Надёжность - это свойство объекта сохранять во времени и в установленных пределах значение всех параметров, характеризующих способность объекта выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения технического обслуживания и ремонта, хранения и транспортировки.

Надежность АСУ ТП в соответствии с ГОСТ 27.002-89 определяется, как способность системы выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных в заданных пределах эксплуатационных показателей, при заданных условиях эксплуатации. Надежность АСУ ТП является комплексным свойством, характеризующимся в основном безотказностью и ремонтопригодностью.

В процессе разработки системы автоматизированного контроля и управления, расчёт необходимого уровня надежности системы производится с учетом следующих обстоятельств:

- АСУ ТП является многофункциональной системой, в состав которую входят технические средства и обслуживающий персонал (в выполнении той или иной функции могут использоваться технические средства и оперативный персонал);

- надежность АСУ ТП зависит от особенностей программ и алгоритмов, реализуемых техническими средствами и оперативным персоналом;

- оценка надежности производится с учетом надежности только технических средств.

При оценке надёжности разрабатываемой системы АСУ ТП, рассматривают работу системы как некоторую функцию. При этом отказом функции является полная потеря способности разработанной системы выполнять эту функцию или нарушение хотя бы одного из требований, предъявляемых к качеству выполнения этой функции, возникающее при заданных условиях эксплуатации АСУ ТП и нормально функционирующем технологическом объекте управления.

На стадии проектирования системы АСУ ТП, рассматриваются следующие показатели надёжности:

а) функция централизованного контроля характеризуется показателями безотказности:

1) наработка на отказ (в единицах времени) Т;

2) вероятность безотказной работы в течении заданного времени P(t);

б) показателями ремонтопригодности:

1) среднее время восстановления способности АСУ ТП к выполнению функции (Тв).

В рассматриваемой АСУ ТП основная часть системы является:

- 2 классом изделия - это изделия специального назначения;

- I группы надёжности; отказ изделия приводит к угрозе для жизни людей, опасности для окружающей среды или ведёт к экономическому ущербу, кратно превышающему стоимость изделия;

- непрерывной по режиму работы; постоянно под нагрузкой;

- изделием вывода из работы по достижению им заданной заранее временной или ресурсной наработки (назначенная длительность использования).

Для изделия с представленными характеристиками, в соответствии с ГОСТ 27.002-89 необходимо привести следующие показатели: Тв (время восстанавливаемости), (интенсивность отказов), также рассчитать Тср (среднее время безотказной работы) и привести Р(t) (вероятность безотказной работы).

3.2 Расчет показателей надежности

Операторная представляет собой помещение, в котором расположены ЭВМ. Площадь помещения для работников из расчета на одного человека предусмотрена не менее 6 м2, кубатура не менее 19,5 м3 с учетом максимального числа одновременно работающих.

На рабочих местах обеспечены микроклиматические параметры, уровни освещенности, шума и состояния воздушной среды, определенные действующими правилами и нормами [3].

Предусмотрено регулирование подачи теплоносителя для соблюдения необходимых параметров микроклимата. В качестве нагревательных приборов установлены регистры из гладких труб. Использование электронагревательных приборов и парового отопления - недопустимо.

Исходя из предусмотренной кубатуры помещения на одного работающего, системой кондиционирования подается 40 м3/ч наружного воздуха на человека.

Благодаря установленной системе отопления и кондиционирования, в холодные периоды температура воздуха, скорость его движения и относительная влажность воздуха составляют: 22 - 24оС; 0,1 м/с; 60 - 40%; причем температура может колебаться в пределах от 21оС до 25оС при сохранении остальных параметров в указанных выше пределах. В теплые периоды температура воздуха, его подвижность и относительная влажность составляют 23 - 25оС; 0,1 - 0,2 м/с; 60 - 40 %; причем температура может колебаться в пределах от 21оС до 25оС при сохранении остальных параметров в указанных выше пределах.

Производственный шум отрицательно влияет на ЦНС и ССС, снижает остроту слуха и зрения, повышает кровяное давление, ослабляет внимание, в результате чего увеличивается количество ошибок в действиях работающего, снижается производительность труда.

За единицу измерения уровней звукового давления и интенсивности звука принят децибел (дБ). Диапазон звуков, воспринимаемых органом слуха человека, 0 - 140 дБ.

Предельно допустимый уровень (ПДУ) шума - это уровень фактора, который при ежедневной (кроме выходных дней) работе, но не более 40 часов в неделю в течение всего рабочего стажа, не должен вызывать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений.

Соблюдение ПДУ шума не исключает нарушения здоровья у сверхчувствительных лиц.

Допустимый уровень шума - это уровень, который не вызывает у человека значительного беспокойства и существенных изменений показателей функционального состояния систем и анализаторов, чувствительных к шуму.

Максимальный уровень звука, LАмакс, дБА - уровень звука, соответствующий максимальному показателю измерительного, прямопоказывающего прибора (шумомера) при визуальном отсчете, или значение уровня звука, превышаемое в течение 1 % времени измерения при регистрации автоматическим устройством.

Предельно допустимые уровни шума на рабочих местах установлены с учётом тяжести и напряжённости труда (таблица 6.1)

Таблица 5.1 - Предельно допустимые уровни звука, дБА

Для тонального и импульсного шума ПДУ на 5 дБА меньше значений указанных в таблице 6.1. При воздействии в течение смены на работающего шумов с различными временными и спектральными (широкополосный и тональный) характеристиками в различных сочетаниях измеряют или рассчитывают эквивалентный уровень звука. Для получения в этом случае сопоставимых данных измеренные или рассчитанные эквивалентные уровни звука импульсного и тонального шумов следует увеличить на 5 дБ А, после чего полученный результат можно сравнивать с ПДУ (таблица 6.1.) без внесения в него понижающей поправки, установленной СН 2.2.4./2.1.8.562-96. Согласно таблицы 6.1 уровень звука и эквивалентный уровень звука в помещении операторной не должны превышать 50 дБ.

Для достижения и поддержание указанных выше норм произведены следующие мероприятия: стены и потолки всего здания облицованы звукопоглощающим материалом, а также установлены оконные пластиковые блоки. В качестве звукопоглощающего материала используются специальные стеновые панели, кроме того, использованы подвесные акустические потолки.

Во всём здании предусмотрено как естественное, так и искусственное освещение. Естественное освещение в помещении осуществляется в виде бокового освещения. Величина коэффициента естественной освещенности (к.е.о.) соответствует нормативным уровням по СНиП 11-4-79 «Естественное и искусственное освещение. Нормы проектирования». Т.к. при проведении контроля выполняются работы средней зрительной точности, то предусмотренная величина к.е.о. составляет не ниже 1,0%.

Искусственное освещение в операторной осуществляется в виде комбинированной системы освещения с использованием люминесцентных источников света в светильниках общего освещения. В качестве источников общего освещения используются люминесцентные лампы типа ЛТБ (люминесцентные лампы теплого белого цвета, расположенные над рабочими поверхностями в равномерно - прямоугольном порядке.

Уровень искусственной освещенности на рабочих местах в помещении соответствует нормативным величинам по СНиП 11-4-79. Разряд и подразряд зрительных работ сотрудников операторной составляет III «г». Величина освещенности при искусственном освещении люминесцентными лампами в горизонтальной плоскости составляет не менее 300 лк - для системы общего освещения и не ниже 750 лк - для системы комбинированного освещения. Величина искусственной освещенности для выполнения работ высокой зрительной точности (разряд III, подразряд «г»; пульты ЭВМ и дисплеи) при одном общем освещении составляет не ниже 200 лк.

Для предотвращения засветок экрана дисплея прямыми световыми потоками применяются вертикальные жалюзи, расположенные параллельно стене, в которой имеются оконные проемы. При помощи жалюзи предусмотрено регулирование величины светового потока через оконные проемы. Осветительные установки обеспечивают равномерную освещенность с помощью преимущественно отраженного или рассеянного светораспределения, они не создают слепящих бликов на клавиатуре и других составных частях ЭВМ. Последние конструкторские решения, применяемые в производстве дисплеев для ЭВМ, исключают блики отражения на экранах от светильников общего освещения при помощи специального покрытия на экране монитора.

Местное освещение обеспечивается светильниками, установленными непосредственно на столешнице (стола). При необходимости использования индивидуального светового источника, он должен иметь возможность ориентации в разных направлениях и оснащен устройством для регулирования яркости защитной решеткой, предохраняющей от ослепления и отраженного блеска. Источники света по отношению к рабочему месту расположены таким образом, чтобы исключить попадания в глаза прямого света. Защитный угол арматуры у данных источников составляет не менее 30.

Пульсация освещенности используемых люминесцентных ламп не превышает 10%. При естественном освещении следует применять средства солнцезащиты, снижающие перепады яркостей между естественным светом и свечением экрана. В качестве таких средств можно использовать пленки с металлизированным покрытием или регулируемые жалюзи с вертикальными ламелями.

В поле зрения оператора должно быть обеспечено соответствующее распределение яркости. Отношение яркости экрана к яркости окружающих его поверхностей не превышает в рабочей зоне 3:1.

Для предотвращения образования и защиты от статического электричества в помещении используются нейтрализаторы и увлажнители, полы имеют антистатическое покрытие, все электроприборы заземлены. Защита от статического электричества проводиться в соответствии с санитарно-гигиеническими нормами допускаемой напряженности электрического поля. Допускаемые уровни напряженности электростатических полей не должны превышают 20 кВ в течение 1 часа (ГОСТ 12.1045-84).

Устройства визуального отображения генерируют несколько типов излучения, в том числе рентгеновское, радиочастотное, видимое и ультрафиолетовое. Следует учитывать, что мягкое рентгеновское излучение, возникающее при напряжении на аноде 20-22 кВ, а также высокое напряжение на токоведущих участках схемы вызывают ионизацию воздуха с образованием положительных ионов, считающихся неблагоприятными для человека. Однако, все вышеописанные факторы характерны для мониторов, в основе работы которых находится электронно-лучевая трубка. Последние модели мониторов построены на основе активной жидкокристаллической матрицы, которые не генерируют описанных излучений и не ионизируют воздух. Дисплей именно такого типа используется в операторной, что существенно улучшает условия труда персонала.

Организация рабочих мест осуществлена на основе современных эргономических требований. Конструкция рабочей мебели обеспечивает возможность индивидуальной регулировки соответственно росту работающего и создавать удобную позу. Используемые предметы труда и органы управления находятся в оптимальной рабочей зоне.

Рабочий стол регулируется по высоте, под столешницей рабочего стола имеется свободное пространство для ног, на поверхности рабочего стола для документов предусмотрена специальная подставка, расстояние до которой от глаз аналогично расстоянию от глаз до клавиатуры (для снижения зрительного утомления).

Рабочий стул (кресло) снабжен подъемно поворотным устройством, обеспечивающим регуляцию высоты сидения и спинки; его конструкция предусматривает также изменение угла наклона спинки. Рабочее кресло имеет подлокотники. Регулировка каждого параметра осуществляется легко, независимо и имеет надежную фиксацию. Материал покрытия рабочего стула обеспечивает возможность легкой очистки от загрязнений. Поверхность сидения и спинки полумягкие, с нескользящими, не электризующим и воздухопроницаемым покрытием.

Рациональный режим труда и отдыха сотрудников операторной, установлен с учетом психофизической напряженности их труда, динамики функционального состояния систем организма и работоспособности, предусматривает строгое соблюдение регламентированных перерывов.

В соответствии с особенностями трудовой деятельности сотрудников, в режиме труда введены два дополнительных регламентированных перерыва длительностью 10 минут каждый.

В целях профилактики переутомления и перенапряжения при работе, в том числе при использовании дисплеев, необходимо выполнять во время регламентированных перерывов комплексы физических упражнений.

5.1.2 Расчет искусственного освещения в помещении операторной

Светотехнические расчеты являются основополагающими при проектировании осветительных установок. Задачей расчета обычно является определение числа и мощности светильников, необходимых для получения заданной освещенности [3]. Существует два метода расчета:

определение освещенности с помощью коэффициента использования светового потока при условии общего равномерного освещения горизонтальных поверхностей и отсутствии крупных затеняющих предметов;

расчет освещенности точечным методом при любом ее распределении и при произвольном расположении поверхностей.

В методе «коэффициента использования» основная расчетная формула для определения светового потока лампы (или ламп) в светильнике имеет вид:

Световой поток лампы (ламп) в светильнике (F), лм:

(6.1)

Тогда число светильников N:

(6.2)

где Е_норм - нормируемая минимальная освещённость на рабочем месте, лк;

S_п - площадь производственного помещения, м²;

К - коэффициент запаса светового потока, зависящий от степени загрязнения ламп;

Z - коэффициент неравномерности освещения (для люминесцентных ламп Z =1,1);

n - число ламп в светильнике;

- коэффициент использования светового потока.

Таблица 5.2 - Коэффициент запаса (Кз)

Для определения коэффициента использования светового потока находится индекс помещения (i) и по таблице 6.3 оценивается значение коэффициентов отражения потолка (п) и стен (ст).

Таблица 5.3 - Ориентировочное значение коэффициентов отражения потолка (п) и стен (ст) производственных помещений

Для определения коэффициента использования светового потока () находится индекс помещения (i) по формуле:

(6.3)

где А и В - длина и ширина помещения, м;

h - высота подвеса светильника над рабочей поверхностью, м. Вычисляется по формуле:

(6.4)

где H - высота помещения, м; h' - высота рабочей поверхности, м; h'=0,72 м.

После подстановки данных в формулу (6.3), находим индекс помещения:

По полученному в результате расчета требуемому световому потоку выбирается стандартная ближайшая лампа накаливания или люминесцентная. Допускается отклонение величин светового потока лампы не более чем на -10..+20%. При невозможности выбора лампы с таким приближением корректируется число светильников.

Коэффициенты отражения потолка и стен принимаем 70% и 50% соответственно. В зависимости от индекса помещения и коэффициентов отражения потолка и пола находим коэффициент использования светового потока по таблице: = 33.

Выбираем тип люминесцентных ламп низкого давления:

Лампа ЛТБ-20, световой поток 975 лм;

Лампа ЛТБ-40, световой поток 2780 лм;

Лампа ЛТБ-65, световой поток 4200 лм,

Подставив все значения, найдем количество светильников:

для ЛТБ-20: шт;

для ЛТБ-40: шт;

для ЛТБ-65: шт;

Из трех вариантов выбираем наиболее экономичный в плане потребляемой энергии. Для определения оптимального варианта надо рассчитать:

(6.5)

для ЛТБ-20: ;

для ЛТБ-40: ;

для ЛТБ-65: .

Следовательно, наиболее экономичным будет вариант ЛТБ-40. Длина одного светильника ЛТБ-40 (l) равна 1,27 м. Тогда общая длина светильников (l_св) составит l_св =l*N=1.27*6=7.62 м. Уместным было бы разместить светильники в два ряда вдоль длинных сторон помещения.

Следуя указаниям и инструкциям описанных в данной главе, рабочие места сотрудников операторной, а также микроклимат в помещении будут соответствовать всем утвержденным нормам и правилам промышленной безопасности. Проектом также предусматриваются следующие меры по улучшению условий труда:

1) улучшение искусственной освещенности рабочих мест;

2) установка жидкокристаллических дисплеев;

3) установка оконных блоков изготовленных из пластиковых профилей и стеклопакетов, что существенно снижает прохождение шума извне;

4) установка системы кондиционирования, что улучшает значения параметров микроклимата в помещении;

5) оборудование рабочих мест современной эргономичной мебелью.

5.1.3 Защита от статического электричества и излучений

В машинных залах ЭВМ, в помещениях с дисплеями необходимо контролировать уровень аэроионизации. Ионизирующие излучения на расстоянии 5 см от любой точки ЭВМ не более 0,1 мбэр/час.. Следует учитывать, что мягкое рентгеновское излучение, возникающее при напряжении на анода 20-22 кВ, а также высокое напряжение на токоведущих участках схемы вызывают ионизацию воздуха с образование положительных ионов, считающихся неблагоприятными для человека. Оптимальным уровнем аэроионизации в зоне дыхания работающего считается содержание легких аэроионов обоих знаков от 1.5·10² до 5·10³ в 1 см³ воздуха.

Необходимо, чтобы в диапазоне 2 Гц - 5 кГц напряжение электромагнитного поля Е не более 25 В/м, а магнитного поля Н не более 0,2 А/м на расстоянии 50 см от ПЭВМ. Для частот 2 Гц - 400 Гц напряжение электромагнитного поля Е не более 2,2 В/м, а магнитного поля Н не более 0,02 А/м на расстоянии 50 см от ПЭВМ.

5.1.4 Электробезопасность и молниезащита

Электроустановки должны быть выполнены в соответствии с требованиями «Правил устройства электроустановок», «Нормативов по технике безопасности на проектирование оборудования, установок, инструмента». Временных нормативов проектирования и выполнения заземляющих устройств электроустановок нефтяной промышленности, «Указания по проектированию и устройству молниезащиты и сооружений» (СН 305-77).

Конструкция электроустановок должна соответствовать условиям их эксплуатации и обеспечивать защиту персонала от соприкосновения с токоведущими и движущими частями, а оборудование -- от попадания внутрь посторонних твердых тел и воды.

Основными техническими способами и средствами защиты от поражения электрическим током, используемыми отдельно или в сочетании друг с другом, являются:

· защитное заземление;

· зануление;

· выравнивание потенциалов;

· малое напряжение;

· электрическое разделение сетей;

· защитное отключение;

· изоляция токоведущих частей (рабочая, дополнительная, усиленная, двойная);

· компенсация токов замыкания на землю;

· оградительные устройства;

· предупредительная сигнализация;

· знаки безопасности;

· изолирующие защитные и предохранительные приспособления.

Для обеспечения безопасности людей и сохранности зданий и других сооружений, а также оборудования и материалов, находящихся в них, от разрушения, загорания и взрывов при прямых ударах молнии должна устраиваться молниезащита в соответствии с «Указаниями по проектированию и устройству молниезащиты зданий и промышленных сооружений» СН 305-69.

Запрещается во время грозы производить работы по обслуживанию оборудования НПС, а также находиться на расстоянии ближе 10 м от заземляющих устройств грозозащиты.

Для борьбы с проявлениями вторичных воздействий молнии, а также статического электричества, технологическая аппаратура и трубопроводы, содержащие горючие пары и газы, должны заземляться. Допускается использование заземляющих устройств электроустановок.

Сопротивление заземляющего устройства, предназначенного для защиты от статического электричества, допускается до 100 Ом.

5.1.5 Оценка пожарной опасности операторной

Здание операторной по классификации ОНТП24-86 имеет категорию Д по взрывоопасной и пожарной опасности. Возникновение пожара будет зависеть от степени огнестойкости здания, а также от плотности застройки.

Плотность застройки в районе здания невелика, рядом со зданием нет деревянных и легковоспламеняющихся построек, минимальное расстояние до ближайшего здания равно ~ 10-12 м. Таким образом, вероятность возникновения сплошного пожара практически равна нулю.