- контакти керування:

o CLOCK - тактовий сигнал. За зростаючим фронтом ротор мотора повертається;

o FULL / HALF - повнокроковий / напівкроковий режим;

o ENABLE - включити / відключити виходи A, B, C, D, INH1, INH2;

o CONTROL - режим роботи при повнокроковому режимі: одна або дві фази одночасно;

o CW / CCW - напрямок обертання ротора за годинниковою стрілкою, проти годинникової стрілки;

o Vref - аналоговий вхід. Опорна напруга для компаратора ШІМ;

- додаткові контакти:

o Sense1, Sense2 - необхідні для навантаження поточного значення напруги від рівня потужності фаз A, B та C, D.

2.2.3 Трансивер MCP2551

MCP2551 - високошвидкісний CAN, відмовостійкий пристрій, який служить інтерфейсом між CAN протоколом контролера і фізичною шиною. MCP2551 забезпечує можливість диференційної передачі і прийому контролера протоколу CAN і є повністю сумісним зі стандартом ISO 11898, включаючи 24V вимоги. Він може працювати на швидкості до 1 Мбіт/с. У кожного вузла в системі CAN повинен бути пристрій, щоб перетворити цифрові сигнали, генеровані контролером CAN до сигналів, що підходить для передачі через кабельні з'єднання шини (диференційний вихід). Також схема забезпечує буфер між контролером CAN і потенціалами високої напруги, які можуть бути генеровані на шині CAN зовнішніми джерелами (EMI, ESD, електричні перехідні процеси, і т.д.)

Контакт Rs дозволяє вибирати три режими роботи:

- високошвидкісний;

- похилого регулювання підсиленням;

- “сон”.

Високошвидкісний режим обирається з'єднуючи контакт Rs з Vss. У цьому режимі вихідний драйвер має швидкий вихід падіння і зростання часу, щоб підтримувати високошвидкісні рівні шини CAN.

Похилий режим керування обмежує час падіння і зростання CANH і CANL. Керується даний режим з'єднуючи зовнішній резистор (Rext) між Rs і Vss. Оскільки струм перш за все визначається Rext значенням опору похилого управління, певна швидкість передачі досягається, застосовуючи відповідний опір.

Режим “сну” під'єднується високий рівень до Rs. У режимі очікування, передавач вимикається і приймач працює з низьким струмом. Контакт приймача в контролера (RXD) все ще функціональний, але буде працювати з меншою швидкістю. Мікроконтроллер може контролювати RXD для шини CAN і перемкнути приймач в нормальне функціонування через контакт Rs.

В табл. 2.2 показані контакти трансивера.

Таблиця 2.2

Контакти трансивера MCP2551

Номер контакту	Назва контакту	Функція контакту
1	TXD	Вхід прийом даних з мережі
2	Vss	Земля
3	Vdd	Живлення
4	RXD	Вихід надіслані дані
5	Vref	Опорна напруга вихід
6	CANL	CAN низький рівень напруги I/O
7	CANH	CAN високий рівень напруги I/O
8	Rs	Похиле регулювання підсиленням

2.2.4 Регістр SN54ALS373A

Це восьмирозрядний регістр D-типу з 3-стабільними виходами призначений спеціально для керування високо ємнісними або відносно низьким опором навантаження. Він застосовується для реалізації буферних регістрів, портів введення/виведення, двонаправлених керованих шин і робочих регістрів. Доки регістр активний вхід (LE) в високому стані, Q виходів отримують дані (D) входи. Коли LE в низькому стані, Q виходи замикаються на логічних рівнях встановлених на входах D.

ОЕ вхід використовується, щоб встановити вісім виходів в логічний стан (високий чи низький), або у високоімпедансний стан (табл. 2.3).

Таблиця 2.3

Таблиця істинності регістра

Входи	Виходи Q
OE	LE	D
L	H	H	H
L	H	L	L
L	L	X	Q0
H	X	X	Z

У даному розділі описано функціонування контролера та його основних вузлів. Розглянуто принцип передачі даних по мережі та керування КД. Обрано елементну базу для забезпечення функціонування контролера.

3. РЕАЛІЗАЦІЯ БАЗОВИХ ВУЗЛІВ КОНТРОЛЕРА ВИКОНАВЧОГО МОДУЛЯ ТА РОЗРОБЛЕННЯ ПРИНЦИПОВОЇ СХЕМИ

Основний осцилятор забезпечує стабільне за частотою джерело тактових імпульсів одним з двох способів: зовнішнє несиметричне джерело тактових імпульсів з'єднується з вхідним контактом OSC0, або зовнішній кристал з'єднується через вхід OSC0 і вихід OSC1. Якщо використовується PLL (phase-locked loop) фазове авто налаштування частоти, значення кристалу має бути однією з підтримуваних частот від 3,579545 МГц до 16,384 МГц (включно). Якщо PLL не використовується, кристал може бути будь-який з підтримуваних частот між 1 МГц і 16,384 МГц з ємністю навантаження CL=16 пФ.

Для реалізації синхронізації використовується кварц фірми PANASONIC EFJ-N1605J5B з частотою 16 МГц. Схема підключення показана на рис. 3.1.

Рис. 3.1 Схема підключення кристалу для синхронізації

Для CL1 та СL2 рекомендується використовувати високоякісні керамічні конденсатори в діапазоні 5...16 пФ, вони вибираються для того, щоб задовольнити вимоги резонатора або кристалу. СL1 та CL2 зазвичай одніє ємності. Ємність навантаження CL розраховується за такою формулою:

CL = CL1 * CL2 / (CL1 + CL2) + Cstray,

де Cstray - ємність контакту, плати або пов'язана з трасуванням друкованої плати. Зазвичай воно має значення між 2 пФ і 7 пФ. Також заборонено використовувати резонатори з ємнісним навантаженням 12,5 пФ. Якщо Cstray = 5пФ, то підставивши значення у формулу, отримаємо CL1 = CL2 = 22 пФ. Rf (зовнішній резистор зворотного зв'язку) повинен мати значення 1 Мом.

Щоб реалізувати скидання, необхідно на 64-й контакт RST подати логічний нуль. Значення елементів для поточної схеми: Rpu = 10 кОм; Rs = 470 Ом; С1 = 10 нФ.

Схема скидання показана на рис.3.2.

Рис 3.2. Схема скидання

Щоб забезпечити живленням контролера, необхідно 4 різні напруги: +12 V, +5 V, +3,3 V, +1,2 V. Всі ці напруги подаються через з'єднувач XS1 типу D-Sub від зовнішнього джерела. Оскільки споживана потужність +3,3 V більша, ніж інші, то на дану напругу у з'єднувачі передбачено два контакти. Решта контактів - земля. Принципова схема розв'язки по живленню показана на рис.3.3.



Рис.3.3 Розв'язка по живленню

Кількість керамічних конденсаторів вибиралась з розрахунку 1 конденсатор на 1 лінію споживання.

Мікросхеми DD1 та DD2 постійно активні. Контакт 1 (Output Enable), що спрацьовує по логічному нулю, заводиться на землю.

Трансивер DD3 MCP2551 живиться з мережі через з'єднувач D-Sub (рис 3.4). Живитесь трансивер може від напруги +12V та +24V. Для забезпечення роботи в режимі High Speed контакт Rs під'єднується до контакту 2, тобто землі.

Рис.3.4 Під'єднання трансивера до мережі через D-Sub

Опорна напруга +5 V, яка необхідна для контролера L297, забезпечується мікросхемою MAX6150, яка отримує напругу від джерела живлення +12 V. Щоб подати логічну одиницю на вхід CONTROL мікросхеми DD5, необхідно до нього під'єднати живлення через резистор R4 опором 1Ком.

Для уникнення несправностей пов'язаних з неправильним під'єднанням роз'єму живлення та роз'ємів іншого призначення. Роз'єми X2, X3, X4, X5 - “гнізда”, Х1 - “штир”.

Принципова схема контролера показана на рис. 3.5, а також у графічній частині “Контролер. Схема електрична принципова”.

Рис 3.5. Принципова схема контролера

КД використовується у повнокроковому режимі з керуванням від двох фаз. Часова діаграма його роботи показана на рис. 3.6. Кожен крок виконується по фронту синхросигналу CLOCK.

Рис.3.6. Часова діаграма роботи КД

Давачі горизонтального кута повороту камери, які підключаються зовні через відповідний з'єднувач, рекомендуються використати важільного типу. Така кнопка забезпечить високу чутливість та легкість натискання при повороті камери. Прикладом такої кнопки є Z15G1701 фірми HIGHLY.

Для написання програми позиціонування відеокамерою використовувалось середовище KEIL та програмне забезпечення StellarisWare. Написання програми здійснювалось мовою C/C++. У програмі також використані фрагменти вихідних кодів і безліцензійної бібліотеки підтримки додатків, що надані Texas Instruments.

Програмне забезпечення StellarisWare створено на основі засобів розробки мікроконтролерів ARM/Keil Microcontroller Development Toolkit для ARM, середовища IAR Embedded Workbench, Red Suite компанії Code Red Technologies, CodeSourcery Sourcery G++ і загальних засобів розробки GNU.

Написана програма міститься у додатку Г “Текст програми позиціонування відеокамери”.

У даному розділі була розроблена схема електрична принципова. Розглянута часова діаграма роботи КД. Написана програма в середовищі KEIL.

4. ОХОРОНА ПРАЦІ

4.1 Контролер виконавчого модуля промислової мережі

Пристрій який розробляється - контролер, його призначення управляти КД (кроковим двигуном), який являється виконавчим механізмом. КД обертає відеокамеру. Контролер являється елементом промислової мережі (рівень контролерів) і під'єднується до неї за допомогою CAN інтерфейсу. Через мережу приходять команди від оператора які вказують позицію що має зайняти відеокамера.

Оскільки контролер під'єднаний до мережі безпосередньо з пристроєм персонал не працює. Оператор який керує камерою знаходиться на відстані не менше 20 м (на ближніх дистанціях не має сенсу використовувати даний контролер з КД). При виникненні неполадок контролер знеструмлюється і виконуються ремонтні роботи.

Контролер під'єднується до 4-х різних напруг постійного струму: +1.2V, +3.3V, +5V, +12V, що є безпечним для людини. Але в силу того що таку напругу не генерують її необхідно діставати з промислової напруги частотою 50Гц шляхом трансформації. Тобто кабельні лінії які підводять струм до пристрою, проходять біля працюючого персоналу на яких діє електричне поле.

4.2 Електричні поля промислової частоти

Електричне поле (ЕП) створюється непорушними зарядами. Джерела електричних полів можуть бути природного та антропогенного характеру. До природних джерел належать: Земля, Сонце, Космос. Серед основних джерел ЕП антропогенного характеру можна перерахувати:

- Електротранспорт (трамваї, тролейбуси, потяги тощо);

- Лінії електропередач (міського освітлення, високовольтні тощо);

- Електропроводка (усередині будівель, телекомунікації тощо);

- Побутові електроприлади;

- Теле- і радіостанції (транслюючі антени);

- Супутниковий і стільниковий зв'язок (транслюючі антени);

- Радари;

- Персональні комп'ютери.

Ступінь біологічного впливу ЕП на організм людини залежить від частоти коливань, напруженості та інтенсивності поля, тривалості його впливу.

Внаслідок дії ЕП можливі як гострі, так і хронічні ураження, порушення в системах і органах, функціональні зсуви в діяльності нервово-психічної, серцево-судинної, ендокринної, кровотворної та інших систем. Зазвичай зміни діяльності нервової та серцево-судинної системи зворотні, і хоча вони накопичуються і посилюються з часом, але, як правило, зменшуються та зникають при виключенні впливу і поліпшенні умов праці. Тривалий та інтенсивний вплив ЕП призводить до стійких порушень і захворювань.

ЕП промислової частоти 50 Гц викликають у працюючих порушення функціонального стану центральної нервової системи, серцево-судинної системи, спостерігається підвищена стомлюваність, млявість, зниження точності робочих рухів, зміна кров'яного тиску і пульсу, аритмія, головний біль. Також череж ЕП можуть з'являтися роздратування, втрата уваги, зростати мовнорухової та зоровомоторної реакцій, підвищуватися межа нюхової чутливості, пригнічуватися харчовий та статевий рефлекси. Також згідно медичних досліджень у людей під впливом ЕП фіксуються зміни показників білкового та вуглеводного обміну, збільшується вміст азоту в крові та сечі, знижується концентрація альбуміну та зростає вміст глобуліну, збільшується кількість лейкоцитів, тромбоцитів і відбуваються деякі інші зміни у складу крові.

ГОСТ 12.1.002-84 “Електричні поля промислової частоти. Допустимі рівні напруженості і вимоги до проведення контролю на робочих місцях”. встановлює гранично допустимі рівні напруженості електричного поля (ЕП) частотою 50 Гц для персоналу, який обслуговує електроустановки і знаходиться в зоні впливу створюваного ними ЕП, у залежності від часу перебування в ЕП.

Допустимі рівні напруженості електричних полів

Гранично допустимий рівень напруженості ЕП становить рівним 25 кВ / м. Перебування в ЕП напруженістю більше 25 кВ / м без застосування засобів захисту не допускається. Якщо напруженість ЕП понад 20 до 25 кВ / м, то час перебування в зоні працюючого персоналу, не повинен перевищувати 10 хв. Рівень напруженості ЕП при якому допускається знаходитись працюючому персоналові протягом робочого дня становить 5 кВ / м. Якщо є необхідність працюючому персоналу знаходитись в ЕП напруженістю понад 5 до 20 кВ / м включно, то такий допустимий час обчислюється за формулою:

де T - допустимий час перебування в ЕП при відповідному рівні напруженості, год;

E - напруженість впливає ЕП в контрольованій зоні, кВ / м.

Допустимий час перебування в ЕП може бути реалізовано одноразово або протягом робочого дня. В зонах з різною напруженістю ЕП час перебування обчислюють за формулою:

де - приведений час, еквівалентний біологічному ефекту перебуванню в ЕП нижньої межі нормованої напруженості, год;

- час перебування в контрольованих зонах з напруженістю, год;

- допустимий час перебування в ЕП для контрольованих зон, де напруженість більше 20 до 25 кВ / м та більше 5 до 20 кВ / м. Наведений час не повинен перевищувати 8 год. Кількість контрольованих зон визначається перепадом рівнів напруженості ЕП на робочому місці. Різниця в рівнях напруженості ЕП контрольованих зон встановлюється 1 кВ / м.

Вимоги для зон більше 5 до 25 кВ / м дійсні за умови виключення можливості впливу електричних розрядів на персонал, а також за умови застосування захисного заземлення за ГОСТ 12.1.019-79 ”Електробезпека. Загальні вимоги і номенклатура видів захисту” всіх ізольованих від землі предметів, конструкцій, частин обладнання, машин і механізмів, до яких можливо дотик працюють у зоні впливу ЕП.

Засоби захисту від ЕП

Для захисту персоналу застосовують такі способи:

- зменшення потужності випромінювання джерела ЕП застосуванням узгоджених навантажень і поглинувачів потужності;

- віддалення робочого місця від дбюжерела ЕП (захист відстанню);

- зменшення часу перебування під опроміненням (захист часом);

- раціональне розташування в робочому приміщенні устаткування, що випромінює електромагнітну енергію;

- встановлення раціональних режимів роботи устаткування і обслуговуючого персоналу;

- екранування джерела ЕП чи робочого місця;

- застосування засобів індивідуального захисту;

- застосування засобів сигналізації і блокування.

Екрани виконують у вигляді замкнених об'ємів (камер, кожухів), щитків і ширм із матеріалів з великою електричною провідністю (мідь, латунь, алюміній). Як засоби індивідуального захисту застосовують спецодяг з металізованої тканини та шоломи з електропровідним шаром. Очі захищають окулярами з металізованим склом або замість скелець із сіточками з тонкого дроту.

До заходів щодо зменшення впливу на працівників ЕП належать: організаційні, інженерно-технічні та лікарсько-профілактичні.

Організаційні заходи здійснюють органи санітарного нагляду. Вони проводять санітарний нагляд за об'єктами, в яких використовуються джерела електромагнітних випромінювань.

Інженерно-технічні заходи передбачають таке розташування джерел ЕП, яке б зводило до мінімуму їх вплив на працюючих, використання в умовах виробництва дистанційного керування апаратурою, що є джерелом випромінювання, екранування джерел випромінювання, застосування засобів індивідуального захисту (халатів, комбінезонів із металізованої тканини, з виводом на заземлюючий пристрій).

Взагалі, засоби індивідуального захисту необхідно використовувати лише тоді, коли інші захисні засоби неможливі чи недостатньо ефективні: при проходженні через зони опромінення підвищеної інтенсивності, при ремонтних і налагоджувальних роботах в аварійних ситуаціях, під час короткочасного контролю та при зміні інтенсивності опромінення. Такі засоби незручні в експлуатації, обмежують можливість виконання трудових операцій, погіршують гігієнічні умови.

Засоби індивідуального захисту працюють за принципом екранування людини з використанням відбиття і поглинання ЕП. Для захисту тіла використовується одяг з металізованих тканин і рідіопоглинаючих матеріалів. Металізовану тканину роблять із бавовняних ниток з розміщеним всередині них тонким проводом, або з бавовняних чи капронових ниток, спірально обвитих металевим дротом. Така тканина, наче металева сітка, при відстані між нитками до 0,5 мм значно послаблює дію випромінювання. При зшиванні деталей захисного одягу треба забезпечити контакт ізольованих проводів. Тому електрогерметизацію швів здійснюють електропровідними масами чи клеями, які забезпечують гальванічний контакт або збільшують ємнісний зв'язок неконтактуючих проводів.

Лікарсько-профілактичні заходи передбачають проведення систематичних медичних оглядів працівників, які перебувають у зоні дії ЕП, обмеження в часі перебування людей в зоні підвищеної інтенсивності електромагнітних випромінювань, видачу працюючим безкоштовного лікарсько-профілактичного харчування, перерви санітарно-оздоровчого характеру.

4.3 Підсумки до розділу

Електричне поле може згубно діяти на нервову систему, серцево-судинну систему, на протікання вагітності, змінювати склад крові, впливати на вироблення гормонів тощо. Вплив ЕП залежить від його частоти, напруженості та інтенсивності, тривалості його впливу на організм.

В залежності від умов використовують різні заходи захисту від ЕП: організаційні, інженерно-технічні та лікарсько-профілактичні.

Для контролера використовується захист відстанню тому його навіть незначне ЕП ніяким чином не впливає на працівників. Також застосування на самому контролері низьких напруг та малу потужність зменшує інтенсивність та напруженість ЕП.

5. ЕКОНОМІЧНИЙ РОЗДІЛ

5.1 Економічна характеристика проектного виробу

Мета даної бакалаврської кваліфікаційної роботи розробити контролер виконавчого модуля промислової мережі, тобто виконавчим механізмом.

Основним виконавчим механізмом буде КД (кроковий двигун.). КД буде повертати камеру відеоспостереження в залежності від команд, які приходять від оператора з мережі. Давачі, які знаходяться по бокам будуть задавати межі повертання відеокамери. Також передбачена можливість підключення інших виконавчих механізмів через буферну схему, та різних типів давачів також за допомогою буферної схеми. Це надає пристрою універсальності.

Оскільки мікроконтролер під'єднаний до мережі CAN - це надає пристрою зменшену кількість різних пристроїв керування, що знижує його вартість. Також застосування вбудованого контролера CAN в базовий мікроконтролер знижує його кінцеву вартість, за рахунок використання однієї мікросхеми замість двох.

Головним етапом розробки контролер виконавчого модуля промислової мережі був вибір елементної бази, а саме мікроконтролера, який би організовував взаємодію всіх пристроїв, що входять в контролер виконавчого модуля промислової мережі. Застосування малопотужних мікросхеми знижує загальну потужність споживання.

Для управління складовими електронними пристроями використаний мікроконтролер фірми TEXAS INSTRUMENTS, а саме LM3S2793. Ці контролери характеризуються високою швидкодією, великим обсягом пам'яті програм і даних, необхідної для даного проекту CAN мережі, мають блок переривань, сторожовий таймер. LM3S2793 - це 32 розрядний одно кристальний мікроконтролер на базі ядра Cortex M3, що забезпечує уніфікованість усіх контролерів. Використання даних контролерів збільшують надійність та термін напрацювання на відмову кінцевого продукту.

5.2 Визначення комплексного показника якості

Комплексний показник якості () визначається шляхом порівняння показників якості проектованого виробу і вибраного аналогу.

За аналог обирається виріб, що відповідає проектному рішенню (проектованій конструкції) за сферою застовування та функціональному призначенню і є широко представлений на обраному ринку.

Комплексний показник якості проектованої системи визначаємо методом арифметичного середньозваженого з формули:

(5.1)

де - кількість одиничних показників (параметрів), прийнятих для оцінки якості проектованої системи;

- коефіцієнт вагомості кожного з параметрів щодо їхнього впливу на технічний рівень та якість проектованої системи (встановлюється експертним шляхом), причому:

(5.2)

- часткові показники якості, визначені порівнянням числових значень одиничних показників проектованої системи і аналога за формулами:

або (5.3)

де , - кількісні значення і-го одиничного показника якості відповідно проектованої системи і аналога.

Розрахунок Пя проводимо за вище наведеними формулами в табличній формі.

Комплексний показник якості визначаємо за допомогою табл. 5.1.

Таблиця 5.1

Розрахунок комплексного показника якості проектованого контролера виконавчого модуля промислової мережі

№	Показник, одиниця вимірювання	Значення показників	Коеф. вагомості, qi	Зважений параметричний індекс якості Сі·qi
		Аналог Паі	Проектний виріб, Ппрі	Відносний показник якості, Сі
Показники призначення
1.1	Споживча потужність, Вт	22	5	4,4	0,14	0,1417
1.2.	Кількість модулів, які можна підключити, шт	20	1	0,05	0,23	0,0115
1.3	Габарити, мм2	1920	820	2,34	0,115	0,2691
Показники надійності
2.1	Ймовірність відмов	0,05	0,01	5	0,035	0,175
2.2	Напрацювання на відмову, рік	6	5	0,833	0,19	0,158
Ергономічні показники
3.1	Зручність використання	4,1	4,8	1,17	0,025	0,0925
3.2	Товарний вид	5	3,5	0,7	0,15	0,105
Показник стандартизації і уніфікації
44.1	Коефіцієнт застосовності	0,5	1	0,5	0,015	0,0075
Показник безпеки
55.1	Безпечність експлуатації	1	1	1	0,1	0,1
Всього:	1

Отже, згідно з формулою (3.1), комплексний показник якості рівний:

5.3 Розрахунок лімітної ціни нового виробу

На стадії розробки техніко-економічного обґрунтування і видачі технічного завдання на проектування (коли закладаються основні параметри продукції, які визначають рівень її якості) і призначені для контролю якості проектування, встановлюється лімітна ціна проектного виробу. За допомогою лімітних цін проектувальникам нової техніки виставляються визначені економічні вимоги, які стають на заваді розробки і виготовленню малоефективних видів продукції, що примушує шукати економічні і технічні цілеспрямовані варіанти конструкцій і їхніх елементів. Таким чином, лімітна ціна є одним з критеріїв при оцінці ефективності проектних рішень, які дозволяють застерегти розробку і виготовлення неефективної продукції.

Лімітна ціна - це максимальна оптова ціна розробленого приладу, яка з одного боку, відповідає визначеним техніко-економічним параметрам проектованого приладу і відображає покращення його споживчих факторів у порівняні з аналогом, а з іншого - зацікавлює користувача цього приладу в його використанні. Однією з умов економічної ефективності розробленого виробу є співвідношення:

Цр<Цл (5.3)

де Цр - розрахункова оптова ціна розробленого виробу;

Цл - лімітна ціна спроектованого виробу.

Лімітна ціна розробленого приладу визначається за формулою

Цл=Сп мах + Пн (5.4)

де Сп мах - максимальний розмір повної собівартості розробленого виробу,

Пн - нормативний прибуток (до 40% повної собівартості, величина узгоджується з викладачем )

Максимальний розмір повної собівартості розробленого виробу визначається за формулою:

Сп мах=0,85 * Спа * Пя, (5.5)

де 0,85 - прийнятий на рівні нормативу коефіцієнт відносного здешевлення нової продукції;

Спа - повна собівартість аналогу;

Пя - комплексний показник якості розробленого приладу.

Для нашого прикладу, виходячи з собівартості приладу аналогу, його повна собівартість буде включати суму собівартостей світлофору для транспорту і світлофору для пішоходів з таймером зворотнього відліку

Спа = 1265 грн. , розраховуємо Сп мах:

Сп мах=0,85·1265·1,0603=1140,09(грн.)

Враховуючи нормативну прибутковість на рівні 40%, визначаємо лімітну ціну:

Цл=1140,09+0,4·1265=1646,09 (грн.)

5.4 Визначення показників економічної ефективності проектних рішень

5.4.1 Умови економічної ефективності

Критерієм економічної ефективності нових пристроїв є економія суспільної праці. Це положення використовується у формулі для визначення сумарного економічного ефекту від впровадження приладу та ін.

Е=Ев+Ее, (5.6)

де Ев - економічний ефект в умовах виробництва, тис.грн.;

Ее - економічний ефект в умовах експлуатації протягом нового терміну служби приладу, тис. грн.

Економічний ефект, отриманий у процесі виробництва , оцінюють шляхом порівняння оптових цін аналога і спроектованого пристрою (собівартість спроектованого пристрою визначають виходячи з розрахунку собівартості виготовлення).

З метою оцінки економічної ефективності в умовах експлуатації порівнюють експлуатаційні витрати аналога і спроектованого пристрою в конкретних умовах його експлуатації.

Загальну умову економічної ефективності нового приладу можна виразити нерівністю:

Е>0

Оскільки показник Е являє собою алгебраїчну суму двох величин, між ними можливі такі варіанти співвідношень:

1. Ев>0; Ее>0; тоді Е>0 найбільш прийнятний варіант, але практично досить рідкісний.

2. Ев<0; Ее>0, причому |Ее|>|Ев|, тоді Е>0 - найбільш ймовірний варіант, тому що пристрій з кращими параметрами, як правило, коштує дорожче.

Другою необхідною умовою є:

tок <tок н

Де tок - термін окупності додаткових капітальних витрат (визначається різницею витрат на виробництво аналога і проектного виробу і відшкодовується з економії, одержаної в умовах експлуатації), років;

tок =|Ев|/Ее.р (5.7)

tок.н - нормативний термін окупності, встановлений для тої галузі, де буде використовуватись новий виріб, років;

Ее.р - річний економічний ефект в умовах експлуатації, тис.грн.

3. Ев>0; Ее<0, причому |Ее|>|Ев|, тоді Е>0. Формально цей варіант є ефективним, але по суті означає погіршення експлуатаційних характеристик приладу в результаті скорочення (економії) виробничих витрат, тому цей випадок - неефективний.

3.1. Ев>0; Ее=0, тоді Е>0. Це співвідношення, як частковий випадок варіанту 3 слід розглядати як прийнятний, оскільки він означає зниження собівартості проектованого пристрою без зміни рівня його якості у порівнянні з аналоговим (тобто завдання на проектування є запровадження виробництво пристрою замість більш дорогої закупівлі).

4. Співвідношення Ев і Ее, що призводить до результату Е<0, вважається за неефективне (виняток можуть скласти прилади-засоби пізнання і прилади-засоби праці, що забезпечують безпеку роботи і покращення умов праці).

Економічний ефект в умовах виробництва визначається з виразу:

Ев = Ц1 - Ц2, (5.8)

де Ц1, Ц2 - оптова ціна відповідно аналога і спроектованого приладу, грн.

Ц2 = СП2(1+ РР2 / 100), (5.9)

де СП2- повна собівартість спроектованого приладу, грн.

РР2- рентабельність нового приладу по відношенню до собівартості, % (може бути прийнята у межах 30%).

5.4.2 Визначення собівартості і ціни спроектованого пристрою

Визначення виробничої собівартості спроектованого приладу здійснюється за питомою вагою у ньому окремих елементів витрат. Питома вага елементів витрат встановлюється за даними структури собівартості приладу -аналога.

Свир2 = 100 / Ум*М2, (5.10)

де Свир2 - виробнича собівартість спроектованого приладу, розрахована методом питомих ваг, грн.;

Ум - питома вага вартості основних матеріалів і комплектуючих виробів у виробничій собівартості аналога (65%);

М2 - вартість основних матеріалів і комплектуючих виробів спроектованого приладу.

В таблиці 5.2 наведено вартість комплектуючих виробів розробленого пристрою.

Таблиця 5.2

Вартість комплектуючих виробів контролера виконавчого модуля промислової мережі

Комплектуючі вироби	Кількість, шт.	Вартість за одиницю, грн.	Сума, грн.
MCP2551	1	14,48	14,48
LM3S2793	1	50,16	50,16
SN54ALS373A	1	40	40
ST L297	1	68	68
MAX6150	1	34,24	34,24
Резонатор KX-12A	1	24	24
Резистор ERJ-6GEYJ103V 10кОм	1	0,5	0,5
Резистор ERJ-1SJ102 1КОм.	1	0,33	0,33
Резистор ERJ-8GEYJ105S 1Мом	1	0,6	0,6
Резистор ERJ-B1AF471U 470Ом	1	0,2	0,2
Конденсатор ECA-1CAM101X 100 мкФ	5	1,1	5,5
Конденсатор ECJ-2YB1H104K 0,1мкФ	14	0,5	9
Конденсатор ECQ-V1103JM 0,01мкФ	1	0,12	0,12
Конденсатор ECUV1H220JCV 22pF	2	0,25	0,25
Роз'єм D-Sub 9 pin	5	1,7	8,5
Плата	1	35	35
всього	290,88

Свир2=100 / 65 · 290,88= 447,51 (грн.)

Повна собівартість спроектованого приладу, необхідна для розрахунку економічного ефекту в умовах виробництва, визначається із співвідношення:

Сп2 = Свир.у (1 + О / 100), (5.11)

де Свир.у - виробнича собівартість спроектованого приладу, визначена за одним з способів (наприклад, методом питомих ваг), грн.;

О - позавиробничі витрати підприємства, де буде виготовлятися спроектований прилад, (5%).

Сп2 = 447,51 · (1 + 5 / 100) = 469,89(грн.)

Для визначення економічного ефекту в умовах виробництва знаходимо ціну спроектованого пристрою:

Ц2 = 447,51· (1 + 30 / 100) =581,76(грн.)

Вартість аналогу становить 1265 грн.

Отже, економічний ефект у сфері виробництва становить:

Ев = 1265 - 581,76= 683,24 (грн.)

5.4.3 Розрахунок терміну служби пристрою за амортизаційним терміном

Термін служби пристрою (аналога і спроектованого) визначається за формулою:

Т = 100 / (Н·К), (5.12)

де Н - норма амортизаційних відрахувань відповідної групи пристроїв або систем, %. У даному випадку норма амортизаційних відрахувань становить 18%.

К - коефіцієнт прискореної амортизації, вибирається в межах 0,2 - 2.

У нашому прикладі коефіцієнт прискореної амортизації буде рівний 0,7.

Т = 100 / (18 · 0,7) = 8 (років)

5.4.4 Визначення економічного ефекту в сфері експлуатації

Економічний ефект в умовах експлуатації за весь термін служби приладу визначається за формулою:

де j - номер року, в якому ведеться розрахунок;

r - банківська депозитна ставка ,% / рік (18% - за середньо-статистичними даними);

Eep - річний експлуатаційний ефект від застосування спроектованого приладу, грн./рік;

Тс2 - термін служби спроектованого приладу, років;

Еер = Еа + Еен + Езпл + Ер (5.13)

де Езпл - річний економічний ефект на заробітній платі, грн./рік

Еа - річний економічний ефект на амортизації, грн./рік;

Ер - річний економічний ефект на ремонтних витратах, грн./рік;

Еен - річний економічний ефект витрат на енергію, грн./рік;

Річний економічний ефект на амортизації визначається:

Еа = Н · К · (Ц1 - Ц2) / 100, (5.14)

де Н - річна норма амортизації для даної групи приладів, %/рік, (Н=18%);

К - коефіцієнт прискорення амортизації активної частини основних фондів (К = 0,7);

Ц1, Ц2 - оптова ціна аналога та спроектованого приладу, грн.

Еа = 18 · 0,7 · (1265 - 581,76)/ 100 = 86,09 (грн./рік)

Річний економічний ефект на витратах на енергію визначається:

Еен = (М1 - М2) · Т · а, (5.15)

де, М1, М2 - споживані потужності відповідно аналога та спроектованого приладу.

а = 0,24 грн - тариф за 1 кВт/год.;

Т = 312 · 8 - к-ть робочих годин на рік (згідно з прийнятим бюджетом робочого часу на відповідний період);

Еен = (0,022- 0,005) · 2 496· 0,24 = 10,18 грн. /рік

Річний економічний ефект по заробітній платі у нашому випадку :

Езпл. = 0, так як зарплата фахівця з обслуговування залишилася такою ж.

Сумарний річний економічний ефект визначається за формулою:

Еер = 86,09 + 10,18 = 96,27 (грн. /рік)

Термін експлуатації пристрою становить 5 років. Річний
Еер = 96,27 грн /рік. Тоді сумарний економічний ефект за термін експлуатації становить:

Ее = 96,27 · 1,94 + 96,27 · 1,64 + 96,27 · 1,39 + 96,27 · 1,18 + 96,27 · 1 = =1129,11 грн.

Загальний економічний ефект:

Ез = Ев + Ее = 683,24 + 1129,11 = 1812,35грн.

5.5 Висновки до розділу

В економічній частині бакалаврської кваліфікаційної роботи були проведені відповідні економічні розрахунки для відображення доцільності розробки та виготовлення контролера виконавчого модуля промислової мережі.

Встановлено, що комплексний показник якості розробленого пристрою становить , знайдено вартість комплектуючих виробів розробленого пристрою, а також загальну вартість приладу, вирахувано економічний ефект у сфері виробництва, що становить 683,24, а експлуатація протягом терміну служби розробленого пристрою, тобто на 5 років, обійдеться на 1812,35 грн дешевше, ніж експлуатація аналога до розробленого пристрою.

ВИСНОВКИ

В ході виконання бакалаврської кваліфікаційної роботи за темою “Контролер виконавчого модуля промислової мережі” було розглянуто рівні ієрархії та структуру типової комп'ютеризованої системи керування технічними об'єктами. Зроблено огляд промислових комп'ютерних мереж, висвітлені їх переваги і недоліки. Розглянуто призначення і класифікації контролерів промислових мереж, наведено приклад типової архітектури.

Для передачі повідомлень від оператора було обрано мережу CAN. Вона повністю відповідає вимогам до мережі першого рівня ієрархії КСКТО (рівня контролерів). Мережа CAN забезпечує надійність, простоту реалізації та високу швидкодію.

Контролер керування виконавчим модулем має моноблочне розміщення пристроїв введення/виведення,. що забезпечує високу швидкодію.

Щоб визначити необхідні для реалізації контролера апаратні засоби, були описані алгоритми його роботи. На основі цього розроблена схема електрична структурна.

Для забезпечення функціонування контролера була обрана та описана основна елементна база. Розглянуто принцип передачі даних мережею та керування КД. На основі цих даних розроблена схема електрична функціональна.

Розроблена та описана схема електрична принципова. Написана програма в середовищі KEIL з використанням StellarisWare.

Економічний ефект контролера у сфері виробництва становить 683,24 грн, а експлуатація протягом терміну служби розробленого пристрою, тобто 5 років, обійдеться на 1812,35 грн дешевше, ніж експлуатація його функціонального аналога.

Для запобігання дії електричного поля (ЕП) на людину у контролері використовується захист відстанню (він розташовується на великій відстані від працюючого персоналу), тому його навіть незначне ЕП ніяким чином не вплине на працівників. Також застосування на самому контролері низьких напруг та малої потужності зменшує інтенсивність та напруженість ЕП.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Денисенко В.В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием. - М.: Горячая линия - Телеком, 2009.

2. Галиев А.Л, Галиева Р.Г. Элементы и устройства автоматизированных систем управления. - Стерлитамак 2008.

3. Вольфганг Э. Промышленные шины для систем автоматизации (журнал “Мир компьютерной автоматизации”).

4. Кенио. Т. Шаговые двигатели и их микропроцессорные системы управления. - Москва энергоатомиздат 2004.

5. TEXAS INSTRUMENTS LM3S2793 (Технічна документація).

6. STMicroelectronics L297 (Технічна документація).

7. TEXAS INSTRUMENTS SN54ALS373A (Технічна документація).

8. MAXIM MAX6150 (Технічна документація)

9. ГОСТ 12.1.019-79 ”Електробезпека. Загальні вимоги і номенклатура видів захисту”.

10. ГОСТ 12.1.002-84 “Електричні поля промислової частоти. Допустимі рівні напруженості і вимоги до проведення контролю на робочих місцях”.

11. сайт фірми Texas Instruments - http://www.ti.com. - 2011

ДОДАТКИ

Додаток А. Текст програми позиціонування відеокамери

#include "inc/hw_ints.h"

#include "inc/hw_memmap.h"

#include "inc/hw_types.h"

#include "inc/hw_nvic.h"

#include "driverlib/can.h"

#include "driverlib/gpio.h"

#include "driverlib/systick.h"

#include "driverlib/interrupt.h"

#include "driverlib/sysctl.h"

int period=0;

int pos;

enum cState

{

CAMERA_LEFT,

CAMERA_CENTR,

CAMERA_RIGHT

};

enum cState sCamera=CAMERA_LEFT;

// interrupt SysTick_Handler

void SysTick_Handler(void)

{

//set clock;

if (period==0)

{GPIOPinWrite(GPIO_PORTG_BASE, GPIO_PIN_5, period++);

pos++;}

else

GPIOPinWrite(GPIO_PORTG_BASE, GPIO_PIN_5, period--);

};

CAMERA_LeftRight()

{

pos=0;

// Enable the SysTick counter.

SysTickEnable();

while(pos<3){}

while((GPIOPinRead(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_0)!=0)||(GPIOPinRead(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_1)!=0))

{//LE

GPIOPinWrite(GPIO_PORTJ_BASE, GPIO_PIN_0, 1);}

// Disable the SysTick counter.

SysTickDisable();

if (GPIOPinRead(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_0)==1) sCamera=CAMERA_LEFT;

if (GPIOPinRead(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_1)==1) sCamera=CAMERA_RIGHT;

};

CAMERA_Centr()

{

pos=0;

// Enable the SysTick counter.

SysTickEnable();

while(pos<3){}

while((GPIOPinRead(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_0)!=0)||(GPIOPinRead(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_1)!=0)||(pos==15))

{//LE

GPIOPinWrite(GPIO_PORTJ_BASE, GPIO_PIN_0, 1);

}

// Disable the SysTick counter.

SysTickDisable();

if (GPIOPinRead(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_0)==1) sCamera=CAMERA_LEFT;

if (GPIOPinRead(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_1)==1) sCamera=CAMERA_RIGHT;

if (pos==15) sCamera=CAMERA_CENTR;

};

int main()

{

tCANBitClkParms CANBitClk;

tCANMsgObject sMsgObjectRx;

unsigned char ucBufferIn[8];

// Reset the state of all the message objects and the state of the CAN

// module to a known state.

CANInit(CAN0_BASE);

// Configure the controller for 1 Mbit operation.

CANBitClk.uSyncPropPhase1Seg = 5;

CANBitClk.uPhase2Seg = 2;

CANBitClk.uQuantumPrescaler = 1;

CANBitClk.uSJW = 2;

CANSetBitTiming(CAN0_BASE, &CANBitClk);

// Take the CAN0 device out of INIT state.

CANEnable(CAN0_BASE);

// Configure a receive object.

sMsgObjectRx.ulMsgID = (0x400);

sMsgObjectRx.ulMsgIDMask = 0x7f8;

sMsgObjectRx.ulFlags = MSG_OBJ_USE_ID_FILTER;

sMsgObjectRx.ulMsgLen = 8;

sMsgObjectRx.pucMsgData = ucBufferIn;

CANMessageSet(CAN0_BASE, 1, &sMsgObjectRx, MSG_OBJ_TYPE_RX);

// Configure systick

// Configure the SysTick counter. 20 Hz

SysTickPeriodSet(20);

// Configure the SysTick interrupt

SysTickIntRegister(SysTick_Handler);

// Configure pin for controling device.

//direction

GPIOPinTypeGPIOOutput(GPIO_PORTG_BASE, GPIO_PIN_4);

//step

GPIOPinTypeGPIOOutput(GPIO_PORTG_BASE, GPIO_PIN_7);

//clock

GPIOPinTypeGPIOOutput(GPIO_PORTG_BASE, GPIO_PIN_5);

//enable

GPIOPinTypeGPIOOutput(GPIO_PORTG_BASE, GPIO_PIN_6);

//left sensor

GPIOPinTypeGPIOInput(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_0);

//right sensor

GPIOPinTypeGPIOInput(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_1);

//LE for RG

GPIOPinTypeGPIOOutput(GPIO_PORTJ_BASE, GPIO_PIN_0);

//enable step controler

GPIOPinWrite(GPIO_PORTG_BASE, GPIO_PIN_6, 1);

//step full

GPIOPinWrite(GPIO_PORTG_BASE, GPIO_PIN_7, 0);

//direction CWW

GPIOPinWrite(GPIO_PORTG_BASE, GPIO_PIN_4, 0);

CAMERA_LeftRight();

//direction CW

GPIOPinWrite(GPIO_PORTG_BASE, GPIO_PIN_4, 1);

CAMERA_Centr();

while(1)

{

// Wait for new data to become available.

while((CANStatusGet(CAN0_BASE, CAN_STS_NEWDAT) & 1) == 0)

{

// Read the message out of the message object.

CANMessageGet(CAN0_BASE, 1, &sMsgObjectRx, true);

}

if ((sMsgObjectRx.pucMsgData=="left") &(sCamera!=CAMERA_LEFT))

{

//direction CWW

GPIOPinWrite(GPIO_PORTG_BASE, GPIO_PIN_4, 0);

CAMERA_LeftRight();

}

if ((sMsgObjectRx.pucMsgData=="right") &(sCamera!=CAMERA_RIGHT))

{

//direction CW

GPIOPinWrite(GPIO_PORTG_BASE, GPIO_PIN_4, 1);

CAMERA_LeftRight();

}

if ((sMsgObjectRx.pucMsgData=="centr") &(sCamera!=CAMERA_CENTR))

{

if(sCamera==CAMERA_LEFT)

//direction CW

GPIOPinWrite(GPIO_PORTG_BASE, GPIO_PIN_4, 1);

else

//direction CWW

GPIOPinWrite(GPIO_PORTG_BASE, GPIO_PIN_4, 0);

CAMERA_Centr();

}

};

// Process new data in sMsgObjectRx.pucMsgData.

};

Додаток Б. Контролер. Перелік елементів



Размещено на Allbest.ru