Разработка микропроцессорной системы мониторинга расхода топлива на котельной установке

Стеклотекстолит превосходит гетинакс практически по всем показателям.

В качестве материала для изготовления печатной платы выбираем фольгированный стеклотекстолит, как наиболее технологичный, хорошо обрабатываемый и один из наиболее дешевых материалов, обладающий удовлетворительными электроизоляционными свойствами. В климатических условиях типа УХЛ-4 недостатки материала, связанные с высокой гигроскопичностью, нестойкостью к короблению и др., не проявляются. Марка материала для изготовления печатной платы - СФ-2, толщина -1,5 мм. Сеточно-химический метод изготовления печатной платы позволяет создавать платы 1-го и 2-го класса точности. Для разрабатываемой конструкции устройства плотность печатного монтажа позволяет применить высший сорт.

Плату будем изготавливать комбинированным позитивным методом.

4.2 Разработка печатной платы

Печатные платы являются необходимыми элементами радиоэлектронного устройства. Они предназначены для реализации электрических соединений между компонентами РЭУ.

Исходными данными для разработки печатной платы является схема электрическая принципиальная устройства с рассчитанными параметрами и выбранными элементами.

Варианты установки навесных элементов и формование выводов для ручной или автоматической набивки печатных плат приведены в ОСТ 4 ГО.010.030-92 или в технических условиях на элементы. Прежде чем размещать навесные элементы на печатной плате необходимо предварительно определить вариант установки этих элементов.

Операционный усилитель устанавливается согласно варианту монтажа 330 по ОСТ 4 ГО.010.030-92.

Резисторы устанавливается согласно варианту монтажа 140 по ОСТ 4 ГО.010.030-92.

Выбор элемента внешней коммутации узла

Разъёмное соединение впаивается в монтажные отверстия и крепится корпусом без соединения винт-гайка.

Разработка монтажа элементов печатной платы

Монтаж электрооборудования производится на основе схемы электрической принципиальной МРТ 00.10.000 Э3. Все элементы системы имеют разъемные соединения, что позволяет быстро и легко подключить любой элемент или отключать их при замене.

На печатной плате практически все элементы установлены методом поверхностного монтажа. Радиоэлементы проходят тщательную проверку на работоспособность и устанавливаются согласно ОСТ 11.070.069-81. Пайка радиоэлементов производится припоем Прв КР-2 ПОС-61 ГОСТ 21931-76. По окончании пайки, изделие помещается в корпус и проходит проверку на работоспособность.

Все элементы устройства должны быть надежно закреплены, иметь соответствующую защиту и изоляцию токоведущих проводников, для обеспечения надежной работы всей системы.

При монтаже деталей необходимо качественно соединить выводы между ними, чтобы система работала исправно.

Монтаж всех устройств системы должен производиться так, чтобы не повредить изоляцию, корпуса, разъемы, провода и т.д.

Компоновка элементов печатной платы

Под компоновкой понимают часть процесса конструирования, связанного с размещением на плоскости или в объеме отдельных составных частей изделия с учетом реализации необходимых электрических связей, взаимного влияния электромагнитных и тепловых полей.

В процессе компоновки печатной платы находят оптимальное размещение на ней навесных элементов. Компоновка печатной платы подразумевает расположение компонентов печатной платы на поверхности самой печатной. Расставлять компоненты на печатной плате нужно таким образом, чтобы выполнялись следующие условия:

- максимально близкое расположение групп компонентов друг от друга;

- печатная плата должна быть разработана с наименьшим количеством переходных отверстий и с минимально возможной длиной дорожек.

В результате компоновки находят положения монтажных отверстий, контактных площадок для подключения всех элементов.

Данная схема является слаботочной и в ней отсутствуют элементы, выделяющие большое количество теплоты и источники сильных магнитных полей. Исходя из этого, определяющим фактором компоновки элементов на плате является компактность.

Трассировка печатной платы

После выполнения компоновка печатной платы приступают к трассировке. В процессе трассировки определяют положение печатных проводников, которые соединяют контактные площадки так, чтобы они имели минимальную длину и минимальное число переходов на другой слой с целью устранения пересечений.

Данная плата изготовлена комбинированным позитивным.

Печатная плата соответствует ОСТ 4.077.000.

В соответствии с ГОСТ 10317-79* (Платы печатные. Основные размеры) диаметры монтажных отверстий выбраны следующие: 0,6; 0,8.

Центры отверстий располагаются в узлах координатной сетки.

Диаметры монтажных отверстий выбраны в зависимости от диаметров выводов навесных элементов, устанавливаемых в эти отверстия.

Выбор диаметров отверстий и контактных площадок под выводы устанавливаемых элементов, а также минимальные расстояния между центрами отверстий определены соответственно стандарту ОСТ 4.070.010-78 «Платы печатные под автоматическую установку элементов. Конструкция и основные размеры».

На чертеже печатной платы монтажные отверстия, имеющие разные диаметры, изображать окружностями одного диаметра с указанием условного знака обозначающего диаметр отверстия. Размеры печатных плат устанавливает ГОСТ 10317-79 (84). Размеры печатной платы кратны 0,625, так как длина платы не превышает 100 мм.

Толщина печатной платы выбрана из стандартного ряда и составляет 1.5 мм.

Форма контактных площадок произвольная.

Минимальная ширина проводников 0,5 мм.

На чертеже печатной платы, согласно ГОСТ 2.417-91, размеры указаны в соответствии с требованиями ГОСТ 2.307 комбинированным способом при помощи размерных и выносных линий и координатной сетки в прямоугольной системе координат.

Предельные отклонения между осями двух любых отверстий 0,05 мм.

Шероховатость поверхности монтажных отверстий и торцов печатных плат согласно ГОСТ 2789 не более 3,2 по шкале Ra.

Плата печатная блока электронногомикропроцессорной системы мониторинг расхода топлива на котельной установке приведена.

Выбор покрытий и обеспечение влагозащиты печатной платы

В конструкции разрабатываемой печатной платы должны использоваться различные вида покрытий, которые предназначены для улучшения пайки, обеспечения влагозащиты платы.

Для электромонтажных соединений используется, обычно, припой марки ПОС-61. Он относится к легкоплавким припоям и предназначен для пайки выводов дискретных элементов и интегральных микросхем. Его выбор обусловлен тем, что в изделии имеются полупроводниковые приборы, для которых недопустим перегрев.

Для защиты от влаги и от опасных механических повреждений предусматривается покрытие лаком. Пленка лака создает барьер для влаги и загрязнений на диэлектрическое основание, предохраняет тонкие проводники от повреждений, увеличивает механическую жесткость платы. Лак должен быть бесцветным для свободного прочтения маркировки, нанесенной на плату. К покрытиям предъявляются требования хорошей адгезии, малой водопроницаемости и коррозионной стойкости.

В качестве покрытия достаточно применение лака УР-231. Он обеспечивает хорошую защиту платы и элементов от воздействия климатических факторов.

Разработка сборочного чертежа

На сборочном чертеже МРТ 00.00.000СБ представлена печатная плата электронного блока микропроцессорной системы мониторинга расхода топлива на котельной установке.

Радиоэлементы располагаются с двух сторон. На одной стороне выводные элементы, а на другой SMD.

Все радиоэлементы располагаются достаточно компактно, для того чтобы блок управления не имел больших размеров и его можно было легко установить.

Разработка сборочного чертежа ведётся согласно ГОСТ 2.702-75 (2000).

Установка элементов производится по ОСТ4.ГО.010.030.

Изображение сборочных чертежей следует выполнять с упрощением по ГОСТ 2.109-73.

Припой ПОС61 ГОСТ 21930-70.

Масштаб чертежа в связи с небольшими размерами платы печатной выбран 2:1.

Обозначение элементов соответствует схеме электрической принципиальной МРТ 00.10.000 Э3.

Монтаж выполнен согласно схемыМРТ 00.10.001.

Печатные проводники условно не показаны.

На печатной плате МРТ 00.10.001 элементы установленные элементы являются, как выводными так и элементами поверхностного монтажа. Радиоэлементы проходят тщательную проверку на работоспособность и устанавливаются согласно ОСТ 45.010.030-92. Пайка радиоэлементов производится припоем ПОС-61 ГОСТ 21931-76.

По окончании пайки, изделие помещается в корпус и проходит проверку на работоспособность.

Монтаж всех устройств системы должен производиться так, чтобы не повредить изоляцию, корпуса, разъемы, провода и т.д.

На сборочном чертеже МРТ 00.10.000 СБ представлен блок управления. Все SMD элементы расположены с одной стороны платы.

Все радиоэлементы располагаются достаточно компактно, для того чтобы блок управления не имел больших размеров и его можно было легко установить.

Печатная плата укладывается в основание корпуса и накрывается сверху его крышкой, что обеспечивает плотное прилегание платы к корпусу изделия. Основание и крышка корпуса крепятся защелками и винтом.

На сборочном чертеже корпус условно не показан.

Сборочный чертеж и спецификация разработаны в Компас3D-V15.

Сборочный чертеж платы блока электронного микропроцессорной системы мониторинг расхода топлива на котельной установке приведен на рисунке 4.2.



Рисунок 4.2 Сборочный чертеж платы блока электронного микропроцессорной системы мониторинг расхода топлива на котельной установке.

На рисунке 4.3 проиллюстрирован монтаж выводного элемента.

Рисунок 4.3 Пример монтажа выводного элемента.

РАЗРАБОТКА СПЕЦИФИКАЦИИ НА БЛОК ЭЛЕКТРОННЫЙ

Спецификация составляется на отдельных листах на каждую сборочную единицу (плату печатную) на формах А4. В спецификацию вносят конструкторские документы, относящиеся к этому изделию:

1 Сборочный чертёж;

2 Схема электрическая принципиальная;

3 Перечень элементов;

4 Чертеж печатной платы;

5 Пояснительная записка.

В состав спецификации вошли разделы:

- документация;

- сборочные единицы;

- детали;

- стандартные изделия;

- прочие изделия;

- материалы;

Графы спецификации заполняют следующим образом:

- в графе "Формат" указывают форматы документов, обозначения которых записывают в графе "Обозначение". Если документ выполнен на нескольких листах различных форматов, то в графе "Формат" проставляют "звездочку" со скобкой, а в графе "Примечание" перечисляют все форматы в порядке их увеличения.

Для документов, записанных в разделе "Стандартные изделия", "Прочие изделия" и "Материалы", графу "Формат" не заполняют.

- в графе "Поз." указывают порядковые номера составных частей, непосредственно входящих в специфицируемое изделие, в последовательности записи их в спецификации. Для разделов "Документация", "Комплекты" графу "Поз." не заполняют;

- в графе "Обозначение" указывают:

а) в разделе "Документация" - обозначение записываемых документов;

б) в разделе "Сборочные единицы", "Детали" - обозначение основных конструкторских документов на записываемые в эти разделы изделия. Для деталей, на которые не выпущены чертежи, - присвоенное им обозначение.

в) в разделах "Стандартные изделия", "Прочие изделия" и "Материалы" графу "Обозначение" не заполняют.

- в графе "Наименование" указывают:

а) в разделе "Документация" для документов, входящих в основной комплект документов специфицируемого изделия и составляемых на данное изделие, - только наименование документов;

б) в разделах спецификации "Сборочные единицы", "Детали", - наименования изделий в соответствии с основной надписью на основных конструкторских документах этих изделий;

в) в разделе "Стандартные изделия" - наименования и обозначения изделий в соответствии со стандартами на эти изделия;

г) в разделе "Прочие изделия" - наименования и условные обозначения изделий в соответствии с документами на их поставку с указанием обозначений этих документов;

д) в разделе "Материалы" - обозначения материалов, установленные в стандартах или технических условиях на эти материалы.

- в графе "Кол." указывают:

а) для составных частей изделия, записываемых в спецификацию, количество их на одно специфицируемое изделие;

б) в разделе "Материалы" - общее количество материалов на одно специфицируемое изделие с указанием единиц измерения;

в) в разделе "Документация" графу не заполняют.

- в графе "Примечание" указывают дополнительные сведения для планирования и организации производства, а также другие сведения, относящиеся к записанным в спецификацию изделиям, материалам и документам, например, для деталей, на которые не выпущены чертежи.

В спецификацию вносят составные части, входящие в специфицируемое изделие.

5. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА УПРАВЛЕНИЯ

5.1 Средства разработки программного обеспечения

Разработка микропроцессорной системы управления включает в себя как вопросы проектирования аппаратной части, так вопросы программирования микропроцессорного устройства.

Особенностью программ для микропроцессорных систем управления является то, что они должны работать в реальном времени, чтобы не возникало потери информации и ухудшения качества регулирования. При разработке программы ставится не просто задача корректного воспроизведения алгоритма, но и минимизация времени его выполнения.

Серьезным вопросом является вопрос выбора языка программирования. При программировании микропроцессорных систем используются языки ассемблера и языки высокого уровня. К достоинствам ассемблера следует отнести возможность максимально использовать ресурсы процессора по быстродействию и объему памяти. Однако достигается это за счет существенного увеличения времени разработки программы. Кроме того, для работы с ассемблером требуется более высокая квалификация программиста.

Написание программы с использованием языков программирования высокого уровня позволяет сократить затраты времени на разработку. Являясь платформенно-независимой, программа, написанная на языке высокого уровня, может быть легко перенесена на новую аппаратную базу. Лидером среди используемых языков программирования микропроцессорных систем является язык C.

Основными преимуществами С перед ассемблером является высокая скорость разработки программ, универсальность, не требующая досконального изучения архитектуры микроконтроллера, наличие библиотек функций, поддержка вычислений с плавающей точкой.

В языке С сочетаются возможности программирования низкого уровня со свойствами языка высокого уровня. Возможность низкоуровневого программирования позволяет легко оперировать непосредственно аппаратными средствами, а свойства языка высокого уровня позволяют создавать легко читаемый и модифицируемый программный код. Кроме того, практически все компиляторы С имеют возможность использовать ассемблерные вставки для написания критичных по времени выполнения и занимаемым ресурсам участков программы.

Для программирования AVR-микроконтроллеров существует немало средств разработки, однако, наиболее популярным следует признать пакет AVR Studio. Программная среда AVR Studio -- это современный программный продукт, позволяющий производить все этапы разработки программ для любых микроконтроллеров серии AVR. Пакет включает в себя специализированный текстовый редактор для написания программ, мощный программный отладчик.

Кроме того, AVR Studio позволяет управлять целым рядом подключаемых к компьютеру внешних устройств, позволяющих выполнять аппаратную отладку, а также программирование («прошивку») микросхем семейства AVR.

5.2 Разработка алгоритмов работы системы

При возникновении внешнего прерывания Int0 система анализирует значение входного напряжения и отключает электрооборудование в случае превышения заданных предельных значений.

Система производит опрос приборов для измерений.

Включает или отключает индикацию или звуковой сигнал в зависимости от полученных значений с приборов для измерений.

В случае необходимости запуска измерений, нажимается кнопка «Старт». Цикл можно прервать на любом этапе, нажав кнопку «Стоп».

Произведем моделирование выходного сигнала преобразователей измерительных взрывозащищенных избыточного давления Сапфир-22ДИ-Вн и давления-разряжения Сапфир-22ДИВ-Вн.

Зависимость между выходным сигналом и измеряемым параметром определяется выражениями, приведенными в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Зависимость между выходным сигналом и измеряемым параметром.

Наименование преобразователя	Расчетное значение выходного сигнала, Jp
Преобразователи Сапфир-22ДИВ-Вн с возрастающей характеристикой выходного сигнала0-5: при измерении избыточногодавления при измерении разрежения
Преобразователи Сапфир-22ДИВ-Вн с возрастающей характеристикой выходного сигнала0-5 мА: при измерении избыточногодавления при измерении разряжения

гдеJр-- расчетное значение выходного сигнала, соответствующее измеряемому давлению или разности давлений Р;

Jmax-- наибольшее предельное значение выходного сигнала, мА;

Jmin-- наименьшее предельное значение выходного сигнала, мА;

Р--значение измеряемого давления или разности давлений в тех единицах, что и Ризб.mах, Рразр.mах, Рmax;

Рmax-- верхний предел измерений измеряемого давления: абсолютного илиизбыточного, разрежения, разности давлений, кПа, МПа, кгс/м2или кгс/см2;

Рразр.mах-- верхний предел измерений разрежения кПа, кгс/м2, кгс/см2;

Ризб.mах-- верхний предел измерений избыточного давления, кПа, МПа, кгс/м2, кгс/см2.

Изменение положения перемычки, отвечающей за диапазон измерения преобразователя приводит к изменению наклона градуировочной характеристики прибора (рис.5.1,ряд 2 и ряд 3) относительно ее первоначального положения (рис.5.1ряд 1) при неизменном положении «нуля» выходного сигнала. Минимальный диапазон измерения составляет 16 % от наибольшего диапазона измерения данной модели.

Рисунок 5.1 Настройка диапазона измерения преобразователя.

Изменение положения перемычки, определяющей положение«нуля» выходного сигнала, приводит к параллельному смещению градуировочной характеристики преобразователя (рис.5.2ряд 2 и ряд 3) относительно первоначального положения (рис.5.2 ряд 1) при сохранении неизменным диапазона измерения прибора. Величина смещени зависит от номера положения перемычки и может колебаться от -10% до 90% от наибольшего диапазона измерения преобразователя.

6. ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

6.1 Общая постановка задачи

Цель данного проекта с точки зрения экономико-организационных задач заключается в:

а) повышении качества;

б) использовании современного оборудования с целью повышения надежности и снижения аварийности, что увеличивает срок службы в результате чего снижаются затраты на ремонт в процессе эксплуатации.

Последовательность действий следующая:

1) расчёт единовременных капитальных вложений;

2) расчёт годовых текущих издержек;

3) расчёт показателей экономической эффективности;

4) выводы по результатам расчетов.

6.2 Расчет единовременных затрат (инвестиций)

Единовременные затраты (инвестиции) являются капитальными вложениями, необходимыми для реализации принятых технических решений. микропроцессорный печатный плата программный

При разработке систем капитальные вложения складываются из следующих элементов:

где Кпр - затраты на проектирование, тыс. р.;

Кэл-монт.-стоимость электромонтажных работ, тыс. р.;

Кп-н - стоимость пуско-наладочных работ, тыс. р.;

Кдемонтаж - стоимость демонтажных работ, тыс. р.

Затраты на проектирование установки определяются по формуле :

где Зт. - часовая тарифная ставка 1-го разряда на сентябрь месяц 2015 г., тыс.р.(Зт= 0,135 тыс.р.) ;

Кт.к- тарифный коэффициент проектировщика (Кт.к= 3,04);

Тпро. - трудоемкость проектирования, чел.-ч ;

Кп. - коэффициент премирования (Кп= 1,5) ;

Кд. - коэффициент, учитывающий дополнительную заработную плату (Кд. =1,1);

Кн. - коэффициент, учитывающий накладные расходы (Кн. =1,5).

Трудоемкость проектирования определяется по формуле:

где - ожидаемая трудоёмкость, (чел·дн.)

Результаты расчёта трудоёмкости проектирования представлены в таблице 6.1.

Таблица 6.1 - Расчёт трудоёмкости проектирования.

№	Наименование этапов	Тmin, чел-дн.	Tmax, чел-дн.	Тож, чел-дн.	Tпр, чел-дн.
1	Ознакомление с литературой и постановкой задачи	2	3	2,4	19,2
2	Анализ вариантов технических решений	2	3	2,4	19,2
3	Разработка схем	3	4	3,4	27,2
4	Разработка монтажа	3	4	3,4	27,2
5	Разработка программы автоматизированной системы управления	1	2	1,4	11,2
6	Решение вопросов безопасности жизнедеятельности	1	2	1,4	11,2
7	Решение вопросов стандартизации	1	2	1,4	11,2
8	Оформление документации	3	4	3,4	27,2
9	Оформление графической части	3	4	3,4	27,2
	Итого (Тпро)	19	28	22,6	180,8

Определим затраты на проектирование для проектируемого варианта:

Зпр =0,135·3,04·180,8·1,5·1,1=122,43 тыс. р.

Отчисления во внебюджетные фонды (30%):

Oфсзн=·0,3

Для проектируемого варианта:

Oфсзн.пр =122,43·0,3=36,73 тыс. р.

Отчисления в инновационный фонд (4,5%):

Оиннов=(+ Oфсзн + Oстрах)·0,045

Для проектируемого варианта:

Оиннов.пр=(122,43+36,73)·0,045=7,16 тыс.р.

Всего затраты на проектирование составили:

пр=Зпр+ Oфсзн + Oстрах + Оиннов

Кпр=122,43+36,73 +7,16 =166,32 тыс.р.

Капитальные затраты на электромонтажные и пуско-наладочные работы определяется в соответствии с РСН:

- составляется акт на монтажные работы (Кэл-монт) в текущих ценах;

- составляется акт на пуско-наладочные работы (Кпн) в текущих ценах.

Данные капитальных вложений при разработке системы электропривода представлены в таблице 6.2.

Таблица 6.2 - Капитальные вложения.

Наименование затрат	Проект, тыс. р
Затраты на проектирование	122,43
Стоимость электромонтажных работ	69,742
Стоимость демонтажных работ	34,871
Стоимость пуско-наладочных работ	24,6
Итого:	251,643

6.3 Расчет годовых текущих издержек

Годовые текущие издержки при эксплуатации комплекса определяются как:

,

где Иэл - затраты на электроэнергию, потребляемую электрооборудованием, включая потери, тыс. руб;

Ир - затраты на ремонт и техническое обслуживание, тыс. руб;

Из.п. - заработная плата работника с отчислениями на социальное страхование, тыс. руб.

Расход электроэнергии можно определить по формуле::

,

где Wп - полезный расход энергии, кВт·ч;

ДW- потери активной электроэнергии, кВт·ч.

Полезный расход электроэнергии на систему для различного оборудования, определяются по формуле:

,

где Руст - установленная (номинальная) электрическая мощность токоприемников, Вт;

Fд - годовой действительный фонд времени работ системы, Fд=6096ч;

Ки - коэффициент использования мощности электрооборудования, Ки=0,7;

зср - средневзвешенный КПД.

Средневзвешенный КПД рассчитывается по формуле:

,

Определим средневзвешенный КПД системы проектируемого варианта:

Полезное потребление электрической энергии по проектируемому варианту:

кВт·ч.

Потери активной энергии определяются по формуле:

,

КПД привода определяется по следующей формуле:

,

где здв, зпр - КПД

Потери активной энергии:

Вт·ч.

Стоимость израсходованной электроэнергии определяется как:

,

где Цэл - стоимость 1 кВт·ч, Цэл=2,5 р.

Затраты на электроэнергию в проектируемом варианте составляют:

ИЭЛ.пр=(1145822-796315,9)*0,0025=873,7тыс.р.

При определении затрат на ремонт и техническое обслуживание электрооборудования (Ир) необходимо учитывать, что электрооборудование установки содержит как элементы, относящиеся к категории ремонтируемых, так и элементы, по своей конструкции и назначению подлежащие восстановлению при возникновении отказа (неремонтируемые).

Поэтому издержки на ремонт и техническое обслуживание Ир определяются по формуле:

,

где Ирем - затраты на ремонт и техническое обслуживание ремонтируемых элементов электрооборудования, тыс.р.;

Изам - затраты на заменяемые элементов электрооборудования, тыс.р.

Определим затраты на ремонт и техническое обслуживание ремонтируемых элементов:

,

где КЭЛ - стоимость электрооборудования, КЭЛ.пр=9526,912 тыс.р.

Определим затраты на ремонт и техническое обслуживание ремонтируемых элементов в проектируемом варианте ЭП:

977,256 тыс.р.

Определим трудозатраты на отыскание и замену отказавших элементов по формуле:

,

где d - число типов заменяемых элементов, шт;

л - интенсивность отказов i-го типа элементов, 1/час;

ni - количество элементов одного типа, шт;

Кн - коэффициент электрической нагрузки (принимаем Кн = 0,25);

tвi - среднее время восстановления (обнаружения отказов и замен) i-го элемента, ч;

Сч - среднечасовая тарифная ставка персонала, производящего обнаружение и устранение отказов, руб / час;

Кд - коэффициент, учитывающий дополнительные начисления, Кд=2,24.

Среднечасовая тарифная ставка персонала, производящего обнаружение и устранение отказов находится по формуле:

,

где ТМ - месячная тарифная ставка 1-го разряда, 0,135 тыс.руб;

КТ - тарифный коэффициент, соответствующий разряду (для 6-го разряда КТ = 1,9);

КСЛ - коэффициент сложности (КС =1,1);

ФМ - месячный фонд времени (ФМ =168).

Сч=0,00167 тыс.р.

Стоимость заменяемых элементов определяется по формуле:

,

где Цi - оптовая цена заменяемого i-го элемента, тыс.р. /шт.

Определим затраты на заменяемые элементы по проектируемому варианту:

Изам.пр.=12,84 тыс.р.

Определим затраты на ремонт и техническое обслуживание.

По проектируемому варианту:

Изам.пр.=11,26 тыс.р.

Затраты на заработную плату оператора рассчитываем по формуле:

,

где Кт - тарифный коэффициент разряда, КТ = 1,9;

Ку - коэффициент, учитывающий условия труда рабочего (Ку=1,2);

Кд - коэффициент, учитывающий дополнительную заработную плату, Кд = 1,1;

Кп -коэффициент, учитывающий премии (Кп = 1,5);

Кс - коэффициент, учитывающий отчисления на социальные нужды (Кс = 1,35);

ФГ - годовой фонд рабочего времени, ч.

По производственному календарю за 2014 год количество рабочих дней составляет 254, предположим система работает круглосуточно, поэтому .

Тогда годовой фонд оплаты труда оператора:

,

где -Часовая тарифная ставка 1-го разряда;

-тарифный коэффициент соответствующего разряда;

-коэффициент, учитывающий премии, ;

-коэффициент, учитывающий условия труда рабочего, ;

-коэффициент, учитывающий дополнительную заработную плату, ;

- коэффициент, учитывающий отчисления во внебюджетные фонды (30%);

-годовой фонд времени работы установки. По производственному календарю за 2014 год количество рабочих дней составляет 254, работают круглосуточно, поэтому 6096

Тогда

Результаты расчетов по статьям годовых текущих издержек сводятся в таблицу 6.3.

Таблица 6.3 - Годовые текущие издержки.

Статьи издержек	Величина издержек по вариантам, тыс. руб.
Затраты на электроэнергию	873,7
Затраты на ремонт и техническое обслуживание	977,256
Годовой фонд оплаты труда работника	2710,84
Итого:	4561,796

6.4 Расчёт показателей экономической эффективности

В качестве показателя экономии при разработке электрооборудования принимаются единовременные капитальные вложения:

где - годовой экономически эффект;

- суммарные издержки при эксплуатации;

- суммарные издержки при эксплуатации проектируемого варианта.

Оценим срок окупаемости капитальных вложений по проектируемому варианту. Результаты окупаемость капитальных вложений сведены в таблицу 6.4.

Таблица 6.4 - Окупаемость капитальных вложений

Год эксплуатации проектируемого варианта	Экономический эффект, тыс.р.
1 год	-5,3
2 год	0,1

Исходя из таблицы 6.4 видно, что затраты на капитальные вложения окупятся через 1 год эксплуатации.

В результате проведенного технико-экономического расчета были рассчитаны:

- единовременные затраты;

- годовые текущие издержки.

По результатам технико-экономического расчета получаем экономический эффект. За счет экономии по текущим издержкам, т.е. снижения затрат на электроэнергию, потребляемую оборудованием (в связи с применением принципиально нового оборудования), увеличения КПД, а также за счет снижения капитальных вложений в проект. Капитальные вложения окупятся через 1 год эксплуатации.

6.5 График разработки внедрения системы

Внедрение осуществляется в несколько этапов:

- Проектирование системы - специалисты выезжают на объект и выделяют на нем особо опасные места. По результатам проведенных работ изготавливается проектная документация.

- Подбор и закупка оборудования - на этом этапе осуществляется выбор и покупка элементов системы согласно проектной документации.

- Непосредственно процесс монтажа - пожалуй, самый важный этап, который должен осуществляться под контролем высококвалифицированных специалистов, имеющих соответствующую лицензию на проведение подобного рода работ.

- Пуско-наладочные работы - проверка пригодности системы и подключение ее к системам жизнеобеспечения.

- Сдача в эксплуатацию - последний этап, на котором заключается акт выполненных работ и акт приемки-передачи.

План графика внедрения проекта с ориентировочными сроками начала и окончания работ, длительностью их выполнения и задержкой представлен в таблице 6.5.

Таблица 6.5 - План графика внедрения

Этап проекта	Начало	Длительность	Задержка	Конец
Подготовительные работы	17.01.2016	20	0	05.02.2016
Составление требований	06.02.2016	20	0	25.02.2016
Теоретические исследования	29.02.2016	20	3	19.03.2016
Эскизное проектирование	20.03.2016	60	0	18.05.2016
Программное проектирование	19.05.2016	10	0	28.05.2016
Тестирование	02.06.2016	50	4	21.07.2016
Коррекция	22.07.2016	10	0	31.07.2016
Подготовка документации	01.08.2016	5	0	05.08.2016
Монтажные работы	06.08.2016	7	0	12.08.2016
Пуско-наладочные работы	13.08.2016	7	0	19.08.2016
Анализ данных. Итоговый отчет	20.08.2016	3	0	22.08.2016
Сдача в эксплуатацию	23.08.2016	1	0	23.08.2016

Внедрение микропроцессорной системы мониторинга расхода топлива на котельной установке может привести к повышению ее качества и безопасности работы, так как контролируется выполнение технологического процесса и практически не применяется человеческий ресурс в процессе эксплуатации системы, а также система обеспечивает автономный и непрерывный режим работы в течение длительного времени (10-12 месяцев).

Таким образом, расчёты показывают целесообразность внедрения проекта.

7. ОХРАНА ТРУДА

7.1 Разработка технических мероприятий по снижению воздействия опасных и вредных факторов (ОВП) на работу

Требования к помещениям, оборудованиям, его размещению, знаков безопасности

Помещение, оборудование и его размещение должны соответствовать требованиям - межотраслевым правилам по охране труда. Данная котельная относится к закрытому типу, в котором всё основное и вспомогательное оборудование находится внутри самого цеха. В котельной должно быть предусмотрено два выхода, находящихся в противоположных сторонах помещения с дверьми, открывающимся наружу, одна из которых должна обеспечивать возможность перемещения оборудования в разобранном виде. Котельную необходимо оборудовать устройствами для вентиляции и освещения.

Расстояние от фронта котла или выступающих частей топок до стены здания котельной должно быть не менее 3м. При сжигании газа и мазута расстояние от выступающих частей горелочных устройств до стены котельной должно быть не менее 1м. Перед фронтом котла допускается устанавливать дутьевые вентиляторы, насосы и тепловые щиты. При этом ширина свободного прохода вдоль фронта принимается не менее 1,5м.

Котельную необходимо обеспечить знаками и табличками согласно ГОСТ Р.12.4.026-2001 [16], оборудование и ограждения должны быть окрашены с применением сигнальных цветов согласно ГОСТу. В производственном оборудовании необходимо применить предупредительные знаки, представляющие собой желтый треугольник с черной полосой по периметру, внутри которого располагается какой-либо символ (черного цвета). При электрической опасности - это молния, при опасности скольжения - падающий человек, при прочих опасностях - восклицательный знак. Запрещающий знак - круг красного цвета с белой каёмкой по периметру и черным изображением внутри. Указательные знаки средств пожаротушения имеют символ красного цвета на белом фоне, остальные - черного.

В котельной зрительные работы связаны с постоянным наблюдением за ходом технологического процесса и ведутся в закрытом помещении, то в нем совмещается естественное освещение с искусственным (светильники с люминесцентными лампами).

Требования к рабочим местам и инструменту

Требования безопасности к рабочим местам предусматривают соответствие рабочего места и используемого оборудования правилам и стандартам безопасности. Применяемое оборудование и инструмент должны быть оснащены необходимыми средствами защиты - ограждениями, предохранительными приспособлениями, предупредительной сигнализацией.

Обязательным условием безопасности рабочего места является оснащение его средствами индивидуальной защиты - защитными очками, спецодеждой и спецобувью, респираторами, диэлектрическими перчатками и т. д. Для обеспечения безопасности необходимо содержать используемое оборудование и инструмент в исправности. В соответствии с правилами безопасности на рабочих местах необходимо на видном месте вывешивать инструкции по технике безопасности и типовые технологические карты, содержащие перечень, сроки и последовательность выполнения технологических операций. При необходимости рабочие места обеспечивают соответствующей документацией - журналом приемки и сдачи смены, журналом проверки состояния техники безопасности и др.

Все рабочие места должны быть достаточно освещены для безопасного ведения работ. Производственные помещения оборудуют гардеробными со шкафами для спецодежды, медицинскими аптечками, умывальниками, помещениями для приема пищи, в необходимых случаях - душевыми. Вблизи рабочих мест должны устанавливаться сосуды с питьевой водой.

В соответствии с противопожарными требованиями рабочее место должно систематически очищаться от пролитых легковоспламеняющихся, горючих веществ и др. Для хранения использованных обтирочных материалов рабочие места должны быть оборудованы металлическими ящиками с крышками. На рабочих местах запрещается хранить ненужное оборудование и материалы; не допускается курение.

7.2 Требования к технологическому процессу

Требования по обеспечение промышленной безопасности при организации эксплуатации водогрейных котельных установок согласно СТО 70238424.27.060.30.002-2009. «Водогрейные котельные установки. Организация эксплуатации и технического обслуживания. Нормы и требования».

Устройство, установка, эксплуатация и ремонт сосудов, работающих под давлением, котлов и других объектов котлонадзора должны соответствовать требованиям «Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением», «Правил устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды», «Правил устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов», «Правил устройства и безопасной эксплуатации паровых котлов с давлением пара не более 0,07 МПа (0,7 кгс/см2), водогрейных котлов и водоподогревателей с температурой нагрева воды не выше 115° С».

Во избежание ожогов при возможном обратном ударе пламени отверстия для установки форсунок должны иметь экраны. Приборы, арматура, трубы, оборудование, идущие на сооружение систем газоснабжения, а также условия прокладки и способы крепления газопроводов, устройство дымоходов и вентиляции должны соответствовать требованиям СНиП 2.04.05. Оборудование, работающее под давлением, необходимо подвергать периодическим испытаниям в соответствии с инструкциями по его эксплуатации. Наладка и ремонт оборудования разрешается только после снятия давления и отключения от электросети.

В рассматриваемой котельной управление основным котлом и его защитные функции осуществляются пультом управления, контроля и сигнализации (УКС), что обеспечивает безопасную его эксплуатацию. Пульт УКС предназначен для управления, включения (выкл.) электродвигателей, приёма информации от датчиков безопасности, включения тревожной сигнализации, а также для защиты электродвигателей от перегрузок. При аварийных параметрах котла [понижении разряжения в топке, повышении температуры воды выше допустимой, давлении воды на входе в котёл ниже (выше) нормы, открывании нижней дверцы] происходит отключение электродвигателей шнека подачи топлива и подаётся световая и звуковая сигнализация.

В случае аварии на водогрейной котельной установке организация, эксплуатирующая ее, обязана:

- незамедлительно сообщить об аварии в органы государственного надзора;

- сохранить обстановку на месте аварии до начала расследования, за исключением случаев, когда необходимо вести работы по ликвидации аварий и сохранению жизни и здоровья людей;

- принимать участие в техническом расследовании причин аварии на водогрейной котельной установке, принимать меры по устранению причин и недопущению подобных аварий;

- осуществлять мероприятия по локализации и ликвидации последствий аварий на водогрейной котельной установке;

- принимать меры по защите жизни и здоровья работников и окружающей природной среды.

Расчет вентиляции

Расчет вентиляции и кондиционирования определяют исходя из санитарно - гигиенических норм СНиП 41-01-2003. В помещении должна предусматриваться вентиляция, необходимая для осуществления воздухообмена и более качественного сгорания топлива, из расчета: вытяжка в объеме 3-х кратного воздухообмена помещения в час, приток в объеме вытяжки плюс количество воздуха на горение топлива, для сгорания 1 м3 природного газа необходимо 9 м. куб воздуха, 1 кг дизельного топлива 14 м3.

По нормируемому удельному расходу приточного воздуха:

где - площадь помещения,

- нормируемый расход приточного воздуха на 1 пола помещения.

Мощность вентилятора определяется по формуле:

,

где 0,1 мм - абсолютная шероховатость стенок стальных воздухопроводов.

,

где - коэффициент кинематической вязкости.

Сечение воздухопровода определяется по формуле:

Диаметр воздухопровода круглого сечения:



Динамическое давление на выходе воздуха из вентиляционной сети:

,

где - допустимая скорость воздушной струи в рабочей зоне.

Устанавливаем в котельной вентилятор радиальный ВР8677-6,3(ВК1Ж2), предназначенный для систем вентиляции производственных зданий, взрывозащищенный, коррозионностойкий, теплостойкий из нержавеющей стали. Характеристики вентилятора приведены в таблице 5.1.

Таблица 5.1 - Характеристики вентилятора

Производительность, тыс. м3/ч	Напор, Па	КПД, %	Масса, кг	Электродвигатель
				Тип	n, об/мин	N, кВт
9,2-17,8	1200-1750	87,5	201	Аир132м4	1500	11

Количество требуемых вентиляторов - 1.

Объединение вентиляционных каналов из кухонь, ванных, туалетов, душевых с вентиляционными каналами из помещения котельной не допускается.

7.3 Пожарная безопасность

Причины пожаров и взрывов

В технологическом процессе применяют горючие вещества (в котельной - это мазут и природный газ) и существует возможность их контакта с воздухом, то опасность пожара и взрыва может возникнуть как внутри аппаратуры (при скоплении вынесенного несгоревшего в топке топлива на хвостовых поверхностях котла), так и вне ее, в помещении котельной при неаккуратной заправки топлива в бункер, в складе хранения и на открытых площадках перед складом. Так, большую опасность представляют аппараты, емкости и резервуары с горючими жидкостями, так как они не бывают заполнены до предела и в пространстве над уровнем жидкости образуется паровоздушная взрывоопасная смесь.

Причиной взрыва или пожара может послужить легковоспламеняющиеся жидкости. Особую опасность представляет промасленная специальная одежда и обтирочные материалы, сложенные в кучи. При условии плохого теплоотвода нагревание, начавшееся при нормальной температуре, через 3...4 ч может закончиться самовозгоранием.

Условия возникновения пожара в зданиях и сооружениях во многом определяются степенью их огнестойкости (способность здания или сооружения в целом сопротивляться разрушению при пожаре).

Технические мероприятия по профилактике и тушению пожаров

Определение категорий взрывопожарной и пожарной безопасности промышленных помещений

Нормы пожарной безопасности 105 - 03. «Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности. Нормативные документы Государственной противопожарной службы».

Предусматриваемые при проектировании зданий и установок противопожарные мероприятия зависят прежде всего от пожарной или взрывной опасности размещенных в них производств и отдельных помещений. Помещения и здания в целом делятся по степени пожаро - или взрывоопасности на пять категорий в соответствии с ОНТП-24. Котельная - производственное помещение, функциональной пожарной опасности Ф5.1 согласно пункта 21 статьи 27 Федерального закона «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» Ф3-123. Это говорит о том, что для котельной необходимо определять категорию пожароопасности.

Согласно СНиП II-35-76* (Приложение 1) и по НПБ 105-95 котельной присваивается категория Г по пожарной опасности.

Определение класса пожара

КЛАСС ПОЖАРА -- условно принятое обозначение объектов пожара для применения огнетушащих веществ и (или) средств тушения. Класс пожара определяют по ГОСТ 27331--81 "Пожарная техника. Классификация пожаров".

В котельной при работе на мазуте возможен пожар класса А в расходном бункере, в складе, в помещении котельной. Для тушения этого пожара можно применять воду при отключении всего электрического оборудования, пенные и порошковые огнетушители типа АВСЕ.

Определение огнестойкости строительных конструкций

Согласно статьи 35 «Федеральный закон Российской Федерации от 22 июля 2008 г. N 123-ФЗ "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности"» существуют различные пределы огнестойкости, они определяются в условиях стандартных испытаний.

Согласно «Пособию по определению пределов огнестойкости конструкций, пределов распространения огня по конструкциям и групп возгораемости материалов», разработанного к СНиП II-2-80 "Противопожарные нормы проектирования зданий и сооружений", за предел огнестойкости строительных конструкций принимается время (в часах или минутах) от начала их огневого стандартного испытания до возникновения одного из предельных состояний по огнестойкости.

Стены в котельной должны быть выполнить из кирпича, а перекрытия из железобетонных плит. Для таких перекрытий пределы огнестойкости железобетонных перекрытий - R 90. Для свободно опертых плит предел огнестойкости - E 15. Минимальная толщина плиты обеспечивает требование по прогреву: температура на необогреваемой примыкающей к полу поверхности в среднем повысится не более чем на 160 °C и не превысит 220 °С. Засыпки и пол из негорючих материалов объединяются в общую толщину плиты и повышают предел ее огнестойкости. Сгораемые изоляционные слои, уложенные на цементную подготовку, не снижают предел огнестойкости плит и могут применяться. Дополнительные слои штукатурки могут быть отнесены к толщине плит. Эффективная толщина многопустотной плиты для оценки предела огнестойкости определяется делением площади поперечного сечения плиты, за вычетом площадей пустот, на ее ширину.

Определение датчиков пожарной безопасности

Датчик пожарной сигнализации является основной частью систем обеспечивающих противопожарную безопасность. Именно уровень безотказности датчика противопожарной сигнализации определяет эффективность всей систем обеспечивающих противопожарную безопасность. По видам пожарные датчики подразделяются на тепловые датчики, дымовые датчики, датчики пламени и комбинированные.

Комбинированные датчики (извещатели) сочетают в себе два или более способа определения признаков пожара. Чаще комбинированные датчики сочетают в себе тепловой извещатель (который реагирует на перепады температуры, когда главным признаком пожара является тепло) вместе с дымовым извещателем. Это позволяет более точно определить наличие признаков пожара и подать сигнал тревоги на пульт.

Эффективность системы пожаротушения в 90% случаев зависит от правильно сконструированной системы пожарной сигнализации, которая в свою очередь опирается на данные полученные от пожарных извещателей. Пожарный извещатель - устройство для формирования сигнала о пожаре (по ГОСТ 12.2.47).

Автоматические установки пожаротушения и пожарной сигнализации должны обеспечивать автоматическое обнаружение пожара и обеспечивать информирование дежурного персонала об обнаружении неисправности линий связи и технических средств оповещения людей о пожаре, согласно статье 83 «Федеральный закон Российской Федерации от 22 июля 2008 г. N 123-ФЗ "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности"»:

Оснащение помещений, зданий, сооружений и строений, оборудованных системами оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре, автоматическими установками пожарной сигнализации и (или) пожаротушения, согласно статье 91 «ФЗ РФ от 22 июля 2008 г. N 123-ФЗ "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности"»

Количество пожарных извещателей (контроллеров задымленности) вычисляется, исходя из площади помещения, в котором эти приспособления будут установлены, и высоты его потолка. В соответствии с действующими нормативами, если высота помещения не превышает 3,5 метров, то на общей площади котельной 66 квадратных метров устанавливать следует один пожарный датчик. Однако на основании правил пожарной безопасности даже в самой маленьком помещении нужно установить, как минимум, два датчика. Ввиду этого (в котельной три отдельных помещения), нам понадобится шесть детекторов дыма. Расстояние между датчиками не должно быть больше девяти метров, при этом расстояние от стены - не больше 4,5 метров. Настенные же пожарные датчики устанавливают на расстоянии 200 миллиметров от потолка.

Согласно НПБ88-2001: В котельной устанавливаем во всех помещениях дымовые пожарные извещатели, типа «ИП 212-141», который предназначен для раннего обнаружения загораний, сопровождающихся появлением дыма малой концентрации в закрытых помещениях различных зданий и сооружений.

Средства пожаротушения, оборудования, огнетушители, пожарный инвентарь. Типы и их количество

Выбор и расчёт количества средств пожаротушения, оборудования, огнетушителей, пожарного инвентаря регулируется Правилами противопожарного режима Российской Федерации. Определение количества огнетушителей регулируется Приложением № 3 к Правилам пожарной безопасности ППБ 01-03 -- «Определение необходимого количества первичных средств пожаротушения»:

- огнетушители углекислотные ОУ-8 - 2 штуки;

- огнетушители пенные ОВП - 10, - 2 штуки;

- огнетушитель порошковый ОП-5 - 1 штука;

- пожарный щит с набором противопожарного инвентаря (огнетушитель, кошма, ведро, лопата, багры, песок, асбестовое покрывало).

Для тушения возможных пожаров в котельной предусмотрены внутренние пожарные краны со стволом ПС, работающие от пожарного водопровода. Пожарный кран снабжён пожарным стволом и рукавом диаметром 50 мм, длиной 20 м, расположенным в специальном шкафу [6]. На системах приточно-вытяжной вентиляции предусмотрены огнезадерживающие клапаны.

В котельной цеха оборудован пожарный щит, который окрашен в белый цвет, а кромки щита и весь инвентарь - в красный, он размещен на стене при центральном входе в котельную, и на нём имеется следующее пожарное оборудование: лопаты, топоры, ломы, металлические вёдра и огнетушители, которые своевременно проверяются и перезаряжаются. Запорная арматура (краны, рычажные клапаны, крышки горловин) огнетушителей опломбирована. Переносные огнетушители, типа ОВП-10 и ОУ-8 расположены на расстоянии не менее 1,2 метра от проёма двери и не более 1,5 метров от уровня пола. На стене в видных местах расположены планы эвакуации при пожаре и схемы инструкции по пользованию огнетушителями. На территории цеха имеются информирующие таблички с обозначением места для курения. К котельной подведена поселковая система противопожарного водоснабжения, она обеспечивают необходимый расход воды на пожаротушение и проверяются не реже двух раз в год. Пожарные краны укомплектованы рукавами длиной 20 метров и стволами.

8. ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

8.1 Взаимодействие энергетического предприятия с окружающей средой

В результате активной техногенной деятельности человека образуются очаги сильного загрязнения атмосферы, оказывающие негативное влияние на окружающую среду. Основным источником загрязнения атмосферного воздуха, дающим более четверти всех выбросов промышленных предприятий, является теплоэнергетика.

Взаимодействие энергетического предприятия с окружающей средой происходит на всех стадиях добычи и использования топлива, преобразования и передачи энергии. Котельная активно потребляет воздух. Образующиеся продукты сгорания передают основную часть теплоты рабочему телу энергетической установки (котлу, трубопроводам), часть теплоты рассеивается в окружающую среду, а часть уносится с продуктами сгорания через дымовую трубу в атмосферу.

Продукты сгорания, выбрасываемые в атмосферу, содержат:

окислы азота (NО2);

углерода (СО, СО2);

серы (SO2, SO3);

углеводороды;

пары воды (Н2О). [6]

8.2 Краткая характеристика загрязняющих атмосферу веществ

В данном разделе приводится краткая характеристика загрязняющих атмосферу веществ, выбрасываемых котельной.

Оксид углерода (СО). Получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух он попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленного предприятия. Ежегодное поступление оксида углерода в атмосферу не менее 250 млн. т. Оксид углерода является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы; способствует повышению температуры на планете, что приводит к парниковому эффекту.

Диоксид углерода (СО2). Образуется при сгорании элементного углерода в избытке кислорода с выделением тепла (395 кДж/моль), а также образуется при полном окислении СО, нефтепродуктов, бензина, масел и др. органических соединений. При растворении карбонатов в воде в результате гидролиза также выделяется СО2.

Сернистый ангидрид. Выделяется в процессе сгорания серосодержащего топлива или переработки сернистых руд (до 70 млн. т/год). Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков в горнорудных отвалах.

Серный ангидрид. Образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека.

Частичное улавливание серного и сернистого ангидрида на котельной происходит за счет повышения щелочности осветленной воды, поступившей на орошение дымовых газов, и колеблется от 3% до12%.

Сероводород и сероуглерод. Поступают в атмосферу раздельно или вместе с другими соединениями серы. Основными источниками выброса являются предприятия по изготовлению искусственного волокна, сахара, коксохимические, нефтеперерабатывающие, а также нефтепромыслы. В атмосфере при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются медленному окислению до серного ангидрида.

...