a = 2, b = 2, c = 1 - коэффициенты, зависящие от схемы

выпрямления напряжения.

Ом (3.46)

Ом, (3.47)

где r_д = 0.45 • 10^-3 Ом - по паспортным данным (3.48)

Подставив (3.46) - (3.48) в (3.45), получим:

R = (21.5 + 0.062 + 2 • 0.45 + 2 • 0.186 + 1 • 0.62 + 8.68) •10^-3 = 31.576 • 10^-3 Ом (3.49)

Определим граничный угол отпирания тиристоров:

, (3.50)

где С_е' - коэффициент пропорциональности между скоростью и ЭДС двигателя.

(3.51)

Тогда, подставив (3.51) в (3.50), получим граничный угол отпирания тиристоров равным:

(3.52)

Определим постоянные времени полученной системы.

Электромагнитная постоянная якорной цепи двигателя:

с (3.53)

Электромагнитная постоянная якоря двигателя:

с (3.54)

Электромеханическая постоянная системы:

с, (3.55)

где J = K_j • J_дв = 2.5 • 8.25 = 20.625 кг•м ², (3.56)

где K_j - коэффициент динамичности системы электропривода, показывающий во сколько раз система электропривода инерционней, чем двигатель. Для тяжелых, мощных устройств K_j 2... 3.

Результаты вычислений сведем в таблицу.

Таблица 3.1 - Динамические параметры системы

Наименование	Обозначение	Величина
Электромагнитная постоянная времени системы	Тэ	0.0899 с
Электромагнитная постоянная времени якорной цепи двигателя	Тя	0.093 с
Электромеханическая постоянная времени системы	Тм	0.0606 с
Постоянная времени тиристорного преобразователя	Т ТП	0.007 с
Суммарное сопротивления якорной цепи электродвигателя	R	0.031576 Ом
Суммарный момент инерции системы электропривода	J	20.625 кг*м 2
Коэффициент усиления тиристорного преобразователя	Ктп	67.17
Максимальный угол отпирания тиристоров	max	81 37'

3.8 Разработка датчика мощности

В проектируемой системе электропривода необходимо иметь сигнал, пропорциональный мощности вращения шнека. Прямым способом измерить эту мощность невозможно. Поэтому ее измеряют косвенно.

Для измерения мощности вращения шнека можно использовать сигналы, пропорциональные току двигателя, скорости вращения двигателя, ЭДС двигателя.

В данном случае предлагается использовать сигналы, пропорциональные току и скорости вращения двигателя. После перемножения этих сигналов на выходе получится сигнал, пропорциональный мощности вращения шнека. В состав спроектированного датчика мощности входит интегральная микросхема (ИМС) [15] К 525ПС 2А, представляющая собой четырехквадрантный аналоговый перемножитель (АП) сигналов и имеет следующие параметры:

потребляемый ток - не более 6 мА;

погрешность перемножения - не более 1 %;

нелинейность перемножения:

по входу X - не более 0.8 %;

по входу Y - не более 0.5 %;

остаточное напряжение:

по входу X - не более 80 мВ;

по входу Y - не более 60 мВ;

входной ток:

по входу X - не более 4 мкА;

по входу Y - не более 6 мкА;

полоса преобразования по входам - не менее 0.7 МГц;

выходное напряжение - не более 10.5 В.

Напряжение срабатывания стабилитрона во входной цепи операционного усилителя должно соответствовать достижению мощностью уровня стабилизации. Этому уровню будут соответствовать статический ток двигателя I_с = 333 А и скорость вращения двигателя _н= 78.54 1/с. Поскольку датчик тока рассчитан на пусковой ток, то в номинальном режиме его выходное напряжение составит:

В (3.57)

Сигнал с тахогенератора составит:

В (3.58)

Тогда сигнал на выходе ИМС составит:

В (3.59)

Таким образом, напряжение стабилизации входного стабилитрона должно составлять 3 В, что обеспечит правильную работу обратной связи по мощности.

Обратная связь включается через 1.5 с после включения двигателя, это необходимо для того, чтобы при пуске обратная связь по мощности не срабатывала.

3.9 Построение переходных процессов

Система автоматизированного электропривода может иметь несколько замкнутых контуров, регулирующих разные координаты. Наличие каждого из контуров должно быть обоснованно. Для каждого из контуров должен быть приведен анализ и синтез САР, который может быть выполнен любым методом. Переходные процессы целесообразно получать на ЭВМ, используя пакет прикладных программ (Matlab, СИАМ и др.).

Рисунок 3.5 - Переходный процесс

Переходной характеристикой динамического звена называют зависимость выходной величины от времени при подаче на вход ступенчатого сигнала единой амплитуды. Если на вход динамического звена поступает сигнал синусоидальной формы определенной частоты, то выходной сигнал имеет то же синусоидальную форму и частоту, но другую частоту и фазу.

Если качество процесса регулирования для заданных параметров не удовлетворяет поставленным техническим требованиям, то в систему вводят дополнительные корректирующие устройства.

Рисунок 3.6 - ЛАЧХ и ЛФЧХ

Вывод: Для определения устойчивости системы проведем оценку качества переходного процесса.

Переходная функция представляет собой экспоненту. Множитель(t) указывает, что экспонента рассматривается, начиная с момента t = 0, т.е. положительного времени.

Отрезок, отсекаемый на асимптоте касательной, проведенной к кривой в любой точке, равен постоянной времени Т, которая показывает инерционность с физической точки зрения - скорость с которой выходная величина стремится к установившемуся значению, Т=0,6 с. Чем больше постоянная времени звена, тем дольше длится переходный процесс, т.е. медленней устанавливается значение:

х ₂ = кх ₁

на выходе звена, где к - коэффициент передачи.

Выходное значение:

х ₂ = кх ₁

в апериодическом звене устанавливается только спустя некоторое время t_П после подачи входного воздействия. Строго говоря, экспонента приближается к этому значению асимптотически, т.е. в бесконечности. Практически переходный процесс считается закончившимся через промежуток времени:

t_П=3Т,

иногда применяют:

t_П=(4ч5)Т.

Устойчивость по логарифмическим частотным характеристикам определяют с использованием критерия устойчивости Найквиста. Критической точке, где модуль амплитудно-фазовой характеристики равен единице, соответствует точка пересечения ЛАЧХ с осью абсцисс на частоте среза щср, а точке, в которой фазовый сдвиг равен 180, соответствует пересечению ЛФЧХ линии - р.

Замкнутая система устойчива, если на частоте щ, для которой ц= - р, ордината ЛАЧХ разомкнутой системы отрицательна, L(ц)<0.

По результатам вычислений построены частотные характеристики рассматриваемой системы. Система устойчива. Запас устойчивости по амплитуде ДL=0,5дБ, по фазе Дц = 7,5⁰.

Анализируя график критерия устойчивости по Найквесту можно судить об устойчивости замкнутой системы автоматического регулирования. Из графика видно, что кривая не охватывает точку с координатами (-1;0) называемую устойчивой и согласно критерию Найквиста система является устойчивой.

3.10 Разработка алгоритма управления прессом

На примере решения задачи оптимизации режимных параметров процесса экструдирования был разработан алгоритм управления, блок-схема которого представлена на рисунке 3.7.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 3.7 - Блок-схема алгоритма управления прессом

3.10 Разработка программы управления прессом

Для разработки программы управления прессом будем использовать язык Visual Basic 6 [3]. Данный язык программирования позволит разработать удобный графический интерфейс и реализовать алгоритмы управления процессами.

Полный исходный текст программы приводится в приложении А.

Основой программы на VB является форма FORM1 (рисунок 3.9).

Рисунок 3.9 - Вид формы FORM1

Приведённая форма содержит все элементы для управления и контролем пресса. За каждым элементом этой формы закреплена определённая подпрограмма, реализующая то или иное действие. Весь набор элементов условно можно разбить на четыре части:

- панель ввода исходных данных;

- панель отображения оптимальных параметров;

- панель отображения выходных сигналов;

- выход.

Их назначение понятно из их названий и расположены они по порядку обращения к ним.

Рассмотрим их по порядку.

Панель ввода исходных данных. Данная процедура выполняется в начале работы. В окно "Влажность" оператором вводятся данные лабораторного анализа прессуемой биомассы. В окно "Производительность" оператор вводит косвенно информацию о типе биомассы.

Производительность пресса при переработке семян подсолнечника 540 кг/час. Она обусловлена тем, что шнек питателя при своей номинальной скорости вращения, при его геометрических размерах и удельного веса мятки подсолнечных семян приблизительно 540 грамм пропускает через себя около 540 кг мятки в час.

Поэтому, при экструзии биомассы иного типа, оператор сначала должен определить её удельный вес в граммах и ввести это значение в окно "Производительность".

После ввода обеих значений нажимается кнопка "Расчёт оптимальных параметров" по команде которой ЭВМ рассчитывает оптимальную угловую скорость прессующего шнека, по формуле:

= 0.141 Q - 0.0001367 Q^2-2.4713 W + 0.05725 W² (3.60)

где - оптимальная угловая скорость прессующего шнека, об/мин;

Q - производительность пресса, кг/час;

W - влажность прессуемой биомассы, %.

Эта формула получена в [4,5,7,8] методами регрессионного анализа, для оптимальной области параметров эффекта (рисунок 1.1).

Загрузка рассчитывается исходя из производительности, причем производительность по подсолнечнику принимается равной 100 %.

Результаты расчетов выводятся в соответствующем окне панели отображения оптимальных параметров.

По нажатию кнопки "Значения выходных величин" ЭВМ рассчитывает управляющее воздействие для САР электродвигателем пресса. Так как используется стандартная блочная система регуляторов [глава 4], то максимальное напряжение U_ум равно 8 В, для скорости вращения шнека 12 об/мин. Рассчитанное значение управляющего воздействия будет пропорционально приведённым значениям, оно отображается в окне "Напряжение задания скорости шнека, В".

Величина контролируемого значения тока электродвигателя, косвенно отражающего величину загрузки, считывается датчиком тока и после преобразований вводится в ЭВМ, для принятия решения о манипуляции двигателем задвижки. Эти значения выводятся ЭВМ для информации в окнах "Ток эл. двигателя шнека, А" и "Состояние двигателя задвижки", соответственно.

Для остановки пресса служит кнопка "Выход". При её нажатии ЭВМ формирует нулевое значение управляющего воздействия и выполняет закрытие программы.

4. Экономическая часть

Главным принципом грамотной инвестиционной политики конкретного предприятия должен быть принцип опоры на собственные финансовые ресурсы.

Источники самофинансирования:

- прибыль, главная форма чистого дохода предприятия, выражающая стоимость приобретенного продукта. Её величина выступает как часть денежной выручки, составляющая разницу между реализационной ценой продукции (работ, услуг) и её полной собственностью. Прибыль - обобщающий показатель результатов коммерческой деятельности предприятия. После уплаты налогов и других платежей из прибыли остается прибыль, часть которой можно использовать на инвестиции в составе фонда, создаваемого на предприятии;

- крупный источник финансирования инвестиций на предприятии - амортизационные отчисления.

В данном дипломном проекте рассматривается разработка автоматизированной системы управления масло прессом. В настоящее время используется система управления с помощью центрального пульта. Труд операторов не автоматизирован. В течение рабочей смены приходится выполнять множество ручных операций.

Конечной целью разработки данного проекта является улучшение условий труда оператора путем автоматизации основных операций, сокращения численности операторов, улучшение качества продукции и повышение эффективности использования сырья. Для этого был выбран метод, не требующий глубокой реконструкции. Старые приборы, участвующие в процессах, не демонтируются. Дополнительно ставится новое оборудование, тиристорные преобразователи и промышленный компьютер. Применение данного оборудования позволит выполнять технологический процесс одним оператором вместо четырех. Улучшаются условия труда оператора за счет полной автоматизации этого участка производства.

За счет автоматизации технологического процесса можно реально рассчитывать на повышение качества продукции.

Будет увеличена эффективность использования сырья за счет увеличения выхода масла, так как технологический процесс будет проходить при автоматизированном управлении приводом электродвигателя при помощи нового автоматизированного оборудования.

Для определения затрат, связанных с приобретением промышленного компьютера, модуля, датчиков и преобразователей, составим сводную таблицу стоимости данных устройств.

Таблица 4.1 - Стоимость покупных устройств

№	Наименование	Цена, руб.	Количество, ед.	Сумма, руб.
1	Электродвигатель постоянного тока 4ПН 400-22 МУЗ	80456,75	1	80456,75
2	Асинхронный двигатель	5080,55	1	5080,55
3	Тиристорный преобразователь ЭПУ 1-2-4347ДУХЛ 4	3257,8	1	3257,8
4	Модуль сопроцессора ТРСХ 57 1012М	41035	1	41035
5	Модуль аналогового ввода - вывода TSX AEY 414	22910	1	22910
6	Модуль дискретного ввода - вывода TSX DMY 28FK	17073,75	1	17073,75
7	Промышленный компьютер Simatic Box PC 820	104762,5	1	104762,5
	Итого			274576,35

Определим затраты на монтаже преобразователей, датчиков и модуля:

Моб = Соб • 0,2, (4.1)

где Моб - затраты на монтаж оборудования, руб.;

Соб - стоимость оборудования, руб.

Моб = 274576,35 0,2 = 54915,27 руб.

Расходы на текущий ремонт и амортизацию вновь приобретенного оборудования составят:

Рт.р.= Соб • 0,06 (4.2)

Рт.р.= 274576,35 • 0,06 = 16474,581 руб.

где Рт.р. - расходы на текущий ремонт, руб.

Ра = Соб • 0,1 (4.3)

Ра =274576,35•0,1 =27457,635 руб.

где Ра - расходы на амортизацию, руб.

Капитальные вложения по оборудованию составят:

Коб = Соб + Моб (4.4)

Коб = 274576,35 + 54915,27 = 329491,62 руб.

где Коб - капитальные вложения по оборудованию, руб.

Расход электроэнергии на дополнительно устанавливаемое оборудование составит:

Рпэвм - расход электроэнергии ПК за год, определяется:

Рпэвм = Рпк • Впк (4.5)

Рпэвм = 0,2 • 5280 = 1056 квтч

где Рпк - мощность ПК Simatic, 0,2 квт,

Впк - годовое время работы ПК, с учетом профилактических работ, Впк = 5280 ч.

Стоимость расхода электроэнергии на вновь устанавливаемое оборудование составит:

Сэл = Рпэвм • Цел • cos ц (4.6)

Сэл = 1056 • 2,0 • 0,7 = 1478,4 руб.

где Сэл - стоимость расхода электроэнергии, руб.;

где Цел - цена за 1 квтч электроэнергии, по данным предприятия составляет 2,0 руб.

По данным предприятия мощность комплекса "У 1-МСП 1" составляет 25,43 кВт\час, а с учетом времени работ за год 134270,4 кВт\час., стоимость расхода на электроэнергии 112787,14 руб.

Общие затраты, связанные с эксплуатацией оборудования на одну тонну продукции, составят:

Зэ = (Ртр + Ра + Сэл) / Пгод (4.7)

Зэ = (16474,581 + 27457,635 + 1478,4) /5047 = 8,99 руб.

где Зэ - затраты, связанные с эксплуатацией оборудования на одну тонну продукции, руб;

где П_год - годовой выпуск продукции (масла подсолнечного), по данным предприятия, П_год = 5047т.

Расчет эффективности производим исходя из того, что применение современных приборов позволит увеличить выход масла из ядра семян. Увеличение выхода масла составит:

Ј = Ј1 - Ј2 = 33,2-33,0 = 0,2 %.

После внедрения проекта эффективность использования сырья поднимется на 0,2 %.

До внедрения проекта для производства одной тонны масла требовалось переработать 3031кг семян при масличности семян 45 %.

После внедрения проекта выход одной тонны масла будет производиться при переработке 3012кг семян при той же масличности 45 %.

Это приведет к снижению себестоимости масла.

Доля стоимости сырья в себестоимости тонны масла составит:

С_{с 1т} = 3031 • С_ср (4.8)

С_{с 1т} = 3031 • 2 = 6062 руб.

где С_{с 1т} - стоимости сырья в себестоимости тонны масла, руб.;

где Сср - стоимость 1кг сырья после реконструкции.

С_{рс 1т} = 3012 • С_ср (4.9)

С_{рс 1т} = 3012 • 2 =6024 руб.

Разница между базовым вариантом и после реконструкции составит:

С_сн = С_{с 1т -} С_{рс 1т} (4.10)

С_сн = 6062-6024 = 38 руб.

где С_сн - разница между базовым вариантом и после реконструкции, руб;

По данным предприятия, себестоимость тонны масла подсолнечного составляет Ц_ст.себ. = 21950 руб.

После реконструкции себестоимость составит:

Ц_себ. = Ц_{ст.себ. -} С_сн + З_э (4.11)

Цсеб = 21950-38 + 8,99 = 21920,99 руб.

где Ц_себ. - себестоимость после реконструкции, руб.;

Ц_ст.себ - себестоимость тонны подсолнечного масла, руб.

Годовая экономия из-за снижения себестоимости составит:

Эуг 1 = Пгод • (Цст.себ. - Цсеб.) (4.12)

Эуг 1 = 5047 • (21950-21920,99) = 146413,47 руб.

где Эуг 1 - годовая экономия из-за снижения себестоимости, руб.

Заработная плата 4 операторов в базовом варианте составляла:

З 1оп = t • Спр (4.13)

З 1оп = 1971 • 26,79 = 52803,09 руб.

где З 1оп - заработная плата одного оператора, руб.;

t - годовой фонд рабочего времени, ч;

Спр - средняя часовая зарплата одного оператора с отчислениями на соц. страхование, руб./ч.

(Спр = 26,79 руб./ч по данным предприятия)

З 4оп = З 1оп • 4 (4.14)

З 4оп = 52803,09 • 4 = 211212,36 руб.

где З 4оп - заработная плата четырех операторов, руб.

После реконструкции будет необходим лишь один оператор:

З 1оп = 52803,09 руб.

Разница в заработной плате за год составит:

Эуг 2 = З 4оп - З 1оп (4.15)

Эуг 2 = 211212,36-52803,09 = 158409,27 руб.

где Эуг 2 - экономия по плате за год, руб.

Определим удельные капвложения на тонну продукции:

Эуд = Коб / Пгод (4.16)

Эуд = 329491,62 / 5047 = 65,28 руб.

где Эуд - удельные капиталовложения на тонну продукции, руб.

Годовой экономический эффект от внедрения автоматизированной системы:

Эуг = Эуг 1 + Эуг 2 (4.17)

Эуг = 146413,47 +158409,27 =304822,74 руб.

где Эуг - общая экономия, руб.

Эгод =Эуг - 0,15 • Коб (4.18)

Эгод = 304822,74-0,15 •329491,62 = 255399,0 руб.

где Эгод - годовой экономический эффект от внедрения автоматизированной системы, руб.

Определим срок окупаемости проекта:

Ток = Коб / Эуг (4.19)

Ток = 329491,62 / 304822,74 = 1,1 г.

где Ток - срок окупаемости проекта, год.

Определим общую экономическую эффективность:

Эо = Эуг / Коб (4.20)

Эо = 304822,74 / 329491,62 = 0,93.

где Эо - общая экономическая эффективность, руб.

На основании полученных значений составим итоговую таблицу.



Таблица 4.2 - Показатели экономической эффективности

Показатели	Базовый вариант	Проектный вариант	Отклонение от базового варианта
Годовой выпуск продукции, т	5047	5047	-
Затраты на приобретение оборудования, руб.	-	274576,35	-
Затраты на монтажные работы, руб.	-	54915,27	-
Выход муки, %	33	33,2	+0,2
Себестоимость тонны продукта, руб.	21950	21920,99	-29,01
Годовой экономический эффект, руб.	-	255399	-
Срок окупаемости, год	-	1,1	-
Оплата труда операторов на данном участке, руб.	211212,36	52803,09	-158409,27
Расход электроэнергии, кВт/час.	134270,4	135326,4	+1056
Затраты на электроэнергию, руб.	112787,14	114265,54	+1478,4
Общая экономическая эффективность	-	0,93	-

Показатели экономической эффективности говорят о том, что годовой выпуск продукции составляет 5047 т. Затраты на приобретение оборудования составляют 274576,35 руб., а затраты на монтажные работы 54915,27 руб. Выход муки составляет 33,2 % что на 0,2 % больше чем в базовом варианте. Себестоимость тонны продукта 21920,99 руб., что на 29,01 руб. меньше чем в базовом варианте. Годовой экономический эффект составляет 255399,00 руб., а срок окупаемости, 1,1 год. Экономия заработной платы составляет 52803,09 руб., что на 158409,27 руб. меньше чем в базовом варианте. Расход электроэнергии 135326,4 кВт/час., что на 1056 кВт/час больше чем в базовом варианте. Затраты на электроэнергию составляют 114265,54 руб., что на 1478,4 руб. больше чем в базовом варианте. Общая экономическая эффективность составляет 0,93.

Из выше перечисленного следует, что данный проект эффективен.

5. Безопасность и экологичность проекта

Охрана труда - это система законодательных актов, социально-экономических, организационных, технических, гигиенических, и лечебно-профилактических мероприятий, и средств, обеспечивающих безопасность, сохранение здоровья и работоспособности человека в процессе труда. Научно-технический прогресс внес серьезные изменения в условия производственной деятельности работников умственного труда. Их труд стал более интенсивным, напряженным, требующим значительных затрат умственной, эмоциональной и физической энергии. Это потребовало комплексного решения проблем эргономики, гигиены и организации труда, регламентации режимов труда и отдыха.

Как известно - полностью безопасных и безвредных производств не существует. Задача охраны труда - свести к минимальной вероятность поражения или заболевания работающего с одновременным обеспечением комфорта при максимальной производительности труда. Улучшение условий труда и его безопасность приводят к снижению производственного травматизма, профессиональных заболеваний, что сохраняет здоровье трудящихся и одновременно приводит к уменьшению затрат на оплату соответствующих льгот и компенсаций за работу в неблагоприятных условиях.

Основная цель мероприятий по охране труда - ликвидация травматизма и профессиональных заболеваний. Проведение мероприятий по улучшению условий труда дает ощутимый экономический эффект - повышается производительность труда, снижаются затраты на восстановление утраченной трудоспособности.

Меры безопасности труда должны предусматриваться при проектировании, строительстве, изготовлении и вводе в действие объектов и оборудования.

Все мероприятия по охране труда проводятся с целью защиты участников трудового процесса от воздействия опасных и вредных факторов, характеризующих условия его проведения.

В данном дипломе осуществлена разработка автоматизированной системы, основанной на прямом цифровом управлении. Это означает, что оператор, помимо технологического оборудования столкнется с цифровыми устройствами, имеющими дисплей.

Данный раздел дипломного проекта посвящен рассмотрению следующих вопросов:

· организация рабочего места программиста;

· определение оптимальных условий труда инженера - программиста: - оздоровление воздушной среды

- расчет вентиляции;

- электробезопасность;

- защита от шума и вибрации;

В данном разделе наряду с теоретическими основами, с достаточной полнотой, рассмотрены организационные вопросы охраны труда, пожарной безопасности, электробезопасности, оздоровления воздушной cреды производственных помещений, методы и средства обеспечения безопасности технологических процессов.

5.1 Анализ опасных факторов

Рабочее место и взаимное расположение всех его элементов должно соответствовать антропометрическим, физическим и психологическим требованиям. Большое значение имеет также характер работы. В частности, при организации рабочего места оператора должны быть соблюдены следующие основные условия:

- оптимальное размещение оборудования, входящего в состав рабочего места;

- достаточное рабочее пространство, позволяющее осуществлять все необходимые движения и перемещения;

- необходимо естественное и искусственное освещение для выполнения поставленных задач;

- уровень акустического шума не должен превышать допустимого значения;

- достаточная вентиляция рабочего места.

5.2 Создание оптимальных условий труда

Эргономическими аспектами проектирования видео терминальных рабочих мест, в частности, являются: высота рабочей поверхности, размеры пространства для ног, требования к расположению документов на рабочем месте (наличие и размеры подставки для документов, возможность различного размещения документов, расстояние от глаз пользователя до экрана, документа, клавиатуры и т.д.), характеристики рабочего кресла, требования к поверхности рабочего стола, регулируемость рабочего места и его элементов.

Главными элементами рабочего места оператора являются стол и кресло. Основными рабочим положением является положение сидя.

Рабочая поза сидя вызывает минимальное утомление оператора. Рациональная планировка рабочего места предусматривает четкий порядок и постоянство размещения предметов, средств труда и документации. То, что требуется для выполнения работ чаще, расположено в зоне легкого досягаемости рабочего пространства.

Моторное поле - пространство рабочего места, в котором могут осуществляться двигательные действия человека.

Максимальная зона досягаемости рук - это часть моторного поля рабочего места, ограниченного дугами, описываемыми максимально вытянутыми руками при движении их в плечевом суставе.

Оптимальная зона - часть моторного поля рабочего места, ограниченного дугами, описываемыми предплечьями при движении в локтевых суставах с опорой в точке локтя и с относительно неподвижным плечом.

Рисунок 5.1 - Зона досягаемости рук в горизонтальной плоскости: а - зона максимальной досягаемости; б - зона досягаемости пальцев при вытянутой руке; в - зона легкой досягаемости ладони; г - оптимальное пространство для грубой ручной работы; д - оптимальное пространство для тонкой ручной работы

Рассмотрим оптимальное размещение предметов труда и документации в зонах досягаемости рук (рисунок 5.1):

- дисплей размещается в зоне а (в центре);

- клавиатура - в зоне г/д;

- системный блок размещается в зоне б (слева);

- принтер находится в зоне а (справа);

документация:

- в зоне легкой досягаемости ладони - в (слева) - литература и документация, необходимая при работе;

- в выдвижных ящиках стола - литература, неиспользуемая постоянно.

При проектировании письменного стола следует учитывать следующее:

· высота стола должна быть выбрана с учетом возможности сидеть свободно, в удобной позе, при необходимости опираясь на подлокотники;

· нижняя часть стола должна быть сконструирована так, чтобы программист мог удобно сидеть, не был вынужден поджимать ноги;

· поверхность стола должна обладать свойствами, исключающими появление бликов в поле зрения программиста;

· конструкция стола должна предусматривать наличие выдвижных ящиков (не менее 3 для хранения документации, листингов, канцелярских принадлежностей, личных вещей).

Модульными размерами рабочей поверхности стола для ПЭВМ, на основании которых должны рассчитываться конструктивные размеры, следует считать: ширину 800, 1200, 1400 мм, глубину 800 и 1000 мм при нерегулируемой высоте равной 725 мм.

Рабочий стол должен иметь пространство для ног высотой не менее 600 мм, шириной - не менее 500 мм, глубиной на уровне колен - не менее 450 мм и на уровне вытянутых ног - не менее 650 мм.

Рабочий стул (кресло) должно быть подъемно - поворотным и регулируемым по высоте и углам наклона сиденья и спинки.

Рабочее место необходимо оборудовать подставкой для ног, имеющей ширину не менее 300 мм, глубину не менее 400 мм, регулировку по высоте в пределах до 150 мм и по углу наклона опорной поверхности подставки до 20 градусов. Поверхность подставки должна быть рифленой и иметь по переднему краю бортик высотой 10 мм.

Клавиатуру следует располагать на поверхности стола на расстоянии 100-300 мм от края, обращенного к пользователю, или на специальной регулируемой по высоте рабочей поверхности, отделенной от основной столешницы.

Необходимо предусматривать при проектировании возможность различного размещения документов: сбоку от видеотерминала, между монитором и клавиатурой и т.п. Кроме того, в случаях, когда видеотерминал имеет низкое качество изображения, например, заметны мелькания, расстояние от глаз до экрана делают больше (около 700 мм), чем расстояние от глаза до документа (300-450 мм). Вообще при высоком качестве изображения на видеотерминале расстояние от глаз пользователя до экрана, документа и клавиатуры может быть равным.

Положение экрана определяется:

- расстоянием считывания (0.60 + 0.10 м);

- углом считывания, направлением взгляда на 20 ниже горизонтали к центру экрана, причем экран перпендикулярен этому направлению.

Должна предусматриваться возможность регулирования экрана:

- по высоте +3 см;

- по наклону от 10 до 20 относительно вертикали;

- в левом и правом направлениях.

Зрительный комфорт подчиняется двум основным требованиям:

- четкости на экране, клавиатуре и в документах;

- освещенности и равномерности яркости между окружающими условиями и различными участками рабочего места;

Большое значение также придается правильной рабочей позе пользователя. При неудобной рабочей позе могут появиться боли в мышцах, суставах и сухожилиях. Требования к рабочей позе пользователя видеотерминала следующие: шея не должна быть наклонена более чем на 20 (между осью "голова-шея" и осью туловища), плечи должны быть расслаблены, локти - находиться под углом 80 - 100, а предплечья и кисти рук - в горизонтальном положении. Причина неправильной позы пользователей обусловлена следующими факторами: нет хорошей подставки для документов, клавиатура находится слишком высоко, а документы - слишком низко, некуда положить руки и кисти, недостаточно пространство для ног. В целях преодоления указанных недостатков даются общие рекомендации: лучше передвижная клавиатура, чем встроенная; должны быть предусмотрены специальные приспособления для регулирования высоты стола, клавиатуры, документов и экрана, а также подставка для рук.

Создание благоприятных условий труда и правильное эстетическое оформление рабочих мест на производстве имеет большое значение как для облегчения труда, так и для повышения его привлекательности, положительно влияющей на производительность труда. Окраска помещений и мебели должна способствовать созданию благоприятных условий для зрительного восприятия, хорошего настроения. В служебных помещениях, в которых выполняется однообразная умственная работа, требующая значительного нервного напряжения и большого сосредоточения, окраска должна быть спокойных тонов - малонасыщенные оттенки холодного зеленого или голубого цветов

При разработке оптимальных условий труда программиста необходимо учитывать освещенность, вентиляцию, шум и микроклимат.

5.2.1 Оздоровление воздушной среды

Одно из необходимых условий здорового и высокопроизводительного труда - обеспечить нормальные условия и чистоту воздуха в рабочем помещении. Требуемое состояние воздуха рабочей зоны может быть обеспечено выполнением определенных мероприятий к основным из которых относятся:

- применение технологических процессов и оборудования, исключающих образование вредных веществ или попадания их в рабочую зону. Это можно достичь, например, заменой токсичных веществ нетоксичными.

- надежная герметизация оборудования, в частности термостата, где нагреваются подшипники, с поверхности которых испаряется масло;

- установка на проектируемом участке устройства вентиляции и отопления, что имеет большое значение для оздоровления воздушной среды;

- применение средств индивидуальной защиты, а именно: спецодежда, защищающее тело человека; защитные очки и фильтрующие средства защиты (при продувке от пыли и стружки статора двигателя сжатым воздухом); защитные мази, защищающее кожу рук от нефтепродуктов и масел (при смазке подшипников и деталей двигателя); защитные рукавицы (при выполнении транспортировочных работ).

Для определенных условий труда оптимальными являются

Таблица 5.1 - Оптимальные условия труда

Период	1	холодный*	теплый
температура t	2	1820	2123
Относительная влажность	3	6040	6040
скорость движения воздуха мс	4	0.2	0.3

* холодный и переходной период.

Допустимыми являются

t = 1723 С, влажность - 75 %, u=0.3 мс.

t (вне постоянных рабочих мест) 1324С.

Необходимый воздухообмен для всего производственного помещения определяют по формуле:

(5.1)

где n - число работающих в данном помещении;

Li - расход воздуха на одного работающего, м³/ч.

Расход воздуха на одного работающего должен быть не менее 30 м³/ч.

5.2.2 Расчет вентиляции

Системы отопления и системы кондиционирования следует устанавливать так, чтобы ни теплый, ни холодный воздух не направлялся на людей. На производстве рекомендуется создавать динамический климат с определенными перепадами показателей. Температура воздуха у поверхности пола и на уровне головы не должна отличаться более, чем на 5 градусов. В производственных помещениях помимо естественной вентиляции предусматривают приточно-вытяжную вентиляцию. Основным параметром, определяющим характеристики вентиляционной системы, является кратность обмена, т.е. сколько раз в час сменится воздух в помещении.

Расчет для помещения

V_вент - объем воздуха, необходимый для обмена;

V_пом - объем рабочего помещения.

Для расчета примем следующие размеры рабочего помещения:

длина В = 7.35 м;

ширина А = 4.9 м;

высота Н = 4.2 м.

Соответственно объем помещения равен:

V _{помещения} = А В H =151,263 м ³ (5.2)

Необходимый для обмена объем воздуха V_вент определим исходя из уравнения теплового баланса:

V_вент • С(t_уход - t_приход) • Y = 3600 •Q_избыт (5.3)

Q_избыт - избыточная теплота (Вт);

С = 1000 - удельная теплопроводность воздуха (Дж/кгК);

Y = 1.2 - плотность воздуха (мг/см).

Температура уходящего воздуха определяется по формуле:

t_уход = t_р.м. + (Н - 2)t, где (5.4)

t = 1-5 градусов - превышение t на 1м высоты помещения;

t_р.м. = 25 градусов - температура на рабочем месте;

Н = 4.2 м - высота помещения;

t_приход = 18 градусов.

t_уход = 25 + (4.2-2) 2 = 29.4.

Q_избыт = Q_изб.1 + Q_изб.2 + Q_изб.3, где (5.5)

Q_{изб. -} избыток тепла от электрооборудования и освещения.

Q_изб.1 = Е р, где (5.6)

Е - коэффициент потерь электроэнергии на теплоотвод (Е=0.55 для освещения);

р - мощность, р = 40 Вт 15 = 600 Вт.

Q_изб.1 = 0.55 • 600=330 Вт.

Q_{изб.2 -} теплопоступление от солнечной радиации,

Q_изб.2 =m S • k • Q_c, где (5.7)

m - число окон, примем m = 4;

S - площадь окна, S = 2.3 • 2 = 4.6 м²;

k - коэффициент, учитывающий остекление. Для двойного остекления k = 0.6;

Q_c = 127 Вт/м - теплопоступление от окон.

Q_изб.2 = 4.6 • 4 • 0.6 •127 = 1402 Вт.

Q_изб.3 - тепловыделения людей:

Q_изб.3 = n • q, где (5.8)

q = 80 Вт/чел., n - число людей, например, n = 15.

Q_изб.3 = 15 • 80 = 1200 Вт.

Q_избыт = 330 +1402 + 1200 = 2932 Вт.

Из уравнения теплового баланса следует:

V_вент м³.

Оптимальным вариантом является кондиционирование воздуха, т.е. автоматическое поддержание его состояния в помещении в соответствии с определенными требованиями (заданная температура, влажность, подвижность воздуха) независимо от изменения состояния наружного воздуха и условий в самом помещении.

5.2.3 Электробезопасность

Основным опасным фактором при работе оператора остается электрический ток, которым питается практически все технологическое оборудование и цифровые устройства управления и контроля. Эксплуатация большинства машин и оборудования связана с применением электрической энергии. Электрический ток, проходя через организм, оказывает термическое, электролитическое, и биологическое воздействие, вызывая местные и общие электротравмы. Основными причинами воздействия тока на человека являются:

- случайное прикосновение или приближение на опасное расстояние к токоведущим частям;

- появление напряжения на металлических частях оборудования в результате повреждения изоляции или ошибочных действий персонала;

- шаговое напряжение в результате замыкания провода на землю.

Электрические установки, к которым относится оборудование ЭВМ, представляют собой большую потенциальную опасность, поскольку в процессе эксплуатации или проведении профилактических работ человек может коснуться частей, находящихся под напряжением. Опасность прикосновения человекам к токоведущим частям электроустановки определяется величиной протекающего через тело человека тока.

Степень воздействия электротока на организм человека зависит от его величины о протяженности его воздействия. В случае если устройства питаются от напряжения 380/220 В или 220/127 В в электроустановках с заземленной нейтралью применяется защитное зануление.

Зануление (рисунок 7.2) применяется в четырехпроводных сетях напряжением до 1кВ с заземленной нейтралью. Зануление осуществляет защиту путем автоматического отключения поврежденного участка электроустановки от сети и снижение напряжение на корпусах зануленного электрооборудования до безопасного на время срабатывания защиты. Из всего выше сказанного делаем вывод, что основное назначение зануления - обеспечить срабатывание максимальной токовой защиты при замыкании на корпус. Для этого ток короткого замыкания должен значительно превышать установку защиты или номинальный ток плавких вставок.

Рисунок 5.2 - Схема зануления: Rо - сопротивление заземления нейтрали; Rh - расчетное сопротивление человека.;1 - магистраль зануления; 2 - повторное заземление магистрали; 3 - аппарат отключения; 4 - электроустановка; 5 - трансформатор

Сила тока зависит от величины приложенного напряжения и сопротивления участка тела. Сопротивление участка тела складывается от сопротивления тканей внутренних органов и сопротивления кожи. При расчете принимается R = 1000 Ом.

Статическое электричество образуется в результате трения (сопротивления или разделения) двух диэлектриков друг о друга или диэлектриков о металлы. При этом на трущихся веществах могут накапливаться электрические заряды, которые легко стекают в землю, если тело является проводником электричества, и оно заземлено. На диэлектриках электрические заряды удерживаются продолжительное время, вследствие чего они получили название статического электричества.

Процесс возникновения и накопления электрических зарядов в веществах называют электризацией.

Явление статической электризации наблюдается в следующих основных случаях:

- в потоке и при разбрызгивании жидкостей;

- в струе газа или пара;

- при соприкосновении и последующем удалении двух твердых разнородных тел (контактная электризация).

Разряд статического электричества возникает тогда, когда напряженность электростатического поля над поверхностью диэлектрика или проводника, обусловленная накоплением на них зарядов, достигает критический (пробивной) величины.

У людей, работающих в зоне воздействия электростатического поля, встречаются разнообразные жалобы: на раздражительность, головную боль, нарушение сна, снижение аппетита и др.

Допустимые уровни напряженности электростатических полей установлены ГОСТ 12.1.045-84 "Электростатические поля. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению Контроля" и Санитарно-гигиеническими нормами допустимой напряженности электростатического поля (№1757-77).

Эти нормативные правовые акты распространяются на электростатические поля, создаваемые при эксплуатации электроустановок высокого напряжения постоянного тока и электризации диэлектрических материалов, и устанавливают допустимые уровни напряженности электростатических полей на рабочих местах персонала, а также общие требования к проведению контроля и средствам защиты.

Допустимые уровни напряженности электростатических полей устанавливаются в зависимости от времени пребывания на рабочих местах.

При напряженности электростатических полей менее 20 кВ/м время пребывания в электростатических полях не регламентируется.

В диапазоне напряженности от 20 до 60 кВ/м допустимое время пребывания персонала в электростатическом поле без средств защиты зависит от конкретного уровня напряженности на рабочем месте.

Меры защиты от статического электричества направлены на предупреждение возникновения и накопления зарядов статического электричества, создание условий рассеивания зарядов и устранение опасности их вредного воздействия.

К основным мерам защиты относят:

- предотвращение накопления зарядов на электропроводящих частях оборудования, что достигается заземлением оборудования и коммуникаций, на которых могут появляться заряды (аппараты, резервуары, трубопроводы, транспортеры, сливоналивные устройства, эстакады и т.п.);

- уменьшение электрического сопротивления перерабатываемых веществ;

- снижение интенсивности зарядов статического электричества, достигается соответствующим подбором скорости движения веществ, исключением разбрызгивания, дробления и распыления веществ, отводом электростатического заряда, подбором поверхностей трения, очисткой горючих газов и жидкостей от примесей;

- отвод зарядов статического электричества, накапливающихся на людях. Позволяет исключить опасность электрических зарядов, которые могут вызвать воспламенение и взрыв взрыво- и пожароопасных смесей, а также вредное воздействие статического электричества на человека.

Основными мерами защиты являются: устройство электропроводящих полов или заземленных зон, помостов и рабочих площадок, заземление ручек дверей, поручней лестниц, рукояток приборов, машин и аппаратов;

Обеспечение работающих токопроводящей обувью, антистатическими халатами.

5.2.4 Защита от шума и вибрации

Установлено, что шум ухудшает условия труда, оказывая вредное воздействие на организм человека. При длительном воздействии шума на человека происходят нежелательные явления: снижается острота зрения, слуха, повышается кровяное давление, понижается внимание. Сильный продолжительный шум может стать причиной функциональных изменений сердечно-сосудистой и нервной систем.

На рабочем месте программиста источниками шума, как правило, являются технические средства, как-то - компьютер, принтер, вентиляционное оборудование, а также внешний шум. Они издают довольно незначительный шум, поэтому в помещении достаточно использовать звукопоглощение. Уменьшение шума, проникающего в помещение извне, достигается уплотнением по периметру притворов окон и дверей. Под звукопоглощением понимают свойство акустически обработанных поверхностей уменьшать интенсивность отраженных ими волн за счет преобразования звуковой энергии в тепловую. Звукопоглощение является достаточно эффективным мероприятием по уменьшению шума. Наиболее выраженными звукопоглощающими свойствами обладают волокнисто-пористые материалы: фибролитовые плиты, стекловолокно, минеральная вата, полиуретановый поропласт, пористый поливинилхлорид и др. К звукопоглощающим материалам относятся лишь те, коэффициент звукопоглощения которых не ниже 0.2.

Звукопоглощающие облицовки из указанных материалов (например, маты из супертонкого стекловолокна с оболочкой из стеклоткани нужно разместить на потолке и верхних частях стен). Максимальное звукопоглощение будет достигнуто при облицовке не менее 60 % общей площади ограждающих поверхностей помещения.

Основные мероприятия по борьбе с шумом - это технические мероприятия, которые проводятся по трем главным направлениям:

- устранение причин возникновения шума или снижения его в источнике;

- ослабление шума на путях передачи;

- непосредственная защита работающих.

Наиболее эффективным средством снижения шума является замена шумных технологических операций на малошумные или полностью бесшумные, однако этот путь борьбы не всегда возможен, поэтому большое значение имеет снижение его в источнике. Снижение шума в источнике достигается путем совершенствования конструкции или схемы той части оборудования, которая производит шум, использования в конструкции материалов с пониженными акустическими свойствами, оборудования на источнике шума дополнительного звукоизолирующего устройства или ограждения, расположенного по возможности ближе к источнику.

Значительный эффект снижения шума от оборудования дает применение акустических экранов, отгораживающих шумный механизм от рабочего места или зоны обслуживания машины.

5.3 Расчет ширины рабочих проходов

В случае эксплуатации при аварийных ситуациях важную роль имеет ширина рабочих проходов.

Исходя из размеров цеха и расположения оборудования произведём расчёт ширины рабочих проходов

Рисунок 5.3 - Схема эвакуации

Определяем общее число работающих в цехе:

N= N _T +0.05• N _T = 100 + 0,05 • 100 105 человек (5.9)

N - Общее число работающих цехе;

N _T - наибольшее число персонала цеха.

Равномерное распределение людей по потокам эвакуации:

П = N / n = 105 / 2 52,5 (5.10)

Где n - половина имеющихся выходов.

Продолжительность эвакуации людей (мин.), находящихся в наиболее удалённой точке цеха от ближайшего эвакуационного выхода:

= L / V = 100/30 3,3 мин. (5.11)

Где L - расстояние от рабочего места до ближайшего эвакуационного выхода, L =100 м.

V - скорость перемещения людей при эвакуации, V 30-35 м/мин.

Суммарная ширина проходов для эвакуации всех находящихся в цехе людей определяют:

B = N _C /(t •) = 105 • 0,6 / (1,25 • 20) 2,52 м (5.12),

где с минимальная ширина одного потока (при расчётах принимают с=0,6 м; t - время эвакуации мин.; - средняя пропуская способность одного потока, чел./мин. ( = 20…25 чел/мин).

Ширина каждого из эвакуационных проходов см.

B = B / n = 2,52 /2 = 1,26 м. (5.13)

Минимально допустимый проход между рядами оборудования равен одному метру.

Полученные данные занесем в таблицу 5.2.

Таблица 5.2 - Общие данные расчета ширины рабочих проходов

Общие данные	Полученные расчеты
Общее число работающих в цехе, чел.	105
Равномерное распределение людей по потокам эвакуации	52,5
Продолжительность эвакуации людей, мин.	3,3
Суммарная ширина проходов для эвакуации всех находящихся в цехе людей, м.	2,52
Ширина каждого из эвакуационных проходов, м.	1,26

В этой части дипломной работы были изложены требования к рабочему месту инженера - программиста. Созданные условия должны обеспечивать комфортную работу. На основании изученной литературы по данной проблеме, были указаны оптимальные размеры рабочего стола и кресла, рабочей поверхности, защита от шума и вибрации, электробезопасность, а также проведен расчет вентиляции, расчет ширины рабочих проходов. Наблюдение условий, определяющих оптимальную организацию рабочего места инженера - программиста, позволит сохранить хорошую работоспособность в течение всего рабочего дня, повысит как в количественном, так и в качественном отношениях производительность труда программиста, что в свою очередь будет способствовать быстрейшей разработке и последующему внедрению новой технологии производства.

Заключение

На основе разработанной теории экструзии биомассы [4,5,7,8], анализа конструктивных параметров пресса МАПП - 113, учитывая реальные реологические параметры прессуемой биомассы в ходе данного проекта было предложено усовершенствование пресса-экструдера МАПП-113.

Во - первых, для обеспечения изменения скорости вращения шнека было предложено заменить применяющийся в настоящее время в прессе асинхронный двигатель - на двигатель постоянного тока серии 4ПН 400-22 МУ 3 с хорошими динамическими и статическими свойствами. Для него была спроектирована САР, настроенная на технический оптимум, с системой стабилизации мощности на требуемом уровне. Параметры рассчитанной система всесторонне исследовались с помощью пакета программ MatLab, что подтвердило ожидаемые результаты:

- статизм по скорости системы при разомкнутой обратной связи по мощности, то есть пока мощность не выходит за уровень стабилизации, составляет при номинальной нагрузке 1.7 1/с, что составляет 2.16 % от скорости холостого хода, что обеспечивается не только контурами регулирования тока и скорости, но и хорошими статическими свойствами самого двигателя;

- погрешность при стабилизации мощности при самом тяжелом варианте, когда теоретическая мощность вращения шнека превышает на 15 % уровень стабилизации мощности составляет 1,96 % от уровня стабилизации, что вполне можно считать удовлетворительной работой системы;

- при самом тяжелом режиме перерегулирования по току составляют 5.1 %, по скорости - 4.98 %, по мощности - 4.6 %.

Для управления прессом в целом, была спроектирована трёхуровневая система АСУ ТП.

Третий, верхний уровень управления, реализован на промышленном компьютере SIMATIC Box PC 820 компании Siemens. На него возложены функции расчёта оптимальных параметров процесса экструзии любой биомассы, а не только семян подсолнечника. Разработанная программа на языке Visual Basic, с понятным оператору интерфейсом, позволяет возложить все функции по управлению и контролю за работой пресса - на ЭВМ.

Второй уровень управления работой пресса реализован на базе платформы Premium, в состав которой входит разнообразный набор унифицированных модулей, позволяющих реализовать все необходимые функции - от управления до контроля, как силовыми цепями, так и цепями слаботочными. Имеющиеся возможности изменения и наращивания конфигурации, позволит в дальнейшем при необходимости автоматизировать весь комплекс.

Список используемых источников

1. Башарин Н.К., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами: Учебное пособие для вузов. - Л.: Энергоиздат, 1982 г. - 392с., ил.

2. Зубкова Т.М., Насыров А.Ш. Анализ изменения производительности одношнекового экструдера от режима эксплуатации. Современные аспекты компьютерной интеграции машиностроительного производства: Материалы всероссийской научной конференции. Оренбург: РИК ГОУ ОГУ, 2003.

3. Карташов Л.П., Зубкова Т.М., Насыров А.Ш. Анализ режимов эксплуатации одношнековых прессующих механизмов. Техника в сельском хозяйстве. - 2003. -№ 5.

4. Соколов Н.Г. Основы конструирования электроприводов. - М.: Энергия, 1971г. - 256 с., ил.

5. Фишбейн В.Г. Расчет систем подчиненного регулирования вентильного электропривода постоянного тока. - М.: Энергия, 1972г. - 134с., ил.

6. Chapt_l_CPU_RU.pdf. Платформа автоматизации Premium. Процессоры и сопроцессоры. Рекомендации по выбору.

7. Chapt_4_AIO_RU.pdf. Платформа автоматизации Premium. Модули аналогового ввода-вывода. Рекомендации по выбору модулей аналогового ввода-вывода.

8. Комплектные тиристорные электроприводы: Справочник. И. X. Евзеров, А.С. Горобец, Б.И. Мошкович и др. Под ред. В.М. Перельмутера. - М.: Энергоатомиздат, 1998г. - 319с., ил.

9. МАПП 113.00.00.000ПС Паспорт "Пресс шнековый для получения растительных масел".

10. Справочник по автоматизированному электроприводу. Под ред. В.А. Елисеева и А.В. Шинянского. - М.: Энергоатомиздат. 1983г. - 616 с.

Эпштейн И.И. Автоматизированный электропривод постоянного тока. - М.: Энергоиздат, 1982-192 c., ил.

...