости изображения, необходимости частой адаптации глаз к освещённости экрана ВДТ, рабочего места и общей освещённости помещения.

В процессе работы организм человека подвергается воздействию множества разнообразных факторов. Согласно ГОСТ 12.0.003-74 «ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы. Классификация», выделяются следующие группы опасных и вредных факторов:

· физические;

·        химические;

·        биологические;

·        психофизиологические.

К группе физических опасных и вредных факторов относятся, например, следующие: повышенная запыленность и загазованность воздуха рабочей зоны, повышенная или пониженная температура воздуха рабочей зоны, повышенный уровень шума на рабочем месте, повышенная или пониженная влажность воздуха, повышенная или пониженная подвижность воздуха, повышенное значение напряжения в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека, отсутствие или недостаток естественного света, недостаточная освещенность рабочей зоны, прямая и отраженная блесткость и другие. Помимо этого, при работе с ПЭВМ существует такая физическая перегрузка, как длительное статическое напряжение мышц пользователя.

К группе химических опасных и вредных факторов относится ряд веществ и соединений, которые могут оказывать разнообразные негативные воздействия на организм человека: токсические, раздражающие, канцерогенные, мутагенные, а также влияющие на репродуктивную функцию. Наличие химических факторов в помещениях с ПЭВМ обусловлено применением всевозможных покрытий на основе лаков, красок, пластиков, синтетических смол.

К группе биологических вредных факторов, которые могут привести к заболеванию или ухудшению состояния здоровья пользователя, относится повышенное содержание в воздухе рабочей зоны патогенных микроорганизмов (бактерий, вирусов, риккетсий, спирохет, грибов, простейших) и продуктов их жизнедеятельности. Они могут появиться в помещении с большим количеством работающего персонала при недостаточной вентиляции или в период эпидемий.

Психофизиологические факторы, воздействующие на пользователя, приводят к физическим и нервно-психическим перегрузкам (умственное перенапряжение, перенапряжение анализаторов, монотонность труда). Причинами нервно-психических перегрузок могут быть следующие факторы: большой объём информации, обрабатываемой человеком в единицу времени, неудовлетворительное цветовое и символьное кодирование информации; неудовлетворительные визуальные параметры монитора, неправильная организация режимов труда и отдыха пользователя.

В учебной лаборатории вследствие использования ПЭВМ и проектора существует опасность поражения электрическим током.

Наличие средств вычислительной техники опасно также возможностью возникновения пожара. В рассматриваемом помещении вероятность возникновения пожара повышается вследствие наличия горючих отделочных материалов (дерево, пластиковые панели).

В лаборатории в холодное время года применяют систему центрального отопления. В то же время отсутствие кондиционера и системы вентиляции делает невозможным регулирование относительной влажности воздуха, особенно в теплый период года.

Таким образом, анализируя условия труда на рабочем месте, можно выделить следующие вредные и опасные факторы:

) опасность поражения электрическим током;

) опасность возникновения пожара;

) неблагоприятные микроклиматические условия.

7.3 Воздействие производственных факторов на организм пользователя

.3.1 Воздействие ПЭВМ на пользователя

Длительная работа на персональной ЭВМ (ПЭВМ) может повлечь за собой различные заболевания организма. Беспрерывная работа приводит к постоянному напряжению глазных яблок. Возникают головные боли; дисфункция некоторых органов. Одна из серьезнейших проблем пользователей ПЭВМ - профессиональные заболевания глаз. Человек, работающий на компьютере, при чтении смотрит на монитор - источник света. Отсутствие яркости или наоборот, чрезмерная яркость, яркие знаки на темном фоне, частое мелькание изображения, необходимость фокусирование на изображение, состоящем из точек, - все это негативно влияет на зрение человека, приводит к его ухудшению, слезоточивости, покраснению, дискомфорту. Для предотвращения влияния на человека данных факторов ПЭВМ должны удовлетворять требованиям соответствующих санитарных норм.

Согласно СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 «Гигиенические требования к ПЭВМ и организации работы», к ПЭВМ предъявляются следующие требования: конструкция ПЭВМ должна обеспечивать возможность поворота корпуса в горизонтальной и вертикальной плоскости с фиксацией в заданном положении для обеспечения фронтального наблюдения экрана монитора. Дизайн ПЭВМ должен предусматривать окраску корпуса в спокойные мягкие тона с диффузным рассеиванием света. Корпус ПЭВМ, клавиатура и другие блоки и устройства ПЭВМ должны иметь матовую поверхность с коэффициентом отражения 0,4-0,6 и не иметь блестящих деталей, способных создавать блики.

Согласно ГОСТ Р 50948-2001 "Средства отображения информации индивидуального пользования. Общие эргономические требования и требования безопасности" к средствам отображения информации - дисплеям предъявляются следующие требования: Конструкция дисплея должна обеспечивать возможность фронтального наблюдения изображения на экране путем поворота корпуса дисплея вокруг вертикальной оси на ±30° и вокруг горизонтальной оси в пределах от плюс 30° до минус 15° с фиксированием дисплея в заданном положении. Конструкция монитора должна предусматривать регулирование яркости и контрастности. Конструкция дисплея должна обеспечивать максимально возможное снижение уровней электростатического и электромагнитного полей.

.3.2 Воздействие освещённости рабочей зоны

Большую роль в обеспечении нормальных условий работы в компьютерном классе является хорошее освещение. Недостаточное освещение вызывает преждевременное утомление, притупляет внимание. В результате могут развиваться зрительное перенапряжение, различные заболевания глаз, ухудшение зрения.

Освещение должно равномерно распределяться по всему помещению без бликов и теневых мест и обеспечивать возможность хорошо наблюдать процесс работы, не напрягая зрение. В компьютерных классах рабочие места операторов, работающих с ПЭВМ, располагаются подальше от окон, таким образом, чтобы оконные проёмы находились сбоку. Если экран обращён к оконному проёму, то необходимы специальные экранирующие устройства. Окна рекомендуется снабжать светорассеивающими шторами, регулируемыми жалюзи или солнцезащитной плёнкой с металлизированным покрытием.

Если естественного освещения недостаточно, то устанавливают совмещённое освещение. При этом дополнительное искусственное освещение применяют в тёмное и светлое время суток. Для искусственного освещения помещения компьютерного класса следует использовать, главным образом, люминесцентные лампы ЛБ (белого света) мощностью 20, 40 или 80 Вт. Состав излучаемого света таких ламп должен быть близким к естественному составу излучаемого света.

Искусственное освещение в классе с ПЭВМ следует осуществлять системой общего равномерного освещения. В соответствии со СниП 23-05-95«Естественное и искусственное освещение», освещенность на поверхности стола в зоне размещения рабочего документа от системы общего освещения должна быть 300-500 Лк.

7.3.3 Возможность возникновения пожара

Возможность возникновения пожара обусловлена наличием на рабочем месте пользователя возгорающихся предметов (деревянный стол, стул, бумага, изоляция электрических проводов). Причиной возгорания могут быть следующие факторы: короткое замыкание проводов, перегрузки в сети, применение электрических ламп накаливания общего назначения и люминесцентных ламп (пожарная опасность светильников обусловлена возможностью контакта горючей среды с колбой электрической лампы накаливания, подогретой выше температуры воспламенения горючей среды).

Для предотвращения возникновения пожара на рабочем месте необходимо соблюдение правил пожарной безопасности в соответствии с ГОСТ 12.1.004-91 «Пожарная безопасность. Общие требования».

.3.4 Микроклиматические условия компьютерного класса

Микроклимат оказывает существенное влияние на функциональную деятельность человека, его здоровье и является одним из важнейших факторов, определяющих состояние санитарно - гигиенических условий труда. Необходимость учёта параметров микроклимата предопределяется условиями теплового баланса между организмом человека и окружающей средой помещения. Метеорологические условия определяются температурой, влажностью и скоростью движения воздуха, а также интенсивностью теплового излучения от нагретых поверхностей. Совокупность этих параметров, характерных для конкретного помещения, называется микроклиматом.

Таблица 8

Оптимальные нормы микроклимата

Параметры микроклимата оказывают непосредственное влияние на самочувствие человека и его работоспособность. Высокая температура при сохранении других параметров вызывает быструю утомляемость и перегрев организма. Это приводит к вялости, снижению внимания. Низкая температура может вызвать местное и общее охлаждение организма и стать причиной заболевания.

Работа в условиях компьютерного класса считается лёгкой по физической нагрузке. Оптимальные нормы микроклимата для холодного и теплого периодов года приведены в таблице 8 (согласно ГОСТ 12.1.005-88).

7.4 Мероприятия по разработке безопасных условий труда на рабочем месте

Неотъемлемой частью системы управления охраной труда являются организационные мероприятия, разрабатываемые в организации и направленные на создание здоровых и безопасных условий труда на каждом рабочем месте, на соблюдение требований законодательных и государственных нормативных правовых актов по охране труда.

Безопасные условия труда - это условия труда, при которых воздействие на работающих вредных и (или) опасных производственных факторов исключено либо уровни их воздействия не превышают установленных нормативов.

В соответствии с СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 «Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы» площадь помещения, приходящаяся на одно рабочее место с ПЭВМ с ВДТ на базе электроннолучевой трубки должна быть по меньшей мере 6 м².

Важное значение для снижения утомляемости имеет правильное расположение рабочего места в помещении.

Положение пользователя лицом или спиной к окну снижает видимость изображения и приводит к появлению ярких бликов на экране. Рабочие столы необходимо устанавливать так, чтобы плоскость экрана была перпендикулярна к окну.

Высота стола должна быть такой, чтобы уровень глаз приходился на центр или 2/3 высоты экрана. Высота поверхности стола для взрослых пользователей должна регулироваться в пределах от 680 до 800 мм в зависимости от роста пользователя, а при отсутствии такой возможности составлять 725 мм. Стол пользователя должен иметь пространство для ног высотой не менее 600 мм, шириной не менее 500 мм, глубиной на уровне колен не менее 450 мм и на уровне вытянутых ног не менее 650 мм.

Рабочий стул должен обеспечивать поддержание рациональной рабочей позы в зависимости от характера работы с учетом роста пользователя, а его конструкция должна обеспечивать возможность изменения позы пользователя с целью снижения статического напряжения мышц шейно-плечевой области и спины для предупреждения утомления. Установка правильной высоты сиденья является первоочередной задачей при организации рабочего места, так как этот параметр определяет прочие пространственные параметры: высоту положения экрана, клавиатуры, поверхности для записей и т.д.

Оптимальное расстояние дисплея от глаз оператора - 50 см, поэтому желательно применять широкие столы - это позволяет отодвинуть монитор дальше от глаз оператора. Линия взора должна быть перпендикулярна центру экрана, а оптимальное ее отклонение в вертикальной плоскости должно находиться в пределах ±5^о, а допустимое - ±10^о. Оптимальный обзор в горизонтальной плоскости от центральной оси экрана должен быть в пределах ±15^о. Экраны должны быть снабжены основанием с поворотным кронштейном, допускающим регулировку экрана по высоте, по наклону вперед-назад и горизонтальное вращение вокруг вертикальной оси.

Клавиатуру следует располагать на поверхности стола на расстоянии 100-300 мм от края, обращенного к пользователю, или на специальной подставке, регулируемой по высоте рабочей поверхности, отдельной от основной столешницы.

Опишем теперь рабочее место в рассматриваемом помещении. Рабочий стол имеет следующие размеры: ширина - 800 мм, глубина - 500 мм. Высота стола не регулируется, поэтому она составляет 725 мм. Стол имеет цвет натуральной древесины.

Используется кресло с полумягкой поверхностью. Высота сидений кресел составляет 500 мм. Высота опорной поверхности спинки составит 300 мм, а ширина - 350 мм.

Клавиатура расположена на специальной выдвигающейся подставке, которой снабжен стол. Подставка на 100 мм ниже поверхности стола. Клавиатуру расположим на расстоянии 100 мм от края. Такая специальная подставка позволяет наиболее эффективно использовать основную поверхность рабочего стола.

Монитор на рабочем столе разместим на расстоянии 100 мм от края стола, обращенного к пользователю. С учетом выдвигающейся подставки для клавиатуры это позволит сделать оптимальным расстояние до глаз пользователя.

Оператор во время работы обязан:

- выполнять только ту работу, которая ему была поручена, и по которой он был проинструктирован;

- в течение всего рабочего дня содержать в порядке и чистоте рабочее место;

-       держать открытыми все вентиляционные отверстия устройств;

-       отключать питание только в том случае, если оператор во время перерыва в работе на компьютере вынужден находиться в непосредственной близости от видеотерминала (менее 2 метров), в противном случае питание разрешается не отключать;

-       выполнять санитарные нормы и соблюдать режимы работы и отдыха;

-       соблюдать правила эксплуатации вычислительной техники в соответствии с инструкциями по эксплуатации;

-       при работе с текстовой информацией выбирать наиболее физиологичный режим представления черных символов на белом фоне;

-       соблюдать установленные режимом рабочего времени регламентированные перерывы в работе и выполнять в физкультпаузах и физкультминутках рекомендованные упражнения для глаз, шеи, рук, туловища, ног;

-       соблюдать расстояние от глаз до экрана в пределах 60 - 80 см.

В аварийных ситуациях оператор обязан:

- при обнаружении человека, попавшего под напряжение, немедленно освободить его от действия тока путем отключения электропитания и до прибытия врача оказать потерпевшему первую медицинскую помощь;

-       при любых случаях сбоя в работе технического оборудования или программного обеспечения немедленно вызвать представителя инженерно-технической службы эксплуатации вычислительной техники;

-       при возгорании оборудования, отключить питание и принять меры к тушению очага пожара при помощи углекислотного или порошкового огнетушителя, вызвать пожарную команду.

Для работы с нашей информационной системой устанавливается длительность работы с ПЭВМ не более 6 часов в день. При этом рекомендуется организация перерывов на 10 - 15 мин. через каждые 45 - 60 мин. работы.

Для снятия умственного и физического утомления пользователя ПЭВМ существует ряд специальных упражнений. Для снижения утомляемости всего организма и уменьшения головных болей могут послужить комплексные упражнения для глаз или покупка специальных (спектральных) очков для профессиональной работы.

.5 Обеспечение электробезопасности на рабочем месте

Электробезопасность - система организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока, электрической дуги, электромагнитного поля и статического электричества (ГОСТ 12.1.009-76 ССБТ «Электробезопасность. Термины и определения»).

Поражение человека электрическим током возможно только при замыкании электрической цепи через тело человека. Это возможно при:

· прикосновении к открытым токоведущим частям оборудования и проводам;

·        прикосновении к корпусам электроустановок, случайно оказавшихся под напряжением (повреждение изоляции);

·        освобождении человека, находящегося под напряжением.

Электрические установки, к которым относится практически все оборудование, в том числе, ПЭВМ, представляют для человека большую потенциальную опасность. Токоведущие проводники, корпуса ПЭВМ и прочего оборудования могут оказаться под напряжением в результате повреждения или пробоя изоляции, короткого замыкания, искрения, перегрузки проводников, плохих контактов.

Системный блок компьютера имеет напряжения сигналов ТТЛ уровней (-1,+4В), цифровые и аналоговые микросхемы запитываются постоянными напряжениями ±5 и ±12В, которые получаются путем преобразования переменного напряжения 220В в блоке питания. Блок питания содержит в себе схемы преобразования напряжения, схемы стабилизации и схему защитного отключения при коротком замыкании. Так как корпус компьютера выполнен из металла, то существует опасность пробоя фазы на корпус. Мониторы современных компьютеров практически всегда изготовляются из пластика, поэтому, несмотря на большое напряжение, присутствующее в мониторе, поражение током человека практически исключено.

Опасность поражения электрическим током во многом зависит от условий эксплуатации электроаппаратуры, характеризующих помещение. Для обеспечения приемлемого уровня электробезопасности необходимо, чтобы в помещении, где происходит работа с ПЭВМ, отсутствовали условия, создающие, повышенную или особую опасность:

сырость (относительная влажность воздуха длительно превышает 75%);

повышенная температура воздуха, постоянно или периодически (более 1 суток превышает +35°С);

токопроводящий (без изолирующего покрытия) пол;

химически активная или органическая среда (агрессивные поры, отложения или плесень, разрушающие изоляцию и токоведущие части);

возможность одновременного прикосновения человека к имеющим соединения с землёй металлоконструкциям зданий, механизмов и т.п. и металлическим элементам (корпусам, клеммам заземления или зануления, разъёмам) электроустройств, которые могут оказаться под напряжением при повреждении рабочей изоляции.

Для улучшения условий электробезопасности, помещения с ПЭВМ рекомендуется оснащать устройствами защитного отключения, которые могут быть установлены на вводах электросети в помещении, перед отдельными группами электроприёмников или непосредственно перед каждым из них.

В соответствии с ГОСТ 12.1.009-76 ССБТ «Электробезопасность. Термины и определения» в качестве средств и методов защиты от поражения электрическим током применяют:

· изоляцию токоведущих частей (нанесение на них диэлектрического материала - пластмасс, резины, лаков, красок, эмалей и т.п.);

·        двойную изоляцию - на случай повреждения рабочей;

· воздушные линии, кабели в земле и т.п.;

· изоляцию рабочего места (пола, настила);

·        заземление или зануление корпусов электроустановок, которые могут оказаться под напряжением при повреждении изоляций;

· автоматическое отключение электроустановок;

·        предупреждающую сигнализацию (звуковую, световую) при появлении напряжения на корпусе установки, надписи, плакаты, знаки.

7.6 Обеспечение пожарной безопасности на рабочем месте

Основными причинами возгораний и пожаров являются:

· нарушения правил пожарной безопасности при обращении с открытыми источниками огня (электрогазосварочные работы, применение паяльных ламп и факелов для разогрева и т.д.);

·        курение в запрещенных местах (цехах, складах, местах, где хранятся и используются горючие материалы, ЛВЖ, ГЖ);

·        неисправность электрооборудования, электросетей и электроаппаратуры;

·        нарушение правил эксплуатации оборудования и технологических процессов;

·        нарушение правил хранения горючих, самовозгорающихся материалов, ЛВЖ и ГЖ;

·        возникновение зарядов статического электричества;

· отсутствие надежных устройств молниезащиты;

·        аварии;

· действия сил природы.

В современных ПЭВМ очень высокая плотность размещения электронных схем; в непосредственной близости друг от друга находятся соединительные провода, коммутационные кабели. При протекании по ним электрического тока выделяется значительное количество теплоты, что может привести к повышению температуры отдельных узлов до 80-100ºС. Кроме того, рабочая температура силовых транзисторов достигает 120⁰С. При этом возможно оплавление изоляции соединительных проводов, их оголение, и как следствие, короткое замыкание, которое сопровождается искрением, ведет к недопустимым температурным перегрузкам электрических схем, их сгоранию с разбрасыванием искр, появлению дыма. Для отвода излишнего тепловыделения от ПЭВМ служит система вентиляции. Однако мощные, постоянно действующие системы вентиляции представляют дополнительную пожарную опасность, так как с одной стороны обеспечивают подачу кислорода - окислителя во все помещение, а с другой при возникновении пожара быстро распространяют огонь и продукты горения по всем помещениям и устройствам, которые связаны воздуховодами.

Согласно ГОСТ 12.1.004-91 ССБТ, противопожарная защита должна достигаться применением следующих способов:

применением средств пожаротушения и соответствующих видов пожарной техники;

применением автоматических установок пожарной сигнализации и пожаротушения;

организацией с помощью технических средств, включая автоматические, своевременного оповещения и эвакуации людей;

применением средств коллективной и индивидуальной защиты людей от опасных факторов пожара;

применением средств противодымной защиты.

Согласно СниП 512-78 "Инструкция по проектированию зданий и помещений для ПЭВМ", все стены помещения должны быть несгораемыми с пределом огнестойкости 0,75 часа, дверь - трудно сгораемой с пределом огнестойкости 0,6 часа. Периодически должна производиться очистка от пыли всех агрегатов, кабельных каналов, межканального пространства.

Расстановку ПЭВМ рекомендуется осуществлять по периметру помещения в целях более быстрой эвакуации людей в случае возгорания.

Согласно НПБ 105-03 «Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности», по взрывопожарной и пожарной опасности помещения подразделяются на категории А, Б, В, Г и Д..

Категория А (взрывопожароопасные) - ГГ, ЛВЖ с температурой вспышки не более 28°С в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные паро-газовоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа; вещества и материалы, способные взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом в таком количестве, что расчетное избыточное давление взрыва в помещении превышает 5 кПа.

Категория Б (взрывопожароопасные) - горючие пыли или волокна, ЛВЖ с температурой вспышки более 28°С, горючие жидкости в таком количестве, что могут образовывать взрывоопасные, пылевоздушные и паровоздушные смеси, при воспламенении которых развивается расчетное избыточное давление взрыва в помещении, превышающее 5 кПа.

Категория В (пожароопасные) - ГЖ и трудногорючие жидкости, горючие и трудногорючие вещества и материалы, вещества и материалы, способные при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом только гореть, при условии, что помещения, в которых они имеются в наличии или обращаются, не относятся к категории А и Б.

Категория Г - негорючие вещества и материалы в горячем, раскаленном или расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистого тепла, искр и пламени. Процессы, связанные со сжиганием в качестве топлива ГЖ, а также твердых горючих веществ и материалов.

Категория Д - негорючие вещества и материалы в холодном состоянии; допускается относить к данной категории некоторые предметы мебели, находящиеся на рабочих местах.

Согласно классификации (НПБ 105-03), компьютерная лаборатория относится к категории В.

Помещение лаборатории должно быть оснащено автоматической системой пожаротушения, огнетушителями, средствами пожарной сигнализации. Подходы к огнетушителям и другому оборудованию пожаротушения должны быть удобны и не загромождены.

В компьютерной лаборатории рекомендуется использовать углекислотные огнетушители, так как они подходят для тушения электроприборов и проводки. Компьютерный класс оснащен двумя углекислотными огнетушителями ОУ-5 с массой заряда 5 кг.

Автоматические установки пожаротушения должны выполнять функции автоматической пожарной сигнализации.

При срабатывании установки пожаротушения должна быть предусмотрена подача сигнала на отключение технологического оборудования в защищаемом помещении.

Согласно НПБ 104-03, оповещение и управление эвакуацией людей при пожаре должно осуществляться следующими способами:

· подачей звуковых и (или) световых сигналов;

·        трансляцией текстов о необходимости эвакуации, путях эвакуации, направлении движения и других действиях, направленных на обеспечение безопасности людей;

·        размещением и включением эвакуационных знаков безопасности на путях эвакуации.

Помимо этого, должен быть заранее разработан план эвакуации людей. Он изображен на рисунке 69.

Рисунок 69 - План эвакуации

При эвакуации из помещения, необходимо использовать систему эвакуационного освещения, которая обеспечивает безопасный выход при отключении аварийного освещения. Эвакуационное освещение должно быть автономным и создавать освещенность на полу основных проходов 0,5 лк.

Для снижения пожароопасности, в помещении компьютерного класса запрещается:

· применять плёнку на нитрооснове;

·        групповые розетки на сгораемой основе;

·        ковры и дорожки из синтетических материалов;

·        загромождать пути эвакуации;

·        ставить на окна глухие металлические решётки.

После окончания работы, перед закрытием помещения все электрические сети должны быть обесточены.

.7 Расчёт общего искусственного освещения

Для обеспечения нормальных условий работы в рабочем помещении необходимо хорошее освещение, для этого проводится расчёт освещённости, общей задачей которого является определение числа и мощности светильников, необходимых для обеспечения заданного значения освещённости.

В компьютерных классах рекомендуется использовать светильники УСП-2 4*40, оборудованные четырьмя люминесцентными лампами типа ЛБ 40 со световым потоком 3120 лк каждая. Размеры светильника УСП-2 4x40 - 110х610х605 мм.

Необходимое число светильников с данным числом люминесцентных ламп заданного типа и мощности определяется по формуле:

 (3)

где Е - необходимый уровень освещённости рабочей поверхности (Е_норм=500 лк);

S - площадь освещаемого помещения, м²;

z - коэффициент, учитывающий неравномерность освещения (z = 1.1);

k - коэффициент запаса, который учитывает износ и загрязнение светильников в процессе эксплуатации (k = 1.4 при условии чистки светильников не реже 2 раз в год);

Ф_л - световой поток одной лампы в светильнике, лк;

n - число ламп в одном светильнике;

h - коэффициент использования излучаемого светового потока при освещении рабочей поверхности, зависящий от коэффициентов отражения света от потолка (r_п) и стен (r_с), а так же от индекса помещения (i).

Индекс помещения определяется по формуле:

,

где а и b - длина и ширина помещения, м;_р - высота рабочей поверхности над полом - h_р = 0.7 м (для студента со средним ростом).

Для рассматриваемого помещения, получим

В зависимости от коэффициентов отражения r_п = 0.5, r_с = 0.5, индекса помещения i=6 принимаем значение коэффициента использования светового потока η=0,45.

Тогда по формуле (3) получим следующее число светильников:

 (штук)

Осуществим проверку фактического уровня освещенности в учебной лаборатории. Проверка фактического уровня освещенности осуществляется по следующей формуле:

, (4)

где Ф - фактическое значение светового потока, создаваемое выбранной лампой.

Из выражения (4) получим следующее значение фактического уровня освещенности:

 (лк)

Отклонение фактического уровня освещенности от нормального не должно превышать 10-20%. В данном случае отклонение составляет 4%.

Выбор схемы расположения светильников общего освещения оказывает существенное влияние на экономичность, качество и удобство эксплуатации системы освещения. Схема должна обеспечивать заданные уровни освещённости на всех рабочих местах. Для этого производят выбор наиболее выгодного соотношения между рядами светильников lc и высотой подвеса светильника над освещаемой поверхностью h. Равномерное распределение освещённости достигается в том случае, если отношение расстояния между центрами светильников к высоте их подвеса над рабочей поверхностью будет равным:

 (5)

Исходя из соотношения (5), расстояние между центрами светильников определяется следующим образом:

lc = λ*h. (6)

С учетом того, что светильники устанавливаются непосредственно на потолке, высота подвеса светильников над рабочей поверхностью определяется следующим образом:

h = hп - hр,

где hп - высота помещения (3,4 м);

hр - высота рабочей поверхности над полом (0,7 м).

h = 3,4 - 0,7 = 2,7 (м)

Из выражения (6) получим:

 (м)

Схема расположения светильников изображена на рисунке 69.

Рисунок 69 - Схема расположения светильников

Заключение

В настоящее время очень остро стоит вопрос экологии, поэтому необходимо еще в начальной стадии разработки учитывать влияние разрабатываемого объекта на окружающую среду и принимать различные меры для повышения экологической безопасности разрабатываемого объекта, как при его создании, так и на стадии использования.

При проектировании и эксплуатации автоматизированной системы в окружающую среду не выбрасываются вредные вещества. Отходы (бумага, упаковка комплектующего оборудования и дисков, изношенное и не пригодное оборудование и т.д.) не наносят вред природе. При модернизации или замене компонентов рабочего места следует произвести утилизацию списываемых компонентов в соответствии с рекомендациями фирмы-изготовителя. Мусор и отходы вывозятся и утилизируются на санкционированных свалках и полигонах для захоронения.

При соблюдении всех мер техники безопасности и использовании рекомендаций по снижению воздействия вредных факторов, вредное воздействие на организм человека при работе с ПЭВМ минимизировано.

Так же довольно остро стоит вопрос о снижении энергопотребления. Для этого должно использоваться современное энергосберегающее оборудование, такое как: системы отопления, реализованные на использовании инфракрасных электрообогревателя, энергосберегающие лампы, жидкокристаллические мониторы вместо мониторов на ЭЛТ, т.к. ЖК мониторы потребляют в несколько раз меньше энергии.

На основании выявленных опасных и вредных факторов можно сделать заключение о том, что рассматриваемый проект не нарушает экологическое равновесие в окружающем его пространстве и может быть использован без каких-либо доработок и изменений.

Список используемой литературы

1. Б.С. Гаспер, И.Н. Липатов. ИВС и АСУТП: Учебное пособие. Пермский государственный технический университет - Пермь, 2009. - 123 c.

. О.О. Пономарёв. Наладка и эксплуатация средств автоматизации. SCADA-системы. Промышленные шины и интерфейсы. Общие сведения о программируемых логических контроллерах и одноплатных компьютерах: Учебное пособие. Калининград: Изд-во Ин-та «КВШУ», 2006.- 80 с.

. Web-техника в автоматизации производства: Web-технологии в системах автоматизации

. Развитие Internet-технологий в современных информационных системах управления производством

. Андрей Кузнецов. SCADA системы: программистом можешь ты не быть... СТА, 1996, №1 - с. 32.

. Web-технологии для систем автоматизации

. ADAM-5000/TCP

. Контроллеры и модули ввода-вывода серии ADAM-5000 компании Advantech

. Новая серия модулей от Advantech - ADAM- 6000

. Контроллеры и модули ввода-вывода серии ADAM-6000 компании Advantech

12. Advantech Studio. Программное обеспечение HMI/SCADA на базе WEB-технологий

. Программируемые контроллеры SIMATIC S7-1200

. CPU 121xC. Процессорные модули

. «SIMANTIC S7-1200 - микроконтроллеры для Totally Integrated Automation» OOO Siemens июнь 2009.

16. STEP 7 Basic V10.5. Программное обеспечение для S7-1200 и панелей оператора серии Basic

17. Контроллеры и компоненты для промышленных сетей серии WAGO I/O: Модульная система серии 750

. Прайс WAGO IO

. Контроллеры и компоненты для промышленных сетей серии WAGO I/O. Программное обеспечение

. Что такое свитч

. Коммутаторы (свитчи, switch). Цены на коммутаторы

. Карасев В.В., Михеев А.А., Нечаев Г.И. Измерительные системы для вращающихся узлов и механизмов. / Под ред. Г.И. Нечаева. М.: Энергоатомиздат, 1996. 176 с.

23. Васина Л.В. Рыжкова А.В. Руководство к выполнению экономической части дипломного проекта. РГРТА, 2004. - 41 с.

24. Сорокин С., Современные технологии автоматизации, «СТА-ПРЕСС», 1/2005, 96 с.

. Зайцев Ю.В., Кремнев В.И. Обеспечение безопасности пользователя при работе с ПЭВМ. Учебное пособие. РГРТА - Рязань, 2010. - 68 с.

27.ГОСТ 12.0.003 - 74*. Опасные и вредные производственные факторы. Классификация. - М.: издательство стандартов, 1975

28.Белов С.В. Безопасность жизнедеятельности: учебник для вузов. М.: Высшая школа, 2009. - 448 с.

29.Болтнев В.Е. Безопасность жизнедеятельности. Учебное пособие. Под общ.ред. Зайцева Ю.В. РГРТА - Рязань, 2012. - 100 с.

30.Болтнев В.Е. Юдаева Л.Н. Искусственное освещение: Методические указания к дипломному проектированию. РГРТА - Рязань, 2011. - 32 с.