Разработка системы управления процессом копчения

Успешные предприниматели в своей деятельности давно применяет автоматы управления, управляющие исполнительными устройствами и механизмами. Системы, построенные на таких автоматах, работают очень надёжно и легки в обслуживании, однако возможности их использования ограничены вложенными в них алгоритмами, которые не могут быть изменены или подстроены под изменяющиеся технологии. Использование устройств с жёстко заданной логикой приводит к увеличению стоимости всего проекта, так как приходится добавлять промежуточные реле, реле времени и другие подобные устройства, чтобы реализовать различные функции технологического процесса, не прописанные в алгоритме автоматов управления.

Благодаря программируемым логическим контроллерам (ПЛК) в настоящее время появилась возможность сравнительно просто и недорого решить множество задач при помощи одного устройства. Специалисты многих компаний из всех представленных на рынке производителей ПЛК остановили свой выбор на приборах российских производителей - компании ОВЕН. С применением программируемых контроллеров возможности управления существенно расширились, теперь можно создавать необходимые программные алгоритмы, подстраивать их под задачи и требования определённого технологического процесса, заменять одним ПЛК большое число контрольно-измерительных приборов.

С появлением возможности описания алгоритма работы всей системы в одном устройстве пропадает необходимость в дополнительных устройствах управления, что существенно удешевляет стоимость всего проекта. При этом ещё следует учесть, что для соединения элементов управления используется дешёвая витая пара и сами элементы находятся вблизи исполнительных устройств, что уменьшает количество соединительного кабеля и повышает надёжность работы системы, точность регистрируемых и регулируемых параметров. Подобные проекты отличаются несложным проектированием, простотой наладки и сравнительно невысокой ценой.

При разработке проекта мы постарались заложить широкие возможности его применения - не только в процессе копчения - но и на других объектах, где используются системы климат-контроль (теплицы, магазины, климатические испытательные камеры и т. д.).

Основные функциональные особенности комплекса:

· упрощенное управление камерным оборудованием;

· измерение температуры;

· измерение влажности;

· управление камерным оборудованием производится как по средним значениям температуры и влажности, так и по измеренному значению в любой точке;

· управление режимами охлаждения, нагрева, увлажнения и осушения в автоматическом режиме по заданной программе;

· управление приточно-вентиляционными блоками и приводами заслонок притока и вытяжки воздуха в автоматическом режиме по заданной программе с учётом температуры наружного воздуха;

· плавная регулировка скорости вращения и длительности включения двигателей приточных вентиляторов в зависимости от температуры.

При разработке системы автоматизации в качестве основного программирующего устройства был взят контроллер ОВЕН - ПЛК 154.

Для автоматизации выбран отечественный контроллер, подходящий по параметрам проекта и прошедший российскую сертификацию[14].

ОВЕН ПЛК 154 - программируемый логический контроллер с дискретными и аналоговыми входами и выходами:

ТУ 4252002465265362007

Сертификат соответствия № РОСС RU.ME67.B05542

Сертификат об утверждении типа средств измерений RU.С.34.018.А № 30105

Разрешение на применение на объектах котлонадзора № РРС 01 0054

Рисунок 12 - Внешний вид и схема подключения входов и выходов ПЛК154

Технические характеристики ПЛК154:

Напряжение питания - ~90...264 В, 47...63 Гц;

Потребляемая мощность - 6 Вт,

Резервное питание - встроенный аккумулятор выдерживать пропадания питания до 10 мин без перезагрузки,

Степень защиты корпуса - IP20,

Центральный процессор - 32-x разрядный RISС процессор 200 МГц на базе ядра АRM9,

Объем оперативной памяти - 8 Мбайт,

Объем энергонезависимой памяти хранения программ и архивов - 3 Мбайт, (Flаsh память, специализированная файловая система),

Среда программирования - СoDeSys 2.3 - распространяется бесплатно (входит в комплект поставки),

Языки программирования - IL, ST, LD, SFС, FBD + дополнительный язык СFС,

Дискретные входа - 4 (10 кГц в режиме энкодера - 1 кГц),

Аналоговые входа - 4 универсальных - ток 0(4)...20 мА, 0...5 мА, напряжение 0...1 В, 0...10 В, сопротивление 0...5 кОм. Подключение датчиков тока и напряжения осуществляется напрямую и не требует согласующих резисторов,

Дискретные выхода - 4 (э/м реле 4 А при 220 В 50 Гц и сos ц - 0,4),

Аналоговые выхода - 4 (универсальных 4...20 мА или 0...10 В, программное переключение типа выходного сигнала),

Интерфейсы - RS-485, RS-232, internet 10/100 Мbps,

Скорость обмена по протоколам RS - настраиваемая, до 115200 bps,

Интерфейс для программирования и отладки - RS-232, internet,

Возможность расширения - подключения модулей ввода/вывода,

Встроенные часы - реального времени.

Специальный редактор, встроенный в среду программирования СoDeSys для создания экранов с пользовательскими мнемосхемами.

На экране визуализации можно добавить простые геометрические объекты, кнопки, графики, таблицы, гистограммы, элементы ввода и вывода информации. В одном проекте может быть создано несколько окон визуализации, вызываемых с помощью кнопок либо другими способами.

Специальное окно в среде программирования СodeSys, позволяющее настраивать драйверы ввода/вывода и периферийный обмен по интерфейсам ПЛК.

С помощью данного ресурса производится настройка:

- связи ПЛК с модулями расширения, GSM модемом, панелями оператора или другими устройствами, подключаемыми к контроллеру по сетевым интерфейсам и через поддерживаемые протоколы ОВЕН, Modbus, Modbus TСP и DСON;

- настройка входов и выходов ПЛК для подключения датчиков и исполнительных механизмов;

- для контроллеров ОВЕН можно настраивать модуль статистики (сервисные данные о контроллере) и модуль архиватора.

От ПЛК сигналы управления поступают на преобразователь интерфейсов АС3-М.

Рисунок 13 - Внешний вид преобразователя интерфейсов АС3-М



Таблица №2. Технические характеристики АС3-М

После преобразователя устанавливаем измеритель-регулятор температуры и влажности МПР51-Щ4.

Связь между ПЛК и МПР51-Щ4 будет организована согласно протоколу MODBUS через промышленный протокол передачи данных RS-485.

Рисунок 14 - Пример организации сети обмена данных



Для того чтобы управлять всей системой в режиме реального времени, видеть показания датчиков на данный момент и возможность регулировать механизмами имеется возможность подключения сенсорной панели оператора фирмы ОВЕН СП - 270 [14].

Рисунок 15 - Внешний вид панели оператора СП 270

Технические характеристики СП 270:

Напряжение питания постоянного тока - 22…26 В,

Номинальное напряжение питания -24 В,

Потребляемая мощность - не более 5 Вт,

Тип дисплея - цветной TFT,178 (7) диагональ, мм (в дюймах),

Разрешение дисплея - пиксель 480 Ч 234,

Используемые интерфейсы связи - RS-232 (2 канала), RS-485 (1 канал),

Тип интерфейса для связи с ПЛК и/или другими приборами - RS-232, RS-485,

Тип интерфейса для загрузки проекта из ПК - RS-232,

Режимы работы панели - Mаster, Slаve,

Память программ (Flаsh-RАM) - 4 Мб,

Память данных (SDRАM) - 4 Кб,

Встроенные часы реального времени - есть.

Панель оператора с сенсорным экраном СП270 представляет собой устройство класса «человеко-машинный интерфейс», предназначенное для загрузки управляющей программы (проекта) функционирования ПЛК или др. приборов, к которым подключается панель, мониторинга функционирования и редактирования значений параметров функционирования. Позволяет отображать на экране ход выполнения технологического процесса и редактировать значения параметров, отвечающих за функционирование системы.

Логика работы панели СП270 определяется потребителем в процессе конфигурирования на ПК с использованием программного обеспечения «Конфигуратор СП200».

Панель СП270 предназначена для выполнения следующих функций:

- отображение состояния управляемого объекта в режиме реального времени, с использованием графических пиктограмм (индикаторы, графики, линейки, условные обозначения оборудования и т. д.);

- отображение сенсорных элементов, при помощи которых оператор осуществляет непосредственное управление функционированием объекта;

- управление функционированием ПЛК и/или других приборов; запись и чтение значений регистров ПЛК и/или других приборов, к которым подключается панель;

- оперативное изменение режима работы (изменение внешнего вида экрана и интерфейса управления, параметров управления и пр.) путем загрузки нового проекта;

- работа в режиме Mаster или Slаve.

В результате основным измерительным и регулирующим органом является регулятор МПР51-Щ4. На рисунке 16 изображена примерная схема построения АСУ.



Рисунок 16 - Схема построения АСУ процессом копчения

Программируемый измеритель-регулятор типа МПР51-Щ4 предназначен для управления многоступенчатыми температурно-влажностными режимами технологических процессов при производстве мясных и колбасных изделий, в хлебопекарной промышленности, в инкубаторах, при сушке макарон, изготовлении железобетонных конструкций, сушке древесины, в климатических камерах и пр. по заданной пользователем программе.

МПР51;Щ4 позволяет:

* измерять температуру при помощи термопреобразователей сопротивления, подключенных ко входам Тсух, Твлаж, Тпрод;

* определять текущее положение задвижек при наличии у них резистивных датчиков положения;

* измерять относительную влажность воздуха при помощи датчика психрометрического типа;

* регулировать температуру по двум независимым каналам;

* задавать программу регулирования с защитой ее от несанкционированного доступа;

* сигнализировать об обрыве или коротком замыкании в линии «прибор - датчик».

* регистрировать контролируемые параметры на IBM-совместимом компьютере (при помощи адаптера интерфейса АС2 ОВЕН).

Рисунок 17 - Программируемый измеритель-регулятор типа МПР51-Щ4



Таблица №3 Технические данные МПР51-Щ4

Рисунок 18 - Функциональная схема прибора МПР51-Щ4



В качестве датчиков температуры выбираем термопреобразователи сопротивлений ТСП 100 фирмы ОВЕН:

Рисунок 19 - Термопреобразователь ТСП 100

Технические характеристики ТСП 100:

Диапазон измеряемых температур -200°С…+750°С

Чувствительность 0,1°



3. Разработка программного обеспечения

В качестве программного обеспечения контроллеров фирмы ОВЕН используем поставляемый совместно программный продукт СodeSys 3.0.

Языки МЭК (языки программирования контроллера).

Стандартом МЭК предусмотрено 5 языков программирования ПЛК: IL, LD, FBD, ST, SFС. При разработке проекта пользователь может выбрать любой из языков для написания конкретного программного модуля (POU). В рамках одного проекта могут присутствовать программные модули, написанные на разных языках. В СoDeSys поддержаны все 5 языков, а также один дополнительный:

IL (Instruсtion List) - Список инструкций - язык программирования, напоминающий ассемблер Siemens STEP7. Все операции производятся через ячейку памяти, «аккумулятор», в который программа записывает результаты произведенных действий.

Рисунок 20 - Список инструкций - язык программирования

LD (Lаdder Diаgrаm) - Релейные диаграммы - графический язык программирования, использующий принципы построения электрических схем. С помощью элементов «контакт» и «катушка» пользователь собирает схему прохождения сигнала. Язык удобен для реализации логических алгоритмов работы с дискретными сигналами.



Рисунок 21 - Релейные диаграммы - графический язык программирования

· FBD (Funсtionаl Bloсk Diаgrаm) - Диаграмма функциональных блоков -графический язык программирования. Все действия и операторы, используемые в данном языке, представляются в виде функциональных блоков (ФБ). ФБ имеют входы и выходы определенных типов, которые могут быть связаны между собой.

Рисунок 22 - Диаграмма функциональных блоков -графический язык программирования

Помимо стандартных ФБ пользователь может вставлять в алгоритм собственные, созданные в рамках данного проекта или реализованные в подключенных к проекту библиотеках.

В СoDeSys реализован улучшенный язык программирования с помощью функциональных блоков, получивший обозначение СFС.

· ST (Struсtured Text) - Структурный текст - текстовый язык программирования, схожий с языком высокого уровня (С, Pаsсаl). Язык ST удобен для реализации сложных вычислений, циклов и условий, для работы с аналоговыми сигналами.



Рисунок 23 - Структурный текст - текстовый язык программирования

· SFС (Sequentionаl Funсtionаl Сhаrt) - Последовательные функциональные схемы - графический язык, приспособленный для создания последовательности этапов алгоритма работы. Каждый этап реализуется на любом удобном для пользователя языке. Язык удобен для создания алгоритмов управления сложными процессами, имеющими несколько ступеней, написания моделей автоматов.

Рисунок 24 - Последовательные функциональные схемы - графический язык

Специальный редактор, встроенный в среду программирования СoDeSys для создания экранов с пользовательскими мнемосхемами.

На экране визуализации можно добавить простые геометрические объекты, кнопки, графики, таблицы, гистограммы, элементы ввода и вывода информации. В одном проекте может быть создано несколько окон визуализации, вызываемых с помощью кнопок либо другими способами.

Специальное окно в среде программирования СodeSys, позволяющее настраивать драйверы ввода/вывода и периферийный обмен по интерфейсам ПЛК. С помощью данного ресурса производится настройка:

- связи ПЛК с модулями расширения, GSM модемом, панелями оператора или другими устройствами, подключаемыми к контроллеру по сетевым интерфейсам и через поддерживаемые протоколы ОВЕН, Modbus, Modbus TСP и DСON;

- настройка входов и выходов ПЛК для подключения датчиков и исполнительных механизмов;

- для контроллеров ОВЕН можно настраивать модуль статистики (сервисные данные о контроллере) и модуль архиватора.

Описание работы основной прграммы и программы визуализации.

Основная программа написана в программной среде СodeSys при помощи редактора линейных диаграмм LD. Язык релейных или релейно-контактных схем (РКС) - графический язык, реализующий структуры электрических цепей.

Лучше всего LD подходит для построения логических переключателей, но достаточно легко можно создавать и сложные цепи как в FBD. Кроме того, LD достаточно удобен для управления другими компонентами POU.

Диаграмма LD состоит из ряда цепей. Слева и справа схема ограничена вертикальными линиями- шинами питания. Между ними расположены цепи, образованные контактами и обмотками реле, по аналогии с обычными электронными цепями. Слева любая цепь начинается набором контактов, которые посылают слева направо состояние "ON" или "OFF", соответствующие логическим значениям ИСТИНА или ЛОЖЬ. Каждому контакту соответствует логическая переменная. Если переменная имеет значение ИСТИНА, то состояние передается через контакт. Иначе правое соединение получает значение выключено ("OFF").



Рисунок 25 - Функциональный блок температурного датчика

Рисунок 26- Управляющая программа для температурного датчика №1

4.1 Алгоритм регулирования температуры и влажности

Управление процессом регулирования температуры осуществляется системой управления следующим образом (блок-схема алгоритма управления)



Рисунок 27 - Блок-схема управления процессом регулировки температуры

На первом этапе управления осуществляется инициализация системы управления (блок 1) - это тестирование памяти, настройка портов ввода вывода ПЛК, проверка линии связи.

Измерение величины температуры, осуществляется датчиками. ПЛК системы управления осуществляет последовательный опрос датчиков путем посылки к соответствующему адаптеру импульсов «запроса» (блок 3). Далее осуществляется прием информации от запрашиваемого датчика и передача. Опрос датчиков осуществляется с интервалом q=0,01с.

Текущие значения температуры, полученное от датчиков, выводятся на показывающие приборы мнемосхемы технологической установки пульта диспетчера. Кроме того, в ПЛК сравниваются текущие значения параметров с заданными (блок 6 ) и в случае не соответствия формируются управляющие команды на автоматические регуляторы (блок 9). Например, изменения температуры в контролируемой точке осуществляется путем включения вытяжного вентилятора.

Информация о работе установки передается от ЭВМ на мнемосхему технологического объекта с элементами индикации и, при необходимости, на печатающее устройство.

Алгоритм регулирования значения влажности аналогичен, стой лишь разницей, что добавлен блок вычисления самого параметра (значения влажности). Пример на рисунке 28.



Рисунок 28 - Блок-схема управления процессом регулировки влажности

4.2 Принцип передачи данных

Принцип передачи данных в системе управления заключается в следующем (см. блок-схему алгоритма на рисунке 29).

При получении запроса от ПЛК о необходимости получения информации о контролируемом параметре (блок 2), микроконтроллер осуществляет опрос и ввод сигналов от соответствующего аналогового или дискретного датчика (блок 5 или блок 6). Далее происходит обработка и при необходимости накопление текущих значений контролируемого параметра. Полученная информация передаётся на пульт оператора. Приём-передача информации осуществляется с помощью интерфейса RS-485[2]. Стандарт RS485 является наиболее применяемым в современных системах управления и предусматривает связь в обе стороны по симметричной согласованной линии связи (витым парам провода).

Ввод данных в ПЛК осуществляется через блок согласования БС, который предназначен для преобразование токовых сигналов от аналоговых датчиков в сигнал напряжения (для этого используются прецизионные резисторы); осуществляется гальваническая развязки линии связи адаптера с контактными датчиками (например, с помощью транзисторных оптопар АОТ128Б [3]); осуществляется защита микроконтроллера от возможных перенапряжений в соединительных линиях датчиков (с помощью стабилитронов и резисторов).

Основным элементом является микроконтроллер, который осуществляет прием информации от датчиков, обработку и хранение в памяти данных, управляет передачей данных в ЭВМ, а также принимает «запрос» от оператора о необходимости передачи информации. Для передачи данных от регуляторов в ПЛК в структуре предусмотрен специальный согласующий элемент АСМ3 последовательного интерфейса стандарта RS485.



Рисунок 29 - Блок-схема алгоритма передачи информации

4.3 Визуализация

На рисунке 30 изображена мнемосхема визуализации панели оператора камеры копчения.

Рисунок 30 - Мнемосхема визуализации

5. Расчет капитальных затрат на разработку и внедрения оборудования

Подсчитаем капитальные затраты на реализацию проекта автоматической системы управления процессом копчения..

Затраты на реализацию проекта включают в себя капитальные затраты К_КАП и будут складываться из затрат на составление проекта К_С.П, стоимости оборудования для автоматизированной системы управления, затраты на монтаж и сборку К_М. Также будем учитывать прочие расходы, в которые войдут транспортные расходы и расходы на непредвиденные нужды К_ПР (примем их как 10% от затраты на реализацию проекта). Т.е.

К_КАП = К_С.П. + К_ОБ + К_М + К_ПР.

Затраты на составление проекта К_С.П.:

Время расчёта проектной документации = 1месяц, месячный оклад инженера проектировщика составляет 11 820 руб.

К_С.П. = оклад + район.(50%) + северн. (50%) + ЕСН (26.2%)

Тогда:

К_С.П. = 11 820 + 5 910 + 5 910 + 6 193,68 = 29 833,68руб.

Затраты на монтаж оборудования К_М:

Количество человек необходимых для монтажа автоматизированной системы управления процессом пылеприготовления - 2 человека, разрядность работы по монтажу - 4 разряд, месячный оклад электрослесаря этого разряда составляет 6 404 руб.



Время на монтаж и наладку оборудования автоматизированной системы управления 1,5 месяца.

Поэтому;

К_М = 2 • 1,5 • (оклад + район.(50%) + северн. (50%) + ЕСН (26.2%))

К_М = 2 • 1,5 • (6 404 + 3 202 + 3 202 + 3 355,69) = 48 491,07 руб.

Затраты на стоимость оборудования для автоматизированной системы управления представим в виде сметы, К_ОБ:

Таблица 5.1.1 - Смета затрат на приобретение оборудования

	Наименование	Цена, р.	Количество	Сумма, р.
1.	Программируемый логический контроллер ПЛК154	12 095	1	12 095
2.	Модуль ввода аналоговый МВА8	3 422	1	3 422
3.	Модуль вывода управляющий МВУ8	3 422	1	3 422
4.	ПИД - регулятор МПР151-Щ4	4 956	1	4 956
5.	Блок питания БП 15	1 003	2	2 006
6.	Блок коммутации силовых тиристоров БКСТ 1	1 298	1	1 298
7.	Панель оператора СП 270	13570	1	13570
8.	Кабель КВП-5e 4х2х0,52	16	600 м.	9 600
9.	Трансформатор ТСП - 10/0,7	35 518	1	35 518
10.	Датчики температуры ТСП100	7 690	1	7 690
11.	Камера копчения КТД-500	15 801	1	15 801
Итого:	109 378

Рассчитаем непредвиденные нужды К_ПР:

Далее чтобы узнать затраты на прочие нужды надо

К_ПР.= (К_С.П.+ К_ОБ + К_М) • 10%

К_ПР.= (29 833,68 + 48 491,07 + 109 378) • 10%

К_ПР.= 18 770,275 руб.



Таким образом рассчитаем капитальные затраты на реализацию проекта разработки автоматизированной системы управления

К_КАП = 29 833,68 + 48 491,07 + 109 378 + 18 770,275 = 206 473,03руб.

Результаты произведенных расчетов сведем в таблицу:

Таблица 5.1.2 - Результаты расчетов

Затраты	Сумма,руб.
Составление проекта	29 833,68
Стоимость оборудования	109 378
Монтаж оборудования	48 491,07
Прочие расходы	18 770,275
Итого:	206 473, 03

Так как на основной деаэраторе три параллельных ветви деаэрации, капитальные затраты на один деаэратор составят, руб:

К_КАП = 206 473,03 • 3 = 619 419,075

5.1 Расчет текущих затрат на эксплуатацию

Рассчитаем текущие затраты на эксплуатацию системы К_ТЕК, так как камера КТД имеет непрерывный цикл работ то, возможно предположить что в год он будет нарабатывать максимум часов, 8760 часов/год.

Энергопотребление автоматизированной системы, разница по мощности между старой системой и новой, составит 184 Вт.

Стоимость одного кВт/часа на собственные нужды установки составляет примерно 2,5руб.

Тогда К_ТЕК, руб:



К_ТЕК = 8760 • 184 •2,5 = 4029600

5.2 Расчет экономического эффекта от внедрения автоматизированной системы

При подготовке дипломного проекта было выяснено что на аналогичных установках копчения Санкт-Петербурский рыбзавод №2 (в 1999г.) и на Мурманском рыбхозе (в 2008г.) после автоматизации на основе микропроцессорной техники новая система позволила не только повысить культуру управления но и увеличить производительность в 1,7 раза. В результате полученная чистая прибыль увеличилась в 1,6 раза - будем считать это достигнутым экономическим эффектом.

Оптовая цена готовой продукции за 1 кг в нашем регионе равняется примерно 180 рублей (с учётом НДС).

Следовательно экономический эффект от внедрения автоматизированной системы управления процессом копчения составит:

Э = 10000 • 180 = 1 800 000 руб.

Время окупаемости автоматизированной системы управления рассчитаем по формуле:

= Т_ОК,

где Э - эффект от внедрения новой автоматизированной системы управления, руб.;

Тогда Т_ОК - время окупаемости, года.



Т_ОК = ? 2,5

Т_ОК.М = 2,5 • 12 мес. = 30 мес.

Следовательно, время окупаемости разработанной автоматизированной системы управления процессом копчения составит 30 месяцев.



6. Анализ потенциальных опасных и вредных производственных факторов при эксплуатации проектируемого АСУ

В соответствии с ГОСТом 12.0.003-74 процесс копчения сопровождается следующими опасными (вызывающими травмы) и вредными (вызывающими заболевания) производственными факторами:

Физические опасные и вредные:

- Повышенное значение напряжения в электрической цепи, замыкание которого может произойти через тело человека.

Основными причинами воздействия тока на человека являются: случайное прикосновение к токоведущим частям, появление напряжения на металлических частях электрической машины в результате повреждения изоляции или ошибочных действий персонала; шаговое напряжения на поверхности земли в результате замыкания провода.

Таблица 6.1 - Предельно допустимые уровни напряжений прикосновений и токов ГОСТ 121.038-82

Род тока	U, В не более	I, мА не более
Переменный, 50Гц	2.0	0.3
Переменный, 400Гц	3.0	0.4
-Постоянный	8.0	1.0

- Повышенный уровень шума на рабочем месте.

Шум вызывает нежелательную реакцию всего организма человека. Шум, даже когда он не велик (при условии 50 - 60 дБА), создает значительную нагрузку на нервную систему человека, оказывая на него психологическое воздействие. Степень вредности шума зависит от того, насколько он отличается от первичного шума. Патологические изменения, возникающие под влиянием шума, рассматривают как шумовую болезнь. Основными факторами, вызывающими шум, являются соударение деталей вследствие неизбежных зазоров, инерционные возмущающие силы, возникающие из-за деталей механизма с переменными ускорениями.

Основными источниками шума являются, прежде всего, подшипники и неуравновешенные вращающие части машины. Для уменьшения шума целесообразно изменять металлические детали на пластмассовые. При выборе металла для изготовления деталей необходимо учитывать, что внутреннее трение в различных металлах неодинаково, а, следовательно, различна звучность. Для уменьшения шума, также широко применяются смазывание трущихся поверхностей в сочленениях и балансировка вращающихся элементов электрической машины.

Действующие нормы шумы на рабочих местах регламентируются ГОСТ12.1.003-83 ”ССБТ. Шум. Общие требования безопасности”.

Таблица 6.2 - Шум. Общие требования безопасности ГОСТ12.1.003-83

Вид трудовой деятельности	Уровни звукового давления, дБ в октавных полосах со среднегеометрическими частотами. Гц	Уровень звука и эквивалентный уровень звука, дБА
	31,5	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
Выполнение всех видов работ на постоянных местах в производственных помещениях и на территории предприятий	107	95	87	82	78	75	73	71	69	80

Для обеспечения безопасной работы и предупреждения заболеваний, необходимо использовать средства индивидуальной защиты от шума. К средствам индивидуальной защиты от шума относятся вкладыши и наушники. Если уровень шума более 120 дБ, то необходимо использовать шлемы ГОСТ 12.1.029-80 ”ССБТ. Средства и методы защиты от шума”.

- Повышенный уровень вибрации.

Анализ производственной вибрации представляет большие трудности, так как колебания машин и другого оборудования не являются простыми гармоническими колебаниями. ГОСТ 12.012-90 ”ССБТ. Вибрация. Общие требования безопасности предусматривает общую оценку вибрации, воздействующей на человека в производственных условиях”. Общая вибрация оказывает не благоприятное воздействие на человека, его нервную систему, наступает изменение в сердечнососудистой системе, вестибулярном аппарате, нарушается обмен веществ. Все это ведет к профессиональному заболеванию вибрации. Вибрация может не оказывать болезненных ощущений, но затруднить проведения производственных процессов.

Таблица 6.3 - Санитарные нормы одночисловых показателей вибрационной нагрузки для длительности смены 8ч.

Вид вибрации	Категория вибрации по санитарным нормам	Направление действия	Нормативные, корректированные по частоте и эквивалентные корректированные значения
			виброускорения	виброскорости
			м•с-2	дБ	м•с-1 •10-2	дБ
Локальная	-	Zл, Yл,Xл	2,0	126 ,	2,0	1127
Общая	1	Zq	0,56	115	1,1	107
		Yq,Xо	0,4	112	3,2	116
	2	Zq, Yq,Xо	0,28	109	0,56	101
	3 тип «а»	Zq, Yq,Xо	0,1	100	0,2	92
	3тип «в»	Zq, Yq,Xо	0,014	83	0,028	75

- Недостаточная освещенность рабочей зоны.

Свет является естественным условием жизни человека, необходимым для сохранения здоровья и высокой производительности труда, и основным на работе зрительного анализатора, самого тонкого и универсального органа чувств.

Освещение в производственных зданиях и на открытых площадках может осуществляться естественным и искусственным светом и должно быть таким, чтобы обеспечить полную безопасность работающего персонала. При недостаточности естественного освещения используют совмещенное освещение, при котором в светлое время суток используется одновременно естественный и искусственный свет. Освещение должно нормироваться согласно СНиП 23-05-95 который разработан в соответствии с общей системой нормативных документов в строительстве.

Документ устанавливает нормы естественного, искусственного и совмещенного освещения зданий и сооружений, а также нормы искусственного освещения селитебных зон, площадок предприятий и мест производства работ вне зданий.

В соответствии с СНиП 23-05-95 все зрительные работы делят на восемь разрядов в зависимости от размера объекта различия и условий зрительной работы. При условиях, затрудняющею зрительную работу или облегчающих ее, повышающих опасность травматизма или требующих улучшений санитарных условий уровни нормируемой освещенности должны быть повышены или понижены.

- Химические опасные и вредные производственные факторы по характеру действия на организм человека подразделяются на следующие подгруппы: общетоксические, раздражающие, сенсибилизирующие (вызывающие аллергические заболевания), канцерогенные (вызывающие развитие опухолей), мутогенные (действующие на половые клетки организма). В эту группу входят многочисленные пары и газы: пары бензола и толуола, окись углерода, сернистый ангидрид, окислы азота, аэрозоли свинца и др., токсичные пыли, образующиеся, например, при обработке резанием бериллия, свинцовистых бронз и латуней и некоторых пластмасс с вредными наполнителями. К этой группе относятся агрессивные жидкости (кислоты, щелочи), которые могут причинить химические ожоги кожного покрова при соприкосновении с ними.

Между вредными и опасными производственными факторами наблюдается определенная взаимосвязь. Во многих случаях наличие вредных факторов способствует проявлению травмоопасных факторов. Например, чрезмерная влажность в производственном помещении и наличие токопроводящей пыли (вредные факторы) повышают опасность поражения человека электрическим током (опасный фактор).

Уровни воздействия на работающих вредных производственных факторов нормированы предельно-допустимыми уровнями, значения которых указаны в соответствующих стандартах системы стандартов безопасности труда и санитарно-гигиенических правилах.

Предельно допустимое значение вредного производственного фактора (по ГОСТ 12.0.002-80)[7] - это предельное значение величины вредного производственного фактора, воздействие которого при ежедневной регламентированной продолжительности в течение всего трудового стажа не приводит к снижению работоспособности и заболеванию как в период трудовой деятельности, так и к заболеванию в последующий период жизни, а также не оказывает неблагоприятного влияния на здоровье потомства.

Вредные химические вещества, их нормирование

Вредные химические вещества окружающей среды, как и любые другие, можно разделить на две группы: естественные (природные) и антропогенные (попадающие в окружающую среду в связи с деятельностью человека).

Для организма человека разнообразие химических веществ имеет неравноценное значение. Один из них индифферентны, то есть безразличны для организма, другие оказывают на организм вредное действие, третьи обладают выраженной биологической активностью, являясь либо строительным материалом живого вещества, либо ставной частью химических регуляторов физиологических функций: ферментов, пигментов, витаминов. Последние получили название биологически активных элементов (или биогенных элементов). Все биогенные элементы в зависимости от их процентного содержания в организме человека разделены на две группы:

макроэлементы -- О, С, Н, N, Сl, S, Р, Са, Nа, Mg, содержание которых в организме человека составляет 10-³% и более;

микроэлементы -- I, Сu, Со, Zn, Pt, Mo, Mn и др. , содержание которых в организме достигает 10 -- 10- ²%;

Качественное и количественное содержание химических элементов определяется природой организма, при этом внутренняя и внешняя среда представляет собой единую, целостную систему, находящуюся в динамическом равновесии с окружающей средой.

Необходимо отметить однако, что физиологические возможности процессов уравновешивания внутренней среды организма с постоянно меняющейся спешней средой ограничены. Расстройство равновесия, выражающееся в нарушении процессов жизнедеятельности или в развитии болезни, может наступать при воздействии чрезвычайного по величине или необычного по характеру фактора среды. Такого рода ситуации могут иметь место на определенных территориях вследствие естественного. На этих территориях избыток или недостаток определенных химических элементов наблюдается в местной фауне и флоре. Такие территории были на -- званы биогеохимическими провинциями; а наблюдаемые специфические заболевания населения получили название геохимических заболеваний. Так, например, если того или иного химического элемента, скажем йода, оказывается недостаточно в почве, то понижение его содержания обнаруживается в растениях, произрастающих па этих почвах, а также в организмах животных, питающихся этими растениями. В результате, пищевые продукты как растительного, так и животного происхождения оказываются о6едненные йодом. Химический состав грунтовых и подземных вод отражает химический состав почвы. При недостатке вода в почве его недостаточно оказывается и в питьевой воде. Йод отличается высокой летучестью. В случае пониженного содержания в почве, в атмосферном воздухе его концентрация также понижена. Таким образом, в биогеохимической провинции, обедненной йодом, организм человека постоянно недополучает йод с пищей, водой и воздухом. Следствием является распространение среди населения геохимического заболевания -- эндемического зоба.

В биогеохимической провинции, обедненной фтором, при содержании фтора в воде источников водоснабжения 0,4 мг/л и менее, имеет место повышенная заболеваемость кариесом зубов. Существуют и другие биогеохимические провинции, обедненные медью, кальцием, марганцем, кобальтом; обогащенные свинцом, ураном, молибденом, марганцем, медью и другими элементами.

Неоднородная на различных территориях природная геохимическая обстановка, определяющая поступление в организм человека химических веществ с пищей, вдыхаемым воздухом, водой и через кожу, может изменяться также в значительной степени в результате деятельности человека. Появляется такое понятие, как антропогенные химические факторы среды обитания. Они могут появляться как в результате целенаправленной деятельности человека, так и в результате роста народонаселения, концентрации его в крупных городах, химизации всех отраслей промышленности, сельского хозяйства, транспорта и быта.

Безграничные возможности химии обусловили получение, взамен естественных, синтетических и искусственных материалов, продуктов и изделий. В связи с этим постоянно возрастает уровень загрязнения внешней среды:

атмосферы -- вследствие поступления промышленных выбросов, выхлопных газов, продуктов сжигания топлива;

воздуха рабочей зоны -- при недостаточной герметизации, механизации и автоматизации производственных процессов;

воздуха жилых помещений -- вследствие деструкции полимеров, лаков, красок, мастик и др.;

питьевой воды -- в результате сброса сточных вод;

промышленные яды в виде паров, газов, пыли встречаются во многих отраслях промышленности.

Например, в шахтах присутствуют вредные газы (окислы азота, окись углерода), источником которых являются взрывные работы. В металлургической промышленности, кроме издавна известных газов (окиси углерода и сернистого газа) появляются новые токсические вещества (редкие металлы), применяемые для получения различных сплавов (вольфрам, молибден, хром, бериллий, литий и др.). В металлообрабатывающей промышленности широко распространены процессы травления металлов кислотами, гальваническое покрытие, цианирование, кадмирование, азотирование, покрытие красками и др., при которых возможно выделение в воздух вредных газов и паров органических растворителей. Значительным источником вредных веществ в окружающей среде является химическая промышленность -- основная химия, коксохимия, анилино-красочная промышленность, производство синтетических смол, пластмасс, каучука, синтетических волокон. В сельском хозяйстве основным источником вредных веществ является применение ядохимикатов.[3]

По степени потенциальной опасности воздействия на организм человека вредные вещества подразделяются на 4 класса в соответствии с ГОСТ 12.1.007-76[6] с изменением №1 от 01.01,82 г.: 1 -- чрезвычайно опасные, 2 -- высокоопасные, 3 -умеренно-опасные, 4 -- малоопасные. Критериями при определении класса опасности служат ПДК, средняя смертельная доза, средняя смертельная концентрация и др. Определение проводится по показателю, значение которого соответствует наиболее высокому классу опасности.

Токсическое действие ядовитых веществ многообразно, однако установлен ряд общих закономерностей в отношении путей поступления их в организм, сорбции, распределения и превращения в организме, выделения из организма, характера действия на организм в связи с их химической структурой и физическими свойствами.

Вредные вещества могут поступать в организм тремя путями: через легкие при вдыхании, через желудочно-кишечный тракт с нищей г водой, через неповрежденную кожу путем резорбции.

Поступление вредных веществ через органы дыхания является основным и наиболее опасным путем. Поверхность легочных альвеол при среднем их растяжении (то есть при спокойном, росном дыхании) составляет 90-100 м², толщина же альвеолярной стенки колеблется от 0,001-0,004 мм, в связи с чем в легких создаются наиболее благоприятные условия для проникновения газов, паров, пыли непосредственно в кровь. Поступают химические вещества в кровь путем диффузии, вследствие разницы парциального давления газов или паров в воздухе и крови.

Распределение в превращении вредного вещества в организме зависит от его химической активности. Различают группу так называемых не реагирующих газов и паров, которые в силу своей низкой химической активности в организме или не изменяются или изменяются очень медленно, потому они достаточно быстро накапливаются в крови. К ним относятся пары всех углеводородов ароматического и жирного ряда и их производные.

Другую группу составляют реагирующие вещества, которые легко растворяются в жидкостях организма и претерпевают различные изменения. К ним относятся аммиак, сернистый газ, окислы азота и другие.

Вначале насыщение крови вредными веществами происходит быстро вследствие большой разницы парциального давления, затем замедляется и при уравнивании парциального давления газов или паров в альвеолярном воздухе и крови насыщение прекращается. После удаления пострадавшего из загрязненной атмосферы начинается десорбция газов и паров и удаление их через легкие. Десорбция также происходит на основе законов диффузии.

Опасность отравления пылевидными веществами не меньше, чем парогазообразными. Степень отравления при этом зависит от растворимости химического вещества. Вещества, хорошо растворимые в воде или в жирах, всасываются уже в верхних дыхательных путях или в полости носа, например, вещества наркотического действия. С увеличением объема легочного дыхания и скорости кровообращения сорбция химических веществ происходит быстрее. Таким образом, при выполнении физической работы или пребывании в условиях повышенной температуры воздуха, когда объем дыхания и скорость кровотока резко увеличиваются, отравление наступает значительно быстрее.

Поступление вредных веществ через желудочно-кишечный тракт возможно с загрязненных рук, с пищей и водой. Классическим примером такого поступления в организм может служить свинец: это мягкий металл, он легко стирается, загрязняет руки, плохо смывается водой и при еде или курении легко проникает в организм. В желудочно-кишечном тракте химические вещества всасываются труднее по сравнению с легкими, так как желудочно-кишечный тракт имеет меньшую поверхность и здесь проявляется избирательный характер всасывания: лучше всего всасываются вещества, хорошо растворимые в жирах. Однако, в желудочно-кишечном тракте вещества могут под действием его содержимого измениться в неблагоприятную для организма сторону. Например, те же соединения свинца, плохо растворимые в воде, хорошо растворяются в желудочном соке и поэтому легко всасываются. Всасывание вредных веществ происходит в желудке и в наибольшей степени в тонком кишечнике. Большая часть химических веществ, поступивших в организм через желудочно-кишечный тракт, попадает через систему воротной вены в печень, где они задерживаются н в определенной степени обезвреживаются.

Через неповрежденную кожу (эпидермис, потовые и сальные железы, волосяные мешочки) могут проникать вредные вещества, хорошо растворимые в жирах и липоидах, например, многие лекарственные вещества, вещества нафталинового ряда и др. Степень проникновения химических веществ через кожу зависит от их растворимости, величины поверхности соприкосновения с кожей, объема я скорости кровотока в ней. Например, при работе в условиях повышенной температуры воздуха, когда кровообращение в коже усиливается, количество отравлений через кожу увеличивается. Большое значение при этом имеют консистенция и летучесть вещества: жидкие летучие вещества быстро испаряются с поверхности кожи и не успевают всасываться; наибольшую опасность представляют маслянистые малолетучие вещества, они длительно задерживаются на коже, что способствует их всасыванию.[5]

Знание путей проникновения вредных веществ в организм определяет меры профилактики отравлений.

Показателями, характеризующими микроклимат, являются:

1) температура воздуха;

2) относительная влажность воздуха;

3) скорость движения воздуха;

4) интенсивность теплового излучения.

Оптимальные показатели микроклимата распространяются на всю рабочую зону, допустимые показатели устанавливаются дифференцированно для постоянных и непостоянных рабочих мест. Оптимальные и допустимые показатели температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха в рабочей зоне производственных помещений должны соответствовать значениям, указанным в таблице 6.4.

Допустимые величины показателей микроклимата устанавливаются в случаях, когда по технологическим требованиям, техническим и экономическим причинам не обеспечиваются оптимальные нормы.

В кабинах, на пультах и постах управления технологическими процессами, в залах вычислительной техники и других производственных помещениях при выполнении работ операторского типа, связанных с нервно-эмоциональным напряжением, должны соблюдаться оптимальные величины температуры воздуха 22-- 24 °С, его относительной влажности 60--40 % и скорости движения (не более 0,1 м/с). Перечень других производственных помещений, в которых должны соблюдаться оптимальные нормы микроклимата, определяется отраслевыми документами, согласованными с органами санитарного надзора в установленном порядке.

При обеспечении оптимальных показателей микроклимата температура внутренних поверхностей конструкций, ограждающих рабочую зону (стен, пола, потолка и др.), или устройств (экранов и т. п.), а также температура наружных поверхностей технологического оборудования или ограждающих его устройств не должны выходить более чем на 2°С за пределы оптимальных величин температуры воздуха, установленных в таблице 6.4 для отдельных категорий работ.

6.1 Мероприятия по достижению безопасных условий работы

6.1.1 Электробезопасность: Организация безопасной эксплуатации электроустановки. Системы и средства защиты, применяемые в электроустановки

Электроустановкой называется совокупность машин, аппаратов, линий и вспомогательного оборудования (вместе с сооружениями и помещениями, в которых они установлены), предназначены для производства, преобразования, трансформации, передачи, распределения электрической энергии и преобразования ее в другой вид энергии. Различают электроустановки открытые и закрытые.

Открытыми или наружными электроустановками называются электроустановки, не защищенными зданием от атмосферных воздействий или защищенные только навесами, сетчатыми ограждениями и т.п.

Закрытыми или внутренними электроустановками называют электроустановки, размещенные внутри зданий, защищающих от атмосферных воздействий.

По условию электробезопасности электроустановки разделяются на электроустановки напряжением до 1000 В и напряжением выше 1000 В. При этом имеется в виду действующее значение напряжения. Требования техники безопасности и технологические требования, предъявляемые к конструкции, устройству, размещению и эксплуатации электроустановки выше 1000 В значительно более жесткие, чем электроустановка до 1000 В.

Опыт эксплуатации показывает, что для обеспечения безопасной, безаварийной и высокопроизводительной работы электроустановки необходимо наряду с совершенным их исполнением и оснащением средствами защиты так организовывать их эксплуатацию, чтобы была исключена всякая возможность ошибок со стороны обслуживающего персонала.

Структура такой организации эксплуатации разработана в результате длительного опыта работы множества электроустановок и изложена в виде ”Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей” (ПТЭ) и ”Правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок” (ПТБ), а для электроустановок потребителей энергии ”Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей и правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей” (НТЭ и ПТБ).

Основой организации безопасной эксплуатации электроустановки является высокая техническая грамотность и сознательная дисциплина обслуживающего персонала, который обязан строжайше соблюдать особые организационные и технические мероприятия, а также приемы и очередность повышение эксплуатационных операций согласно указаниям Правил.

Работы на оборудовании производятся по письменным нарядам и устным распоряжениям.

Организационными мероприятиями, обеспечивающими безопасность работ при ремонте оборудования, являются:

§ оформление работы нарядом или распоряжением;

§ допуск к работе;

§ надзор во время работы;

§ перевод на другое рабочее место;

§ оформление перерывов в работе;

§ оформление окончания работы.

Время действия наряда определяет выдающий наряд, но не более чем на срок, утвержденный графиком ремонта оборудования.

Если срок действия наряда истек, но ремонт не закончен, наряд может продлить выдавший его работник, а в его отсутствие - работник, имеющий право выдачи нарядов, на срок до полного окончания ремонта. При этом в обоих экземплярах наряда в строке "Наряд продлил" делается запись о новом сроке действия наряда. Продление наряда разрешается только 1 раз.

6.1.2 Защита от поражения напряжением и электрическим током

В процессе обслуживания автоматической системы копчения применяют следующие технические защитные меры:

1) контроль и профилактика повреждений изоляции;

2) обеспечение недоступности токоведущих частей;

3) защитное заземление;

4) зануление;

5) двойная изоляция;

6) защитное отключение.

Применение этих защитных мер регламентируется ПУЭ и другими Правилами.

Сети напряжением до 1000 В переменного тока - трехфазные трехпроводные с изолированной нейтралью, однофазные двухпроводные, изолированные от земли, а также постоянного тока двухпроводные с изолированной средней точкой обмоток Однофазное (однополюсное) прикосновение к токоведущим частям, а также прикосновение к оказавшемуся под напряжением корпусу, даже незаземленному, при малом напряжении безопасно, так как ток через человека даже при прикосновении к фазе определяется сопротивлением изоляции и малым напряжением.

Заземление электроустановок. Заземлением называется преднамеренное соединение какой-либо части электроустановки с заземлителем, то есть проводником или группой соединенных между собой проводников, находящихся в непосредственном соприкосновении с землей.

С помощью заземления уменьшается напряжения на корпусе (в случае замыкания на него тока), а также напряжения прикосновения и шаговое напряжение в зоне растекания этого тока. Когда заземление отсутствует, то корпус, на который произошло замыкание, имеет фазное напряжение относительно земли.

Область применения заземления:

Сети напряжением выше 1000 В переменного и постоянного тока с любым режимом нейтральной или средней точкой обмоток источников тока.

Рисунок 31 - Принципиальные схемы защитного заземления в сетях трехфазного тока.

а - в сети с изолированной нейтралью до 1000 В и выше; б - в сети с заземленной нейтралью выше 1000 В; 1 - заземленное оборудование; 2 - заземлитель защитного заземления; 3 - заземлитель рабочего заземления; r0 И r3 - сопротивления рабочего и защитного заземлений.

Зануление - преднамеренное электрическое соединение металлических нетоковедущих частей, могущих вследствие замыкания на корпус оказаться под напряжением, с глухозаземленной нейтралью источника трехфазного тока.

Указанное соединение заземляемой части выполняется с помощью неоднократно заземленного проводника, называемым нулевым защитным проводником.

Назначения зануления - устранения опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу электроустановки и другим металлическим нетоковедущим частям, оказавшимся под напряжением относительно земли, в следствии замыкания на корпус.

Принцип действия - превращения замыкания на корпус в однофазное (однополюсное) короткое замыкание, т.е. замыкание между фазой (полюсом) и нулевым защитным проводником с целью вызвать большой ток, способный обеспечить срабатывание максимальной токовой защиты и тем самым автоматически отключить поврежденную электроустановку от питающей сети. Такой защитой является: плавкие предохранители или автоматические выключатели максимального тока, устанавливаемые для защиты от токов короткого замыкания; магнитные пускатели со встроенной тепловой защитой; контакторы в сочетании с тепловыми реле, осуществляющие защиту от перегрузки; автоматические выключатели с комбинированными расцепителями, обеспечивающие защиту одновременно от токов короткого замыкания и перегрузки.

Рисунок 32 - Электрическая схема магнитного пускателя



Защитное отключение - быстродействующая защита, обеспечивающее автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней опасности поражения человека электрическим током.