Диплом на тему Разработка транспортной системы установки гамма активационного анализа
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-05-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
Реферат
В данной дипломной работе разработана система автоматизированного управления транспортной системы установки гамма - активационного анализа на базе установки «АУРА ».
В ходе предпроектного анализа проведено знакомство с особенностями технологического процесса и существующей системы управления, сформулированы требования к новой системе управления.
В работе разработаны структурные схемы системы в целом и её отдельных составляющих.
Разработаны принципиальные схемы составных частей и схема соединения всей системы.
Кроме того, рассмотрены вопросы экономического обоснования создания АСУ ТП, экологии и эргономического проектирования.
Содержание
Введение
1. Предпроектный анализ
1.1 Описание технологического процесса гамма - активационного анализа
1.2 Анализ существующей системы управления
1.3 Требования к проектируемой системе
2. Разработка структурной схемы системы в целом
3. Разработка структурных схем блоков, входящих в СУ
3.1 Выбор элементов базы
4. Разработка схемы соединений системы в целом
5. Конструктивное исполнение
6. Эргономическое проектирование
6.1 Безопасность проекта
6.2 Эргономические требования
6.3 Экологическая безопасность
7. Экономическое обоснование
7.1 Постановка проблемы
7.2 Планирование работ
7.3 расчёт сметы затрат на проектирование
7.4 Затраты на оплату труда сотрудников
7.4.1 Затраты на социальный налог
7.5 Расчёт затрат на материалы
7.6 Расчёт затрат на оборудование
7.7 Расчёт на прочие прямые затраты
7.8 Расчёт накладных расходов
7.9 Расчёт единовременных затрат на создание АСУ ТП
7.10 Уровень научно-технического эффекта
8. Оценивания и выражения неопределенности
8.1 Процедура оценивания и выражения неопределенности
Заключение
Список литературы
Введение
Автоматизация управления технологическим процессом в наше время получила широкое развитие. На сегодняшний день АСУ ТП нельзя назвать новинкой. Однако имеются веские причины для привлечения внимания к АСУ ТП. К ним относятся, в первую очередь, большие возможности АСУ ТП, их гибкость при создании различного вида СУ.
Развитие теории управления и успешное создание технологических средств сбора, передачи, обработки и хранения информации, средств автоматического управления обеспечили возможность успешного создания АСУ ТП.
Благодаря этому современные АСУ ТП способны выполнять большое количество функций: преобразование входных данных и их фиксация, измерение и расчёт, контроль технологического состояния оборудования, защита от аварий и др.
Однако на сегодняшний день некоторые ТП автоматизированы с использованием аппаратуры и методов вчерашнего дня. В связи с этим, возникает вопрос перевода систем управления на новый технический уровень.
В работе проектируется АСУ ТП гамма-активационного анализа, аппаратура управления которым морально и физически устарела.
В работе предлагается несколько новых технических решений, ранее не использующихся в вышеобозначенном ТП.
1. Предпроектный анализ
1.1 Описание технологического процесса гамма – активационного анализа
Технологический процесс гамма-активационного анализа, осуществляется на установке АУРА, служит для определения массовой доли добываемых полезных ископаемых в руде. В данном случае это содержание золота (Аu).
Процесс является экспрессным и состоит из нескольких этапов, часть из которых является подготовкой к анализу. Сам же анализ автоматизирован и происходит в следующей последовательности:
1. Извлечение кюветы с анализируемым материалом из кассеты разгрузки.
2.Взвешивание кюветы и передача данных о весе в ЭВМ.
3.Облучение материала на позиции «облучение» гамма-квантами.
4.Измерение количества вторичных гамма-квантов, излучаемых уже анализируемым материалом, обработка сигнала в АЦП и передача данных в ЭВМ.
5.Загрузка кюветы с анализируемым материалом в кассету загрузки.
Все вышеуказанные этапы происходят в трех помещениях, расположенных в пространстве вертикально друг над другом, так что движение кюветы от этапа к этапу происходит под действием силы тяжести.
В первом, самом верхнем, помещении находятся позиции «Разгрузка» и «Взвешивание».
Во втором, среднем, помещении - позиция «Облучение».
В третьем, нижнем, - позиция «измерение» и «Загрузка».
Кювета имеет форму диска диаметром150 мм и толщину 50 мм, выполнена из полиэтилена и состоит из двух половин. Полезный внутренний объем кюветы приблизительно 240 см3, что позволяет загрузить в нее порядка пятисот граммов материала.
Кассеты разгрузки и загрузки имеют сходную конструкцию и представляют собой барабан, вращающийся вокруг вертикальной оси, содержащей тридцать вертикальных каналов, каждый из которых позволяет вместить по шесть кювет.
На позиции «Облучение» обеспечивается вращение кюветы относительно своей оси для более равномерного и полного облучения ее содержимого.
Измерение количества вторичных гамма-квантов происходит двумя датчиками, включающими в себя сцинцилляционный монокристал NaI, активированный таллием и фотоэлектронный умножитель с коэффициентом усиления около миллиона, сигнал на выходе которого имеет вид импульса тока. Количество импульсов определенной амплитуды тем больше, чем больше содержание золота в пробе.
Подсчет количества импульсов с параллельной фильтрацией от сигналов мешающих элементов происходит по особому алгоритму, что позволяет определять содержание с погрешностью порядка 5%, что является отличным результатом для экспрессного анализа в условиях промышленной добычи.
Некоторые характеристики установок:
Энергия электронов, попадающих на мишень - 8 МЭВ
Энергия гамма-квантов – 8 МЭВ
Время облучения – 5 с.
Время измерения – 15 с.
Время полураспада изотопа Au – 7.8 с.
Время проведения одного анализа – 18 с.
Погрешность измерения – 5 – 20%
Порог определения элементов – 0,5 г/т.
Производительность установки более 500 тыс. анализов/год.
1.2 Анализ существующей системы управления
Управление технологическим процессом гамма-активационного анализа осуществляется комплектом аппаратуры, разработанной частично в 80-х, частично в 90-х годах, что уже может говорить о физическом и моральном старении комплекта.
Комплект расположен в помещении Пультовой около места расположения оператора и содержит порядка пятнадцати оригинальных блоков, занимающих два 19-ти дюймовых стандартных крейта. Комплект обеспечивает управление исполнительными устройствами, контроль за состоянием фотодатчиков (ФД) и связь с ЭВМ.
Так как Центральная лаборатория гамма-активационного анализа (ЦЛГАА) является уникальной и не имеет аналогов, то и оборудование в ее составе уникально, что не позволяет использовать эффективно существующие стандартные комплекты АСУ ТП.
Существующий ныне комплект был разработан специально для ЦЛГАА, и при отсутствии наработок в этой области результат нельзя назвать отличным. Как показала практика, некоторые решения оказались нежизнеспособными, и их использование сказывалось на производительности лаборатории далеко не в лучшую сторону.
Главными недостатками существующего комплекта аппаратуры можно назвать:
Большое количество силовых и сигнальных кабелей;
Каждое устройство подключено с использованием как минимум двух разъемных соединений, имеющих легкоокисляемые контакты;
К каждому исполнительному устройству и датчику проложен отдельный кабель;
Длинный путь прохождения сигнала от ЭВМ к устройству и от датчика к ЭВМ, включающий в себя несколько промежуточных блоков, что сказывается на надежности и помехозащищенности прохождения сигналов;
Наличие в тракте прохождения сигнала нескольких блоков не позволяет оперативно определить неисправный в случае отказа системы и заменить его;
Выполнение каждым блоком нескольких функций, что также отражается на оперативности диагностики и ремонта;
Для замены любого блока необходимо отсоединить как минимум четыре кабеля, имеющих винтовые фиксаторы;
Использование в управляющих блоках микросхем серии К155, имеющих большой ток потребления, низкую степень интеграции и повышенную критичность к питающему напряжению.
Все вышеперечисленное вынуждало оперативный и ремонтный персоналы ЦЛГАА постоянно решать проблемы по обслуживанию и ремонту установок, что сильно влияло на производительность лаборатории, так как простой установки, рассчитанной на эксплуатацию в течение всех суток, хотя бы в 1 час недодает 190 анализов.
Анализ предложений по модернизации установок со стороны фирм СНГ и дальнего зарубежья показал, что их продукция является стандартной для АСУ ТП и не учитывает особенностей работы ЦЛГАА.
Разработка же аппаратуры специально для ЦЛГАА и внедрение ее в производство потребует капиталовложений, превосходящих по стоимости все исполнительные устройства в несколько раз, что не является рациональным.
Все это поставило перед персоналом ЦЛГАА задачу по разработке новой системы управления и замене ею старой системы.
1.3 Требования к проектируемой системе
При разработке новой системы управления должны быть учтены следующие особенности:
Структурная схема должна обеспечивать минимальное использование силовых и сигнальных кабелей;
Использование существующих кабелей нежелательно из-за их физического старения, а прокладка новых затруднительна по причине сложной конфигурации и довольно большой длины кабельных каналов, расположенных большей частью в стенах и перекрытиях;
Центральный блок управления должен располагаться в помещении Пультовой около управляющей ЭВМ;
Конструкторские решения должны обеспечивать визуальный контроль исполнения команд; возможность контролировать работоспособность блоков и устройств с помощью переносного пульта управления (ПУ); быструю замену вышедших из строя блоков для минимального простоя установки.
Система должна обеспечивать управление всеми исполнительными устройствами и передачу данных о состоянии ФД в ЭВМ. Сама система находится под управлением ЭВМ, для чего необходимо разработать схему сопряжения и структуру сигналов обмена данными ЭВМ – установка.
Данная структура должна учитывать то, что хотя вероятность помехи в линии между ЭВМ и установкой мала, и ее можно не учитывать, но по причине довольно частых посадок в сети электропитания и сбоев в работе ЭВМ возможны несанкционированные срабатывания исполнительных устройств, что недопустимо.
Так как проектируемая система не предусматривает ручного управления в процессе анализа, то все блокировки от ошибочного срабатывания возлагаются на программное обеспечение, под управлением которого работает установка.
Всю необходимую информацию оператор считывает с экрана монитора и не должен отвлекаться на другие источники информации. Установка вводится в работу сменным инженером один раз в течение сдачи-приемки смены и не должна более требовать обслуживания, кроме как аварийного ремонта.
Так как последовательный порт (RS-232) предполагается использовать для связи с электронными весами, имеющими вывод данных по протоколу RS–232, то и для управления установкой необходимо использовать параллельный порт (RS-232).
Прохождение кюветы по позициям необходимо контролировать с помощью инфракрасных (ИК) ФД, но так как момент их срабатывания нельзя точно прогнозировать, то сам факт срабатывания необходимо фиксировать в ячейках памяти до опроса со стороны ЭВМ.
Перечень всех исполнительных устройств по позициям с возможными состояниями приведен в таблице 1.
Таблица 1.1 Перечень исполнительных устройств
2. Разработка структурной схемы системы в целом
Поставленная задача требовала современных решений, что подтолкнуло к разработке системы, принципиально отличающейся от существующей.
Проводя анализ нынешней СУ, подытожив опыт эксплуатации, ремонта и обслуживания, просуммировав все нарекания и пожелания обслуживающего персонала, пришли к следующим решениям:
1. Отказаться от применения LTP – порта, обеспечивающего связь ПК с блоком управления АУРА, по 17-жильной шлейфовой связи. Длина шлейфа LTP – порта не может превышать1,5 метра , т.к будут влиять помехи и наводки.
2. Использовать габариты, внешний вид ручное управление, и информационное отображение событий в имеющимся блоке управления, к которому привык операторский персонал.
3. Заменив в нем две советской платы ТТЛ – логики на одну плату микроконтроллера (см.рис 2.1). Блок представляет собой самостоятельное устройство, включающее в себя узлы связи с ЭВМ, передачи команд к ИУ и приема данных о состоянии ФД.
Система, воплотившая в себе все вышеперечисленные решения, будет состоять всего из четырех основных устройств:
1.ЭВМ, которая управляет всей работой системы посредством связи через последовательный интерфейс RS-232.
2.Блок связи, обменивающийся данными с ЭВМ с помощью 2-х линейной шины, с преобразователем уровней передаваемых и принимаемых сигналов на базе MAX – 232.
3.Микроконтроллера PIC16F 873, формирующий команду управления, принимающего сигналы ФД и осуществляющий преобразование параллельных данных в последовательный, с помощью модуля USART.
4.Ключевые гальванические развязываемые модули на базе транзисторов и оптотеристоров, преобразующих уровень ТТЛ в АС – 220В.
Для удобства, силовые модули разделены на три группы: БУР, БУО, БУЗ.
Опираясь на вышесказанное, можно составить структурную схему всей системы управления, графически которая будет выглядеть, как показано на рис. 2.1.
В данной дипломной работе разработана система автоматизированного управления транспортной системы установки гамма - активационного анализа на базе установки «АУРА ».
В ходе предпроектного анализа проведено знакомство с особенностями технологического процесса и существующей системы управления, сформулированы требования к новой системе управления.
В работе разработаны структурные схемы системы в целом и её отдельных составляющих.
Разработаны принципиальные схемы составных частей и схема соединения всей системы.
Кроме того, рассмотрены вопросы экономического обоснования создания АСУ ТП, экологии и эргономического проектирования.
Содержание
Введение
1. Предпроектный анализ
1.1 Описание технологического процесса гамма - активационного анализа
1.2 Анализ существующей системы управления
1.3 Требования к проектируемой системе
2. Разработка структурной схемы системы в целом
3. Разработка структурных схем блоков, входящих в СУ
3.1 Выбор элементов базы
4. Разработка схемы соединений системы в целом
5. Конструктивное исполнение
6. Эргономическое проектирование
6.1 Безопасность проекта
6.2 Эргономические требования
6.3 Экологическая безопасность
7. Экономическое обоснование
7.1 Постановка проблемы
7.2 Планирование работ
7.3 расчёт сметы затрат на проектирование
7.4 Затраты на оплату труда сотрудников
7.4.1 Затраты на социальный налог
7.5 Расчёт затрат на материалы
7.6 Расчёт затрат на оборудование
7.7 Расчёт на прочие прямые затраты
7.8 Расчёт накладных расходов
7.9 Расчёт единовременных затрат на создание АСУ ТП
7.10 Уровень научно-технического эффекта
8. Оценивания и выражения неопределенности
8.1 Процедура оценивания и выражения неопределенности
Заключение
Список литературы
Введение
Автоматизация управления технологическим процессом в наше время получила широкое развитие. На сегодняшний день АСУ ТП нельзя назвать новинкой. Однако имеются веские причины для привлечения внимания к АСУ ТП. К ним относятся, в первую очередь, большие возможности АСУ ТП, их гибкость при создании различного вида СУ.
Развитие теории управления и успешное создание технологических средств сбора, передачи, обработки и хранения информации, средств автоматического управления обеспечили возможность успешного создания АСУ ТП.
Благодаря этому современные АСУ ТП способны выполнять большое количество функций: преобразование входных данных и их фиксация, измерение и расчёт, контроль технологического состояния оборудования, защита от аварий и др.
Однако на сегодняшний день некоторые ТП автоматизированы с использованием аппаратуры и методов вчерашнего дня. В связи с этим, возникает вопрос перевода систем управления на новый технический уровень.
В работе проектируется АСУ ТП гамма-активационного анализа, аппаратура управления которым морально и физически устарела.
В работе предлагается несколько новых технических решений, ранее не использующихся в вышеобозначенном ТП.
1. Предпроектный анализ
1.1 Описание технологического процесса гамма – активационного анализа
Технологический процесс гамма-активационного анализа, осуществляется на установке АУРА, служит для определения массовой доли добываемых полезных ископаемых в руде. В данном случае это содержание золота (Аu).
Процесс является экспрессным и состоит из нескольких этапов, часть из которых является подготовкой к анализу. Сам же анализ автоматизирован и происходит в следующей последовательности:
1. Извлечение кюветы с анализируемым материалом из кассеты разгрузки.
2.Взвешивание кюветы и передача данных о весе в ЭВМ.
3.Облучение материала на позиции «облучение» гамма-квантами.
4.Измерение количества вторичных гамма-квантов, излучаемых уже анализируемым материалом, обработка сигнала в АЦП и передача данных в ЭВМ.
5.Загрузка кюветы с анализируемым материалом в кассету загрузки.
Все вышеуказанные этапы происходят в трех помещениях, расположенных в пространстве вертикально друг над другом, так что движение кюветы от этапа к этапу происходит под действием силы тяжести.
В первом, самом верхнем, помещении находятся позиции «Разгрузка» и «Взвешивание».
Во втором, среднем, помещении - позиция «Облучение».
В третьем, нижнем, - позиция «измерение» и «Загрузка».
Кювета имеет форму диска диаметром
Кассеты разгрузки и загрузки имеют сходную конструкцию и представляют собой барабан, вращающийся вокруг вертикальной оси, содержащей тридцать вертикальных каналов, каждый из которых позволяет вместить по шесть кювет.
На позиции «Облучение» обеспечивается вращение кюветы относительно своей оси для более равномерного и полного облучения ее содержимого.
Измерение количества вторичных гамма-квантов происходит двумя датчиками, включающими в себя сцинцилляционный монокристал NaI, активированный таллием и фотоэлектронный умножитель с коэффициентом усиления около миллиона, сигнал на выходе которого имеет вид импульса тока. Количество импульсов определенной амплитуды тем больше, чем больше содержание золота в пробе.
Подсчет количества импульсов с параллельной фильтрацией от сигналов мешающих элементов происходит по особому алгоритму, что позволяет определять содержание с погрешностью порядка 5%, что является отличным результатом для экспрессного анализа в условиях промышленной добычи.
Некоторые характеристики установок:
Энергия электронов, попадающих на мишень - 8 МЭВ
Энергия гамма-квантов – 8 МЭВ
Время облучения – 5 с.
Время измерения – 15 с.
Время полураспада изотопа Au – 7.8 с.
Время проведения одного анализа – 18 с.
Погрешность измерения – 5 – 20%
Порог определения элементов – 0,5 г/т.
Производительность установки более 500 тыс. анализов/год.
1.2 Анализ существующей системы управления
Управление технологическим процессом гамма-активационного анализа осуществляется комплектом аппаратуры, разработанной частично в 80-х, частично в 90-х годах, что уже может говорить о физическом и моральном старении комплекта.
Комплект расположен в помещении Пультовой около места расположения оператора и содержит порядка пятнадцати оригинальных блоков, занимающих два 19-ти дюймовых стандартных крейта. Комплект обеспечивает управление исполнительными устройствами, контроль за состоянием фотодатчиков (ФД) и связь с ЭВМ.
Так как Центральная лаборатория гамма-активационного анализа (ЦЛГАА) является уникальной и не имеет аналогов, то и оборудование в ее составе уникально, что не позволяет использовать эффективно существующие стандартные комплекты АСУ ТП.
Существующий ныне комплект был разработан специально для ЦЛГАА, и при отсутствии наработок в этой области результат нельзя назвать отличным. Как показала практика, некоторые решения оказались нежизнеспособными, и их использование сказывалось на производительности лаборатории далеко не в лучшую сторону.
Главными недостатками существующего комплекта аппаратуры можно назвать:
Большое количество силовых и сигнальных кабелей;
Каждое устройство подключено с использованием как минимум двух разъемных соединений, имеющих легкоокисляемые контакты;
К каждому исполнительному устройству и датчику проложен отдельный кабель;
Длинный путь прохождения сигнала от ЭВМ к устройству и от датчика к ЭВМ, включающий в себя несколько промежуточных блоков, что сказывается на надежности и помехозащищенности прохождения сигналов;
Наличие в тракте прохождения сигнала нескольких блоков не позволяет оперативно определить неисправный в случае отказа системы и заменить его;
Выполнение каждым блоком нескольких функций, что также отражается на оперативности диагностики и ремонта;
Для замены любого блока необходимо отсоединить как минимум четыре кабеля, имеющих винтовые фиксаторы;
Использование в управляющих блоках микросхем серии К155, имеющих большой ток потребления, низкую степень интеграции и повышенную критичность к питающему напряжению.
Все вышеперечисленное вынуждало оперативный и ремонтный персоналы ЦЛГАА постоянно решать проблемы по обслуживанию и ремонту установок, что сильно влияло на производительность лаборатории, так как простой установки, рассчитанной на эксплуатацию в течение всех суток, хотя бы в 1 час недодает 190 анализов.
Анализ предложений по модернизации установок со стороны фирм СНГ и дальнего зарубежья показал, что их продукция является стандартной для АСУ ТП и не учитывает особенностей работы ЦЛГАА.
Разработка же аппаратуры специально для ЦЛГАА и внедрение ее в производство потребует капиталовложений, превосходящих по стоимости все исполнительные устройства в несколько раз, что не является рациональным.
Все это поставило перед персоналом ЦЛГАА задачу по разработке новой системы управления и замене ею старой системы.
1.3 Требования к проектируемой системе
При разработке новой системы управления должны быть учтены следующие особенности:
Структурная схема должна обеспечивать минимальное использование силовых и сигнальных кабелей;
Использование существующих кабелей нежелательно из-за их физического старения, а прокладка новых затруднительна по причине сложной конфигурации и довольно большой длины кабельных каналов, расположенных большей частью в стенах и перекрытиях;
Центральный блок управления должен располагаться в помещении Пультовой около управляющей ЭВМ;
Конструкторские решения должны обеспечивать визуальный контроль исполнения команд; возможность контролировать работоспособность блоков и устройств с помощью переносного пульта управления (ПУ); быструю замену вышедших из строя блоков для минимального простоя установки.
Система должна обеспечивать управление всеми исполнительными устройствами и передачу данных о состоянии ФД в ЭВМ. Сама система находится под управлением ЭВМ, для чего необходимо разработать схему сопряжения и структуру сигналов обмена данными ЭВМ – установка.
Данная структура должна учитывать то, что хотя вероятность помехи в линии между ЭВМ и установкой мала, и ее можно не учитывать, но по причине довольно частых посадок в сети электропитания и сбоев в работе ЭВМ возможны несанкционированные срабатывания исполнительных устройств, что недопустимо.
Так как проектируемая система не предусматривает ручного управления в процессе анализа, то все блокировки от ошибочного срабатывания возлагаются на программное обеспечение, под управлением которого работает установка.
Всю необходимую информацию оператор считывает с экрана монитора и не должен отвлекаться на другие источники информации. Установка вводится в работу сменным инженером один раз в течение сдачи-приемки смены и не должна более требовать обслуживания, кроме как аварийного ремонта.
Так как последовательный порт (RS-232) предполагается использовать для связи с электронными весами, имеющими вывод данных по протоколу RS–232, то и для управления установкой необходимо использовать параллельный порт (RS-232).
Прохождение кюветы по позициям необходимо контролировать с помощью инфракрасных (ИК) ФД, но так как момент их срабатывания нельзя точно прогнозировать, то сам факт срабатывания необходимо фиксировать в ячейках памяти до опроса со стороны ЭВМ.
Перечень всех исполнительных устройств по позициям с возможными состояниями приведен в таблице 1.
Таблица 1.1 Перечень исполнительных устройств
| Позиция | Функции | вид ИУ | тип ИУ | состояния |
| Извлечение | Электромагнит | ЭМ3351161-00-У3 | вкл.,выкл. | |
| Поворот кассеты | Электродвига- тель | ДАС3.3.600.1 | вкл.,выкл. | |
| Разгрузка | шток поворота | Электромагнит | ЭМ33-61111 20-УЗ | вкл.,выкл. |
| сброс с весов | Электромагнит | ЭМ33-61111 20-УЗ | вкл.,выкл. | |
| Вращение кюветы | Электродвига- тель | ДАС3.3.400.1 | вкл.,выкл. | |
| Облучение | Прижим | Электромагнит | ЭМ3351161-00-У3 | вкл.,выкл. |
| сброс с облучения | Электромагнит | ЭМ33-61111 20-УЗ | вкл.,выкл. | |
| сброс с измерения | Электромагнит | ЭМ33-61111 20-УЗ | вкл.,выкл. | |
| Загрузка | Поворот кассеты | Электродвига- тель | ДАС3.3.600.1 | вкл.,выкл. |
| шток поворота | Электромагнит | ЭМ33-61111 20-УЗ | вкл.,выкл. |
2. Разработка структурной схемы системы в целом
Поставленная задача требовала современных решений, что подтолкнуло к разработке системы, принципиально отличающейся от существующей.
Проводя анализ нынешней СУ, подытожив опыт эксплуатации, ремонта и обслуживания, просуммировав все нарекания и пожелания обслуживающего персонала, пришли к следующим решениям:
1. Отказаться от применения LTP – порта, обеспечивающего связь ПК с блоком управления АУРА, по 17-жильной шлейфовой связи. Длина шлейфа LTP – порта не может превышать
2. Использовать габариты, внешний вид ручное управление, и информационное отображение событий в имеющимся блоке управления, к которому привык операторский персонал.
3. Заменив в нем две советской платы ТТЛ – логики на одну плату микроконтроллера (см.рис 2.1). Блок представляет собой самостоятельное устройство, включающее в себя узлы связи с ЭВМ, передачи команд к ИУ и приема данных о состоянии ФД.
Система, воплотившая в себе все вышеперечисленные решения, будет состоять всего из четырех основных устройств:
1.ЭВМ, которая управляет всей работой системы посредством связи через последовательный интерфейс RS-232.
2.Блок связи, обменивающийся данными с ЭВМ с помощью 2-х линейной шины, с преобразователем уровней передаваемых и принимаемых сигналов на базе MAX – 232.
3.Микроконтроллера PIC
4.Ключевые гальванические развязываемые модули на базе транзисторов и оптотеристоров, преобразующих уровень ТТЛ в АС – 220В.
Для удобства, силовые модули разделены на три группы: БУР, БУО, БУЗ.
Опираясь на вышесказанное, можно составить структурную схему всей системы управления, графически которая будет выглядеть, как показано на рис. 2.1.
| ФД |
| |
| ЭВМ |
| RS-232 |
| МК |
| БУР |
| БУО |
| ИУ |
| ИУ |
|
| |||||||||
| ||||||||||
 | ||||||||||
 | ||||||||||
| ФД |
| ФД |
| ФД |
| БУЗ |
| ИУ |
 | |||
 | |||
ЭВМ – Электронно-вычислительная машина; ФД – Фотодатчики
БУР – Блок управления разгрузкой; МК – Микроконтроллер;
БУО – Блок управления облучением; ИУ – Исполнительные устройства;
БУЗ – Блок управления загрузкой;
3.Разработка принципиальных схем отдельных устройств в составе СУ
3.1 Выбор элементной базы
Для управления данной системы, можно использовать Микроконтроллер (МК) любой фирмы. Выбор микроконтроллера производили исходя из следующих соображений:
1)Схема обладает высокой надежностью, помехозащищенности и не боится радиоактивных излучений (в умеренных дозах), что является особо важным критерием для данной СУ.
2)Имеет русифицированное описание.
3) доступность информации о его структуре в системе команд работы с памятями и с различными модулями, портами.
4)Довольно низкая стоимость, что является немаловажным критерием при проектировании СУ.
Учитывая вышеуказанные критерия, выбираем однокристальные 8-разрядные FLASH CMOS микроконтроллеры компании Microchip Technology Incorporated PIC16F873.
Табл.3.1 Характеристика периферийных модулей:
| Параметр | PIC16F873 |
| Тактовая частота | DC - 20МГц |
| Сброс (задержка сброса) | P O R, B O R (PWRT, OST) |
| FLASH память программ (14-разрядных слов) | 4K |
| Память данных (байт) | 192 |
| EEPROM память данных (байт) | 128 |
| Прерываний | 13 |
| Порты ввода/вывода | Порты A,B,C |
| Таймеры | 3 |
| Модуль захват/сравнение/ШИМ | 2 |
| Модули последовательного интерфейса | MSSP, USART |
| Модули параллельного интерфейса | - |
| Модуль 10-разрядного АЦП | 5 каналов |
| Инструкций | 35 |
Из-за простоты и аппаратных требований (в сравнении например с параллельным интерфейсом), последовательные интерфейсы активно используются в электронной промышленности. Стандарт RS-232 (его официальное название «Interface Between Data Terminal Equipment and Data Circuit-Termination Equipment Employing Serial Binary Data Interchange») предназначен для подключения аппаратуры, передающей или принимающий данные, к оконечной аппаратуре каналов данных.
Стандарт описывает управляющие сигналы интерфейса, пересылку данных, электрический интерфейс и типы разъемов. Интерфейс RS-232 используется и во многих устройствах обычного персонального компьютера (ПК), начиная с «мыши» и модема до ключей аппаратной защиты. И хотя уже все компьютеры имеют интерфейс USB, интерфейс RS-232 еще жив и активно применяется. Согласно стандарту RS-232, сигнал (последовательность битов) передается напряжением. Передатчик и приемник являются не симметричными: сигнал передается относительно общего провода (в отличии от симметричной передачи протокола RS-485 или RS-422). В таблице 5.2 приведены границы напряжений для сигналов приемника и передатчика. Логическому нулю ан входе приемника соответствует диапазон +3…+12В, а логической еденице – диапазон -12…-3В. Диапазон -3…+3В – зона не чувствительность, обеспечивая гестерейзис приемника (передатчика). Уровни сигнала на выходах должны быть в диапазоне -12… -5В, для представления логической еденицы и +5… +12В для представления логического нуля.
Табл.3.2 Грацы напряжений СОМ-порта (стандарт RS-232)
| Диапазон напряжения входа приемника | Диапазон напряжения выхода передатчика | Состояние управляющего сигнала | Состояние линии данных | |
| Логический 0 | От -12до -3В | От -12до -5В | ON | MARX |
| Логическая 1 | От +3до +12В | От +5до+12В | OFF | SPACE |
Ключевые гальванические развязываемые модули, на базе транзисторов и оптотиристоров, преобразующих уровень ТТЛ в АС – 220В.
ТО125 тиристор оптронный - Предназначен для применения в помехоустойчивых схемах автоматики в цепях постоянного и переменного тока преобразователей.
Производитель — Россия. Выпускается в пластмассовом корпусе фланцевой конструкции. Анод — медное основание. Объединенные в единую конструкцию: кремниевый фототиристор и арсенид-галиевый излучающий диод. Далее в таблице 3.3 приведена техническая характеристика.
Таблица 3.3 техническая характеристика ТО125 тиристор оптронный
| Повторяющееся имп. обр. напряжение(Urrm) и повторяющееся имп. напряжение в закр. сост.(Udrm),В: | 1000 |
| Повторяющийся имп. обр. ток(Irrm) и повторяющийся имп. ток в закр. сост.(Idrm), мА: | 2 |
| Макс. допустимый сред. ток в откр. сост.(Itav), А: | 12.5 |
| при температуре корпуса, C: | 85 |
| Макс. допустимый действ. ток в откр. сост., А | - |
| Ударный ток в откр. сост., кА | 0.35 |
| при синус. однополупериодном импульсе тока, мс | 10 |
| Имп. напряжение в откр. сост., В | 2 |
| Пороговое напряжение, В | 3000 |
| Крит. скорость нарастания тока в откр. сост., А/мкс | - |
| Макс. крит. скорость нарастания напряжения в закр. сост., В/мкс | 1000 |
| Отпирающее пост. напряжение упр., В | 2.5 |
| Отпирающий пост. ток упр., мА | 200 |
| Тепловое сопротивление переход-корпус, С/Вт | 1.5 |
| Температура перехода, С | -60...110 |
| Время включения, мкс, не более | - |
| Время выключения, мкс | - |
| Масса прибора, г | 20 |
| Конструктивное исполнение | фланцевый |
| Производитель | Россия |
4. Разработка схемы соединений системы в целом
Составные части разрабатываемой СУ расположены в четырех помещениях: помещение загрузки, камера, пультовая, помещение разгрузки. Связь всех устройств осуществляется по контрольным кабелям, проложенным по кабельным каналам.
Электропитание блоков управления осуществляется от шкафов электропитания, расположенных в каждом помещении, с помощью кабеля КВВГЭ 4х3.
5. Конструктивное исполнение
БУ изготовлен в виде моноблока смонтированного специальным шкафом.На лицевой панели находятся светодиодные индикаторы состояния исполнительных устройств, фотодатчиков и команд ПК. На задней панели, находятся силовой и управленческий разъемы БУ
Корпус выбирается готовый из ассортимента фирмы ProUnit, поставляемого фирмой ProSoft .
Ремонтопригодность БУ достигается продуманным монтажом и применением качественных компонентов при его изготовлении.
Основная плата устройства МК c БУР БУЗ БУО изготавливают печатным монтажом. Лицевая панель выполнена навесным монтажом и соединена с рабочей платой с помощью разъемов.
При монтаже системы и прокладке кабелей необходимо следить за тем, чтобы кабеля находились в свободном (ненатянутом) состоянии. Не допускается скручивание кабелей. Прокладка кабелей осуществляется в местах, исключающих их повреждение в ходе технологического процесса механизмами, транспортными тележками, обслуживающим персоналом и т.п.
Подключение системы производится следующим образом:
- Указанные блоки БУР БУО БУЗ расположены в самом БУ и соединяются с исполнительными Устройствами управления (магнитами), посредством силового разъема ;
- БУ соединяется с ПК, посредством разъема ДВ- 9Р ;
- Отдельно рядом с блоком питания расположен стационарный стабилизатор напряжения +5 … + 12В;
6. Эргономическое проектирование
В этом разделе дипломной работы проведён анализ условий труда инженера-схемотехника, проведён сравнительный анализ нормативных данных с реальными условиями труда, которых проводилась дипломная работа.
6.1 Безопасность проекта
Разработка темы данной работы ведётся инженером, Он является работником умственного труда, у которого основная нагрузка падает на нервную систему. На производительность его работы существенно влияет организация рабочего места, установление режима работы, при формировании которых учитываются действующие нормы, а также требования физиологии и эстетики труда.
Разработка описываемой системы производится в помещении Пультовой в здании Центральной Лаборатории Гамма Активационного Анализа Рудника «Мурунтау».
Для этого помещения характерны следующие опасные и вредные факторы:
1. физические:
- напряжение зрения
- шум от работающих машин
- электропоражения при нарушении изоляции электрооборудования
- рентгеновское излучение от экрана монитора
- жёсткое гамма излучение при работающем ускорителе
- воспламенение электрооборудования в результате перегрева, короткого замыкания, электрической дуги и т.д.
2. психофизические:
- высокое умственное напряжение
- монотонность и однообразие труда.
Санитарно-гигиенические параметры помещения:
Длина помещения А=8м;
Ширина помещения В=4м;
Высота помещения Н=3.5м;
Число работающих 4 человека.
Площадь помещения S=32 м2.
Таким образом, на одного работающего приходится 8 м2 площади и
Микроклимат в помещении:
Температура воздуха в помещении в среднем составляет 24 0С;
Скорость воздуха 0.5 м/с;
Относительная влажность 55%,
что удовлетворяет требованиям СанПиН2.2.2.542-96.
Вентиляция осуществляется с помощью центральной системы вентиляции и кондиционера. Освещение в помещении совместное. Потолок в помещении побелён, стены окрашены светлой краской. Пыли в помещении выделяется мало. Естественное освещение осуществляется через шесть оконных проёмов.
При выборе осветительных приборов необходимо учесть, что в помещении производится работа, требующая зрительного напряжения. Свет определённого спектрального состава, попадая в глаза наблюдателя, вызывает ощущения цвета.
Действие цвета на психику человека связано с рядом ассоциаций. Так, например, зелёный и голубые цвета вызывают чувство свежести, снимают возбуждение, успокаивают. Согласно последним данным, эти цвета понижают кровяное давление, биение пульса несколько замедляется. Коричневые цвета успокаивают, притупляют эмоции.
Таким образом, для того, чтобы сочетание цветов соответствовало целевому назначению помещения, его выбор должен быть психологически обоснован.
Определим, удовлетворяет ли искусственное освещение санитарным нормам.
Общее искусственное освещение осуществляется двенадцатью светильниками топа ОДР, имеющими по две люминесцентные лампы типа ЛБ. Минимальная освещённость по СниП23-05-95 Еmin=300 лк.
Освещённость можно найти по формуле:
где:
F - световой поток каждой из ламп, (лм);
E – освещённость минимальная, (лк);
N – число ламп в помещении;
k - коэффициент запаса;
s – площадь помещения;
n – коэффициент использования светового потока;
z – коэффициент неравномерности освещения.
Помещение освещено светильниками ОДР с люминесцентными лампами типа ЛБ.
F=4320 лм;
k = 1.5 для помещений с малым выделением пыли;
s =
N = 24 шт;
z = 1.2;
Рп = 70 % -коэффициент отражения потолка;
Рс = 50 % -коэффициент отражения стен;
Подставляя значения в формулу (9.1) получим:
Е = 540 лк,
что соответствует нормам по освещению.
Шум в помещении создаётся в процессе работы аппаратуры управления ТП, периферийных устройств ПЭВМ, вентиляторами охлаждения и другими вспомогательными приборами. Уровень шума в помещении при работающих приборах и устройствах составляет 45 – 50 дБа, что удовлетворяет ГОСТ 12.1.003-83. Заметный уровень вибраций при работе оборудования отсутствует.
ТРЕБОВАНИЯ К ОРГАНИЗАЦИИ РАБОТ С ИСТОЧНИКАМИ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ
Работы с источниками ионизирующих излучений проводятся с разрешения органов Государственного санитарного надзора (СЭС Медсанчасти N3), которое оформляется в виде санитарного паспорта на срок не более 3-х лет (ОСП-72/80, приложение 1).К работе с источниками ионизирующих излучений допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие предварительный медосмотр и не имеющих медицинские противопоказания.
Все ИТР должны быть ознакомлены с НРБ-76 и ОСП-72/80 под роспись.
В лаборатории ЦЛГАА к контролируемой зоне относятся: помещения, в которых располагаются ускорители-пом.107,108;
- помещения их вспомогательного оборудования-пом.101,106,301,206;
- помещения загрузки и разгрузки-007,301;
- помещение, где хранятся отработанные мишени и эталонные источники.
К контролируемой зоне относятся: помещения, смежные с контролируемой зоной, в которых располагается персонал, не связанный с работой с источниками ионизирующих излучений; административно-хозяйственные помещения; все здания и территории в пределах санитарно-защитной зоны.
Допуск лиц к постоянным работам в радиационно-опасных условиях (контролируемая зона) оформляется по Центральному рудоуправлению.
В случае проведения работ, которые полностью не регламентируются настоящей "Инструкцией" и не предусмотрены санитарным паспортом, начальник лаборатории обязан остановить работы и согласовать с СЭС план дополнительных оргтехмероприятий. План утверждается главным инженером ЦРУ.
СОБЛЮДЕНИЕ ПРОТИВОПОЖАРНОГО РЕЖИМА
В целях соблюдения противопожарного режима запрещается:
Пользоваться открытым огнем на горных машинах, в зданиях, помещениях.
Вешать инструменты и прочие предметы на кабель и электрооборудование.
Повреждать противопожарные устройства и оборудование (ящики с песком и пожарными рукавами, огнетушители, гидранты, водопроводные краны, магистрали, телефоны, сигнальные устройства и др.), а также загромождать подступы к ним.
При обнаружении повреждений этих устройств и оборудования рабочий должен немедленно сообщить об этом лицу надзора.
При возникновении пожара на рабочем месте или по пути следования, рабочий обязан принять меры по тушению пожара всеми доступными средствами: песком, породной мелочью, огнетушителями, сообщить об этом лицу технического надзора или горному диспетчеру. При этом рабочий должен находиться с подветренной стороны.
Запрещается тушить водой или пенными огнетушителями загоревшийся кабель или электрооборудование, находящееся под напряжением.
При загорании горюче-смазочных материалов необходимо накрыть пламя брезентом, кошмой, а также тушить пенным огнетушителем, засыпать пламя песком или другими незагорающимися сыпучими материалами, запрещается тушить горюче-смазочные материалы водой.
Нельзя курить и применять открытый огонь в местах хранения легковоспламеняющихся горюче-смазочных и обтирочных материалов.
Технические средства пожарной защиты включают: применение негорючих и трудновоспламеняемых материалов и веществ, предотвращение распространения пламени, применение средств пожарной сигнализации и оповещения.
В здании ЦЛГАА предусмотрена противопожарная техника:
1) пожарные краны с рукавом – 4 шт.;
2) огнетушители ОХП-10, ОП-5 – 10 шт.;
3) ящики с песком – 2 шт.;
4) пожарные щиты – 2 шт.;
5)противопожарная система с извещателями типа АТИМ-2
В условиях Рудника «М» пожарная команда вызывается набором телефонного номера 72-03 или 31-6-01.
6.2 Эргономические требования
Одним из основных эргономических требований является правильная рабочая поза. Необходимо стремиться к тому, чтобы рабочая поза была как можно ближе к естественной позе человека. Основной рабочей позой является поза “сидя”. Необходимо скорректировать конструкцию кресла так, чтобы как можно равномернее распределить давление тела на площадь опоры.
Высоту рабочей поверхности сидения и пространства для ног при работе сидя в зависимости от вида работ и роста работающего можно определить по ГОСТ 12.2.032-78.
Так при росте
Угол наклона экрана регулируется по усмотрению инженера, то же самое относится к яркости и цветности изображения.
В течении дня через 1.5-2 часа работы устанавливаются 10-минутные перерывы с целью снятия напряжения и отдыха сотрудников.
6.3 Экологическая безопасность
Одним из важнейших факторов влияния на окружающую среду является хозяйственная деятельность человека: промышленность, транспорт, строительство, сельское хозяйство. В результате выбросов в атмосферу отходов производства изменяется её химический состав, стоки промышленных загрязнённых вод в водоёмы загрязняют почву и источники водоснабжения.
Технологический процесс, использующийся в ЦЛГАА характеризуется отсутствием выбросов ядовитых и вредных веществ в атмосферу и сточные воды.
Главными источниками загрязнения окружающей среды со стороны лаборатории можно рассматривать жёсткое гамма излучение и жидкий азот, использующийся в ходе ТП.
Для защиты окружающей среды от гамма излучения необходимо использовать все возможные средства. Данными средствами являются применение материалов, в которых происходит торможение гамма-квантов до энергий, базопасных для окружающей среды, например, свинец и специальные марки бетона.
Для предотвращения выброса жидкого и газообразного азота, что грозит химическим загрязнением среды, необходимо четкое соблюдение правил транспортировки и применения жидкого азота. При транспортировке следует использовать сосуды Дьюара.
В Центральной лаборатории гамма-активационного анализа постоянно ведется работа по уменьшению доз облучения персонала и окружающей среды.
7. Экономическое обоснование
7.1 Постановка проблемы
Автоматизация технологических процессов является одним из решающих факторов повышения производительности и улучшений условий труда. Все существующие и строящие промышленные комплексы в той или иной мере оснащаются средствами автоматизации.
Тема дипломного проекта связана с телемеханизацией транспортной системы установки гамма-активационного анализа в Центральной Лаборатории Гамма-активационного Анализа Рудника «Мурунтау» на базе ПК-микроконтроллера.
Опыт показывает, что управление исполнительными устройствами с помощью микроконтроллера, дает значительный технико-экономический эффект за счет отказа от многочисленных силовых и сигнальных кабелей, способствует снижению трудозатрат на монтаж и обслуживание, диагностику состояния и ремонт всей системы в целом.
7.2 Планирование и организация работ
Чтобы правильно определить сроки работ, провести эффективную расстановку кадров, распределить ресурсы – необходимо составить график разработки проекта, т. е. установить конкретный перечень работ, которые должны быть выполнены в процессе разработки проекта. Кроме того, каждый вид работ необходимо закрепить за конкретными исполнителями.
Под работой понимается любой трудовой процесс, требующий затрат труда, ожидания, требующие затрат определенного количества времени.
Следует отметить, что недостаточно четко продуманный перечень работ, подлежащих выполнению, может привести к тому, что важные виды деятельности не будут предусмотрены, что отрицательно скажется на качестве и сроках выполнения разработки. Важное значение в процессе анализа смыслового содержания каждого вида работ имеет выявление возможностей параллельного выполнения отдельных видов работ, так как это позволяет существенно сократить общую длительность разработки.
Наиболее ответственной частью экономических расчетов по теме является расчет трудоемкости работ, так как трудовые затраты составляют основную часть стоимости разработки. В том случае. Когда известны нормативы конструкторских и проектных работ и рассчитана численность занятых в ней работников, продолжительность каждой работы устанавливается по формуле, использующей норматив трудоемкости.
В случае же отсутствия нормативов используется опыт специалистов и устанавливается с помощью экспертного опроса две оценки по каждой работе: максимальная и минимальная. Ожидаемое время выполнения каждой работы рассчитывается по формуле:
tож=(3 tmin+2 tmax)/5, (10.1)
где tmin – время продолжительности работ при благоприятных условиях;
tmax – время продолжительности работ при наиболее неблагоприятных условиях.
В таблице 8.1 приведен полный перечень работ по теме дипломного проекта «Телемеханизация транспортной системы установки гамма-активационного анализа», указаны исполнители каждого вида работ, а так же tmin, tmax для каждой из работ и tож, вычисляемое по формуле 10.1.
Таблица 7.1 Перечень работ по теме
| Наименование работы | Исполнитель | Трудоёмкость работ, (человеко – дни) | ||
| tmin | tmax | tож | ||
| 1. | 2. | 3. | 4. | 5. |
| 1. Получение задания | Руководитель | 0,5 | 1 | 0,7 |
| 2. Составление программы работы | Руководитель | 1 | 2 | 1,4 |
| 3. Изучение данных на проектирование | инженер | 2 | 3 | 2,4 |
| 4. Анализ рекомендаций по автоматизации | инженер | 0,5 | 1 | 0,7 |
| 5. Выбор элементной базы | инженер | 2 | 3 | 2,4 |
| 6. Составление структурной схемы | инженер | 4 | 8 | 5,6 |
| 7. Составление функциональной схемы системы | инженер | 5 | 10 | 7 |
| 8. Корректировка функциональной схемы | Руководитель | 1 | 2 | 1,4 |
| 9. Вычерчивание функциональной схемы | лаборант | 2 | 3 | 2,4 |
| 10. Составление команд управления | инженер | 3 | 4 | 3,4 |
| 11. Тестирование ИС | инженер | 1 | 2 | 1,4 |
| 12. Составление алгоритма управления | инженер | 2 | 3 | 2,4 |
| 13. Контрольный просчет | инженер | 0,5 | 1 | 0,7 |
| 14. Доработка алгоритма | инженер | 1 | 2 | 1,4 |
| 15. Просчет | инженер | 0,5 | 1 | 0,7 |
| 16. Разработка раздела “Надежность” | инженер | 4 | 8 | 5,6 |
| 17. Разработка экономической части | инженер | 6 | 10 | 7,6 |
| 18. Разработка раздела “Эргономическое проектирование” | инженер | 4 | 6 | 4,8 |
| 19. Оформление графического материала | лаборант | 3 | 5 | 3,8 |
| 20. Составление пояснительной записки | инженер | 8 | 12 | 9,6 |
| 21. Редактирование пояснительной записки | Руководитель | 2 | 3 | 2,4 |
| 22. Оформление записки | лаборант | 2 | 3 | 2,4 |
| 23. Сдача проекта | Вед. инженер | 1 | 2 | 1,4 |
Длительность работ в календарных днях рассчитывается по формуле:
гдеkкал – коэффициент календарности предназначен для перевода рабочего времени в календарное.
Коэффициент календарности рассчитывается по следующей формуле:
где Tк – количество календарных дней в году;
Tвд – количество выходных дней в году;
Tпд – количество праздничных дней в году.
Рассчитаем коэффициент календарности для Tк=365, Твд=104 (5 – дневная рабочая неделя) и Тпд=10 по формуле (10.3).
Рассчитаем длительность работ в календарных днях и построим календарный план – график выполнения работ в которой И – инженер, Л – лаборант, Р – руководитель. График работ представлен в таблице 10.1.1.
Планирование потребного количества оборудования, вычислительной техники и работников, непосредственно участвующих в создание проекта, их профессионального уровня и квалификации.
Карты занятости позволяют показать занятость исполнителей и оборудования в рабочих днях. Рассчитаем число календарных дней для руководителя Ткдр, инженера Ткди и лаборант Ткдл, взяв за основу данные из таблицы 10.1.
Ткдр=0,7+1,4+1,4+2,4+1,4=7,3 дней
Ткдл=2,4+3,8+2,4=6,8 дней
Таблица 7.1.1. Этапы проектирования
| Наименование работ | И | Кол-во Дней | Линейный график |
| Получение задания | Р | 1 | |
| Изучение литер. | И | 5 | |
| Выбор ЭБ | И | 3 | |
| Сост. стр. схемы | И | 10 | |
| Сост. ФС | И | 15 | |
| Тестирование ИС | И | 5 | |
| Составление КУ | И | 15 | |
| Вычерчивание ФС | Л | 5 | |
| Разработка ЭЧ | И | 10 | |
| Разработка ЭП | И | 10 | |
| Оформление ГМ | Л | 5 | |
| Оформление ПЗ | Л | 3 | |
| Редактирование ПЗ | Р | 3 | |
| Сдача проекта | И | 2 | |
| ИТОГО | РИЛ | 4 75 13 | 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 |
При выполнении ВКР использовалось следующие устройства и оборудование:
персональный компьютер (ПК);
принтер (периферийное оборудование – ПО).
Рассчитаем число календарных дней для ПК (Ткдпк) и для ПО (Ткдпо):
Ткдпк=7.44+8.64+8.72=24,8дней
Ткдпо=7.44+6,4+5,6=19,4 дней
Для построения карт занятости необходимо перевести календарные дни в рабочие по формуле (10.2):
Карта занятости исполнителей приведена на рис. 10.1, карта занятости оборудования на рис. 10.2.
|
| Руководитель |
| 50 |
| 40 |
| 30 |
| 20 |
| 10 |
| 5.66 |
| 6 |
| Инженер |
| Лаборант |
| Рисунок 7.1. Карта занятости исполнителей |
SHAPE \* MERGEFORMAT
| 16,1 |
| ПК |
| 200 |
| 15 |
| 100 |
| 5 |
| 20,6 |
| 6 |
| ПО |
| Рисунок 7.2. Карта занятости оборудования |
7.3 Расчет сметы затрат на проектирование
В состав затрат на проектирование новой технической системы включает стоимость всех расходов, составляющих содержание данной разработки.
Расходы группируются по статьям затрат:
1) затраты на оплату труда работников;
2) отчисления в социальный налог;
3) материалы;
4) специальное оборудование, приборы для выполнения темы;
5) прочие прямые затраты;
6) накладные расходы;
7.4 Затраты на оплату труда работников
Статья включает тарифную заработную плату работников непосредственно занятых разработкой проекта, включая премии, доплаты и дополнительную заработную плату.
где Зосн – основная заработная плата;
Здоп – дополнительная заработная плата.
Рассчитаем основную заработную плату руководителя, машинистки и инженера по следующей формуле:
где Т – трудоёмкость работ, выполняемых научно-техническим работником;
Здн – среднедневная заработная плата работника.
Среднедневная заработная плата рассчитывается по формуле (10.6):
гдеЗм – месячная заработная плата работника
М – количество месяцев работы без отпуска в течении года:
- при отпуске в 24 дня М=11.2 месяца;
Fд – действительный годовой фонд рабочего времени научно – технического персонала (в календарных днях) см. таблица 10.2.
Таблица 7.2 Действительный годовой фонд рабочего времени.
| Показатели рабочего времени | Руководитель | Инженер | Лаборант |
| Календарное число дней | 365 | 365 | 365 |
| Кол-во нерабочих дней Выходные дни Праздничные дни | 104 10 | 104 10 | 104 10 |
| Потери рабочего времени Отпуск невыходы по болезни | 26 – | 24 – | 24 – |
| Действительный годовой фонд рабочего времени | 225 | 227 | 227 |
гдеЗтс – заработная плата по тарифной ставке;
kпр – премиальный коэффициент (30-50% от Зтс);
kд – коэффициент доплат (40% от Зтс за должность доцента и 15% от Зтс за работу с компьютером);
kр – районный коэффициент (30% от Зтс).= 1,3
Расчёт основной заработной платы приведён в таблице 10.3.
Таблица 7.3 Расчёт основной заработной платы
| Исполнители | тарифный Коэн. | Зтс, Руб. | Кпр | кд | кр | Зм, Руб. | Здн, Руб. | Т, чел.-дни | Сосн зп, Руб. |
| 1. Руководитель 2. Инженер 3. Лаборант | 4.73 3.27 2.91 | 4200 3500 2600 | 0.5 0.5 0.5 | 0.4 0.15 0.55 | 1.3 1.3 1.3 | 10374 7507,5 6929 | 516 370 342 | 6 60,52 5,6 | 3096 22417 1915 |
В таблице 10.4 приведен расчёт основной и дополнительной заработной платы.
Таблица 7.4 –Расчёт основной и дополнительной заработной платы
| Исполнители | Сосн з.п., Руб | Сдоп з. п., руб |
| 1. Руководитель 2. Инженер 3. Лаборант | 3096 22417 1915 | 464 3362,55 287,25 |
| Итого: | 27428 | 4114,6 |
7.4 Затраты на социальный налог
Статья включает в себя отчисления от суммы затрат на оплату труда во внебюджетные социальные фонды.
Отчисления в социальные фонды составляют:
гдеkф – коэффициент отчисления в социальные фонды, складывается из:
пенсионный фонд (28%);
социальное страхование (4%);
фонд медицинского страхования (3.6%);
Итого 35,6%
Рассчитаем по формуле (10.9) отчисления в социальные фонды:
Сф.= 0,356*(27423+4114,6)= 11229 руб.
7.5 Расчет затрат на материалы
В затраты на материалы входят следующее статьи:
а) сырьё, основные и вспомогательные материалы;
б) покупные полуфабрикаты и комплектующие;
в) запасные части;
г) износ малоценных и быстроизнашивающихся предметов (МБП) к ним относится: инструменты, инвентарь, комплектующие к вычислительной технике.
Затраты на материалы рассчитываются по следующей формуле:
где Имбп – износ малоценных и быстроизнашивающихся предметов
Рм – входят пункты а, б и в.
В Рм входит стоимость бумаги, а именно: пачка бумаги формата А4 для печати.
Износ МБП рассчитывает по следующей формуле:
где Цмбп – цена МБП (ручка, карандаш, картридж для принтера и две дискетки на 1.44 Мб).
По формуле (10.11) рассчитаем износ МБП:
Определим затраты на материалы по формуле (10.10):
7.6 Затраты на оборудование
Статья включает в себя:
- затраты на содержание и эксплуатацию измерительного и периферийного оборудования, а также стоимость машинного времени выполнения необходимых расчётов на ПК;
- амортизационные отчисления от стоимости научно исследовательского оборудования.
Затраты по этой статье вычисляются по следующей формуле:
гдеRоб – расходы на эксплуатацию оборудования (3 – 5% от Зосн);
Рсэо – расходы на содержание и эксплуатацию оборудования
Рсэо вычисляется по формуле (10.13):
где Смч – стоимость машинного часа;
Тисп пк – время использования ПК, в часах:
Тисп пк=130,2×8=1041,6;
Тисп по1=33,6×8=268,8;
Стоимость машинного часа рассчитывается из следующей формулы:
где Rпк(по) – годовые затраты на содержание и эксплуатацию ПК(ПО);
Fпк(оп) – годовой фонд рабочего времени ПК(ПО) (в часах);
Kз=0.9 – коэффициент загрузки компьютера.
Годовой фонд рабочего времени рассчитывается следующим образом:
Годовые затраты на содержание ПК (ПО):
гдеСсф – отчисления в социальные фонды;
Сам – амортизационные отчисления;
Срем – затраты на ремонт компьютера;
Сэл – затраты на электроэнергию;
Смат – расходы на вспомогательные материалы.
Амортизация отчислений считается по формуле (10.16):
гдеФб – балансовая стоимость (руб.);
На – норма амортизации (25% для ЭВМ, 12,5% для средств печати документов).
Рассчитаем амортизационные отчисления по предыдущей формуле:
Затраты на ремонт компьютера определяются следующим образом:
Рассчитаем затраты на электроэнергию:
гдеЦэл – цена электричества =50 коп, Fпк(по) – время работы ПК(ПО);
Р – мощность ПК (0.25 кВт).
Р – мощность ПО (0.1 кВт).
Найдём годовые затраты на ПК по формуле (10.15):
Rпк=59114,32+8867,15+24201,4+7500+1500+229+1978,75=103390,62;
Rпо1=59114,32+8867,15+24201,4+687,5+275+91,6+1978,75=95215,72;
Зная Rпк, рассчитаем стоимость машинного часа по формуле (10.14):
Следовательно расходы на содержание и эксплуатацию ПК (ПО) равны:
Рассчитаем затраты на содержание оборудования по формуле (10.12):
7.7 Расчет на прочие прямые затраты
Статья включает затраты на приобретение научно – технической литературы, проведение патентных исследований, содержание оргтехники, услуги связи, канцтовары, представительские расходы, командировки, износ по нематериальным активам и на другие не относящиеся к ранее перечисленным статьям.
Расчёт прочих прямых затрат складывается из 5% от первых 6 статей:
(10.12) SHAPE \* MERGEFORMAT
| 52 р. |
| . |
| 13438 |
| ) |
| 55 |
| . |
| 2625 |
| 61 |
| . |
| 6819 |
| 36 |
| . |
| 3793 |
| 200 |
| ( |
| 05 |
| . |
| 0 |
| = |
| + |
| + |
| + |
| × |
| = |
| C |
| пр |
7.8 Расчет накладных расходов
В статью входят накладные расходы на содержание аппарата управления и общехозяйственных служб (оплата труда, содержание зданий, амортизация основных фондов, налоги включаемые в себестоимость, на охрану труда и на подготовку кадров).
Накладные расходы считаются исходя из 80-120% от суммы основной и дополнительной заработной платы:
(10.13) 
Затраты на проектирование по статьям приведены в таблице 10.5.
Таблица 7.5 - Смета затрат на проектирование
| Затраты | Сумма, руб. |
| 1. Основная заработная плата работников | 27423 |
| 2. Дополнительная заработная плата | 4114,6 |
| 3. Отчисление на социальный налог | 11229 |
| 4. Затраты на материалы | 647 |
| 5. Затраты на оборудование | 89944,91 |
| 6. Прочие прямые расходы | 13438 |
| 7. Накладные расходы | 25230 |
7.9 Расчет единовременных затрат на создание АСУ ТП
Единовременные затраты на создание АСУ определяется по формуле:
К= Кп+ Кк, (10.19)
где Кп – предпроизводственные затраты;
Кк – капитальные затраты на создание АСУ.
Производственные затраты на АСУ включают в себя затраты на проектирование, затраты на создание программных изделий, образующих программное обеспечение, затраты на подготовку информационного обеспечения длительного пользования, затраты на отладку и ввод СУ в работу. В данном случае в производственные затраты включили лишь затраты на проектирование системы, т. к. по остальным статьям не имеется информации. Затраты на проектирование были рассчитаны в предыдущем разделе.
В состав капитальных затрат Кк входят расходы на приобретение комплекса технических средств и наладку. Расчет затрат на приобретение комплекта ТС, необходимого для телемеханизации транспортной системы установки гамма-активационного анализа приведены в таблице 10.6:
Таблица 7.6 –Расчет затрат на приобретение ТС
| Наименование ТС | Ед. измер. | Кол-во | Цена за единицу т. руб. | Сумма т. руб. |
| 1. | 2. | 3. | 4. | 5. |
| 1. Комплект ИС КР1506ХЛ | шт. | 10 | 0,02 | 0,2 |
| 2. Крейт монтажный PROUNIT | шт. | 3 | 2,5 | 7,5 |
| 3. Корпус головного блока | шт. | 1 | 4 | 4 |
| 4. Электромагнит МИС 1100 ЕУ3 | шт. | 2 | 1.5 | 3 |
| 5. Электромагнит МИС 3100 ЕУ3 | шт. | 3 | 2,3 | 6.9 |
| 6. Электромагнит МИС 4100 ЕУ3 | шт. | 3 | 3,2 | 9,6 |
| 7. Фотодатчик ФД-2 | шт. | 4 | 0.9 | 3.6 |
| 8. Электродвигатель | шт. | 3 | 9 | 27 |
Нормативы затрат на транспортировку Ктр и установку и монтаж Кмон оборудования составляют соответственно 4 – 5 % и 20 – 50 % от стоимости средств автоматизации. Тогда:
Ктр=61800*0,05=3090 руб.,
Кмон=61800*0,2=12360 руб.,
Капитальные затраты на автоматизацию системы составляют:
Кк= Кктс+ Ктр+ Кмон, (10.20)
Кк=61800+3090+12360= 77250 рублей.
При проектировании системы на базе комплекта блоков АСУ ТП «АСТАТ» капитальные затраты на автоматизацию увеличиваются на 94500 рублей.
7.10 Уровень научно-технического эффекта
При разработке дипломных проектов важным является расчёт коэффициента научно-технического эффекта НИОКР, который определяется по формуле
(8.14)
где
ri-весовой коэффициент i-го признака научно-технического эффекта, имеющий следующие значения:
Кмон=61800*0,2=12360 руб.,
Капитальные затраты на автоматизацию системы составляют:
Кк= Кктс+ Ктр+ Кмон, (10.20)
Кк=61800+3090+12360= 77250 рублей.
При проектировании системы на базе комплекта блоков АСУ ТП «АСТАТ» капитальные затраты на автоматизацию увеличиваются на 94500 рублей.
7.10 Уровень научно-технического эффекта
При разработке дипломных проектов важным является расчёт коэффициента научно-технического эффекта НИОКР, который определяется по формуле
где
ri-весовой коэффициент i-го признака научно-технического эффекта, имеющий следующие значения:
| Признак научно-технической эффективности НИОКР | Примерные значения весового коэффициента ri |
| Уровень новизны | 0.6 |
| Теоретический уровень | 0.4 |
| Возможность реализации | 0.2 |
K1=3- относительно новая разработка: результаты исследований систематизированы и обобщены имеющиеся сведения, определены дальнейшие исследования, разработаны более простые способы для достижения прежних результатов, проведена модификация (с признаками новизны).
K2=10- разработана система управления технологическим процессом гамма-активационного анализа.
K3= 10+2=12 – время реализации + масштабы реализации. Время реализации предполагается в течение первых нескольких лет. Данный проект реализуется на одном предприятии
Таким образом, H=0.6*3+0.4*10+0.2*12=7.2.
Данный коэффициент определяет проект как обладающий средним уровнем научно-технического усовершенствования.
Разработка данного дипломного проекта выполнена по заказу Рудника «М» Центрального рудоуправления НГМК. При анализе полученных результатов можно сделать вывод, что разработанная система на базе ПК-микроконтроллер дешевле, чем «АСТАТ» примерно на 120%. Возможна реализация данного проекта на базе импортных комплектующих, но это неизбежно приведет к значительному увеличению затрат на автоматизацию.
На основе выше изложенных расчетов можно сделать вывод о целесообразности применения вновь разработанной системы управления, реализованной на базе ПК- микроконтроллер.
8. Оценивания и выражения неопределенности
8.1 Процедура оценивания и выражения неопределенности
Эта процедура рассматривает выражение неопределенности измерения хорошо определенной физической величины – измеряемой величины, характеризуемой единственным измерением.
Неопределенность (измерения) есть параметр, связанный с результатом измерения, который характеризует дисперсию значений, которые могли быть обоснованно приписаны измеряемой величине.
Параметром может быть стандартное отклонение (или данное кратное ему) или полуширина интервала, имеющего установленный уровень доверия.
Процедура оценивания и выражения неопределенности сводится к следующим этапам:
1. Необходимо представить математически зависимость между измеряемой величиной Y и входными величинами QUOTE
, от которых она зависит: Y = QUOTE
. Для определения содержания золота в методе спектральных отношений (МСО) используется следующая формула для расчета содержания золота
, где ( 1 ) N - обработанные счета , m - масса исследуемой пробы , h эталонировочный коэффициент.
2. Если имеется математическая зависимость, следующим шагом требуется определить QUOTE
- оцененное значение входной величины QUOTE , либо на основе статистического анализа рядов наблюдений или другими средствами. Эти значения можно получить в результате одного наблюдения, основанного на опыте.
Входными величинами в нашей зависимости являются обработанные счета N , масса исследуемой пробы m, а также эталонировочный коэффициент h. Данные передаются с аналитических весов и спектрометрического компьютера в управляющий, который рассчитывает содержание золота в текущей пробе.
3. Третьим шагом требуется оценить стандартную неопределенность u( QUOTE
) каждой входной оценки QUOTE . Оценивание неопределенностей входных величин проводим по типу B, используя данные предварительных измерений. В качестве предварительных измерений рассмотрим тридцать анализов на содержание золота различных стандартных образцов. Измеряем их обработанные счета, вес, и эталонировочный коэффициент. Рассчитываем их неопределенности по формуле:
( 2 ) Неопределенности по массе и эталонировочному коэффициенту имеют следующие значения :
u(m) = 0,25;
u(h)=0,014;
Значения неопределенности по массе и эталонировочному коэффициенту меняются не существенно при переходе от одного стандартного образца к другому, а неопределенность по счетам имеет следующую линейную зависимость:
u(N) = 0,0042 * N+10,663. ( 3 )
График зависимости изображен на рис. 1.
То есть, зная счета на пробе, мы можем оценить неопределенность по счетам.
4. Если значения каких-либо входных величин коррелированы, то требуется оценить их коавариации по формуле :
(4 ) Величины обработанных счетов и эталонировочного коэффициента зависят от настройки ускорителя, поэтому они коррелированны. Находим неопределенность корреляции между ними :
U(N, h)=0,436;
Расчет производился по формуле для тридцати четырех значений N и h
( см. табл. 1 ).
5. В пятом пункте рассчитываем результат измерения, т.е. оценку y измеряемой величины Y из функциональной зависимости f , используя для входных величин QUOTE
оценки QUOTE , полученные на этапе 2. Напоминаем формулу расчета: 6. После этого определяем суммарную стандартную неопределенность QUOTE
(y) результата измерения y из стандартных неопределенностей и ковариаций : 
( 5 ) В нашем случае она приобретает вид:
( 6 ) где QUOTE
. 7. Целью расширенной неопределенности является обеспечение интервала от y – U до y + U, в пределах которого, предположительно, находится большая часть распределения значений, которые можно с достаточным основанием приписать измеряемой величине Y . Чтобы дать расширенную неопределенность U , умножим QUOTE
(y) на коэффициент охвата k и получим U = k QUOTE (y). Выберем k=2 исходя из желаемого уровня доверия 95,45% , требуемого для интервала. 8. Сообщим результат измерения y вместе с его суммарной стандартной неопределенностью QUOTE
(y) или расширенной неопределенностью U. Теперь применим процедуру для оценки и выражения неопределенности содержания золота к стандартному образцу РЗС-2.
1. Математическая зависимость концентрации золота в пробе имеет вид:
где N – счета на пробе, m – масса пробы, h - эталонировочный коэффициент.
2. После прогона стандартного образца через транспортную систему, получаем значения входных величин:
N = 4205;
m =
h = 1,61;
3. Оценим стандартную неопределенность каждой входной величины:
u(N) = 0,0042*4205 +10,663 = 28,324;
u(m) = 0,25;
u(h)=0,014;
4. Входные величины N и h коррелированны, так как обе зависят от настройки ускорителя. Их ковариация равна U(N, h)=0,436;
5. Рассчитаем результат измерения С = 6,1 г/т ;
6. Определим суммарную стандартную неопределенность QUOTE
= 0,0613; 7. Дадим расширенную неопределенность с уровнем доверия 95,45% при k = 2:
U = 0,123;
8. Окончательный результат измерения С = (6.1±0,1)г/т.
Заключение
В данной ВКР была разработана система телемеханизации транспортной системы установки гамма-активационного анализа.
В ходе предпроектного анализа была изучена технология гамма-активационного анализа, рассмотрена существующая система управления исполнительными механизмами и устройствами, сформулированы требования к проектируемой системе. Опираясь на поставленные требования, были разработаны структурные схемы системы в целом и отдельных её компонентов, принципиальные схемы устройств, входящих в данную систему.
Кроме того, были разработаны схемы внутриблочных и межблочных соединений, а также схема сопряжения всей системы с управляющей ЭВМ.
В конструкторской части проработаны вопросы монтажа разработанной системы и её интегрирование с установкой гамма-активационного анализа.
Также рассмотрены вопросы техники безопасности при проектировании и эксплуатации данной системы в помещениях лаборатории гамма-активационного анализа, экологичность функционирования лаборатории. В заключение приведены экономические обоснования разработки и эксплуатации данной системы телемеханизации.
В приложениях приведены структурные и принципиальные схемы, структура информационных сигналов, необходимые для полного понимания работы разработанной системы и её реализации в металле.
По полученным результатам можно говорить о том, что разработанная система является более простой в реализации и эксплуатации, менее металлоёмкой, чем существующая, что позволяет сократить большое дорогостоящей кабельной продукции при модернизации лаборатории.
Список литературы
1. Положение о центральной лаборатории гамма-активационного анализа. Зарафшан: ЦРУ, 2008. 30 с.
2. Каталог. Приборы и средства автоматизации. Регулирующая и исполнительная техника. - М.: Информприбор.
3. Диоды и их зарубежные аналоги: Справочник. В трех томах. Том 1. – М.: ИП РадиоСофт, 1998. – 640 с.: ил.
4. Техническое описание микроконтроллеров серии «PIC» – Режим доступа: http/wikipedia.tomsk.ru/ru.wikipedia.org/wiki/PIC
5. Оптоэлектронные приборы. Справочник. Москва: Высшая школа, 1993. 510 с.
6. Онищенко Г. Б. Электрический привод: учебник для студ. высш. учеб. заведений. – М.: Издательский центр «Академия», 2006. – с. 66 – 73.
7. Резисторы: Справочник / В. В. Дубровский, Д. М. Иванов, Н. Я. Пратусевич и др.; под общ. ред. И. И. Четверткова и В. М. Терехова. – М.: Радио и связь, 1987.
8. Хорьков К. А., Хорьков А. К. Электромеханические системы. Элементы канала управления: Учебное пособие. Томск: Томский государственный университет, 2001. 396 с.
9. Диоды и их зарубежные аналоги: Справочник. В трёх томах. Том 3. – М.: ИП РадиоСофт, 1999. – 704 с.
10. Ясельская А. И. Организация и планирование предприятия. Основы менеджмента. Методические основы по содержанию организационно-экономической части выпускных проектных и научно-исследовательских квалификационных работ для студентов химико-технологического факультета специальностей 0807, 0810. – Томск: Изд. ТПУ, 1999. –20с.
