Технология выращивания монокристаллов германия на ФГУП "Германий"

Технические характеристики блока питания:

- номинальное входное напряжение 120В/230В;

- диапазон рабочего напряжения 85 ч 132/170 ч 264В;

- максимальная входная мощность 100ВА/100Вт;

- диапазон входной частоты 47 ч 63Гц;

- максимальный ток : 1,5А при 1,2В;

- 4,0 А при 3,3В;

- 10 A при 5В;

- 28 A при 24В;

- выходная мощность источника 75Вт.

Характеристики центрального процессора (CPU312C):

- 200-400 нс на выполнение бинарной инструкции.

- рабочая память объемом 32 Кбайт, RAM (приблизительно 10 K инструкций);

- для выполнения загруженной секции программы и хранения оперативных данных. Микро карта памяти (до 4 Мбайт), используемая в качестве загружаемой памяти, а также сохранения архива проекта (с комментариями и таблицей символов), архивирования данных и управления рецептами.

- гибкие возможности расширения;

- подключение до 8 модулей S7-300 (1-рядная конфигурация).

- интерфейс MPI;

- позволяет устанавливать одновременно до 6 соединений с программируемыми контроллерами S7-300/400, программаторами, компьютерами и панелями операторов. Одно из этих соединений зарезервировано для PG-, одно - для OP функций связи. MPI позволяет создавать простейшие сетевые структуры с объединением до 16 центральных процессоров и поддержкой механизма передачи глобальных данных.

- Набор встроенных входов и выходов;

- 10 дискретных входов =24В, 6 дискретных выходов =24В/0.5А.

Стоимость - 12300 руб.

Коммуникационный процессор СР 342-5 (6GK7 342-5EX20-0XE0) предназначен для подключения SIMATIC S7-300 к Industrial Ethernet Характеристики коммуникационного процессора:

- Пропускная способность 10/100 Мбит/с;

- дуплексный/ полудуплексный режим работы;

- автоматическое определение скорости передачи данных в сети автоматическая настройка на эту скорость;

- гнездо RJ45 для подключения к сети;

- комбинированный режим с одновременной поддержкой транспортных протоколов TCP и UDP;

- настраиваемый набор поддерживаемых функций.

Стоимость - 10250 руб.

Модуль аналогового ввода-вывода SM 334 (6ES7 334-0KE00-0AB0) характеризуется следующими показателями:

- 4 аналоговых входа, 2 аналоговых выхода;

- разрешающая способность входных каналов: 12 бит;

- разрешающая способность для выходных каналов: 8 бит;

- пределы измерения и формирования выходных сигналов: (0 ч 10) В или

(0 ч 20) мА. Выбираются соответствующей схемой подключения модуля.

Стоимость - 4300 руб.

Характеристики модуля автоматического регулирования FM355C (6ES7 355-0VH10-0AE0):

- 4-х канальный модуль автоматического регулирования универсального назначения;

- регулирование температуры, давления, потока, уровня и т.д.;

- удобная интерактивная система адаптации систем регулирования температуры;

- наличие готовых структур регуляторов;

- возможность продолжения работы после остановки центрального процессора контроллера.

Стоимость - 11500 руб.

Таблица 2.2 - данные модулей для МПК Simatic S7-300

Модуль	Номер заказа	Кол-во ан. входов	Кол-во ан. выходов	Кол-во дискр. входов	Кол-во дискр. выходов	Стоимость, руб.
Процессора	CPU312C	-	-	10	6	12300
Блока питания	6ES7 307-1BA00-0AA0	-	-	-	-	3150
Коммуникационного процессор	6GK7 342-5EX20-0XE0	-	-	-	-	10250
Аналогового ввода/вывода	6ES7 334-0KE00-0AB0	2	4	-	-	4300
Автоматического регулирования	6ES7 355-0VH10-0AE0	4	4	8	-	11500

2.5 Программирование контроллера Simatic S7-300

SIMATIC STEP 7 - программное обеспечение фирмы Siemens AG для разработки систем автоматизации на основе программируемых логических контроллеров SIMATIC S7-300/S7-400/M7/C7 и WinAC. Программное обеспечение выпускается с интерфейсом на английском, немецком, французском, итальянском и испанском языках. Специальные версии обеспечивают работу на японском и китайском языках. Предшественником данного ПО является более ранняя версия SIMATIC STEP 5, работающая в ОС DOS или в DOS окне ОС Windows . Различают следующие версии:

- SIMATIC STEP 7

- SIMATIC STEP 7 Professional

- SIMATIC STEP 7 Lite

Для контроллеров SIMATIC S7-200 существует собственный программный продукт STEP 7 MicroWin.

С помощью этой программы выполняется комплекс работ по созданию и обслуживанию систем автоматизации на основе программируемых логических контроллеров SIMATIC S7-300 и SIMATIC S7-400 фирмы Siemens. В первую очередь это работы по программированию контроллеров. Программируемый логический контроллер, ПЛК - это микропроцессорное устройство, предназначенное для управления технологическими процессами в промышленности. Принцип работы ПЛК заключается в обработке по прикладной программе пользователя данных с модулей входов (например, сигналов от подключенных датчиков) и последующей выдачей управляющих сигналов, посредством модулей выходов и модулей связи, обеспечивающих подключение исполнительных устройств. В основе работы лежит концепция проекта, под которым понимается комплексное решение задачи автоматизации, включая несколько взаимосвязанных контроллеров на базе физических микроконтроллеров, соединяющие их сети и системы человеко-машинного интерфейса. Работу с проектом в целом обеспечивает главная утилита STEP 7 - SIMATIC Manager.

STEP 7 позволяет производить конфигурирование программируемых логических контроллеров и сетей (утилиты HWConfig и NetPro). В процессе конфигурирования определяется состав оборудования в целом, разбиение на модули, способы подключения, используемые сети, выбираются настройки для используемых модулей. Система проверяет правильность использования и подключения отдельных компонент. Завершается конфигурирование загрузкой выбранной конфигурации в оборудование, что по сущности является настройкой оборудования. Утилиты конфигурирования позволяют осуществлять диагностику оборудования, обнаруживать аппаратные ошибки или неправильный монтаж оборудования. Программирование контроллеров производится редактором программ, обеспечивающим написание программ на трех языках: LAD - язык релейно-контактной логики; FBD - язык функциональных блочных диаграмм; STL - язык списка инструкций.

В дополнение к трем основным языкам могут быть добавлены четыре дополнительные языка, поставляемые отдельно: SCL - структурированный язык управления, по синтаксису близкий к Pascal; GRAPH 7 - язык управления последовательными технологическими процессами; HiGraph 7 - язык управления на основе графа состояний системы; CFC - постоянные функциональные схемы.

Возможность наблюдения за текущим состоянием программы, доступное при использовании любого языка программирования, обеспечивает не только отладку программного обеспечения, но и поиск неисправностей в подключаемом оборудовании, даже если оно не имеет средств диагностики.

2.6 Выбор ЭВМ для АСУ ТП выращивания монокристаллов германия

При разработке данной АСУ выбору ЭВМ необходимо уделить особое внимание. Вся цифровая и графическая информация отображается на ЭВМ, поэтому к ней предъявляются повышенные требования по надежности. Так как в производстве возможны неблагоприятные условия, такие как запыленность, повышенная температура и т.д., выбор ЭВМ был сделан в пользу промышленных ПК. Выбираем высокопроизводительную станцию оператора АСУ настольного исполнения IPC-ATX-7220 фирмы FASTWEL.

IPC-ATX-7220 выполнена в промышленном исполнении и предназначена для установки в помещениях, где не исключены воздействия вибрации и присутствие пыли.

Система проста в обслуживании. При необходимости воздушный фильтр и вентилятор охлаждения в системном блоке легко меняются без использования инструментов. Кроме этого, для придания системе дополнительной виброустойчивости внутри корпуса имеется прижимная планка для плат расширения.

Продукт построен на основе полноразмерной ATX материнской платы с набором системной логики Intel G33. В системе имеется 7 слотов расширения: 3 PCI, 3 PCI Express x1, 1 PCIExpress x16. Интегрированный видеоадаптер набора системной логики G33 Intel GraphicsMedia Accelerator 3100 отличается высокой скоростью обработки, что дает преимущества при использовании Fastwel AdvantiX IPC-ATX-7220 со SCADA системами. В базовом варианте устанавливается процессор PentiumE 2180 тактовой частоты 2ГГц, 2ГБ оперативной памяти, 320ГБ жесткий диск и DVD±RW. На передней панели присутствуют 2 USB порта.

Особое место в работе ЭВМ уделено функции - поиск оптимальных решений с выдачей рекомендаций (советов) оператору. Данная функция осуществляется следующим образом. Через заданные промежутки времени (один раз в 2ч5 минут) полученные с МК данные о состоянии объекта анализируются с помощью математической модели (ММ). Также по ММ определяются воздействия, необходимые для приближения процесса к оптимуму; результаты предоставляются оператору. Окончательный выбор и осуществление управляющих воздействий остается за оператором. Внесение управляющих воздействий осуществляется путем изменения установок в МК через ЭВМ.

2.7 Структуры АСУ ТП выращивания монокристаллов германия

Целью функционирования любой АСУ ТП является оптимизация работы объекта управления, что подразумевает под собой поддержание технологического процесса или отдельных его переделов в режимах максимально приближенных к оптимальным путем соответствующего выбора управляющих воздействий.

Применение АСУ ТП выращивания монокристаллов германия приведёт к следующим результатам:

- улучшение качества поверхности слитка германия;

- улучшение его состава;

- улучшение экономических показателей, связанных с повышением производительности;

- улучшение организации процесса выращивания в целом.

Проектом предусматривается создание трёхуровневой системы управления и контроля технологического процесса:

- первый (нижний) уровень включает первичные приборы, датчики, исполнительное электрическое оборудование;

- второй (средний) уровень включает контроллеры, силовые шкафы и шкафы с вторичными преобразователями;

- третий (верхний) уровень включает автоматизированное рабочее место оператора, блоки сетевой связи.

На рисунке 2.4 приведена структура АСУ ТП выращивания.

Рисунок 2.4 - Структура АСУ ТП выращивания

Система осуществляет управление в ручном или автоматическом режиме оборудованием технологического процесса, производит сбор информации о состоянии технологического оборудования и значениях технологических параметров, а также осуществляет диагностику контроллера и представляет всю необходимую информацию в удобной для восприятия форме, её архивирование и вывод на печать.

Задачами первого (нижнего) уровня являются: измерение значений технологических параметров (температуры, количества импульсов), преобразование измеренных сигналов; индикация мгновенных значений технологических параметров в цифровом виде; выдача управляющих сигналов на исполнительные механизмы, а конкретно, напряжения переменного тока, как в случае с регулированием температуры тигля, так и в случае регулирования скорости и перемещения затравки и тигля.

В основу работы контроллера среднего уровня АСУ ТП участка выращивания положен принцип выработки управляющих воздействий (напряжения переменного тока) на исполнительные механизмы (асинхронные двигатели переменного тока, и электронагреватели) путем математической обработки информации о ходе процесса выращивания, полученной с датчика температуры и с датчиков углового перемещения). Так же МПК диагностирует датчики и исполнительные механизмы, отправляя необходимую информацию на верхний уровень.

Вся информация о состоянии соответствующего оборудования участка выращивания от контроллера среднего уровня передается на верхний уровень управления. Здесь производится ее обработка, визуализация на терминалах, формирование графиков и отчетной технологической документации для контроля и управления процессом выращивания. Необходимые параметры передаются с верхнего уровня в контроллер среднего уровня управления, а так же на более высокий уровень управления всего предприятия в целом.

Базовое программное обеспечение включает SCADA пакет Genesis 32, лицензию на доступ к технологической базе данных, сервер ввода-вывода для доступа к контроллеру Control Logix 1756. Для доступа к технологической базе данных на данный АРМ устанавливается лицензия на доступ к Industrial SQL и компонент просмотра исторических данных.

GENESIS-32 - это программный комплекс, предназначенный для разработки, настройки и запуска в реальном времени систем управления технологическими процессами. Он включает в себя режим разработки АСУ и режим исполнения. При помощи инструментальной системы осуществляется разработка всех проектов.

GENESIS-32 является набором 32-разрядных приложений для Windows 95/98/NT/2000/XP, построенных в соответствии со спецификацией ОРС (OLETM for Process Control) В состав GENESIS-32 также входит среда редактирования сценарных процедур Advanced VBA Scripting, обеспечивающая возможность разработки части программного обеспечения средствами Microsoft Visual Basic for Applications 5.0 (Visual Basic для приложений), входящего в популярный пакет MS Office 97. Все программные компоненты реализованы на базе многопоточной модели и поддерживают технологию ActiveX.

GENESIS-32 включает в себя следующие приложения, являющиеся клиентами ОРС:

- GraphWorX32;

- TrendWorX32;

- AlarmWorX32.

При помощи приложения GraphWorX32 разработана мнемосхема печи для выращивания монокристаллов германия (рисунок 2.5), предназначенная для визуализации процесса и оперативного диспетчерского управления на верхнем уровне.

С помощью приложения TrendWorX32 выполнено графическое представление контролируемых параметров и внутренних переменных разработанной АСУ ТП.

AlarmWorX32 отображает информацию об аварийных и других событиях, связанных с процессом, в окнах журнала событий и архива событий. Имеется возможность просмотра сводок аварийных событий и действий персонала, как в текущий момент времени, так и за прошедшее время.

Рисунок 2.5 - Мнемосхема печи для выращивания монокристаллов германия

На экран выведены текущие значения технологических параметров: температура тигля, давление в печи, скорости вращения и перемещения тигля и затравки, сила тока,

Прикладное программное обеспечение включает в себя экраны SCADA, прикладную логику операторского интерфейса, а также настроечную и конфигурационную информацию.

Функции АРМ оператора печи включают:

- отображение состояния печи;

- обеспечение возможности оператору на выдачу команд на удаленный запуск и остановку оборудования;

- обеспечение возможности задания режимов ручного и автоматического управления алгоритмами ПИД-регулирования температуры тигля;

2.8 Описание функциональной схемы процесса выращивания монокристаллов германия

Функциональная схема автоматизации является основным техническим документом, определяющим функциональную структуру и объем автоматизации технологического процесса выращивания.

На функциональной схеме (СФУ ИЦММ ДП - 220301.65 - 06856 - А2) изображен процесс выращивания монокристаллов германия с соответствующими приборами и средствами автоматизации.

Для реализации АСР температуры тигля использованы следующие технические средства: Пирометр ПД6 (поз. 1-1), контроллер для возможности независимого регулирования «Овен» ТРМ151 (поз. 1-2), блок ручного управления БРУ32 (поз. 1-3, 1-4), миллиамперметр М-42301 (поз. 1-5), тиристорный усилитель мощности У13Н (поз. 1-6) , электронагреватели карбидокремниевые (поз. 1-7, 1-9).

Принцип работы АСР температуры тигля заключается в следующем: Сигнал поступает с пирометра ПД6, оптический блок которого направлен в печь через стеклянною перегородку, на контроллер «Овен» ТРМ151, который через интерфейс RS-485 соединен с ЭВМ и микропроцессорным контроллером Simatic S7-300.

Далее по заданной программе, МПК сравнивает температуру тигля с заданной. После сравнение температур (в случае их рассогласования) МПК через модуль аналогового вывода подаёт сигнал на тиристорный усилитель мощности У13Н через блок ручного управления БРУ-22. В схеме установлен миллиамперметр М-42301, показывающий ток выхода с аналогового выхода МПК. Тиристорный усилитель мощности У13Н, подключенный к трехфазной цепи переменного тока, вырабатывает выходной сигнал пропорциональный выходному сигналу с аналогового выхода МПК, воздействуя на электронагреватели карбидокремниевые, установленные в печи.

Для реализации АСР скорости перемещения тигля использованы следующие технические средства: Оптический датчик углового перемещения (энкодер многооборотный) F3683 с полым валом (поз. 2-1), счетчик импульсов «Овен», серия СИ8 (поз. 2-2), блок ручного управления БРУ22 (поз. 2-3, 2-4), Векторный преобразователь частоты со встроенным РLC-Контроллером «Веспер», серия E2-8300-001Н (поз. 2-5), асинхронный двигатель переменного тока АИР 56 А4 (поз. М1).

Перемещения тигля происходит благодаря асинхронному двигателю переменного тока АИР 56 А4, на вале которого установлен оптический датчик углового перемещения (энкодер многооборотный) F3683. С него и начинается процесс регулирование скорости перемещения тигля. При вращении двигателя, маркеры энкодера пропускают или перекрывают луч света, направленный от светового источника к фотоприемнику, на котором вырабатывается сигнал в случае прохождения света до приемника. В зависимости от скорости вращения вала двигателя изменяется частота выходного сигнала энкодера. Выход энкодера подключен к векторному преобразователю частоты со встроенным РLC-Контроллером «Веспер», через БРУ-22. «Веспер» питается от трехфазного тока напряжением 380В. Он преобразует частоту выходного сигнала энкодера в напряжения переменного тока, пропорциональное этой частоте, вследствие чего изменяется скорость вращения двигателя, который через передаточный механизм соединен с осью тигля.

АСР скорости перемещения и вращения затравки, а так же АСР скорости вращения тигля, идентичны АСР скорости перемещения тигля, поэтому не нуждаются в пояснении.

Автоматический контроль давления в печи начинается с соединительного рукава, к которому подключается преобразователь избыточного давления «Овен» ПД100-ДИ (поз.7). Он, в свою очередь, передает унифицированный сигнал постоянного тока (4ч 20) мА, в зависимости от величины подаваемого на него давления, на аналоговый вход контроллера.

3. Специальная часть. Расчет АСР температуры тигля

Исходными данными для расчета АСР температуры тигля являются показатели качества регулирования, определяемые технологическим процессом:

- максимальное допустимое динамическое отклонение регулируемой величины T1 = 2,2 °C;

- требуемый характер переходного процесса - апериодический;

- допустимая статическая ошибка ДTcт. = 0;

- допустимое время регулирования tр = 150 c;

- максимально возможное значение возмущения Хвх.мах = 6 (0,3 мА) хода регулирующего органа (ХРО).

3.1 Нахождение математического описания объекта управления

Построим график кривой разгона по экспериментальным данным.

Расчет ведется при внешнем ступенчатом возмущающем воздействии амплитудой A, которая составляет 2 % хода регулирующего органа.

Экспериментальные данные приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Ординаты экспериментальной кривой разгона при А = 2 % ХРО

t, с	0	18	24	36	48	72	96	120
ДT,°C	0,0	0,0	0,5	2,0	4,5	9,0	11,8	13,3

t, с	144	168	192	216
ДT,°C	14,0	14,5	14,8	14,9

График возмущающего воздействия X(t) представлен на рисунке 3.1. Кривая разгона объекта - изменение температуры тигля ДT,°C представлена на рисунке 3.2.

Рисунок 3.1 - График возмущающего воздействия

Рисунок 3.2 - Кривая разгона объекта

Находим единичную ?T0(t) и нормированную ?Tн(t) переходные функции:

?T0(t) = ?T(t) / А ; (3.1)

?Tн(t) = ?T0(t) / ?T0(tу), (3.2)

где А - скачкообразное возмущающее воздействие, при котором снята переходная характеристика (А = 2 %ХРО);

?T0(tу) - установившееся значение переходной характеристики (?T0(tу)=7,45).

Результаты расчетов единичной и нормированной переходных функций, а также значения кривой разгона сведены в таблицу 3.2.

Таблица 3.2 - Ординаты переходных функций

t, с	0	18	24	36	48	72	96
ДT(t),°C	0,0	0,0	0,5	2,0	4,5	9,0	11,8
ДT0(t),°C	0,00	0,00	0,25	1,00	2,25	4,50	5,90
ДTн(t)	0,000	0,000	0,034	0,134	0,302	0,604	0,792

t, с	120	144	168	192	216
ДT(t),°C	13,3	14,0	14,5	14,8	14,9
ДT0(t),°C	6,65	7,00	7,25	7,40	7,45
ДTн(t)	0,893	0,940	0,973	0,993	1,000

Рисунок 3.3 - Единичная переходная характеристика

Рисунок 3.4 - Нормированная переходная характеристика

Из зависимости ДT0(t) находим величину коэффициента усиления объекта Коб и запаздывание фd:

Коб = 7,45 °C / %ХРО;

ф = 18 с.

При аппроксимации объекта последовательным соединением апериодического звена и звена запаздывания передаточная функция будет иметь вид

(3.3)

Общее запаздывание складывается из транспортного запаздывания и дополнительного запаздывания.

Дополнительное запаздывание определяется по формуле

, (3.4)

где (tб; ) и (tа; ) - точки пересечения аппроксимированной и экспериментальной кривых разгона, = (0,1 ч 0,15), = (0,7 ч 0,85). Из tа и tб исключено время транспортного запаздывания.

Таким образом

Общее запаздывание будет

об = 18 + 10 = 28 с.

Постоянная времени объекта находится по формуле

. (3.5)

Откуда

Таким образом, передаточная функция объекта имеет вид

Для определения точности аппроксимации экспериментальной переходной функции решением дифференциального уравнения первого порядка с запаздывающим аргументом рассчитываем ординаты аппроксимирующей кривой

(3.6)

Для нахождения среднеквадратичной ошибки аппроксимации вычислим отношение

(3.7)

Результаты расчетов приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.3 - Ординаты переходных функций

t, с	0	18	24	36	48	72	96
ДTн(t)	0,000	0,000	0,034	0,134	0,302	0,604	0,792
ДTa1(t)	0,0000	0,0000	-0,0980	0,1708	0,3739	0,6431	0,7965
dа1 10-3	0,0000	0,0000	0,0175	0,0014	0,0052	0,0015	0,0000

t, с	120	144	168	192	216
ДTн(t)	0,893	0,940	0,973	0,993	1,000
ДTa1(t)	0,8840	0,9339	0,9623	0,9785	0,9877
dа110-3	0,0001	0,0000	0,0001	0,0002	0,0002

Используя данные таблицы 3.3, рассчитываем среднеквадратичную ошибку аппроксимации :

Откуда (3.8)

%.

Ошибка аппроксимации велика, т.е. превышает 3 %. Для повышения точности необходимо осуществить аппроксимацию объекта последовательным соединением двух апериодических звеньев и звена запаздывания (решением дифференциального уравнения второго порядка с запаздывающим аргументом). Передаточная функция будет иметь вид

, (3.9)

где T1 и T2 - постоянные времени.

По кривой разгона находятся времена t1 и t7, при которых ординаты переходной функции составляют 0,1 и 0,7 установившегося значения соответственно:

t1 = 14,5 c;

t7 = 64,5 c.

Относительное время:

t17 = t1 / t7 (3.10)

t17 = 14,5 / 64,5 = 0,22.

Положив n = 1, по графику на рисунке 3.5 определяются относительные значения постоянных времени

Рисунок 3.5 - Зависимости относительных значений постоянных времени

с;

с.

Действительные значения постоянных времени:

(3.11)

(3.12)

Передаточная функция будет иметь вид

Для определения точности аппроксимации рассчитываются ординаты аппроксимирующей кривой:

(3.13)

Для определения среднеквадратической ошибки аппроксимации вычисляется отношение dа2 по формуле (3.7).

Результаты вычислений приведены в таблице 3.4.

Таблица 3.4 - Ординаты переходных функций

t, с	0	18	24	36	48	72
ДTн(t)	0,000	0,000	0,034	0,134	0,302	0,604
Tа2t	0,00000	0,00000	0,02325	0,15530	0,32441	0,61926
dа2 10-3	0,000000	0,000000	0,000120	0,000450	0,000500	0,000230
t, с	96	120	144	168	192	216
ДTн(t)	0,792	0,893	0,940	0,973	0,993	1,000
Tа2t	0,80485	0,90533	0,95569	0,97978	0,99095	0,99600
dа2 10-3	0,000170	0,000150	0,000250	0,000046	0,000004	0,000016

На рисунке 3.6 изображены графики нормированной переходной характеристики и переходной характеристики при аппроксимации решением дифференциального уравнения второго порядка.

По данным таблицы 3.4 рассчитывается среднеквадратичная ошибка аппроксимации по формуле (3.8)

Погрешность аппроксимации удовлетворительная, так как не превышает 3 %. Поэтому окончательно принимаем аппроксимацию объекта дифференциальным уравнением второго порядка.

1 - нормированная переходная характеристика, 2 - переходная характеристика при аппроксимации решением дифференциального уравнения второго порядка

Рисунок 3.6 - Переходные характеристики

3.2 Выбор закона регулирования

Передаточная функция объекта имеет вид

Тип регулятора ориентировочно выбирается по отношению фоб / Tоб по таблице 2.1 [5]. Так как фоб / Tоб = 28 / 25,8 = 1,08 что больше 1, то выбирается регулятор непрерывного действия, либо импульсный регулятор.

Для получения допустимых значений T1, tр и Tcт необходимо выбрать закон управления, для этого рассчитаем динамический коэффициент регулирования:

(3.14)

По таблице 33 [6] выбирается простейший закон управления, обеспечивающий значение Rд ниже расчетного. Для Rд = 0,52 при апериодическом переходном процессе ПИД, ПИ, П - законы регулирования обеспечивает значение Rд ниже расчётного.

Для ПИД-закона регулирования

(3.15)

откуда время регулирования

что меньше допустимого времени регулирования.

Для ПИ-закона регулирования

, (3.17)

откуда

Так как ПИ-закон регулирования не может обеспечить необходимое качество процесса регулирования, то выбираем ПИД-закона регулирования. Выбранный закон управления гарантирует отсутствие статической ошибки т.е. ДHcт = 0.

3.3 Определение настроек регулятора

Расчет настроек регулятора выполняется следующими способами:

- графо-аналитическим на основе амплитудно-фазовой характеристики объекта и М-критерия (показателя колебательности);

- по расширенным амплитудно-фазовым характеристикам;

- по приближенным формулам;

- с помощью математического моделирования.

На практике настройки регуляторов определяют обычно по приближенным формулам (таблица 2.2 [5]), а затем производят их уточнение.

Настройки ПИД-регулятора рассчитаем по приближенным формулам

(3.18)

(3.19)

(3.20)

откуда

Переходной процесс системы в среде VisSim 6.0 с рассчитанными настройками ПИД - регулятора представлен на рисунке 3.7. В качестве настроек используются коэффициенты составляющих ПИД-закона регулирования:

- коэффициент пропорциональной составляющей Kп = Kр = 0,27;

- коэффициент интегральной составляющей Kи = Kр / Tи = 0,0075;

- коэффициент дифференциальной составляющей Kд = KрTд =1,944.

Рисунок 3.7 - Переходной процесс системы с рассчитанными настройками ПИД-регулятора

Уточнение настроек производится с помощью математического моделирования. Для этого создадим модель системы автоматического регулирования в среде VisSim 6.0. Для оптимизации применяем типовой ПИД-регулятор. Для оптимизации необходимы начальные значения параметров ПИД-регулятора.

Рассчитанные значения коэффициентов задаются в соответствующие блоки диаграммы и производится оптимизация по минимуму интеграла квадратичной ошибки. Переходной процесс с оптимальными настройками регулятора представлен на рисунке 3.8.

Рисунок 3.8 - Переходной процесс системы с оптимальными настройками ПИД-регулятора

В результате оптимизации были получены следующие настройки ПИ-регулятора:

- коэффициент усиления регулятора Kр = Kп = 0,217;

- время изодрома Kи = Kп/ Tи = 0,0045 с (Tи =48,2);

- коэффициент дифференциальной составляющей Kд =Kр*Tд=2,23

(Tд=10,276).

3.4 Проверка системы на устойчивость

После определения настроек регулятора, исследуем данную АСР на устойчивость, а также определим запас устойчивости системы по модулю и по фазе, используя частотный критерий Найквиста-Михайлова. Для этого сначала рассчитаем АФХ регулятора

(3.21)

Разделив W(j) на вещественную и мнимую части, получим:

; (3.22)

. (3.23)

При оптимальных настройках регулятора формулы (3.21), (3.22) и 3.23) примут вид:

Рассчитанные величины Pp() и Qр() имеют значения, приведенные в таблице 3.5.

Формулу АФХ разомкнутой системы получим как произведение АФХ объекта и регулятора

. (3.24)

Разделим Wраз(j) на вещественную и мнимую части:

Pраз() = P()Pр() - Q()Qp(), (3.25)

Qраз() = Q()Pp() + P()Qp(). (3.26)

Подставив в формулы (3.22) и (3.23) параметры объекта и регулятора, получим:

;

Для построения АФХ разомкнутой системы воспользуемся программой MathCad 14. Построенный годограф Найквиста изображен на рисунке 3.10. Рассчитанные значения занесены в таблицу 3.5.

Таблица 3.5 - Амплитудно-фазовые характеристики объекта, регулятора и разомкнутой АСР

,рад/с	0,00	0,10	0,15	0,20	0,25	0,30	0,40	0,50	0,60	0,70
P()	7,450	0,348	-2,576	-2,792	-1,894	-1,022	0,458	0,398	0,032	-0,131
Q()	0	-5,8763	-3,8869	0,2236	1,1142	1,4222	0,861	-0,2451	-0,3294	-0,2367
Pp()	0,217	0,217	0,217	0,217	0,217	0,217	0,217	0,217	0,217	0,217
Qp()	-4,95e6	-0,143	-0,008	0,162	0,231	0,295	0,473	0,750	0,912	1,019
Ppаз()	-1,242	-0,762	-0,617	-0,670	-0,687	-0,651	-0,303	0,274	0,308	0,212
Qpаз()	-3,688e7	-1,384	-0,861	-0,402	-0,184	0,022	0,412	0,243	-0,046	-0,187
,рад/с	0,80	0,90	1,00	1,20	1,50	2,00	3,00	5,00	10,00	?
P()	-0,161	0,035	-0,001	-0,013	-0,018	0,011	0,002	-0,002	0,001	0
Q()	0,0697	0,1175	-0,0695	0,0427	0,0136	0,0039	-0,0045	-0,0016	0,0009	0
Pp()	0,217	0,217	0,217	0,217	0,217	0,217	0,217	0,217	0,217	0,217
Qp()	1,285	1,550	2,076	2,601	3,648	5,216	7,828	10,440	15,661	5,221e8
Ppаз()	-0,126	-0,174	0,144	-0,114	-0,054	-0,018	0,035	0,016	-0,014	0
Qpаз()	-0,191	0,081	-0,017	-0,024	-0,064	0,056	0,016	-0,025	0,013	0

Рисунок 3.10 - Годограф Найквиста в ПП MathCad 14

Годограф Найквиста не охватывает точку на комплексной плоскости (-1; j0), поэтому система в замкнутом состоянии устойчива и имеет значительный запас устойчивости по амплитуде C = 0,63 и по фазе г = 50є.

3.5 Построение переходного процесса АСР

В последнее время для расчета и анализа систем автоматического управления все шире используются программные продукты (ПП) визуального моделирования на ЭВМ. К их числу относятся ПП Simulink системы MATLAB и VisSim.

При построении переходного процесса АСР температуры тигля был использован прикладной пакет VisSim.

Переходные процессы, полученные в результате моделирования с начальными настройками регулятора, с оптимальными настройками регулятора, а также с настройками регулятора, увеличенными и уменьшенными на 15%, представлены на рисунке 3.11.

Определяем параметры переходного процесса:

- максимальное динамическое отклонение:

, (3.27)

;

- перерегулирование:

, (3.28)

.

- статическая ошибка Тст = 0;

- время регулирования tр = 140 с (до момента, когда выходная величина становится отличной от нулевого значения на 3-5%).

По полученным графикам видно, что при оптимальных настройках регулятора качество процесса регулирования удовлетворяет заданным показателям качества (t, з, ), то есть выбор и расчет настроек регулятора проведены правильно.

Произведём анализ качества переходного процесса при скачкообразном возмущении по заданию (рисунок 3.12).

Результаты анализа показали:

- максимальное динамическое отклонение ;

- перерегулирование ;

- статическая ошибка Tст = 0;

- время регулирования tр = 125 с (до момента, когда выходная величина становится отличной от нулевого значения на 3-5% ).

3.6 Проверка АСР на грубость

На стадии расчёта также необходимо оценить реакцию АСР на возможные вариации её параметров. Для этого искусственно изменяют параметры объекта регулирования (Коб и фоб). То есть проверка на робастность заключается в увеличение Коб и фоб примерно на величину от 10 до 15 % (уменьшать Коб и фоб нет смысла, так как это приведёт к улучшению условий устойчивости и улучшению качества регулирования) и построения переходного процесса в АСР. Если переходной процесс устойчивый (не расходящийся), то это значит, что система является работоспособной (грубой) к изменению параметров объекта.

Проведем проверку на грубость, увеличив Коб и фоб на 10 %. Переходные процессы при увеличенных на 10 % Коб и фоб и при исходных параметрах объекта приведены на рисунке 3.13. На основании рисунка 3.13 можно сделать вывод, что система является грубой к изменению параметров объекта, так как при изменении Коб, фоб построенные переходные процессы получились не расходящиеся (система устойчивая).



4. Электроснабжение и электрооборудование

4.1 Описание общей системы электроснабжения предприятия в целом и проектируемого участка

ФГУП “Германий”, к которому относится реконструируемый передел выращивания монокристаллов германия, снабжается электроэнергией от Красноярской ТЭЦ-1 по воздушной линии электропередачи напряжением 110 кВ. Для приема и распределения электроэнергии на территории предприятия сооружена главная понизительная подстанция (ГПП) 110/6 кВ, от которой получают питание все цеховые трансформаторные подстанции и распределительные пункты.

Площадь участка составляет 540 м2. Характеристику потребителей электроэнергии участка берем из технологической схемы. Годовой фонд рабочего времени основного оборудования составляет 7920 часов.

4.2 Принципиальная однолинейная схема электроснабжения проектируемого участка

Электроэнергия от ГПП подается на цеховую трансформаторную подстанцию по двум кабелям при напряжении 6 кВ. Для повышенной надежности предусматриваем установку на цеховой подстанции двух силовых трансформаторов. Цеховая подстанция располагается в пристройке к зданию завода.

Для распределения электроэнергии между потребителями цеха принята радиальная схема электроснабжения с оборудованием распределительных пунктов (РП) и щитов ЩСУ. Освещение питается от общей четырехпроводной сети.

Для силовых потребителей участка принимаем напряжение 0,4 кВ, для освещения 0,22 кВ. Однолинейная принципиальная схема электроснабжения участка выращивания монокристаллов германия приведена на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 - Схема электроснабжения участка выращивания монокристаллов германия

4.3 Расчет электрического освещения участка и общей осветительной нагрузки

Расчет производим по методу удельной мощности. Для общего освещения в системе комбинированного освещения выбираем люминесцентные светильники типа ЛД, две трубки по 80 Вт. Зрительная работа относится к 6-й категории (грубая очень малой точности, с наименьшим размером объекта различения более 5 мм) согласно СНиП 2-4 - 79 [?]. В соответствии с этим принимаем освещенность цеха 50 лк.

Площадь цеха составляет 540 м2. Для выбранного типа светильников и площади участка определяем удельную нагрузку на освещение: Ро = 11,6 Вт/м2 [?].

Определяем расчетную активную мощность на освещение участка:

Росв = Ро • S, (4.1)

Росв = 11,6 · 540 = 6264,0 Вт = 6,26 кВт.

Определяем число светильников:

n = Росв / Рсв (4.2)

n = 6264 / (2 · 80) = 39,2 = 40 шт

Располагаем светильники в два ряда по 20 светильников. Расстояние между светильниками в ряду - 2 м.

4.4 Расчет электрической нагрузки

Для расчета электрических нагрузок в дипломном проекте применяем метод коэффициента спроса.

Значение коэффициента спроса Кс и коэффициента мощности соs взяты из нормативных документов обогатительной фабрики в ходе преддипломной практики.

Расчетные значения активной Рр, кВт и реактивной Qp, квар мощности n одинаковых электроприемников находятся по номинальной мощности Рн из формул

, (4.3)

(4.4)

Значения tg находится по известному значению соs.

Расход активной Wa, кВтч и реактивной Wp, кварч электроэнергии по числу часов работы в сутки t находится из формул

(4.5)

(4.6)

Результаты расчета электрических нагрузок сводим в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 - Расчет электрических нагрузок

Наименование	n, шт.	Pн., кВт	?Pн., кВт	Кс	cos?	tg?	Pp, кВт	Qр, квар
Печь для выращивания	12	22,60	271,20	0,80	0,95	0,33	216,96	71,60
Отрезной станок	2	2,20	4,40	0,75	0,8	0,75	3,30	2,48
Вальцовая мельница	2	6,40	12,80	0,70	0,8	0,75	8,96	6,72
Освещение	40	6,26	6,89	0,80	1,00	0,00	5,51	0,00
Итого							234,73	80,79

Наименование	t, ч	tгод, ч	Wа, кВт•ч	Wр, квар•ч
Печь для выращивания	19	7920	4 122,24	1 360,34
Отрезной станок	3	7920	9,90	7,43
Вальцовая мельница	3	7920	26,88	20,16
Освещение	24	8760	132,21	0,00
Итого			4 291,23	1 387,92

4.5 Выбор устройств компенсации реактивной мощности

Основными электроприемниками в данном виде производства являются электрнагреватели. Эти электроприемники, имеют низкий коэффициент мощности, что ведет к ряду отрицательных последствий:

- потере напряжения в электрической сети;

- потере мощности в электрической сети;

- необходимости увеличения сечения жил кабелей.

Для устранения этих отрицательных последствий используют естественные и искусственные способы повышения коэффициента мощности. К числу последних относится использование конденсаторных установок - батарей статических конденсаторов (БСК). Обычно БСК подключают к шинам 0,4 кВ цеховой трансформаторной подстанции.

Далее осуществляем расчет мощности компенсирующих устройств (БСК) и выбор их типа.

По данным таблицы 4.1 электрических нагрузок вычисляется значение средневзвешенного коэффициента мощности по формуле

(4.7)

В результате получаем

.

Это значение сosср.вз. сравниваем с нормативным значением соsн.. Нормативное значение коэффициента мощности принимаем равным 0,93 поскольку питание осуществляется от районных сетей напряжением 110 кВ. Так как наше значение средневзвешенного коэффициента мощности выше нормативного (0,95 > 0,93), конденсаторные установки для цеха по выращиванию монокристаллов германия не требуются.

4.6 Расчет мощности и выбор трансформаторов цеховой трансформаторной подстанции

По суммарной активной нагрузке Pp (таблица 4.1) и фактическому коэффициенту мощности сos ср.вз.ф определяем расчетную мощность для выбора трансформаторов на цеховой подстанции по формуле

(4.11)

В результате получаем:

При использовании двухтрансформаторной подстанции мощность трансформаторов выбирается так, чтобы при аварии с одним трансформатором, второй обеспечивал питание всех электроприемников первой и второй категории. При этом в нормальном режиме трансформаторы должны быть загружены на (60 - 80) % номинальной мощности, в аварийном режиме при выходе из строя одного трансформатора допускается загрузка второго трансформатора до 140 %. Для проверки выполнения этого условия вычисляются коэффициенты загрузки трансформатора в нормальном Кз.н и аварийном Кз.ав режимах по формулам

(4.12)

(4.13)

Данные коэффициенты, в соответствии с правилами технической эксплуатации (ПТЭ) электроустановок потребителей, должны находится в следующих пределах:

Выбираем трехфазный масляный трансформатор типа ТМ-250/6, мощностью 250 кВА.

В результате получаем

,

.

Полученные значения коэффициентов загрузки в нормальном состоянии несколько меньше заданного предела, однако аварийной ситуации это не вызовет. Поэтому окончательно принимаем к установке двух трансформаторную КТП с трансформаторами типа ТМ-250/6.

4.7 Выбор кабелей напряжением 0,4 кВ и 6 кВ

Предусматриваем прокладку силовых кабелей в глухих каналах, устроенных в полу цеха. В зависимости от принятого способа прокладки принимаем четырехжильные кабели напряжением до 1 кВ с медными жилами, с изоляцией из пропитанной бумаги, в свинцовой оболочке, марки СБГ.

Выбор сечений силовых кабелей производится по длительно допустимой токовой нагрузке, а проверка по потере напряжения.

Для выбора сечения определяется расчетный ток нагрузки на кабель, А, по формуле

(4.14)

где Рр.к. - расчетная нагрузка на кабель, определяемая по данным таблицы нагрузок, кВт (Рр.к. = 229, 22 кВт);

Uн - номинальное линейное напряжение сети, В (Uн = 380 В);

cos cр.вз.к. - средневзвешенный коэффициент мощности, определяемый с учетом нагрузок только выбираемого кабеля (cos cр.вз.к. = 0,93);

с - КПД электрической сети (с = 0,92 - 0,95).

Производим вычисление

По данным справочника [6] выбираем четырехжильный кабель с сечением жилы s = 185 мм2 и допустимым током Iдоп = 450 А.

Выбранный кабель проверяется по потере напряжения, В, по формуле

(4.15)

где l - длина кабеля (l = 110 м);

s - площадь сечения жилы кабеля (s = 185 мм2);

- удельная проводимость меди ( = 58,1 м/(Оммм2)).

Производим расчет:

Потеря напряжения в процентах определяется по формуле:

(4.16)

и не должна превышать 5 % от значения номинального напряжения Uн.

Производим вычисление:

,

то есть выбранный кабель удовлетворяет нормам (потери составляют менее 5 %).

Предусматриваем прокладку силовых кабелей на освещение в глухих каналах, устроенных в полу и стенах цеха. Для выбора кабеля на освещение рассчитаем ток нагрузки на кабель по формуле (4.14)

По данным справочника [6] выбираем трёхжильный кабель с сечением жилы s = 1,5 мм2 и допустимым током Iдоп = 16 А.

Выбранный кабель проверяется по потере напряжения, В, по формуле (4.15)

Потеря напряжения в процентах определяется по формуле (4.16):

,

то есть выбранный кабель удовлетворяет нормам (потери составляют 5 %).

Результаты расчетов сводим в таблицу 4.2.

Таблица 4.2 - Характеристики кабелей напряжением 0,4 кВ

Назначение кабеля	Длина кабеля, м	Принятая марка и сечение кабеля	Расчетный ток, А	Iдоп, А	Потеря напряжения, U %
Участок выращивания монокристаллов германия	110	СБГ-3х185+1х70	403,662	450	1,76
Освещение участка	52	ВВГ-3х1,5	14,47	16	4,6

Выбор кабелей напряжением 6 кВ производят по расчетному току, по формуле (4.14)

Для тока 25,56 А принимаем трехжильные кабели напряжением до 6 кВ с медными жилами, с изоляцией из пропитанной бумаги, в свинцовой оболочке, марки АВВГ-3Ч10 с Iдоп = 60 А.

Выбранный кабель проверяется по потере напряжения, В, при значениях s= 10 мм2, = 32 м/(Оммм2), l = 1060 м, по формуле (4.15)

Что в процентах составляет

,

то есть выбранный кабель удовлетворяет нормам (потери составляют менее 5 %).

Результаты расчетов сводим в таблицу 4.3.

Таблица 4.3 - Характеристики кабелей напряжением 6 кВ

Назначение кабеля	Длина кабеля, м	Принятая марка и сечение кабеля	Расчетный ток, А	Iдоп, А	Потеря напряжения, U %
Участок до ТМ	1060	АВВГ-3Ч10		60	1,85

4.8 Определение годовой стоимости электроэнергии

Суммарная присоединенная мощность нагрузки превышает 1000 кВА, поэтому расчет годовой стоимости электроэнергии для них производится по двухставочному тарифу по формуле:

(4.17)

где а - годовая стоимость 1 кВт максимальной активной нагрузки, руб.;

Рмакс - заявленная предприятием максимальная активная мощность, кВт;

b - стоимость 1 кВтч активной энергии, коп.;

Wа - годовой расход активной энергии, кВтч;

с - годовая стоимость 1 квар максимальной реактивной нагрузки, руб.;

Qмакс - максимальная реактивная мощность, квар;

d - стоимость 1 кварч реактивной энергии, коп.;

Wр - годовой расход реактивной энергии, кварч.

Значения a, b, c, d берутся по данным преддипломной практики на предприятии. Значения a, b, c, d составляют: a = 93,30 руб., b = 22,32 коп., c = 7,1 руб., d = 0,83 коп.

Величины Рмакс и Qмакс при расчете принимаются равными суммарным расчетным значениям активной Рр и реактивной Qр мощности из таблицы электрических нагрузок. Годовой расход активной Wа и реактивной Wр энергии определяется произведением соответственно Рр и Qр на годовой фонд времени работы основного оборудования и его значения берутся из таблицы нагрузок (таблица 4.1).

Находим годовой расход активной электроэнергии по формуле:

(4.18)

где tгод - годовой фонд рабочего времени основного оборудования (tгод = 7668 ч).

В результате получаем:

Находим годовой расход реактивной электроэнергии по формуле:

(4.19)

В результате получаем:

В результате находим годовую стоимость электроэнергии:

Годовая стоимость электроэнергии составит 442727,1 рублей.

4.9 Основные меры безопасности при эксплуатации электроустановок

Для защиты от поражения электрическим током при эксплуатации электроустановок предприятий используются различные технические и организационные мероприятия, предусмотренные «Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей».

К числу организационных защитных мер относятся:

- оформление работы нарядом или распоряжением;

- допуск к работе;

- надзор во время работы;

- оформление перерыва в работе, переводов на другое рабочее место, окончания работы.

Правильная организация безопасного ведения ремонтных работ в действующих электроустановках предусматривает:

- производство необходимых отключений и принятие мер, препятствующих подаче напряжения к месту работы вследствие ошибочного или самопроизвольного включения коммутационной аппаратуры;

- вывешивание плакатов: «Не включать - работают люди»,

«Не включать - работа на линии» и при необходимости установка ограждений;

- присоединение к «земле» переносных заземлений; проверка отсутствия напряжения на токоведущих частях, на которое должно быть наложено заземление;

- наложение заземлений (непосредственно после проверки отсутствия напряжения);

- ограждение рабочего места и вывешивание плаката: «Стой - высокое напряжение», «Не влезай - убьет», «Работать здесь».

К числу технических защитных мер электробезопасности относятся:

- применение малых напряжений (12 и 36 В);

- контроль за состоянием изоляции электроустановок;

- компенсация емкостной составляющей тока замыкания на землю;

- обеспечение недоступности токоведущих частей;

- защитное заземление корпусов электроустановок;

- зануление корпусов электроустановок;

- двойная изоляция;

- защитное отключение.

На большинстве предприятий используются четырехпроводные электрические сети напряжением 0,4 кВ с TN-C-S (c глухозаземленной нейтралью). Это позволяет от одной сети питать трехфазные силовые электроприемники (электродвигатели) напряжением 380 В и осветительную нагрузку напряжением 220 В.

В сетях TN-C-S (c глухозаземленной нейтралью) основной защитной мерой от поражений электрическим током при случайных прикосновениях персонала к металлическим нетоковедущим частям цеха является зануление корпусов электрооборудования, которое осуществляется их присоединением четвертой жилой кабеля к нулевому заземленному выводу трансформатора.

Назначение зануления состоит в том, чтобы преобразовать замыкание на корпус электроустановки при повреждении ее изоляции в однофазное короткое замыкание, которое приводит к срабатыванию максимально-токовой защиты (автоматического выключателя, предохранителя) и быстрому (не более 30 с) селективному отключению поврежденной электроустановки. Однако в течение времени существования однофазного замыкания на корпусе электроустановки присутствует опасное для человека напряжение (от 110 B и выше в сети напряжением 380/220 В).

Для обеспечения надежности связи нулевого провода с землей в конце линии у электроприемников устраиваются повторные заземлители (обычно не более трех) с сопротивлением не более 30 Ом каждый (общее сопротивление повторных заземлителей не более 10 Ом). Выполнение зануления осуществляется в соответствии с «Правилами устройства электроустановок». Повторные заземлители берут на себя функции центрального заземляющего устройства при обрыве проводников, соединяющих его с нулевой точкой трансформатора. Использовать заземление корпусов электроприемников без присоединения этих корпусов нулевому проводнику запрещается. Поэтому в сети с глухозаземленной нейтралью использовать защитное заземление нельзя.

5. Безопасность жизнедеятельности

Одним из важнейших социально-экономических факторов развития современного общества является создание безопасных условий труда работающих, снижение уровня производственного травматизма и профессиональных заболеваний. Для обеспечения здоровых и безопасных условий труда большое значение имеет соблюдение правил по технике безопасности и норм производственной санитарии. Для того чтобы человек мог плодотворно работать, ему необходимо создать оптимальные условия для выполнения его производственных обязанностей. Существует целый ряд норм, выполнение которых позволяет во многом обеспечить такие условия, а также уменьшить влияние вредных производственных факторов на здоровье человека.

5.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов

На промышленных предприятиях существуют опасные и вредные производственные факторы, которые губительно сказываются на здоровье человека:

- опасные факторы воздействием на рабочих приводят к внезапному, резкому ухудшению здоровья человека, к травме или летальному исходу;

- вредные производственные факторы воздействием на рабочих приводят к профессиональным заболеваниям или к обострению существующих.

Также эти факторы могут вызывать снижение работоспособности, быструю утомляемость, нервозность, а также приводить к более серьезным последствиям.

Процесс выращивания монокристаллов германия связан с воздействием на персонал ряда опасных и вредных факторов, к которым относят:

- поражение электрическим током от прикосновения к токоведущим частям, вследствие нарушения изоляции, отсутствия или неисправности заземления;

- термические ожоги вследствие возможного теплового воздействия нагретых до 1000 °С печей;

- механические повреждения от подвижных частей печей при отсутствии защитных кожухов;

- механические повреждения в результате неосторожного обращения с баллонами аргона;

- воздействие теплового излучения;

- опасность травматизма при проведении технологических процессов и обслуживании оборудования;

- производственные аварии.

Химическая опасность в цехе по выращиванию монокристаллов германия отсутствует, так как процесс выращивания можно отнести к формовочному (германий переходит из поликристаллического в монокристаллическое состояние), при этом газов и паров не выделяется. Процесс выращивания проходит в нейтральной атмосфере, а точнее в аргоне, под воздействием высоких температур. В случае утечки аргона и лишь при содержании его в воздухе свыше 70% на человека будет действовать эффект наркоза. Он тяжелее воздуха и может накапливаться в плохо проветриваемых местах снижая при этом концентрацию кислорода, что может вызвать кислородную недостаточность. Но в нашем цехе такой концентрации достичь невозможно. К тому же аргон не включен в список вредных веществ в ГОСТ12.1.005-01. Значит опасным (вредным) факторам можно отнести лишь поражение электрическим током и тепловое излучение от печей.

Опасные и вредные производственные факторы сведены в таблицу 5.1.

Таблица 5.1 - Анализ опасных и вредных производственных факторов

Рабочее место или операция технологического процесса	Оборудование	Опасный (вредный) фактор, единица измерения	Величина фактора	Норматив (безопасная величина)
Цех по выращиванию монокристаллов германия	Установка для выращивания	Поражение электрическим током, мА	>50	< 10 (ГОСТ12.1.038-01)
		Тепловое излучение, Вт/м2	430	?350 СН 245-81

В таблице 5.2 приведена характеристика метеоусловий на рабочем месте, в сопоставлении их с нормативными данными.

Таблица 5.2 - Параметры микроклимата

Период года	Фактические	Оптимальные	Допустимые
	t, °C	, %	, м/с	t, °C	, %	, м/с	t, °C	, %	, м/с
Холодный	16-18	20-30	0,2	16-18	40-60	<0,3	13-17	15-75	<0,5
Теплый	23-25	40-60	0,68	18-21	40-60	0,3-0,7	<26	<70	0,5- -1,0

По таблице 5.2 можно сделать вывод, что температура воздуха в цехе немного больше оптимального, но не превышает допустимого значения, влажность воздуха и скорость движения воздуха не превышает оптимального значения.

5.2 Технические и организационные мероприятия по охране труда

Для обеспечения безопасной работы и предотвращения травматизма большое значение имеет инструктаж по безопасным методам работ при эксплуатации и ремонте оборудования.

В соответствии с требованиями к технике безопасности на предприятиях проводятся следующие виды инструктажей:

- вводный инструктаж для всех принимаемых на работу, проводят инженер по охране труда и работник пожарной охраны, газоспасательной службы, если такая имеется на предприятии;

- первичный инструктаж на рабочем месте проходят все работники, вновь поступившие на работу и прошедшие вводный инструктаж, переведенные из одного цеха в другой, а также переведенные с одной работы на другую в одном и том же цехе; проводится непосредственно руководителем работ (мастером);