Система контроля и автоматического регулирования состояния воздушной среды производственного помещения

Химический фактор, количественно оцениваемый содержанием вредных веществ в воздухе рабочей зоны - один из важнейших показателей, учитываемый при гигиенической классификации условий труда. Расчет передаточной функции при управлении электродвигателем.

Рубрика Безопасность жизнедеятельности и охрана труда
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 01.03.2019
Размер файла 129,7 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Одним из важнейших показателей, учитываемых при гигиенической классификации условий труда, является химический фактор, количественно оцениваемый содержанием вредных веществ в воздухе рабочей зоны. Превышение предельно допустимых концентраций (ПДК) может приводить к появлению отдельных признаков или легких форм профессиональных заболеваний, тяжесть которых по мере увеличения загрязненности воздуха растет. Значительные превышения ПДК могут создать риск тяжелых форм поражения здоровья работников, вплоть до непосредственной угрозы их жизни, даже при продолжительности воздействия в течение одной рабочей смены или ее части. По этой причине организация систематического контроля состояния воздушной среды в производственных помещениях с потенциально высокой опасностью загрязнения воздуха вредными веществами является одним из ключевых мероприятий по охране труда [1]. В случаях непосредственного присутствия работников в зонах повышенной опасности контроль загрязнения воздушной среды необходимо осуществлять непрерывно, причем он должен быть интегрирован с системой автоматического регулирования состояния воздуха (за счет вентилирования производственных помещений), а также средствами предупреждения работников при наступлении опасности их здоровью.

При проектировании системы контроля и автоматического регулирования состояния воздушной среды необходимо учитывать ее экономическую эффективность, определяемую с учетом вероятностного характера наступления событий, сопряженных с ущербом, и с привлечением методов теории вероятностей [2, 3]. Также необходимо учитывать возможное совместное функционирование с системами, обеспечивающими контроль условий труда по другим показателям (температурно-влажностному режиму, освещенности, действию виброакустических факторов). Основными требованиями к построению сложных многокомпонентных информационных систем [4-9] являются:

· однородность получаемых данных с измерительной аппаратуры (соответствие по формату представления измеряемых физических величин, согласование протоколов передачи данных);

· максимально полная предварительная обработка результатов измерения перед передачей итоговых значений концентраций;

· применение методов самодиагностики и самопроверки элементов системы, сравнительный анализ данных от локализованных систем с различным назначением;

· адаптивность и перенастраиваемость, модульный принцип построения и возможность интеграции измерительной аппаратуры в системы с различным назначением.

Система контроля и автоматического регулирования образуется устройствами трех функциональных типов. Датчики (сенсоры) фиксируют параметры воздушной среды (вид загрязняющего вещества и его концентрацию). При этом возможно применение как узкоспециализированных датчиков, определяющих концентрацию определенного вещества, так и комплексных, осуществляющих замеры по нескольким веществам, со сходными физическими принципами определения их концентраций [10]. Исполнительные устройства обеспечивают управление процессом очистки воздуха, для чего вырабатывают управляющие воздействия на электромоторы системы вентиляции. Устройства передачи данных обеспечивают организацию информационных потоков от датчиков в часть системы управления, ответственную за выработку управляющих воздействий, и далее, к исполнительным устройствам. Функциональные возможности разных видов могут совмещаться в одном физическом устройстве.

К числу комплексных датчиков, осуществляющих непрерывный автоматический контроль загрязненности воздуха, относится измерительное устройство СМ-ЗАВ ГАНК 4А. Оно имеет комбинированный принцип действия и реализует следующие методы и физические принципы измерений: со встроенными датчиками (электрохимический, термокаталитический и полупроводниковый), со сменной химической кассетой (оптронноспектрометрический), с дожигателем и химической кассетой (конверсионный и оптронноспектрометрический). Воздух из производственного помещения непрерывно поступает на датчик или кассету, где производится определение вида загрязняющего вещества и его концентрации, после чего вырабатывается сигнал, передаваемый в центр управления и, при необходимости, параллельно на жидкокристаллический экран самого устройства, где он преобразуется в значение текущей концентрации. Измерительное устройство имеет режим автоматического определения среднесменной концентрации (за 8 часов непрерывных замеров) и среднесуточной концентрации (за 24 часа), при превышении которых генерируется сигнал тревоги. Перечень вредных веществ, по которым возможно измерение концентраций, состоит из 10 наименований; также устройство может быть использовано для анализа содержания в воздухе некоторых видов аэрозолей преимущественно фиброгенного действия (АПФД). Погрешность измерений устройства не превышает 20%.

Для контроля содержания в воздухе веществ остронаправленного действия, способных причинить значительный вред здоровью даже при кратковременном воздействии, необходимо использовать специализированные датчики. Определение концентраций оксида углерода целесообразно выполнять электрохимическим газоанализатором К-100, оснащенным последовательным интерфейсом RS-232 и RS-485 и имеющим пропорциональный концентрации токовый выход, что значительно упрощает его интеграцию в систему сбора данных. Мониторинг содержания озона эффективно выполняется газовым компаратором СМ-ЗАВ 3.02 ПА, работа которого основана на эффекте гетерогенной хемилюминесценции. Встроенный микронасос обеспечивает непрерывное поступление загрязненного воздуха в реактор, где в результате химических реакций с участием озона газовая смесь начинает светиться; по интенсивности свечения определяется содержание озона в воздухе. По аналогичному принципу устроено измерительное устройство Н-320А для определения концентрации диоксида азота.

В качестве исполнительных устройств при регулировании состояния воздушной среды наиболее эффективны электродвигатели. Главной особенностью исполнительных устройств на основе электродвигателей является широкой диапазон регулируемых скоростей вращения; другими положительными качествами являются достаточно высокий вращающий момент, хорошие нагрузочные характеристики, компактность.

Отдельные аспекты автоматического управления и регулирования, основанного на использовании электродвигателей, рассмотрены в [11-17]. Управление может осуществляться по цепи возбуждения, либо по цепи якоря; управляемым параметром является либо скорость вращения (при постоянном сечении прогоняемого через вентилятор воздушного потока), либо положение заслонки (тогда при регулировании меняется сечение потока). Структурная схема двигателя, управляемого по цепи возбуждения, показана на рис. 1 а (в предположении линейной зависимости крутящего момента от тока возбуждения и тока якоря, и пренебрегая падением напряжения на щетках и эффектом гистерезиса); все физические величины как функции времени (напряжение, сила тока, и так далее) являются преобразованными по Лапласу. Первый структурный блок соответствует цепи возбуждения, и параметр a численно равен сопротивлению в цепи, а b - индуктивности. Постоянная двигателя K определяет соотношение между силой тока и крутящим моментом. Величина угловой скорости, или, точнее, зависимости (s), определяется нагрузкой, влияние которой отражается параметрами c (трение) и d (момент инерции). Последний структурный блок фиксирует зависимость положения вала двигателя - его угла поворота (s) - от угловой скорости.

Рис. 1. Структурная схема электродвигателя: а) - управляемого по цепи возбуждения; б) - управляемого по цепи якоря

На основании структурной схемы на рис. 1 а можно получить передаточную функцию при управлении электродвигателем (при отсутствии возмущения крутящего момента):

электродвигатель передаточный вредный

, (1)

где 1=b/a и 2=c/d. В большинстве случаев 2>>1, что позволяет упростить выражение (1) и пренебречь в нем сомножителем (1s+1).

Для управления по цепи якоря структурная схема показана на рис. 1 б. В этом случае параметры a и b равны сопротивлению и индуктивности якоря соответственно, остальные параметры аналогичны схеме управления по цепи возбуждения. При отсутствии возмущений передаточная функция:

, (2)

где в установившемся режиме K=K1.

Передаточные функции (1) и (2) используются при управлении положением заслонки. В случае, когда осуществляется управление скоростью вращения, из обеих передаточных функций должен быть удален сомножитель 1/s.

При организации информационного взаимодействия между элементами системы контроля и управления необходимо принимать во внимание наличие и активное использование в промышленности большого количества протоколов, применяемых в системах передачи данных, не связанных между собой решаемыми задачами, но физически функционирующими на одной территории. Нескоординированный информационный обмен с использованием единой беспроводной среды передачи данных создает многочисленные взаимные помехи, и не в состоянии гарантировать своевременную доставку сигнала, что может привести к неприемлемо большим задержкам при реагировании на аварийные ситуации.

Учитывая необходимость гарантии эффективного информационного обмена при совместном функционировании многочисленных устройств со специфическими протоколами передачи данных, целесообразно использовать технологии промышленных сенсорных сетей, соответствующие стандарту ISA100.11a. Данный стандарт отличается низким энергопотреблением поддерживающих его устройств, и относительно невысокими скоростями беспроводной передачи данных. Главными преимуществами использования стандарта ISA100.11a, по сравнению с альтернативными технологиями организации беспроводных сенсорных сетей (Z-Wave, ZigBee, EnOcean) являются его ориентированность на промышленное использование (с гарантией надежности, помехозащищенности и безопасности), и возможность эмуляции разнообразных протоколов (для сопряжения с сетью многочисленных классов устройств, без возрастания вероятности коллизий между ними). Данный стандарт использует частотный диапазон 2,4 ГГц и обеспечивает скорость обмена данными на уровне 250 кбит/с.

Стандартом ISA100.11a поддерживается коммуникационный протокол HART, обладающий достаточно широкими возможностями по управлению исполнительными устройствами. Система доступных команд включает универсальные и общепринятые команды, которые идентичны у всех HART-устройств, а также специфические команды, задаваемые для каждого устройства индивидуально. К числу специфических команд относятся, в частности, запись установок или включение ПИД-регулятора, подстройка сенсора, чтение или запись калибровочных коэффициентов. Кроме того, возможно описание команды с помощью специального языка описания устройств DDL, который позволяет создавать текстовые файлы с их последующей компиляцией в двоичный формат, воспринимаемый HART-устройством. Возможности DDL существенно упрощают реализацию алгоритмов управления исполнительными устройствами.

Стандарт ISA100.11a обеспечивает избыточную коммуникативную способность с энергосбережением. Это достигается за счет того, что единичная передача данных со стороны сенсора может быть принята и обслужена несколькими маршрутизаторами, причем в течение одного и того же интервала времени. Временные интервалы передачи данных являются гибкими и допускают конфигурирование, что позволяет организовать работу в единой сети для устройств с различными режимами доступа к среде передачи, независимо от потребностей этих устройств в синхронизации по времени.

Структура системы контроля и автоматического регулирования состояния воздушной среды показана на рис. 2. Множества датчиков и исполнительных устройств в пределах определенных территорий или помещений образуют сенсорные сети, каждая из которых имеет выход на скоростную магистраль через свой маршрутизатор. При этом магистраль используется только для обмена данными между датчиками и сенсорами конкретной системы контроля и регулирования, а доступ к основной информационной сети предприятия (либо к магистралям других систем мониторинга или управления) осуществляется через шлюз. Маршрутизация магистрали является одним из фундаментальных преимуществ ISA100.11a, причем пропускная способность данных растет по мере их перемещения к шлюзу.

Рис. 2. Структура системы контроля и автоматического регулирования состояния воздушной среды: 1 - сенсоры; 2 - исполнительные устройства

Приведенная на рис. 2 структура передачи информации гарантирует быстрый обмен данными с низкими вероятностями возникновения коллизий, позволяет легко добавлять и удалять отдельные устройства, минимизирует сложность сопряжения устройств с различными сетевыми протоколами. На ее основе возможно организовать эффективный мониторинг состояния воздушной среды, и обеспечить своевременное реагирование на чрезвычайные и аварийные ситуации, связанные с недопустимым загрязнением воздушной среды производственных помещений.

Литература

1. Кочетков, А.В. Контроль запыленности воздуха при экологическом мониторинге в дорожном хозяйстве / А.В. Кочетков, А.В. Чванов, С.П. Аржанухина, Н.Е. Кокодеева. - Экологические системы и приборы. - 2009, № 2. - С. 46-49.

2. Трофименко, Ю.В. Методика прогнозирования рисков чрезвычайных ситуаций природного характера на сети автомобильных дорог / Ю.В. Трофименко, А.Н. Якубович. - Безопасность в техносфере. - 2015, № 2. - С. 73-82.

3. Якубович. А.Н. Оценка обеспеченности ведущей функции потока отказов / А.Н. Якубович, И.А. Якубович. - Вестник МАДИ. - 2011, № 1. - С. 16-21.

4. Остроух, А.В. Интеллектуальные информационные системы и технологии. Монография / А.В. Остроух, Н.Е. Суркова. - Красноярск: ООО «Научно-инновационный центр», 2015. - 370 с.

5. Николаев, А.Б. Теоретические основы решения информационно-сложных задач / А.Б. Николаев, В.Н. Брыль, С.А. Кузнецов. - Вестник МАДИ. - 2010, № 4. - С. 74-78.

6. Локтева, М.В. Проблемы информационного мониторинга в системах моделирования и управления сложными объектами / М.В. Локтева, А.Н. Артемов. - Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2014, № 2. С. 24-27.

7. Гришаков, К.В. Разработка автоматизированных систем мониторинга загрязнения атмосферы объектами газовой и химической промышленности / К.В. Гришаков, В.М. Панарин, А.А. Горюнкова. - Известия Тульского государственного университета. Технические науки. - 2015, № 8-2. - С. 44-51.

8. Юрчик, П.Ф. Информационная поддержка работоспособности компьютерных систем методами теории катастроф / П.Ф. Юрчик, В.Б. Голубкова, Д.О. Гусеница. - Автоматизация и управление в технических системах. - 2013, № 3. - С. 52-56.

9. Шилин, А.Н. Метод синхронизации данных при интеграции системы управления ресурсами предприятия в единое информационное пространство / А.Н. Шилин, П.Ф. Юрчик. - Автоматизация и управление в технических системах. - 2014, № 4. - С. 62-70.

10. Васюгова, С.А. Технические средства автоматизации контроля и управления промышленными процессами / С.А. Васюгова, А.Б. Николаев. - Промышленные АСУ и контроллеры. - 2014, № 3. - С. 52-56.

11. Якубович, А.Н. Основы теории управления: Учебное пособие / А.Н Якубович, А.Б. Николаев. - М.: Изд-во «Лань», 2016. - 267 с.

12. Остроух, А.В. Алгоритмы управления автоматизированной системы контроля состояния циклона / А.В. Остроух, А.М. Васьковский, М.М. Ветлугин. - Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - 2013, № 11. С. 16-21.

13. Николаев, А.Б. Моделирование системы автоматического управления термоэлектрическим объектом / А.Б. Николаев, З. Ни. - Вестник МАДИ. - 2014, № 3. - С. 78-82.

14. Страхова, Н.А. Математическое описание технологических мероприятий по обеспыливанию воздуха рабочих зон конвейерного транспорта / Н.А. Страхова, К.А. Белокур. - Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Технические науки. - 2007, № 2. - С. 115-119.

15. Татаров, Л.Г. Теория обеспыливания воздуха / Л.Г. Татаров. - Вестник развития науки и образования. - 2011, № 5. - С. 52-54.

16. Маслов, И.П. Настройка регуляторов системы автоматического управления вентилятора местного проветривания для угольных шахт / И.П. Маслов, И.Ю. Семыкина. - Электротехнические комплексы и системы управления. - 2015, № 1. - С. 29-34.

17. Маслов, И.П. Исследование многокритериальной системы автоматического управления шахтным вентилятором местного проветривания / И.П. Маслов, И.Ю. Семыкина, А.В. Киселев, А.Э. Евстратов. - Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2014, № S33. - С. 3-12.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Производственный процесс в химическом цехе. Воздействие негативных факторов производственной среды на человека. Предельно допустимая концентрация содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны. Обеспечение работников средствами индивидуальной защиты.

    дипломная работа [1,0 M], добавлен 24.11.2014

  • Безопасная для жизни и здоровья производственная среда. ПДК некоторых вредных веществ в воздухе рабочей зоны. Химический газоанализатор. Аспиратор для отбора проб воздуха. Контроль запыленности воздуха в рабочей зоне. Счетный электрический метод.

    реферат [931,0 K], добавлен 25.03.2009

  • Использование аттестации рабочих мест и замеров уровней факторов производственной среды для оценки условий труда. Составление санитарно-гигиенического паспорта рабочего места. Способы снижения шума и концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны.

    практическая работа [24,4 K], добавлен 05.02.2013

  • Причины и характер загрязнения воздуха рабочей зоны. Терморегуляция организма человека. Нормативные содержания вредных веществ и микроклимата. Методы и средства контроля защиты воздушной среды. Система очистки воздуха. Основные причины выделения пыли.

    реферат [61,8 K], добавлен 08.12.2009

  • Разработка технических средств для улучшения условий труда. Расчет кратности воздухообмена при наличии в воздухе рабочей зоны вредных веществ, избытка влаги, избытка (недостатка) тепла. Расчет параметров осветительной установки, оценка ее пригодности.

    практическая работа [23,0 K], добавлен 15.12.2017

  • Практическое усвоение методики исследования и гигиенической оценки параметров метеорологических условий на рабочих местах в рабочей зоне производственного помещения. Определение скорости движения воздуха анемометром. Гигиеническая оценка метеоусловий.

    лабораторная работа [27,9 K], добавлен 13.01.2015

  • Концентрация вредных веществ в воздухе. Суммарный уровень шума в помещении. Освещенность рабочего места. Запыление воздушной среды участка химического комбината. Коэффициент частоты производственного травматизма. Использование звукопоглощающего покрытия.

    контрольная работа [67,1 K], добавлен 13.10.2013

  • Методы создания безопасных условий труда на территории предприятия. Предупреждение травматизма в цехах. Требования к воздуху рабочей зоны, контроль за содержанием в нем вредных веществ. Гигиенические требования к освещению помещений общественных зданий.

    контрольная работа [32,8 K], добавлен 27.09.2009

  • Классификация вредных веществ по характеру и степени воздействия на организм. Анализ мер по профилактике профессиональных отравлений. Расчеты проветривания производственных помещений. Определение содержания вредных газов и паров в воздухе рабочей зоны.

    лабораторная работа [212,7 K], добавлен 23.10.2013

  • Анализ, прогнозирование и профилактика производственного травматизма, методы учета и отчетности. Классификация вредных веществ в воздухе рабочей зоны. Примеры вредного воздействия. Первая медицинская помощь при кровотечениях, переломах костей и ушибах.

    контрольная работа [303,8 K], добавлен 01.02.2011

  • Степень опасности и вредности производственной среды. Оценка состояния условий труда на рабочем месте слесаря-сборщика по факторам с учётом гигиенической классификации труда. Мероприятия по их улучшению. Расчет средств защиты по установленным ОВПФ.

    курсовая работа [1,2 M], добавлен 23.12.2010

  • Классификация промышленных ядов. Общий характер их действия на организм. Оценка токсичности химических веществ. Классы, показатели и параметры их опасности. Стадийность в установлении гигиенических нормативов вредных веществ в воздухе рабочей зоны.

    презентация [2,9 M], добавлен 30.03.2015

  • Методы определения загазованности воздуха. Весовой и счётный (кониметрический) методы определения пыли. Химический состав и физические свойства пыли, ее токсическое, фиброгенное действие на организм человека. Расчет содержания пыли в воздухе рабочей зоны.

    лабораторная работа [44,0 K], добавлен 15.04.2015

  • Характеристика опасных и вредных факторов при изготовлении корпуса теплообменного аппарата. Расчет выделений (выбросов) загрязняющих веществ в атмосферу при сварке корпуса теплообменного аппарата. Запыленность и загазованность воздушной рабочей зоны.

    реферат [27,5 K], добавлен 01.09.2009

  • Классификация вредных веществ по видам токсического воздействия и степени опасности. Методы санитарного контроля воздушной среды. Способы борьбы с пылью. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Виды электромагнитного излучения и средства защиты от него.

    презентация [1,0 M], добавлен 08.12.2013

  • Классификация вредных веществ. Изучение методов и приборов определения содержания токсичных паров и газов в воздухе помещений. Смертельные дозы и предельные допустимые концентрации опасных веществ на производстве. Борьба с профессиональными отравлениями.

    реферат [147,1 K], добавлен 02.04.2019

  • Классификация вредных химических веществ в зависимости от их практического использования. Воздействие аэрозолей на организм. Гигиеническое нормирование содержания вредных веществ в воздухе. Средства индивидуальной защиты человека от негативных факторов.

    реферат [419,3 K], добавлен 22.04.2009

  • Характеристика воздушной среды производственного помещения, источники его загрязнения и нормативные требования. Мероприятия, направленные на оздоровление воздушной среды производственных помещений, роль и значение в них кондиционирования и вентиляции.

    реферат [24,7 K], добавлен 13.11.2009

  • Порядок применения отраслевых перечней работ, на которых могут устанавливаться доплаты рабочим за условия труда. Гигиеническая классификация труда. Разработка мероприятий по улучшению условий труда. Защита от вредных веществ и производственного шума.

    контрольная работа [600,3 K], добавлен 14.01.2016

  • Виды поражения электрическим током. Задачи и функции защитного заземления и зануления. Первая помощь человеку, пораженному электрическим током, виды защитных средств. Воздействие на организм человека вредных веществ, содержащихся в воздухе рабочей зоны.

    контрольная работа [30,8 K], добавлен 28.02.2011

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.