250

625

1250

2500

Минимально допустимая скорость для входящего потока, кбит/с

2,33

9,30

18,60

109,90

241,75

604,35

1209

2404

Максимально допустимая скорость для входящего потока, кбит/с

2,48

9,95

19,90

117,60

258,70

646,50

1292

2563

С помощью модуля-концентратора M930H, при необходимости мы можем увеличить количество счетчиков, работающих в автоматизированной системе контроля и учета до 7*31=217 единиц.



2.1.5 Преобразователь из RS-485 в COM порт

Для соединения АРМ с системой счетчиков необходимо производить переход от стандарта канала RS485 в стандарт RS232. Для этого необходимо наличие между концентратором сети RS485 и операторским АРМом соответствующего преобразователя. Рассмотрим две модели преобразователей: Овен АС3-М-220 и VSCOM SER-COMi-M.

Рассмотрим подробнее преобразователь серии Овен АС3-М. [11]

Интерфейс стандарта EIA RS 232C предназначен для последовательной связи двух устройств. Он является общепринятым и широко используется в аппаратных комплексах с подсоединением внешнего оборудования к персональному компьютеру (ПК). Интерфейс RS232C предусматривает использование «несимметричных» передатчиков и приемников, при этом передача данных осуществляется с помощью «несимметричного» сигнала по двум линиям - ТхD и RxD, а амплитуда сигнала измеряется относительно линии GND («нуля») (рисунок 2.5). Логической единице соответствует диапазон значений амплитуды сигнала (напряжения) от -12 до -3 В, логическому нулю - от +3 до +12 В. Диапазон от -3 до +3 В соответствует зоне нечувствительности, определяющей гистерезис приемника. Несимметричность сигнала обуславливает низкую помехозащищенность данного интерфейса, особенно при промышленных помехах. Наличие линий приема (RxD) и передачи (TxD) данных позволяет поддерживать полнодуплексную передачу информации, т.е. одновременно информация может как передаваться, так и приниматься. На рисунке 2.5 показана типовая схема объединения интерфейсов RS232 и RS485 при организации промышленной сети.



Рисунок 2.5 Типовая схема промышленной сети RS485

Для управления потоком данных наиболее широко используется аппаратный способ управления. Для корректной передачи данных необходимо, чтобы приемник находился в состоянии готовности к приему информации. При аппаратном способе управления используется сигнал RTS/CTS, который позволяет остановить передачу данных, если приемник не готов к их приему. Аппаратное управление потоком данных обеспечивает самую быструю реакцию передатчика на состояние приемника. При проектировании промышленных систем автоматизации наибольшее распространение получили информационные сети, основанные на интерфейсе стандарта EIA RS 485. В отличие от RS232, этот интерфейс предусматривает передачу данных с помощью «симметричного» (дифференциального) сигнала по двум линиям (А и В) (см. рисунок 2.5) и использование дополнительной линии для выравнивания потенциалов заземления устройств, объединенных в сеть стандарта RS485. Логический уровень сигнала определяется разностью напряжений на линиях (А - В), при этом логической единице соответствует диапазон значений напряжения от +0,2 до +5 В, а логическому нулю - диапазон значений от -0,2 до -5 В. Диапазон от -0,2 до +0,2 В соответствует зоне нечувствительности приемника. При использовании данного интерфейса максимальная длина линии связи между крайними устройствами может составлять до 1200 м. При этом в максимально удаленных друг от друга точках сети рекомендуется устанавливать оконечные согласующие резисторы (терминаторы), позволяющие компенсировать волновое сопротивление кабеля и минимизировать амплитуду отраженного сигнала.

Оба указанных интерфейса поддерживают асинхронный режим передачи. Данные посылаются блоками (кадрами), формат которых представлен на рисунке 2.6 Передача каждого кадра начинается со старт/бита, сигнализирующего приемнику о начале передачи, за которым следуют биты данных и бит четности. Завершает посылку стоп/бит, гарантирующий паузу между посылками. Для асинхронного режима принят ряд стандартных скоростей обмена: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 бит/с. Количество бит данных может составлять 5, 6, 7 или 8 (5/ и 6/битные форматы распространены незначительно). Количество стоп/бит может составлять 1, 1,5 или 2 («полтора бита» означает только длительность стопового интервала).

Рисунок 2.6 Формат кадра данных

Прибор предназначен для взаимного электрического преобразования сигналов интерфейсов RS232 и RS485, обеспечивает гальваническую изоляцию входов между собой и от питающей сети. Прибор автоматически определяет направление передачи данных, что позволяет исключить необходимость в дополнительном аппаратном управлении обменом данными по линии RTS и значительно снизить временные интервалы (тайм/ауты) между кадрами данных. При этом в качестве ведущего (мастера) может выступать устройство как с интерфейсом RS232, так и с интерфейсом RS485. Прибор поддерживает любые протоколы данных, физическая реализация которых основана на интерфейсах RS232 и RS485. Прибор позволяет подключать к промышленной информационной сети RS485 устройство с интерфейсом RS232, такое как персональный компьютер, считыватель штрих/кодов, электронные весы и т.д. Основные технические характеристики представлены в таблице 2.12.[11]

Таблица 2.12

Основные технические характеристики

Наименование	Значение
Питание
Напряжение: - переменное (для АС3/М/220) - постоянное (для АС3/М/024) Потребляемая мощность не более Допустимое напряжение гальванической изоляции входов не менее	~ 85…245 В, 47…60 Гц; 10…30 В; 0,5 ВА; 1500 В;
Интерфейс RS232
Диапазон напряжения входного сигнала Диапазон напряжения выходного сигнала Длина линии связи с внешним устройством не более Скорость обмена данными до Используемые линии передачи данных	± 5…15 В; ± 9…11 В; 3 м; 115200 бит/с; TxD, RxD, GND;
Интерфейс RS485
Диапазон напряжения входного сигнала Диапазон напряжения выходного сигнала Длина линии связи с внешним устройством не более Количество узлов в сети не более Используемые линии передачи данных	0,2…5 В; 1,5…5 В; 1200 м; 32; А (D+), В (D-);
Корпус
Габаритные размеры Степень защиты Крепление Масса не более	54Ч95Ч57 мм; IP20; на DIN/рейку; 100 г;

Прибор предназначен для эксплуатации в следующих условиях:

- закрытые взрывобезопасные помещения без агрессивных паров и газов;

- температура окружающего воздуха от -20 до +75 ОС;

- относительная влажность воздуха не более 80 % (при температуре 25 ОС и ниже);

- атмосферное давление от 84 до 106,7 кПа;

- место расположения до 1000 м над уровнем моря.[11]

Рассмотрим второй вариант - SER-COMi-M преобразователь RS-232 в RS-422/485[12]. Основные свойства:

- Конвертер RS-232 в RS-422/485;

- Автоматический контроль приёма-передачи данных для RS-485;

- RS-422 с аппаратным контролем соединения;

- Светодиодные индикаторы питания и сигналов;

- Встроенные резисторы терминации и поляризации-смещения (BIAS);

- Встроенная защита от импульсных помех 10 КВ;

- Дальность связи до 1200 м без повторителей;

- Монтаж на стену или DIN-рейку.

Общее описание:

SER-COMi M - преобразователь RS-232 в RS-422 или RS-485 с автоматическим контролем за направлением передачи данных для RS-485, в металлическом корпусе, крепление на DIN-рейку.

Применение:

1) Промышленная/лабораторная автоматизация;

2) Системы SCADA;

3) Построение автоматических систем;

4) Автоматизация торговли и банковских систем;

Основные характеристики преобразователя представлены в таблице 2.13.



Таблица 2.13

Основные характеристики SER-COMi M

Параметр	Характеристика параметра
Входной интерфейс
Количество портов	1
Тип портов	RS-232, выбор DTE/DCE внутренним переключателем
Передаваемые сигналы	TxD, RxD, RTS, CTS, DTR, GND
Разъёмы	1ЧDB9 "мама"
Выходной интерфейс
Количество портов	1
Тип портов	RS-422/485 Автоматический контроль приёма-передачи данных для полудуплексного RS-485 (адаптация скорости передачи данных в режиме реального времени)
Режимы работы	RS-422: с аппаратным контролем соединения; RS-485: с ART, RTS или DTR; RS-485: Полу- и Полнодуплекс; Два основных режима можно выбрать DIP-переключателями
Разъёмы	1ЧDB9 "папа" + 5-клеммная колодка
Терминатор	Встроенные терминальные резисторы и резисторы поляризации (смещения)
Защита от импульсных помех	10 КВ ESD
Длина связи	Максимально 1200 м
Скорость	Максимально 1 Мбит/с; С ART максимально 250 Кбит/с;
Светодиодная индикация	Питание, Tx, Rx
Свойства
Режимы работы	RS-422; RS-485 с RTS (с сигналом управления передачей); RS-485 с DTR; RS-485 с ART (Automatic Receive Transmit control);
Режимы ART	Приём/Передача - быстрый, средний, стандарт
Соединение	RS-422: 4-х проводный; RS-485: Полнодуплексный 4-х проводный; RS-485: Полудуплексный 2-х проводный с эхо; RS-485: Полудуплексный 2-х проводный без эхо;
Питание и условия экплуатации
Требования к питанию	от 9V до 48V DC
Адаптер питания	12 V, 1 A
Габариты	56Ч73Ч23 мм (ШЧДЧВ)
Температура эксплуатации	0°C ... 60°C
Температура хранения	-20°C ... 85°C
Материал корпуса	Алюминий (1 мм)
Параметр	Характеристика параметра
Вес	100 г
Монтаж	Настенный или на DIN-рейку
Сертификаты
EMC	FСС Class A, CE Class A
Окружающая среда	RoHS
Технические характеристики
Контроль направления передачи	есть
Защита от импульсных помех	есть

По основным характеристикам данные преобразователи аналогичны. Но SER-COMi M имеет соединения:

1) RS-422: 4-х проводный;

2) RS-485: Полнодуплексный 4-х проводный;

3) RS-485: Полудуплексный 2-х проводный с эхо;

4) RS-485: Полудуплексный 2-х проводный без эхо;

А так же режимы работы:

1) RS-422;

2) RS-485 с RTS (с сигналом управления передачей);

3) RS-485 с DTR;

4) RS-485 с ART (Automatic Receive Transmit control);



Выводы

В специальном разделе был рассмотрен состав АСКУ, производился выбор и обоснование выбора отдельных узлов АСКУ. Были рассмотрены электрические счетчики МЕРКУРИЙ 230AR-XX CRL а так же Энергомера CE303-R33, при их рассмотрении было принято решение об использовании счетчика Энергомера для реализации АСКУ на предприятии. Так же рассматривались стандарты передачи данных канального уровня, из которых более подходящим стал стандарт связи RS485. Произведен выбор преобразователей для преобразования информационного потока из RS485 в RS232. Для этого был выбран SER-COMi M.



3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

3.1 Расчет потребляемой мощности

Потребляемая мощность - значение мощности, потребляемой устройствами системы от источника питания в рабочем режиме.

Мощность, потребляемая всей схемой, Р_пот.сх численно равна алгебраической сумме мощностей, потребляемых всеми элементами одного типа, Р_пот:

Р_{пот. сх} = Р_{i пот} , (3.1)

где Р_{пот. сх} - мощность, потребляемая всей схемой, Вт;

Р_{i пот} - мощность, потребляемая всеми элементами i-го типа, Вт;

K - количество разновидностей элементов.

Мощность, потребляемая всеми элементами одного типа, Р_пот равна произведению мощности, потребляемой одним элементом, Р_пот.эл на количество элементов одного типа N:

Р_пот = Р_{пот. эл} • N , (3.2)

где Р_пот - мощность, потребляемая всеми элементами одного типа, Вт;

Р_{пот. эл} - мощность, потребляемая одним элементом, Вт;

N - количество однотипных элементов, шт.

Данные, необходимые для расчета потребляемой мощности всей схемы, сводятся в таблицу 3.1 на основании официальных руководств по применяемым микросхемам. Вычисление Р_пот будет вестись по формуле (3.1). В таблице 3.1 указаны данные о потребляемой мощности электронных устройств.

Таблица 3.1

Потребляемы мощности узлами системы

Название элемента	Рпот. эл, Вт	N, шт	Pпот, Вт
Электронный счетчик Энергомера СЕ303	0,8	4	3,2
Преобразователь SER-COMi M	12	1	12
Модуль-концентратор M930H	4,8	1	4,8
Общее потребление	20,2

3.2 Разработка алгоритма работы АСКУ потребляемых ресурсов на предприятии

Алгоритм работы автоматизированной системы контроля и учета потребляемых ресурсов приведен на рисунке 3.1.

Автоматизированная система контроля и учета потребляемых ресурсов на предприятии предназначено для введения учета за потребляемыми ресурсами, сбора и обработки этих данных, а так же при возможности автоматизированной передачи этих данных в организации предоставляющие ресурсы. При этом так же требуется постоянный контроль за отдельно взятыми узлами данной системы.



Рисунок 3.1 - Алгоритм работы в штатном режиме получения данных системой.

Автоматизированная система контроля и учета потребляемых ресурсов предназначена для контроля за потреблением ресурсов на предприятии а так же ведения учета потребления ресурсов. На рисунке 3.1 изображен алгоритм работы системы в штатном режиме.

В этом режиме работы счетчики присылают данные своих показаний на АРМ. Система проверяет значения показаний счетчиков. В том случае, если значение потребления ресурса, полученное от счетчика, оказывается меньше, чем предыдущее значение потребления, полученное операторским местом и сохраненным в базу данных, появляется сигнализация ошибки на графическом интерфейсе оператора.

Если же новое значение потребления является значением большим, чем предыдущее, система просто переходит к следующему шагу работы - к обработке и сохранению данных в базе данных. При этом сохраняются основные информационные показатели: дата и время, идентификатор счетчика, от которого получено данное значение, значение показания.

Дальше программа переходит на прием следующих данных.



Рисунок 3.2 Алгоритм работы системы при наличии ограничения на потребление ресурсов за учетный.

На рисунке 3.2 мы видим работу программы при наличии ограничения по потреблению ресурсов за определенный промежуток времени. Из этого алгоритма мы видим, что для реализации лимитного оповещения оператора требуется учитывать несколько параметров:

1) Последнее показание основного счетчика предприятия по данному виду потребляемого ресурса;

2) Показание основного счетчика предприятия, занесенное в базу данных на начало учетного периода, на который распространяется лимит потребления ресурса;

3) Само значение лимита на данный период времени.

Программа вычисляет потребление ресурса за учетный период путем нахождения разницы показаний на конец (последнее значение показания расхода, полученного от основного счетчика) и на начало учетного периода.

При сравнении значения разницы и лимита программа делает вывод о состоянии потребления данного вида ресурса:

- Перерасход - если потребление ресурса за определенный период превысил значение лимита, выделенное на это время;

- Норма расхода - значения расхода и лимита равны за период;

- Лимит не достигнут - значит что потребление за период оказался ниже предполагаемого значения на этот период, и в будущем, при планировании расхода этого ресурса на данный род ресурса, можно учитывать этот фактор для экономии ресурса.



Рисунок 3.3 Алгоритм проверки системы на наличие утечки ресурсов

Алгоритм проверки системы на утечку - ненужного (нерационального) расхода ресурсов играет большую роль - в случае аварии в системе снабжения ресурсом внутри предприятия дает возможность оперативного обнаружение данного факта, соответственно более ранней реакции обслуживающего персонала на данный факт. А чем раньше отреагирует обслуживающий персонал, тем раньше будет устранена авария, соответственно меньшее количество ресурсов будет потрачено нерационально.

Данный алгоритм возможен в случае подключения к автоматизированной системе через счетчики всех потребителей на территории предприятия, считая основной счетчик потребления ресурса.

Программа при данном алгоритме работает следующим образом:

Находится общий расход исходя из значений показаний всех дополнительных счетчиков одного вида на территории предприятия. Данное значение сравнивается со значением показания расхода по основному счетчику.

Если значение показания основного счетчика больше, чем значение общего расхода дополнительных счетчиков, то это значит:

- утечка ресурса из системы снабжения на территории предприятия

- возможен вариант воровства ресурса (идет расход ресурса в обход дополнительных счетчиков, и считая, что все потребители ресурса на территории предприятия раннее были подключены через эти дополнительные счетчики)

Оба варианта дают отрицательный эффект на режим энергосбережения и поэтому следует незамедлительно принимать меры по нахождению и устранению причины возможной утечки ресурса из системы снабжения.

3.3 Реализация алгоритма работы АСКУ потребляемых ресурсов

Рассмотрим разработку управляющей программы для выполнения алгоритмов работы системы при наличии ограничения на потребление ресурсов за учетный период, изображенную на рисунке 3.2 и алгоритма проверки системы на наличие утечки ресурсов, изображенного на рисунке 3.3.

Разработка будет произведена в интегрированной среде разработки Trace Mode 6. SCADA TRACE MODE - это высокотехнологичная российская программная система для автоматизации технологических процессов (АСУ ТП), телемеханики, диспетчеризации, учета ресурсов (АСКУЭ, АСКУГ) и автоматизации зданий. Данная система работает под Windows и Linux.

В данной среде есть возможность реализации программы разных языках программирования:

- ST-программа;

- SFC - диаграмма;

- FBD - диаграмма;

- LD - диаграмма;

- IL - диаграмма;

Реализация алгоритмов будет происходить в виде FBD - диаграммы с дополнением ST-программы.

Рисунок 3.4 Реализация алгоритма работы системы при наличии ограничения на потребление ресурсов.

Для разработки управляющей программы алгоритма, изображенного на рисунке 3.2 необходим ввод в разрабатываемую программу трех значений:

znach_o - в значение этой переменной передается последнее значение показания счетчика общего расхода потребляемого ресурса предприятием;

znach_nachalo - данная переменная предназначена для ввода показания общего расхода ресурса на начало учетного периода (на начало отсчета лимита);

znach_lim - переменная для ввода значения параметра ограничения (лимита потребления ресурса предприятием за период);

Значения znach_o и znach_nachalo должны показывать расход одного и того же вида ресурса, потребляемого предприятием.

На первом шаге, согласно алгоритму на рисунке 3.3 находим разницу показаний между znach_o и znach_nachalo. Для реализации этого используется блок вычитания (рисунок 3.5). Данный блок выполняет действие вычитания из значения, поданного на вход Х, значения, поданного на вход Y. Полученное значение передается на выходной канал О. Математический вид: (3.1)

Рисунок 3.5 Блок вычитания

Следующий блок - блок sravnenie. Это пользовательский блок, то есть этого блока в стандартном наборе нет, он создается при помощи другого языка программирования в Trace Mode6 - ST-программы.

Код программы для блока sravnenie:

FUNCTION sravnenie : BOOL /* Начало функции, её название, ооно же передается в название создаваемого блока, и тип выходного сигнала - bool - логика истинности (два состояния: 1 - true, и 0 - false)*/

VAR_INPUT In1 : REAL; END_VAR

VAR_INPUT In2 : REAL; END_VAR

VAR_OUTPUT Q1 : BOOL; END_VAR

VAR_OUTPUT Q2 : BOOL; END_VAR

/* на данном этапе происходит объявление переменных для функции (названия входов и выхода блока). В данном случае переменные In1 и In2 - объявлены как input - входы блока sravnenie. Q1 и Q2 - output - выход с блока.*/

if In1<In2 then

Q1=true;

Q2=false;

/*если значение на In1меньше чем на In2, то на выходе блока имеем Q1= логический 1 и Q2 = логический 0*/

elsif In1>In2 then

Q1=false;

Q2=true;

/* Иначе, если значение на In1больше чем на In2, то на выходе блока имеем Q1= логический 0 и Q2 = логический 1*/

else

Q1=false;

Q2=false;

/* Иначе на выходы Q1 и Q2 будет передаваться значение логического 0*/

end_if;

/* закрытие блока if */

return 0;

END_FUNCTION

/* конец функции */

Таким образом данный блок работает следующим образом:

Если значение на входе In1< In2, то на выходе Q1=1, Q2=0;

Иначе, если значение на входе In1> In2, то на выходе Q1=0, Q2=1;

В другом случае Q1=Q2=0.

Следующими идут блоки логической инверсии (рисунок 3.6).

Рисунок 3.6 Блок инверсии

Этот блок работает следующим образом: если на входе Х имеем значение, отличное от0 то на выходе О будет 1.В остальных случаях О примет значение 0.

Следующий блок - блок логического умножения (рисунок 3.7).

Рисунок 3.7 Блок логического умножения.

Данный блок работает по следующей логике: если значения Х и Y одновременно отличны от 0, то на выходе О= 1, иначе на выходе О всегда будет 0.

Возвращаясь к алгоритму отметим, что согласно схеме, изображенной на рисунке 3.4 а так же по выходным параметрам из блоков sravnenie и логического умножения, следует, что в выходные переменные norma, lim_ne_dostignut и pererashod передаются логические 1 или 0.

В случае, если на выход Q1 блока sravnenie передается значение логической 1, это значение передается в переменную lim_ne_dostignut;

Если логическая 1 передается на Q2 блока sravnenie, это же значение передается в переменную pererashod;

Если же Q1=Q2=0 то после инверсии и перемножении инверсных значений получаем логическую 1 на выходе norma.

В дальнейшей выходы данной программы lim_ne_dostignut, pererashod и norma передадут свое значение на графический интерфейс АРМа для индикации соответствующего состоянию расхода потребляемого ресурса в зависимости от установленного лимита.

Рассмотрим реализацию программы по алгоритму, изображенному на рисунке 3.3 - алгоритм проверки системы на наличие утечки ресурсов.

Входными данными для выполнения данной программы являются показания дополнительных счетчиков, а так же показание основного счетчика расхода ресурса. Данная программа так же выполнена в виде FBD-программы и представлена на рисунке 3.8.

Рисунок 3.8 Программная реализация информирования оператора об утечке ресурсов

Входными данными для данной программы являются показания всех счетчиков, которые показывают потребление на предприятии одного рода ресурса.

Данная программа работает для системы, которая состоит из основного счетчика - znach_0 - показание основного счетчика потребления;

и 3 дополнительных:

znach_1 - показание счетчика №1;

znach_2 - показание счетчика №2;

znach_3 - показание счетчика №3.

Первый блок - блок сложения значений 4-ех переменных (рисунок 3.9)

Рисунок 3.9 Блок сложения 4-ех элементов

Данный блок соединен с входными переменными znach_1, znach_2 и znach_3. Вход D блока сложения не подключался (в таком случае при вычислении значения данный вход блока имеет нулевое значение). Таким образом на выходе О блока, изображенного на рисунке 3.9, имеем значение суммы потребления определенного ресурса.

Следующий блок - блок сравнения (рисунок 3.10).

Рисунок 3.10 блок сравнения

Данный блок работает следующим образом: если значение на IN1 меньше, чем значение, переданное на вход IN2, данного блока, то выход LT этого блока имеет значение логической 1, иначе выход LT будет иметь значение логического 0. Выход LT блока данного блока идет на выход программы и передает свое значение переменной utechka. Данная переменная связана с индикатором утечки на графическом интерфейсе оператора и логическая 1 переменной utechka сигнализирует оператору о наличии факта утечки ресурса из системы снабжения ресурсом на территории предприятия.



3.4 Разработка графического интерфейса пользователя

Рисунок 3.11. Графический интерфейс пользователя

На рисунке 3.11 изображен графический интерфейс оператора АСКУ. На нем присутствуют 3 кнопки для управления и контроля:

- Графический элемент кнопка «проверка счетчиков». При воздействии на эту кнопку происходит проверка получаемых данных со счетчиков - в случае если показание какого либо счетчика система посчитает как равным 0 (счетчик отправил значение показания равным 0, или пришли ошибочные данные), то рядом с названием неисправного счетчика загорится красный индикатор. Если же все счетчики исправно присылают показания, то на графическом интерфейсе рядом с названиями счетчиков горит зеленая индикация.

- Графический элемент кнопка «проверка на утечку». Нажатие на данный графический элемент запускает программу проверки на утечку ресурсов из системы снабжения внутри предприятия. В случае обнаружения программой факта утечки потребляемого ресурса загорается красная панель с надписью «Внимание. УТЕЧКА РЕСУРСА!!!»

- Графический элемент кнопка «проверка лимита». Воздействие на данный элемент графического интерфейса оператора осуществляет запуск программы на проверку состояния расхода ресурса по отношению к лимиту, заданному в поле ниже графического элемента кнопки «проверка лимита»

Там же находится индикация начального показания основного счетчика (показание на начало периода осуществления потребления по лимиту) а так же последнего показания основного счетчика, при использовании которых проверяется достижение лимита потребления ресурса.

В нижней части панели проверки лимита находятся индикаторы, сигнализирующие оператора о состоянии потребления ресурса: «Лимит не достигнут», «Норма» а так же «ПЕРЕРАСХОД РЕСУРСА!»

В центральной части есть блок показаний счетчика. На этом блоке находятся индикаторы объёма потребления ресурса в соответствии с названиями в поле для индикации неисправных счетчиков.

Выводы

В данном разделе квалификационной работы был произведен расчет потребляемой мощности автоматизированной системы контроля и учета.

Так же были разработаны алгоритмы работы АСКУ для работы в штатном режиме - получения и сохранения данных, для обнаружения утечки из системы снабжения ресурсом на территории предприятия а так же разработан алгоритм работы при наличии ограничения в виде лимита на потребление.

По разработанным алгоритмам были разработаны соответствующие программы в интегрированной среде разработки Trace Mode 6. В этой же среде был разработан графический интерфейс пользователя.



4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

В данной выпускной квалификационной работе проектируется автоматизированная система контроля и учета потребляемых ресурсов на предприятии. Данная система предназначена для ведения учета потребления предприятиями таких ресурсов, как электроэнергия, водоснабжение, отопление, газоснабжение и т.д. Основа системы - счетные устройства, подсчитывающие объёмы потребленных ресурсов, а так же система передачи и обработки данных о потреблении на АРМ оператора.

4.1 Расчет себестоимости системы

Расходы на приобретение материалов вычисляются на основании норм их расходования и цен, с учетом транспортно-заготовительных расходов. Расчет по стоимости материалов занесен в таблицу 4.1.

Таблица 4.1

Стоимость материалов и покупных изделий.

Наименование	Единица измерения	Расход	Цена за единицу	Сумма
Электронный счетчик Энергомера СЕ303	1 шт	4	4149	16596
Преобразователь RS485-RS232	1 шт	1	4190	4190
Кабель «Витая пара» ParLan F/UTP Cat5e 4х2х0,52 PVC/PE	1 м	1000	26,48	26480
Труба гофрированная ПВХ d16мм с протяжкой [бухта 100м]	бухта	7	480	3360
Кабель-канал IEK Элекор, 20х10 мм, 2 м,	1 шт	150	52	7800
Дюбель-гвоздь, 6х80 мм	1 шт	1300	3,3	4290
Кабельные стяжки хомуты 150, цвет ЧЕРНЫЙ, 150 x 2,5 мм, упаковка 100 шт	упаковка	10	39,2	392
Итого	63108
Транспортно-заготовительные работы.10%	6311
Всего:	69419

4.2 Расчет основной заработной платы

Затраты по данной статье рассчитываются по каждому виду работ, в зависимости от нормы времени и почасовой тарифной ставки рабочих по формуле (4.1).

(4.1)

где: - почасовая тарифная ставка; t_і - время на одну операцию.

Нормы времени на операциях были взяты из технологических карт. Перечень работ отвечает технологическому процессу производства изделия. Нормы времени для монтажных и сборочных работ определяются типичными нормами времени на сборочно-монтажные работы. Данные сведены в таблицу 4.2.

Таблица 4.2

Основная заработная плата

		Тарифный разряд	Часовая ставка руб./час	Норма времени, час	Сумма з/п, руб.
1	Заготовительные	3	280,00	3	840
2	Сверлильные	3	290,00	2	2480
3	Монтажные	4	310,00	8	1500
4	Регулировочные	5	500,00	3	3900
5	Программные	5	390,00	10	8720
Итого	8180
Доплаты и надбавки (20%-60%)		Название работ
Всего:	11452

Расходы по дополнительной заработной плате определяются в процентах от основной заработной платы (4.2). Ориентировочная величина норматива дополнительной заработной платы для приборостроительных предприятий может быть принята в размере 30-40 %. Примем 30%.

, (4.2)

где Сзо- основная заработная плата.

Тогда руб.

Нормативы отчислений на социальное страхование составляет 30% от суммы основной и дополнительной заработной платы (4.3):

. (4.3)

Получим

Сумма отчислений составит 4466 рублей.

Таблица 4.3

Смета затрат на ОКР устройства

№ п/п	Затраты по элементам	Сумма, руб.
1	Материалы	69419
2	Основная заработная плата	11452
3	Дополнительная заработная плата	3436
4	Отчисления на страховые взносы	4466
Итого	88773

4.3 Общепроизводственные затраты

Учитывая, что себестоимость изделия определяется на ранних стадиях его проектирования в условиях ограниченной информации относительно технологии производства и расходов на его подготовку, в общепроизводственные расходы включаются, кроме этих расходов, расходы на: освоение основного производства, возмещение износа специальных инструментов и устройств целевого назначения, содержание и эксплуатацию оборудования. При этом общепроизводственные расходы определяются в процентах к основной заработной плате. При таком комплексном составе общепроизводственных расходов их норматив достигает 60% по данным ООО «ЧЭТА». Расчет проведем по формуле 4.4.

(4.4)

Получим:руб.

Таким образом, производственная себестоимость составляет 6871 рублей.

Административные расходы относятся к себестоимости изделия пропорционально основной заработной плате и на приборостроительных предприятиях они составляют 100-200% (4.5). Зададимся суммой административных расходов на уровне 100%.

(4.5)

Тогда: руб.

Накладные расходы на сбыт определяются в процентах к производственной себестоимости (обычно 2,5 - 5,0%) по формуле (4.6). Зададимся уровнем 2,5%. Тогда:

руб. (4.6)



Полученные результаты расчета сведем в таблицу 4.4.

Таблица 4.4

Калькуляция себестоимости

	Статьи расходов	Сумма, руб.
1	Материалы и покупные комплектующие изделия.	69419
2.	Основная заработная плата	11452
3.	Дополнительная заработная плата	3436
4.	Отчисление на социальное страхование	4466
5.	Административные расходы	11452
6.	Накладные расходы	172
	Полная себестоимость	100397

Следовательно, полная себестоимость устройства составит 100397 руб. Постоим структуру статей расходов на изготовление устройства (см. рис. 4.1).

Рисунок 4.1 - Структура расходов на изготовление устройства



4.4 Расчет экономической эффективности от внедрения программы

Использование данной системы позволит пользователю сократить время на получение информации о регистрации данных по показаниям счетчиков электричества и добиться снижения расходов. Расчет экономической эффективности проводится по разности затрат до внедрения (3₁) и после внедрения данного комплекса (3₂)

Э = 3₁-3₂, (4.7)

3₁ = ЗП_р.руч•T_l, (4.8)

где: T_l - общее время на регистрацию показаний электросчетчиков за год в часах. Общее время на получение информации о температуре за год при условии, что ранее, в ручном варианте на это тратилось 1 час в день, составит:

T_l = N•t_l, (4.9)

где N - количество измерений (регистрации показаний счетчиков) за год (совпадает с количеством рабочих дней - 261 среднее значение рабочих дней в год);

t_l,- время на получение информации за 1 день. Тогда:

T_l = 1* 261 = 261 ч.

Затраты до внедрения (3₁) составят:

3₁ = 280 • 261= 73080 руб.



Затраты после внедрения данного комплекса (3₂) определяются:

3₂ = С_м.ч.• T₂, (4.10)

где:T₂ - общее время работы за год; час.

С_мч - стоимость машинного часа (принимаем 390 по таблице у меня стоит программные - 390 а вы написали 310 сколько именно тогда получается мне надо взять? руб.);

Общее время работы за год при условии, что в машинном варианте на единоразовое получение информации тратилось 0,1 часа в день, составит:

T₂ = N•t_2,

где N - количество расчетов за год (совпадает с количеством рабочих дней в году)

t_2,- время на один расчет, полученный за счет автоматизации, час. (принимаем 0,1 часа в день). Тогда:

T₂ =261•0,1 = 26,1 ч.

3₂ = 390• 26,1= 10179 руб.

Годовой экономический эффект:

Э = 73080 -10179=62901 руб.

Поскольку комплекс предназначен для внутреннего использования и будет создан в количестве одной копии, то цена программного продукта будет равна стоимости разработки, то есть 88773 руб.

Срок окупаемости данной программы составит:



(4.11) года

Данное приложение окупится через 17 месяцев.

Все полученные данные представлены в таблице 4.5.

Таблица 4.5

Сводные экономические показатели по разработке программы

Показатель	Расчетная формула	Значение
Стоимость одного часа машинного времени, руб.		310
Стоимость разработки комплекс, руб.	Ср= ЗПр.руч• n1 + См.час• n2	88773
Годовой экономический эффект, руб.	Э = 31-32,	62901
Срок окупаемости, год		17

Экономический эффект подсчитан на основе сравнения учета и контроля потребления электроэнергии в ручном режиме и в автоматизированном режиме, то есть с использованием автоматизированной системы контроля и учета потребляемых ресурсов.

Выводы

В технико-экономическом разделе выпускной квалификационной работы были произведены расчеты себестоимости автоматизированной системы контроля и учета за потреблением электроэнергии, были проведены расчеты заработной платы, рассчитаны общепроизводственные затраты.

Так же был произведен расчёт экономической эффективности автоматизации. В итоге получили, что стоимость разработки комплекса составила 88773 рублей. Годовой экономический эффект составит 62901 рублей. Таким образом, данный комплекс окупится через 17 месяцев. Так же появляется возможность уменьшения расходов на потребление электроэнергии, за счет более точного контроля расходов потребляемого ресурса.



5. РАЗДЕЛ ПО ЭКОЛОГИИ И БЕЗОПАСНОСТИ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

При наличии специализированных счетных устройств автоматизированную систему контроля и учета потребляемых ресурсов можно использовать для учета ресурсов широкой области: для контроля и учета потребления ресурсов как внешних - электроснабжение, водо- и газоснабжения, так и внутренних ресурсов при их передаче на разные уровни их переработки и использования внутри предприятия. Поэтому следует учитывать так же аспекты безопасности жизнедеятельности при работе с этими ресурсами а так же их экологичность.

5.1 Правила техники безопасности при работе с электрическим током

В этом разделе рассмотрим основные правила безопасной работы с электрическим током.

Действия электрического тока на организм человека весьма разнообразны. Среди них выделяют:

- тепловое (термическое) действие, проявляющееся в нагреве и ожогах участков тела;

- электролитическое действие, проявляющееся в разложении крови и других органических жидкостей на составляющие элементы (может сопровождаться выделением пузырьков газа и закупоркой сосудов);

- биологическое (физиологическое) действие, проявляющееся в раздражении и возбуждении живых тканей организма, что сопровождается непроизвольными судорожными сокращениями мышц, в том числе мышц легких и мышцы сердца.

В результате этих действий возможны два вида поражений электрическим током: электрические травмы и электрические удары.

Электрические травмы - это четко выраженные местные повреждения тканей. Среди травм различают электрические ожоги, электрические знаки (четко очерченные пятна серого или бледного цвета на поверхности тела), металлизация кожи (проникновение в верхние слои кожи мельчайших частичек металла под действием электрической дуги), электроофтальмия (воспаление наружных оболочек глаз, возникшее в результате сильного воздействия ультрафиолетовых лучей) и механические повреждения.

Электрический удар - это результат биологического действия тока, состоящий в возбуждении живых тканей организма при прохождении через них электрического тока, сопровождающийся непроизвольными судорожными сокращениями мышц. Различают четыре степени электрических ударов в зависимости от исхода воздействия на организм, начиная от легкого, без потери сознания (первая степень) до клинической смерти (четвертая степень). В состоянии клинической смерти у человека отсутствует дыхание и сердцебиение, зрачки глаз расширены и не реагируют на свет. Длительность клинической смерти составляет примерно 4-8 минут. По истечении этого времени наступает гибель клеток головного мозга, приводящая к необратимому прекращению биологических процессов в организме, распаду белковых структур - биологической смерти.

Причинами смерти от воздействия электрического тока могут быть прекращение работы сердца, прекращение дыхания и электрический шок. При этом следует помнить, что прекращение дыхания примерно через 2 минуты приводит к остановке сердца, и, наоборот, прекращение кровообращения также быстро приводит к прекращению дыхания. Наступает кислородное голодание организма и смерть.

Электрический шок - это тяжелая нервнорефлекторная реакция организма, сопровождающаяся глубокими расстройствами кровообращения, дыхания, обмена веществ. Длится он, как правило, от десятков минут до суток.

Степень поражения человека при воздействии на него электрического тока зависит от нескольких причин: величины тока, проходящего через жизненно важные органы, рода и частоты тока, времени его действия, пути прохождения тока в теле человека и индивидуальных свойств человека.

Одними из основных факторов воздействия являются величина тока и длительность его протекания. Рассмотрим действие различных величин переменного тока промышленной частоты (50 Гц) на организм человека.

1. Безопасным считается ток, длительное прохождение которого через организм человека не причиняет ему вреда и не вызывает никаких ощущений. Его величина не превышает 50 мкА.

2. Ток величиной от 0,5 до 1,5 мА называется пороговым ощутимым током. Он вызывает легкое покалывание, ощущение нагрева кожи.

3. При токе 2-5 мА появляется боли в руке, дрожание кисти.

4. Увеличение тока до 10-15 мА вызывает непереносимую боль и полное прекращение управления мышцами. Если человек просто прикоснулся к находящимся под напряжением участкам, он может освободиться от действия тока посредством отдергивания руки. Если же провод оказался зажатым в руке, то при этом значении тока человек не может по своей воле разжать пальцы от токоведущих частей и остается под напряжением. По этой причине ток величиной больше 10-15 мА называется неотпускающим.

Такое явление объясняется тем, что, если по мышцам, управляющим сгибанием и разгибанием пальцев руки, будет проходить ток одной и той же величины, то сгибательные мышцы, как более мощные, создают несколько большее усилие, поэтому пальцы сжимаются в кулак.При прохождении по руке тока промышленной частоты до 10-15 мА воздействие биологических импульсов по воле человека еще может создать в разгибательных мышцах большее усилие, чем в сгибательных, и пострадавший может освободиться от действия электрического тока. При большем токе воздействие биологических импульсов на управление мышцами полностью утрачивается и их сокращение определяется только действием внешнего тока.

Пороговый неотпускающий ток условно можно считать безопасным для человека в том смысле, что он не вызывает немедленного поражения. Но при длительном прохождении величина тока растет за счет уменьшения сопротивления тела, в результате чего могут возникнуть нарушения кровообращения и дыхания и наступить смерть.

5. При токе величиной около 50 мА начинается судорожное сокращение мышц грудной клетки, сужение кровеносных сосудов и повышение артериального давления, что приводит к потере сознания и смерти.

6. При прохождении тока более 100 мА по пути рука - рука или рука - ноги через 1-2 секунды может наступить фибрилляция сердца (хаотические, разрозненные сокращения отдельных волокон сердечной мышцы). В результате сердце перестает работать как насос, кровообращение нарушается. Фибрилляция продолжается и после прекращения действия тока, в результате наступает смерть.

7. При токе более 5 А фибрилляция, как правило, не наступает, а происходит немедленная остановка сердца. Хотя известно много случаев, когда при кратковременном прохождении через человека тока величиной около 10 А не наступала смерть. Однако в этом случае происходит паралич дыхания. При больших токах, проходящих через тело человека, смерть может наступить и в результате разрушения внутренней структуры тканей организма и глубоких ожогов тела.

При напряжениях до 250-300 В постоянный ток примерно в 4-5 раз безопаснее переменного с частотой 50 Гц, при более высоких напряжениях постоянный ток опаснее.

Величина проходящего через организм тока определяется приложенным напряжением и сопротивлением тела человека. Сопротивление тела человека при сухой, чистой и неповрежденной коже колеблется в пределах от 3000 до 500 000 Ом. Если удалить роговой слой в тех местах, где измеряется сопротивление, то его значение падает до 500-700 Ом. Состояние кожи сильно влияет на величину сопротивления тела человека. Наличие царапин, грязи и влаги очень сильно (в десятки раз) снижает сопротивление. Наименьшим сопротивлением обладает кожа лица, шеи, рук на участке выше ладоней и др. С увеличением тока и времени его прохождения сопротивление падает, поскольку при этом усиливается местный нагрев кожи, что приводит к увеличению потоотделения.

Причинами несчастных случаев при воздействии электрического тока могут быть:

- случайное прикосновение к токоведущим частям, находящимся под напряжением;

- появление напряжения на металлических частях электрооборудования, которые нормально не находятся под напряжением (вследствие нарушения изоляции, падения на них провода, находящегося под напряжением);

- возникновение шагового напряжения на участке земли, где находится человек.

Основными мерами защиты от поражения электрическим током являются:

- обеспечение недоступности для случайного прикосновения токоведущих частей, находящихся под напряжением;

- обеспечение надежной изоляции электроустановок;

- применение защитного заземления, зануления, отключения и др.;

- применение специальных защитных средств.

Первую доврачебную помощь пораженному током должен уметь оказывать каждый работающий с электроустановками. Она состоит из двух этапов: освобождение пострадавшего от действия тока и оказание ему медицинской помощи.

Освобождение пострадавшего от действия тока необходимо в случае, если он сам не в состоянии этого сделать. Такое положение может возникнуть, если через пострадавшего проходит ток больше 10-15 мА и он не в состоянии разжать руку с зажатым проводом; при параличе или судорожном сокращении мышц; при потере сознания. Следует помнить, что ток, проходящий через человека, может быстро увеличиться до опасного значения, поэтому необходимо срочно освободить его от действия тока.

Такое освобождение можно осуществить несколькими способами. Наиболее простой - отключить электроустановку, которой касается человек, от источника питания. Если это сделать невозможно, то пострадавшего необходимо оттянуть от токоведущих частей или перерубить провода. При напряжениях до 1000 В допускается оттягивание пострадавшего, взявшись за его одежду и предварительно изолировав руки (диэлектрическими перчатками, шарфом, рукавицами и т.п.). Действовать необходимо одной рукой. Вместо этого можно изолировать себя от пола, встав на резиновый коврик, сухую доску или одежду. Перерубать провода при напряжениях до 1000 В можно топором с сухой деревянной ручкой или другим инструментом с изолированными ручками. Каждый провод следует перерубать отдельно, чтобы не вызвать короткого замыкания и как следствия электрической дуги между проводами.

В электроустановках напряжением выше 1000 В для обеспечения собственной безопасности оказывающий помощь должен надеть диэлектрические перчатки и освобождение пострадавшего от токоведущих частей производить изолирующей штангой или клещами с изолирующими ручками, рассчитанными на соответствующее напряжение.

Сразу же после освобождения пострадавшего от электрического тока ему оказывается первая доврачебная помощь. Для определения ее вида и объема необходимо выяснить состояние пострадавшего (проверить наличие дыхания, пульса, реакцию зрачков на свет). Если пострадавший находится в сознании, у него нормальное дыхание и сердцебиение, то его все же нельзя считать здоровым. Его следует удобно уложить в сухое место, расстегнуть одежду и обеспечить полный покой до прибытия врача. Дело в том, что отрицательное воздействие электрического тока на человека может сказаться не сразу, а спустя некоторое время - через несколько минут, часов и даже дней.

Если пострадавший находится без сознания, но с нормальным дыханием и пульсом, его следует удобно уложить, обеспечить приток свежего воздуха и начать приводить в сознание (подносить к носу вату, смоченную в нашатырном спирте, обрызгивать лицо холодной водой, растирать и согревать тело).

В случае отсутствия у пострадавшего дыхания или (и) пульса ему необходимо производить искусственное дыхание и непрямой массаж сердца. Никогда не следует отказываться от оказания помощи пострадавшему и считать его мертвым из-за отсутствия дыхания, сердцебиения и других признаков жизни. Известно много случаев оживления людей, пораженных током, после нескольких часов, в течение которых непрерывно выполнялись искусственное дыхание и массаж сердца. Однако попытки оживления эффективны лишь когда с момента остановки сердца прошло не более 5-6 минут.

Длительное отсутствие пульса при появлении дыхания и других признаков оживления организма указывает на наличие фибрилляции сердца. В этом случае необходимо произвести его дефибрилляцию. Достигается она путем кратковременного воздействия большого тока на сердце пострадавшего. В результате происходит одновременное сокращение всех волокон сердечной мышцы, которые до того сокращались в разное время. После этого могут восстановиться естественные сокращения сердца. Фибрилляция производится с помощью специального прибора - дефибриллятора, основной частью которого является конденсатор емкостью 20 мкФ с рабочим напряжением 6 кВ. Ток разрядки конденсатора при длительности 10 мкс составляет 15-20 А. Электрическую дефибрилляцию сердца может производить только врач.

Рассмотрим более подробно основные способы защиты человека от поражения электрическим током, а именно, применение защитного зануления и отключения.

Для осуществления защитного зануления кроме нулевого рабочего провода используется нулевой защитный провод, который соединяют с корпусом электроустановки.

Основная функция защитного зануления - отключение поврежденного участка электрической цепи за счет перегорания предохранителей или срабатывания какой-либо другой защиты от перегрузки по току. Вторая функция защитного зануления (если вместо предохранителя вставлен “жучок” из толстого провода) - снижение напряжения, под которым в аварийной ситуации может оказаться человек.

Рисунок 5.1 Имитация действия зануления в аварийной ситуации для первого случая

Пусть, например, человек, стоящий в сырой обуви на электрически соединенном с землей полу,...