Автоматизована система керування іонно-плазмовою установкою

Ткаченко, Андрій  Олегович

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/10289

Full metadata record

DC Field	Value	Language
dc.contributor.advisor	Топтун, Анна Володимирівна	-
dc.contributor.author	Ткаченко, Андрій Олегович	-
dc.date.accessioned	2026-10-30T21:35:56Z	-
dc.date.available	2026-10-30T21:35:56Z	-
dc.date.issued	2026-06-08	-
dc.identifier.uri	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/10289	-
dc.description.abstract	Кваліфікаційна робота присвячена розробленню автоматизованої системи керування іонно-плазмовою установкою, яка використовується для очищення, модифікування, зміцнення поверхонь і нанесення функціональних покриттів на вироби. Основна ідея роботи полягає в тому, щоб замінити значну частину ручних операцій автоматизованим контролем і керуванням, оскільки якість іонно-плазмового оброблення безпосередньо залежить від стабільності тиску в камері, напруги та струму розряду, температури, подачі робочого газу, стану вакуумної системи й охолодження. У вступі роботи обґрунтовано актуальність теми, яка полягає в необхідності підвищення надійності, точності, безпеки та ефективності роботи іонно-плазмового технологічного обладнання. Показано, що навіть незначні відхилення параметрів можуть спричинити нестабільність плазмового розряду, нерівномірність оброблення поверхні, погіршення якості покриття, зниження продуктивності або виникнення аварійних режимів. У першому розділі виконано обґрунтування необхідності проєктування на основі критичного аналізу літературних джерел і технічних аналогів. Встановлено, що іонно-плазмові установки є складними електрофізичними технологічними системами, у яких поєднуються вакуумні, газорозрядні, електричні, теплові та механічні процеси. Саме тому така установка потребує не лише окремих вимірювальних приладів, а єдиної системи автоматизованого керування, здатної контролювати послідовність операцій і блокувати небезпечні режими. У роботі розглянуто застосування засобів автоматизації на виробництві та загальні відомості про іонно-плазмові установки. Показано, що автоматизована система повинна забезпечувати підготовку обладнання, перевірку камери, відкачування повітря, подачу робочого газу, запуск плазмового розряду, оброблення виробу, охолодження та завершення процесу із збереженням даних. Такий підхід дозволяє виконувати технологічний цикл у правильній послідовності й зменшує ризик помилок оператора. Особливістю запропонованої системи є постійне порівняння фактичних параметрів із заданими. Якщо в камері не досягнуто потрібного вакууму, система не дозволяє ввімкнути силове живлення; якщо температура перевищує допустиме значення, вмикається охолодження або зупиняється процес; якщо струм чи напруга виходять за безпечні межі, система автоматично вимикає відповідний вузол. Таким чином, система виконує не лише функцію керування, а й функцію захисту обладнання та персоналу. У розрахунково-конструкторській частині роботи розроблено структурну та електричну принципову схеми автоматизованої системи керування. Структурна схема відображає взаємодію оператора, пульта або комп’ютера керування, керувального блока, виконавчих вузлів установки та датчиків зворотного зв’язку. Електрична принципова схема забезпечує практичну реалізацію керування електронними вузлами, стабілізацію живлення, оброблення сигналів, індикацію стану та взаємодію з виконавчими пристроями. У роботі виконано розрахунок основних елементів електричної схеми. Зокрема, розраховано стабілізатор напруги модуля живлення схеми керування, виконано оцінку точності роботи пристрою та створено прошивку мікропроцесора. Це дозволило обґрунтувати працездатність електронної частини системи, забезпечити стабільність живлення керувальних вузлів і реалізувати програмну логіку автоматизованого керування іонно-плазмовою установкою. У технологічному розділі розглянуто технологію виготовлення друкованих плат, автоматизацію їх виготовлення, монтаж SMD-елементів, а також особливості контролю та ремонту виробів із поверхневим монтажем. Запропоновані технологічні рішення охоплюють підготовку друкованої плати, монтаж електронних компонентів, контроль якості паяних з’єднань, діагностування несправностей, заміну пошкоджених елементів і повторну перевірку працездатності електронного вузла. У розділі охорони праці проаналізовано небезпечні та шкідливі фактори, що можуть виникати під час роботи в приміщенні науково-технічного відділу та під час експлуатації автоматизованої системи керування іонно-плазмовою установкою. Основну увагу приділено електробезпеці, безпечній роботі з технологічним обладнанням, організації робочого місця, протипожежним заходам, режиму праці під час роботи з комп’ютером і забезпеченню нормативних параметрів освітлення. Окремо запропоновано модернізацію системи загального штучного освітлення. Практичні результати роботи відрізняються від найближчих аналогів тим, що система орієнтована на комплексне керування всіма основними етапами роботи іонно-плазмової установки, а не лише на окремий контроль параметрів. У конструктивному плані вона поєднує керувальний блок, датчики, виконавчі пристрої, індикацію та захисні блокування; у технологічному плані передбачає виготовлення електронної частини на друкованій платі з використанням сучасних підходів до монтажу та контролю; у соціо-екологічному плані підвищує безпеку персоналу, зменшує ризик аварійних ситуацій і неякісного оброблення; в економічному плані сприяє скороченню простоїв, зменшенню кількості браку, підвищенню ресурсу обладнання та повторюваності технологічних результатів. У результаті виконання кваліфікаційної роботи бакалавра розроблено автоматизовану систему керування іонно-плазмовою установкою, яка забезпечує контроль основних технологічних параметрів, підтримання заданої послідовності операцій, захист від небезпечних режимів, зручну взаємодію оператора з обладнанням і передумови для подальшої модернізації іонно-плазмового технологічного процесу.	uk_UA
dc.language.iso	uk	uk_UA
dc.subject	Іонно-плазмова установка	uk_UA
dc.subject	Автоматизована система керування	uk_UA
dc.subject	Технологічний режим	uk_UA
dc.subject	Плазмовий розряд	uk_UA
dc.title	Автоматизована система керування іонно-плазмовою установкою	uk_UA
dc.type	Bachelor Thesis	uk_UA
Appears in Collections:	151 Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані технології (Робототехнічні системи та автоматизація)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
Ткаченко.pdf Restricted Access	КРБ Ткаченко А.О. 2026	5.51 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show simple item record

Extracted text

YEPKACbKHÝJ EPKABHHM TEXHOJIOTIYHMÀ VHIBEPCHTET
OAKYJIbTET EJIEKTPOHHMX TEXHOJNOTIĂ,
ABTOTPAHCIOPTY TA MAIMHOEYIYBAHHA
KAOEJPA IIPYJIAIOEYJYBAHHA, MEXATPOHIKM TA
KOMII'IOTEPH3OBAHHX TEXHOJIOrIM
AonyueHO 10 3axHCTY
B.o. 3aBAyBaya Kaexpu IMKT
MaKcHM BOHIAPEHKO
2026 p.
IIOACHIOBAJIbHA 3AIIMCKA
IO KBAJIIOIKALIIŽHOỈ POBOTME AKAJIABPA
Ha TeMy «ABTOMaTH30BaHa cHCTeMa kepyBaHHA İOHHO-IMa3MOBOFO ycraHOBKOHO»
BrkOHaB:3106yBa4 OCBİTHLOro piBHA
«õakanaBp» 4 Kypcy, rpyra PC-23
cneujabHOCTİ: 151-ABTOMaTH3auis Ta KOMIT'O
TepHO-İHTerpoBaHi TexHOJIOrii
oCBİTHbOİ iporpaMu: poõoToTeXHİYHİ CHCTeMH Ta
aBTOMaTH3aLįA
AHIpiň TKAYEHKO
KepiBHHK AHHa TOITYH
PeueH3eHT BiKTop AHTOHKOK
KBanioiKauiňHa po6oTa 6akanaBpa MicTHTb pe3ybTaTH BJlaCHHX 3IoőyTKiB aBTopa.
BuKopucTąuwéAAeă. pesynbTaris iT eKeTiB iHuIHX aBTopis MaioTb noCHJaHHA Ha BiņnOBinue
ninnc
YepkacH – 2026
lepkacbKIiİ JepxauIİT eXHOnorinuů yHiBepcHTeT
akybTeT CHeKrpoix TeXHOJNOrii, aBroTpancnopry Ta MainHOÓYny BAHHA
Kapenpa ipuiioóy1y BanA, MexarponiKH Ta KOMII'IOTepn3OBaHHX TeXHONoriň
OcriTHiňp incub: 6akanaup
CneuiabHicTb: 151 - ABTONMaTH3auis Ta KOMIn'OTepHO-iHTerposaHiT exHOJNOrii
OcsiTHs nporpama: Po6oToTexHİYHİ CHcTeMH Ta aBTOMaTH3auis
«3ATBEPIKYIO»
B.o. 3aBinygaya kahenpu IIMKT
MakcHM BOHIAPEHKO
< 2026 p.
3ABIAHHA
HA KBAJIlOIKALIIŽHY POBOTY BAKAJIABPA
TkavenKa AHòpin 0nezosuua
(npiseuuue, iM'a, no 6aTbKOBi)
1. TeMa poõoTH: AemoMamu306AHa CucmeMa KepyeaHHA iOHHO-NNaIMOGONO )CmaHOGKOHO
KepisHnK poóoTH Tonmyn AuHa BonoduMupisna, d-p pinocobii
(npisBıiue, iM'a, no 6aTbKOBİ, IiaykoBuň cTyninb, B4ene 3BaHHa)
3aTBepNKEHI HakasOM 3aKJlay BHUỊOỈ OCBİTH BÌỊ “ 13 " KBİTHA 2026 poky No 94/03-03.
2. CTpOK nonaHHA 3106yBaueM OCBİTH KPE Ha kahexpy:"08" yepBHA_ 2026 poKy
3. BHxiIHi naHi 10 poõoTH: KueneHHA Gið Mepeci 3MiHHO2o cmpyMy (50+0,5)Tu3HOMiHanbHOIO
HapyeoiO 220 B ±10%; poóo4a 4acmoma eneKmpOHOÏ CXeMU npucmpoio S0 Klụ; npucmpiŭ
npu3Hayenuŭ dnA pooomu y 3akpumux cmauionapuux npuMİĻeMHAN npu meMnepamypi
omoyyoy020 Cepedosuua & MeNCAX Gİ) +5 do +45 C cepeòniů mepaiu cIyICÓU – ue aMeHme 5
pOKie: 6ipoziðHicmb bezeidM06HOÏ pbomu npucmpoIO 34 45 mục.20Òun 0.98: 3axucm Giò
ypaxceHHA eNeKmpu4nuM CmpyMOM NO KAaCy ll: 2abapumui po3Mipu 185x21 5x450 MM: cmaiut
3axuCmy Kopnycy -IP44
4. 3MicT pospaxyHKOBO-I101CHIOBAJTBHOi 3aniHCKH (1epeIK IMTaHb, AKİ IlOTpiőHO po3poõTH):
Bcmyn. ObrpyHmy6anHA Heo6xiOHOcmi npoekmyGanA a OCHO6İ KPumu4no20 auanisy icHyıoyuX
ananoie. Anani3 mexHi4H020 3460aHHA, Po3pobka cmpykmypuoii cXeMU, Po3pooka enermpuynoi
npunyunoGoi CXeMU, Po3paxyHOK 0CIOGHUX eneMemis CxeMU. TexHON0ZİVHUù poz)in, Po3)in
Oxopou npaui. BucHOGKU. ChucoK GUKOpuCmanux )oKepen. MooamKU.
5. IlepeniK rpağiyHoro MaTepiany (3 TOHHM 3a3HaHEHHAM OỐOB'A3KOBIX KPeCIeHB)
PC23.22302.001 3B umepheŭc aamoMamu30Ganoï cucneMu kepyGanHa. Kpecnenus 3a2ANbHO20
Guenn)y, PC23.22302. O01 El AGmoMamu306ana cucmeMa KepyGanA, CxeMa eneKmpuHa
cmpykmypua. PC23.22302.001 E3 Aomoxamu30Gana cucmeMa KepyeaUA. CxeMA eNEKMpuna
npunųunoGa. PC23.22302.001.01 Ilnama òpyKOGAHa aGmOMau306AHOÏ cuCneMU KePveanma.
PC23.22302.001 CKI Enekmpouina CxeMa aGmOManu306anOï cucmeMu KepVGAIIA, CKIadalblle
KpecneHA
6. KoncybTauTH Pporinin po6oTH
IIpizsume, iniuiann Ta nocana Jlinnc, nara
Posnin 3aBlaHHA 3aBlaHHA
KOICYJIBTaHTa
BHlaB ipnňHAB
KoceMsKİN O.C..
OxopoHH ipaui cmapuuũ ouKIGÒa4 Kapeðpu 2eodesii,
JeMIeycmpoo, őydiceNbllux KONcmpykyiů
ma õesneKuM cuNmmcoianbllOCmi
HopMOKoHTPOlb Tonmyn A.B., o-p pinocopii,
Kapeðpa IIMKT
7. lara BHJaYi 3aBlaHHA: " 14" KBİTHS 2026 poky
KAJIEHIAPHHĂ IULAH
KpaŭHiň crpOK
Ne BHKOHaHHA
HasBa eTariB KBaihikauiňHoỈ poõoTH IIpuM.
3/n eraniB po60TH,
1aTa / MiCAUE
Ornan İTepaTypHHX 1Kepei no icHyIOYHM aHaNOraM 01.26 BHK
2 IJlareHTHHĂI OWyK 01.26 BHK
PozpoőKa crpyKTypHoï CxeMH 01.26 BHK
4 Pospooka npHHUHImOBOŤ eNeKTpHHOÏ CxeMH 01 - 03.26 BHK
Po3paxyHOK OCHOBHHX BY3/11B IpHCTpOKO 03.26 BHK
6 TexHoJOriyHnŭp 03ņin 04 - 05.26 BHK
7 Oxopona ipaui 04 -05.26 BHK
BuCHOBKM, 10aTKH 05.26 BHK
OdopMIeHHAK pecIeHb 03 -05.26 BHK
3106y Bay ocBİTH Anòpiù TKAYEHKO
Kepisnnk poóTH u Anna TOIITYH

ЗМІСТ
стор.
Вcтуп ………………………………………………………………………… 6
1 Обґрунтування необхідності проектування на основі критичного
аналізу літературних джерел ……………...……………...…..……….... 8
1.1 Застосування засобів автоматизації на виробництві ..…………….. 11
1.2. Загальні відомості про іонно-плазмові установки …………………1 5
2 Обґрунтування технічного завдання ………………………..….………...2. 2
3 Розробка структурної схеми …………….………………..…………….…2 5
4 Розробка електричної принципової схеми ……………………….………2 6
5 Розрахунок основних елементів схеми……………..…………………….2 9
5.1. Розрахунок стабілізатора напруги модулю живлення схеми
керування …………………………….………………………………2 9
5.2. Оцінка точності роботи пристрою …………………………………. 32
5.3. Створення прошивки мікропроцесора ……………………………...3. 3
6 Технологічний розділ …………………………………………………….. 34
6.1. Технологія виготовлення друкованих плат …………………….…. 34
6.2. Автоматизація виготовлення друкованих плат …………………… 40
6.3. Технологія монтажу SMD елементів ………………………………. 45
6.4. Особливості контролю та ремонту виробів з поверхневим
монтажем …………………………………………………….……… 51
7 Охорона праці ……………………………………………………………..5 7
7.1. Аналіз небезпек та шкідливостей, які виникають при виконанні
робіт в приміщенні науково-технічного відділу ….……………….. 57
7.2. Модернізація системи загального штучного освітлення ………..... 63

РС23.22302.001 ПЗ
Змн Лист № докум. Підпис Дата
Розроб Ткаченко А.О. Літ. Арк. Аркушів

Перевір Топтун А.В. 4 93
Пояснювальна
Т. контр. Топтун А.В.

Н. Контр. Топтун А.В. записка ЧДТУ, РС-23

Затв. Бондаренко М.О.

стор.
Висновки ……………………………………………………………………..6 8
Список використаних джерел ………………………………………….….. 70
Додатки ………………………………………………………………….….. 73
Додаток А Лістинг керуючої програми мікропроцесора схеми
керування (Python) ……………………………………………………………7 3
Додаток Б Перелік нормативних документів .............................................. 77
Додаток В Комплект документів на технологічний процес складання
друкованої плати .............................................................................................7. 9
Додаток Г Відомість технічного проекту ......................................................8 3
Додаток Д Специфікація і перелік елементів електричної схеми ............. 84
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
5
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Вступ

Одним із важливих напрямів розвитку сучасного приладобудування,
мікроелектроніки, машинобудування, матеріалознавства та технологій
поверхневого оброблення є використання іонно-плазмових методів
модифікації поверхні матеріалів. Такі методи застосовують для нанесення
тонких функціональних покриттів, зміцнення поверхневих шарів, підвищення
зносостійкості, корозійної стійкості, адгезійних властивостей,
електрофізичних та оптичних характеристик виробів. Особливістю іонно-
плазмових процесів є те, що якість оброблення значною мірою залежить від
стабільності технологічних параметрів, зокрема тиску в робочій камері,
напруги та струму розряду, витрати робочого газу, температури підкладинки,
часу оброблення, режиму живлення та стану вакуумної системи.
Зважаючи на складність фізичних процесів, що відбуваються в іонно-
плазмовій установці, а також на необхідність точного підтримання заданих
режимів, ручне керування таким обладнанням не завжди забезпечує достатню
стабільність, повторюваність і безпечність технологічного процесу. Навіть
незначні відхилення параметрів можуть призводити до погіршення якості
покриття, нерівномірності оброблення поверхні, зниження продуктивності
установки або виникнення аварійних режимів [1]. Тому, актуальним
завданням є розроблення автоматизованої системи керування, яка забезпечує
контроль основних параметрів іонно-плазмового процесу, своєчасне
реагування на їх відхилення та підтримання стабільної роботи установки.
Автоматизована система керування технологічним обладнанням
представляє собою сукупність апаратних і програмних засобів, призначених
для збору інформації від датчиків, оброблення вимірювальних сигналів,
формування керувальних впливів, відображення поточного стану об’єкта та
забезпечення зворотного зв’язку між технологічним процесом і системою
керування. У випадку іонно-плазмової установки така система має
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
6
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

забезпечувати автоматичний контроль вакууму, параметрів плазмового
розряду, температурних режимів, стану виконавчих механізмів, а також захист
обладнання від перевантажень, порушення герметичності, нестабільності
живлення та інших небезпечних ситуацій.
Таким чином, розроблення автоматизованої системи керування іонно-
плазмовою установкою є актуальним інженерним завданням, спрямованим на
підвищення надійності, точності, безпеки та ефективності роботи
технологічного обладнання. Впровадження такої системи дозволить
забезпечити стабільне підтримання заданих режимів іонно-плазмового
оброблення, підвищити якість і відтворюваність результатів, зменшити вплив
людського фактора та створити передумови для подальшої модернізації
установки. Саме вирішенню цього завдання присвячена дана кваліфікаційна
робота.
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
7
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

1. Обґрунтування необхідності проектування
на основі критичного аналізу літературних джерел

У результаті попереднього аналізу тематики бакалаврської роботи
встановлено, що іонно-плазмові установки належать до складних
електрофізичних технологічних систем, робота яких базується на формуванні
плазмового розряду у вакуумному або газорозрядному середовищі та
використанні потоків іонів для очищення, модифікування, травлення або
нанесення тонкоплівкових покриттів на поверхню виробів. Такі установки
широко застосовуються у приладобудуванні, мікроелектроніці,
машинобудуванні, матеріалознавстві, оптичному виробництві та технологіях
функціональних покриттів, де необхідно забезпечити стабільність параметрів
процесу, відтворюваність результатів і контрольовану зміну властивостей
поверхні.
З огляду на специфіку теми патентний та інформаційний пошук
доцільно здійснювати не за напрямами різання чи механічного оброблення
матеріалів, а за напрямами, пов’язаними з плазмовими технологіями,
вакуумним осадженням покриттів, газорозрядними пристроями та
автоматизованими системами керування технологічним обладнанням.
Зокрема, для пошуку аналогів можуть бути використані класи Міжнародної
патентної класифікації [2], що охоплюють нанесення покриттів у вакуумі,
катодне розпилення, іонно-плазмове оброблення, плазмові джерела та системи
автоматичного керування. До таких напрямів можна віднести: C23C 14/00 –
нанесення покриттів у вакуумі випаровуванням, розпиленням або іонним
осадженням; C23C 14/35 – катодне або магнетронне розпилення; H01J 37/00 –
електророзрядні та електронно-іонні пристрої для оброблення матеріалів;
H05H 1/00 – генерування плазми та керування плазмовими процесами; G05B
– системи керування або регулювання, зокрема програмовані та
автоматизовані системи керування технологічними процесами.
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
8
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Вивчення літературних джерел доцільно виконувати за напрямами УДК
[3], пов’язаними з електротехнікою, автоматизацією, вакуумною технікою,
плазмовими технологіями та поверхневим обробленням матеріалів. Тематика
роботи може бути віднесена до таких узагальнених напрямів: 621.3 –
електротехніка та електроніка; 621.38 – електронні пристрої та електронна
техніка; 621.52/.59 – вакуумна техніка; 621.793 – нанесення покриттів і
поверхневе оброблення матеріалів; 681.5 – системи автоматичного керування,
регулювання та автоматизації технологічних процесів. Такий підхід дозволяє
коректно охопити як технологічну складову іонно-плазмової установки, так і
апаратно-програмні засоби її автоматизованого керування.
Аналіз літературних джерел показує, що ефективність роботи іонно-
плазмової установки значною мірою залежить від стабільності підтримання
технологічних параметрів: тиску в робочій камері, складу та витрати робочого
газу, напруги й струму розряду, потужності джерела живлення, температури
підкладинки, часу оброблення, стану вакуумної системи та режимів роботи
виконавчих механізмів. Відхилення хоча б одного з цих параметрів може
призвести до нестабільності плазмового розряду, нерівномірності оброблення
поверхні, зміни товщини або структури покриття, погіршення адгезії, появи
дефектів і зниження якості кінцевого виробу.
Критичний аналіз відомих технічних рішень свідчить, що значна
частина іонно-плазмових установок, особливо лабораторного або навчального
призначення, має обмежений рівень автоматизації. У багатьох випадках
контроль параметрів здійснюється оператором вручну за показами окремих
приладів, а керування вакуумними насосами, клапанами, джерелами живлення
та режимами плазмового розряду виконується без єдиної інтегрованої системи
моніторингу. Такий підхід збільшує вплив людського фактора, ускладнює
повторення технологічних режимів, знижує точність керування та підвищує
ризик аварійних ситуацій.
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 9

Особливо важливою проблемою є відсутність автоматизованого
контролю взаємопов’язаних параметрів процесу. Наприклад, зміна тиску в
камері без відповідного коригування подачі газу або потужності розряду може
спричинити нестійкість плазми. Аналогічно, несвоєчасне вимкнення
високовольтного джерела живлення за порушення вакууму може створювати
небезпеку для обладнання та персоналу. Тому сучасна іонно-плазмова
установка повинна мати не лише окремі вимірювальні канали, а й
автоматизовану систему керування, яка забезпечує логічний контроль
послідовності операцій, блокування небезпечних режимів, реєстрацію
параметрів і підтримання заданих технологічних умов.
До основних елементів автоматизованої системи керування іонно-
плазмовою установкою належать датчики тиску, температури, струму та
напруги розряду, блоки керування вакуумними насосами, електромагнітними
клапанами, джерелами живлення, системами охолодження та газопостачання.
Важливою складовою є мікроконтролерний або програмований логічний
контролер, який виконує оброблення сигналів від датчиків, формує команди
для виконавчих пристроїв, забезпечує аварійне блокування та передавання
інформації на інтерфейс оператора.
Застосування автоматизованої системи керування дає змогу підвищити
точність підтримання технологічних режимів, забезпечити відтворюваність
процесу, зменшити ймовірність помилок оператора, покращити безпеку
роботи установки та створити умови для накопичення експериментальних
даних. Крім того, автоматизація дає можливість реалізувати попередньо задані
технологічні програми, контролювати тривалість етапів оброблення,
здійснювати плавне вмикання та вимикання джерел живлення, а також
фіксувати аварійні або нестандартні ситуації.
Таким чином, необхідність проєктування автоматизованої системи
керування іонно-плазмовою установкою зумовлена потребою підвищення
стабільності, безпеки та відтворюваності іонно-плазмових технологічних
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
10
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

процесів. Проведений аналіз літературних джерел і можливих технічних
аналогів показує, що актуальним завданням є створення системи, здатної
забезпечувати комплексний контроль параметрів вакуумно-плазмового
процесу, керування основними виконавчими пристроями, захист обладнання
від аварійних режимів і зручну взаємодію оператора з установкою. Саме це
обґрунтовує доцільність розроблення автоматизованої системи керування для
іонно-плазмової установки в межах даної бакалаврської роботи.

1.1. Застосування засобів автоматизації на виробництві
У сучасному виробництві автоматизація є одним із головних засобів
підвищення безпеки, стабільності та повторюваності технологічних процесів.
Особливо це важливо для обладнання, робота якого пов’язана з високою
напругою, вакуумом, нагріванням, робочими газами та плазмовим розрядом.
До такого обладнання належать іонно-плазмові установки, які
використовують для очищення, зміцнення, модифікування поверхонь і
нанесення функціональних покриттів на деталі та матеріали [4, 8].
У межах кваліфікаційної роботи автоматизація розглядається як спосіб
організації безпечної та керованої роботи всієї установки. Така установка
складається з вакуумної камери, насосів, джерел електроживлення, системи
подачі газу, датчиків тиску, температури, струму й напруги, охолодження та
захисних пристроїв. Робота всіх цих частин має відбуватися у правильній
послідовності, оскільки помилка під час запуску або зупинки може призвести
до нестабільної роботи плазми, пошкодження обладнання або небезпеки для
оператора.
Автоматизована система керування призначена для того, щоб частину
дій оператора виконували технічні та програмні засоби. Оператор задає
потрібні параметри, запускає процес і спостерігає за його перебігом, а система
самостійно контролює тиск, температуру, струм, напругу, стан насосів,
клапанів і охолодження. Такий підхід зменшує вплив людського фактора,
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
11
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

підвищує точність дотримання технологічного режиму та забезпечує кращу
повторюваність результатів, рис.1.1 [5, 6].

Рисунок 1.1 – Узагальнена схема автоматизованого керування іонно-
плазмовою установкою

Основний принцип роботи такої системи полягає у постійному
порівнянні фактичних параметрів із заданими, табл.1.1. Якщо тиск у камері ще
не досяг потрібного рівня, система не дозволяє увімкнути силове живлення.
Якщо температура перевищує допустиме значення, система може увімкнути
охолодження, зменшити потужність або зупинити процес. Якщо струм чи
напруга виходять за безпечні межі, виконується автоматичне вимкнення
відповідного вузла.

Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
12
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Таблиця 1.1 – Основні параметри, які контролює система керування
Параметр Для чого контролюється Дія системи
Тиск у Для створення умов Увімкнення насосів,
камері утворення стабільної плазми керування клапанами
Для контролю інтенсивності Обмеження або зміна
Струм
розряду режиму живлення
Для підтримання безпечного Вимкнення живлення у разі
Напруга
електричного режиму перевищення
Для захисту обладнання та Увімкнення охолодження
Температура
виробу від перегрівання або зупинка процесу
Для підтримання потрібного Відкривання або
Подача газу
середовища в камері закривання клапана
Заборона запуску при
Стан камери Для безпеки персоналу
відкритій камері

У виробничих умовах іонно-плазмова установка працює не як окремий
прилад, а як послідовність технологічних дій, рис.1.2.

Рисунок 1.2 – Основні етапи роботи іонно-плазмової установки
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
13
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Спочатку оператор готує обладнання до роботи, після цього камера
герметизується, з неї відкачується повітря, подається робочий газ,
запускається плазмовий розряд, виконується оброблення виробу, а потім
установка охолоджується й завершує робочий цикл. Автоматизація дозволяє
виконувати ці етапи у визначеному порядку без постійного ручного
перемикання [4, 7].
Особливе значення має система захисту. Вона повинна не допустити
запуску установки, якщо камера відкрита, не працює охолодження, не
досягнуто потрібного тиску, відсутнє заземлення або виявлено несправність
одного з вузлів. Такі захисні умови потрібні не лише для збереження
обладнання, а й для безпеки персоналу, оскільки іонно-плазмова установка
працює з небезпечними електричними й тепловими режимами, табл.1.2.

Таблиця 1.2 – Приклади небезпечних ситуацій і реакції системи
Небезпечна ситуація Можливі наслідки Реакція системи
Нестабільна плазма,
Недостатній вакуум Заборона запуску розряду
зрив процесу
Пошкодження джерела
Перевищення струму Автоматичне вимкнення
живлення
Пошкодження виробу Увімкнення охолодження,
Перегрівання
або вузлів установки зупинка процесу
Небезпека для
Відкрита камера Блокування запуску
оператора
Відсутність Перегрівання силових Заборона роботи
охолодження частин установки
Порушення Перехід у безпечний
Різка зміна тиску
технологічного режиму режим

Зручне відображення інформації для оператора є важливою частиною
автоматизованої системи. На екрані керування доцільно показувати поточні
значення тиску, струму, напруги, температури, стан насосів, клапанів,
охолодження та джерел живлення. Це дає змогу оператору швидко оцінити
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
14
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

стан установки, побачити попередження або повідомлення про помилку та
своєчасно прийняти рішення.
Ще однією важливою функцією є збереження даних про кожний
робочий цикл. До таких даних належать дата й час запуску, тривалість
процесу, значення основних параметрів, повідомлення про помилки та дії
оператора. Надалі ці дані можна використовувати для аналізу якості
оброблення, повторення вдалих режимів, пошуку причин відхилень і
планування технічного обслуговування [7, 10].
Для іонно-плазмових технологій стабільність режимів безпосередньо
впливає на якість обробленої поверхні. Якщо тиск, струм, температура або час
оброблення змінюються неконтрольовано, це може призвести до
нерівномірного покриття, поганого зчеплення шару з поверхнею, перегрівання
виробу або нестійкої роботи плазми. Тому автоматизоване керування є
важливою умовою отримання повторюваного результату, особливо під час
роботи з відповідальними деталями та функціональними покриттями [8, 9].
Отже, застосування засобів автоматизації в іонно-плазмовій установці
дозволяє забезпечити безпечний запуск і зупинку обладнання, підтримання
потрібних режимів, контроль основних параметрів, захист від аварійних
ситуацій і збереження результатів процесу. Для виробництва це означає вищу
стабільність, меншу кількість помилок, кращу повторюваність технологічних
операцій і зниження ризику пошкодження обладнання. Саме тому
розроблення автоматизованої системи керування іонно-плазмовою
установкою є актуальним і практично важливим завданням для сучасного
виробництва.

1.2. Загальні відомості про іонно-плазмові установки
Іонно-плазмові установки належать до обладнання, яке використовують
для оброблення поверхні деталей, інструментів і матеріалів за допомогою
електричного розряду в розрідженому газовому середовищі. Їх застосовують
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
15
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

тоді, коли потрібно очистити поверхню, змінити її властивості або нанести
тонкий захисний чи функціональний шар [11, 12].
Основна ідея роботи такої установки полягає в тому, що всередині
закритої камери створюють спеціальні умови: з неї відкачують повітря,
подають робочий газ і прикладають електричну напругу. У результаті газ
переходить в активний стан, у якому його частинки можуть взаємодіяти з
поверхнею виробу.
Таке оброблення дає змогу змінювати лише поверхневий шар матеріалу,
не руйнуючи всю деталь. Це особливо важливо для інструментів, деталей
машин, елементів приладів, медичних виробів, електронних компонентів і
деталей, які працюють в умовах тертя, нагрівання або корозії [11, 14].
На відміну від звичайного механічного оброблення, іонно-плазмова
обробка не обов’язково передбачає зняття великого шару матеріалу. Вона
може змінювати стан поверхні дуже тонко й керовано: очищувати її,
ущільнювати, зміцнювати або покривати новим шаром.
У найпростішому вигляді іонно-плазмова установка складається з
робочої камери, насоса для відкачування повітря, джерела електричного
живлення, системи подачі газу, пристроїв охолодження, датчиків і блока
керування, рис.1.3. Кожен із цих вузлів виконує окрему функцію, але всі вони
працюють як єдина система.
Робоча камера є основною частиною установки. Саме в ній розміщують
виріб, який потрібно обробити. Камера повинна бути герметичною, оскільки
для нормальної роботи потрібно спочатку видалити з неї більшу частину
повітря.
Насос для відкачування повітря потрібний для створення розрідженого
середовища. Якщо повітря в камері буде занадто багато, електричний розряд
може бути нестабільним, а процес оброблення — некерованим або
небезпечним.

Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
16
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 1.3 – Спрощена будова іонно-плазмової установки

Робочий газ подають у камеру після її підготовки. Його склад залежить
від того, яку саме обробку потрібно виконати. Газове середовище впливає на
якість очищення, швидкість процесу, колір, товщину та властивості покриття.
Джерело електричного живлення створює умови для появи плазмового
розряду. У даній роботі, таке джерело є одним із найважливіших вузлів,
оскільки від стабільності живлення залежать безпека й повторюваність
технологічного процесу.
Установка повинна мати датчики для контролю основних параметрів,
табл.1.3. Найчастіше контролюють тиск у камері, температуру, струм,
напругу, подачу газу, стан охолодження та положення захисних елементів. Без
такого контролю оператор не може повністю оцінити, чи безпечно запускати
процес.

Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
17
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Таблиця 1.3 – Основні складові іонно-плазмової установки
Складова установки Просте пояснення призначення
Місце, де розміщується виріб і відбувається
Робоча камера
оброблення
Насос для відкачування
Створює потрібні умови всередині камери
повітря
Система подачі газу Подає газ, необхідний для проведення процесу
Джерело електричного
Створює електричний розряд у камері
живлення
Вимірюють тиск, температуру, струм, напругу
Датчики
та інші параметри
Система охолодження Захищає вузли установки від перегрівання
Блок керування Координує роботу всіх частин установки

Система охолодження потрібна тому, що під час роботи установки
окремі вузли можуть сильно нагріватися. Якщо не відводити тепло, це може
призвести до пошкодження обладнання, погіршення якості оброблення або
аварійної зупинки.
Блок керування виконує роль «центру прийняття рішень». Він отримує
сигнали від датчиків, порівнює їх із заданими значеннями та подає команди на
насоси, клапани, джерело живлення й інші пристрої. Саме тому автоматизація
є важливою частиною сучасних іонно-плазмових установок [16].
Робота установки зазвичай відбувається поетапно, рис.1.4. Спочатку
перевіряють готовність обладнання, потім закривають камеру, відкачують
повітря, подають газ, запускають електричний розряд, виконують оброблення
виробу, охолоджують систему та завершують процес із фіксацією результатів.
Важливою особливістю такої установки є те, що її не можна запускати в
довільному порядку. Наприклад, не можна подавати високу напругу, якщо
камера не закрита або не досягнуто потрібного тиску. Тому система керування
повинна блокувати небезпечні дії.
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
18
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 1.4 – Послідовність роботи іонно-плазмової установки

Іонно-плазмові установки застосовують для нанесення зносостійких
покриттів на різальні інструменти. Такі покриття можуть підвищувати
твердість поверхні, зменшувати тертя та збільшувати строк служби
інструмента [11].
Також такі установки використовують для зміцнення деталей машин.
Оброблена поверхня може краще протистояти стиранню, подряпинам,
нагріванню або дії агресивного середовища. Це важливо для деталей, які
працюють у складних промислових умовах [12, 15].
Іонно-плазмове обладнання може застосовуватися і для очищення
поверхонь перед подальшим обробленням. Поверхня виробу часто містить
забруднення, оксидні плівки або залишки мастил, які заважають якісному
нанесенню покриття. Плазмове очищення допомагає підготувати поверхню до
наступного етапу.
Для отримання якісного результату потрібно підтримувати сталі умови
процесу. Якщо під час роботи змінюється тиск, температура, подача газу або
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
19
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

електричний режим, то покриття може вийти нерівномірним. Саме тому
автоматичне підтримання параметрів є однією з головних вимог до установки.
Іонно-плазмові установки можуть мати різне призначення: лабораторне,
дослідне або виробниче, табл.1.4. Лабораторні установки використовують для
випробувань і підбору режимів, а виробничі – для регулярного оброблення
деталей у більшому обсязі.

Таблиця 1.4 – Основні напрями застосування іонно-плазмових
установок
Напрям застосування Приклад використання
Очищення поверхні Видалення забруднень перед нанесенням покриття
Зміцнення поверхні Підвищення стійкості деталей до зношування
Нанесення покриттів Створення захисного або декоративного шару
Оброблення
Збільшення строку служби різального інструмента
інструментів
Дослідницькі роботи Підбір режимів оброблення нових матеріалів
Приладобудування Оброблення точних деталей і тонких елементів

Якість оброблення залежить не лише від конструкції установки, а й від
правильного вибору режиму. До таких режимів належать тривалість процесу,
тиск у камері, подача газу, сила електричного впливу та температура виробу.
Якщо режим обрано неправильно, то поверхня може перегрітися,
покриття може погано триматися або мати неоднакову товщину. У працях із
плазмового оброблення поверхонь підкреслюється, що властивості покриттів
істотно залежать від умов їх формування [13, 14].
Оператор іонно-плазмової установки повинен мати доступ до зрозумілої
інформації про стан процесу. На екрані керування доцільно показувати тиск,
температуру, струм, напругу, стан насоса, подачу газу, наявність охолодження
та попередження про несправності.
У сучасних установках важливо не лише керувати процесом, а й
зберігати дані про нього. Запис параметрів кожного циклу дозволяє
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
20
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

порівнювати результати, повторювати вдалі режими та швидше знаходити
причини відхилень.
Значну увагу потрібно приділяти безпеці. Іонно-плазмова установка
поєднує електричне живлення, розріджене газове середовище, нагрівання та
рухомі або герметичні елементи. Тому вона повинна мати захист від
відкривання камери під час роботи, перегрівання, перевищення струму,
відсутності охолодження та неправильного запуску.
Для дипломної роботи важливо показати, що автоматизована система
керування такою установкою не є допоміжним елементом, а є необхідною
частиною обладнання. Вона забезпечує правильну послідовність дій, контроль
параметрів, захист, зручність роботи оператора та збереження інформації про
процес.
Отже, іонно-плазмова установка є складним технічним об’єктом, у
якому поєднуються електричні, газові, теплові та механічні процеси. Її
ефективна робота можлива лише за умови точного контролю параметрів і
правильної організації всіх етапів технологічного циклу.
Загалом використання іонно-плазмових установок дає змогу підвищити
якість поверхневого оброблення, збільшити довговічність виробів, розширити
можливості виробництва та забезпечити повторюваність результатів. Тому
розроблення автоматизованої системи керування іонно-плазмовою
установкою є актуальним завданням для сучасного приладобудування,
машинобудування та матеріалознавства.

Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
21
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

2. Обґрунтування технічного завдання

Автоматизована система керування іонно-плазмовою установкою
призначена для забезпечення стабільної, безпечної та повторюваної роботи
технологічного обладнання, яке використовується для оброблення поверхонь
матеріалів у розрідженому газовому середовищі. Необхідність розроблення
такої системи зумовлена тим, що робота іонно-плазмової установки пов’язана
з одночасним контролем декількох параметрів: тиску в робочій камері,
напруги, струму розряду, температури, подачі робочого газу, стану вакуумної
системи та охолодження. За ручного керування забезпечити стабільне
дотримання всіх цих параметрів складно, тому застосування автоматизованої
системи є технічно обґрунтованим.
Основним призначенням системи є керування послідовністю роботи
іонно-плазмової установки: підготовкою обладнання, закриванням і
перевіркою камери, відкачуванням повітря, подачею робочого газу, запуском
плазмового розряду, обробленням виробу, охолодженням та завершенням
процесу із збереженням основних даних. Така послідовність має виконуватися
у чітко заданому порядку, оскільки порушення етапів запуску може призвести
до нестабільної роботи розряду, пошкодження обладнання або виникнення
небезпечної ситуації для оператора.
Технічне завдання повинно передбачати, що система керування
працюватиме у складі стаціонарної іонно-плазмової установки в закритому
виробничому або лабораторному приміщенні. Умови експлуатації мають
відповідати нормальному промисловому середовищу: температура
навколишнього середовища орієнтовно від +5 до +40 °С, відносна вологість не
більше 80% без утворення конденсату, відсутність прямого потрапляння пилу,
вологи та агресивних речовин на електронні блоки керування. Це необхідно
для забезпечення стабільної роботи електронних компонентів, датчиків і
виконавчих пристроїв.
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
22
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Живлення системи доцільно передбачити від мережі змінного струму з
номінальною напругою 220 В і частотою 50 Гц з допустимим відхиленням
напруги в межах ±10%. Для кіл керування, датчиків, кнопок, реле та
індикаторів бажано використовувати понижену безпечну напругу, наприклад
12 або 24 В постійного струму. Таке розділення силових і керувальних кіл
підвищує електробезпеку системи та зменшує ризик пошкодження
малопотужних електронних елементів.
Система повинна забезпечувати контроль основних параметрів роботи
установки. До таких параметрів належать тиск у робочій камері, наявність або
відсутність охолодження, стан дверцят або кришки камери, значення струму
та напруги розряду, стан джерела живлення, робота вакуумного насоса і
подача робочого газу. Отримана інформація має надходити до керувального
блока, де вона аналізується та використовується для формування команд на
виконавчі елементи.
До виконавчих елементів системи керування слід віднести вакуумний
насос, електромагнітні клапани подачі газу, джерело живлення плазмового
розряду, пристрої охолодження, світлову або звукову сигналізацію, а також
аварійне вимкнення установки. Система повинна не лише запускати ці
елементи, а й контролювати правильність їх роботи. Наприклад, запуск
розряду має бути дозволений тільки після досягнення необхідного рівня
вакууму, закриття камери та підтвердження роботи охолодження.
Особливу увагу в технічному завданні необхідно приділити вимогам
безпеки. Система повинна блокувати запуск установки в разі відкритої камери,
недостатнього вакууму, відсутності охолодження, перевищення допустимого
струму або напруги, несправності датчиків чи аварійного сигналу від одного з
вузлів. Також має бути передбачена кнопка аварійної зупинки, яка забезпечує
швидке вимкнення небезпечних частин установки незалежно від поточного
режиму роботи.
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
23
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Важливою вимогою є наявність зручного інтерфейсу для оператора. На
панелі керування або екрані повинні відображатися основні параметри
процесу, поточний етап роботи, стан виконавчих пристроїв, повідомлення про
помилки та аварійні ситуації. Оператор повинен мати можливість запускати й
зупиняти процес, задавати основні параметри режиму, переглядати стан
системи та отримувати зрозумілі повідомлення про причини блокування або
зупинки.
Технічне завдання також передбачає можливість збереження основних
даних про робочий цикл. Доцільно фіксувати час запуску, тривалість процесу,
значення тиску, струму, напруги, температури, стан аварійних сигналів та
факт завершення оброблення. Це дозволить аналізувати стабільність роботи
установки, повторювати вдалі режими, виявляти причини збоїв і підвищувати
якість технологічного процесу.
За конструктивним виконанням система керування повинна мати
надійний корпус, захист від пилу та випадкового дотику до струмопровідних
частин. Орієнтовний ступінь захисту корпусу може бути не нижче IP44 для
блоків, розміщених поблизу обладнання, а для шафи керування – залежно від
умов експлуатації. Середній термін служби системи доцільно прийняти не
менше 5 років, а ймовірність безвідмовної роботи протягом установленого
часу експлуатації має відповідати вимогам до лабораторного та виробничого
обладнання.
Отже, технічне завдання на розроблення автоматизованої системи
керування іонно-плазмовою установкою враховує функціональне
призначення установки, умови її експлуатації, вимоги до живлення, контролю
параметрів, керування виконавчими пристроями, безпеки, надійності та
зручності роботи оператора. Виконання цих вимог дозволить створити
систему, яка забезпечить стабільний запуск і роботу іонно-плазмового
процесу, захист обладнання від аварійних режимів, зменшення впливу
людського фактора та підвищення якості оброблення виробів.
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
24
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

3. Розробка структурної схеми

На рисунку 3.1 представлена функціональна блок-схема
автоматизованої системи керування іонно-плазмовою установкою.
Персональний комп'ютер Сенсор 1 Сенсор N
Сервопривід
аварійного клапану
Інтерфейс Керуючий мікропроцесор
Драйвери
Кроковий двигун
пристрою керування
220В; 50Гц
Блок живлення Виконавчий пристрій Вакуумна камера

Рисунок 3.1 - Блок-схема автоматизованої системи керування іонно-
плазмовою установкою

Розроблювана система складається з таких блоків та вузлів. Електронна
плата керування отримує дані (інформацію) з ПК або отримані
відслідковуючим пристроєм, який представляє собою збірку сенсорів, що
дозволяє слідкувати параметри технологічного процесу. Ці дані
накопичуються в ОЗП, редагуються згідно програмі управління, що
зберігається в ПЗП. По сигналах від прийомного пристрою центральний
процесор вмикає електронну схему керування, яка призводить в дію, драйвери,
які, в свою чергу здійснюють високоточне керування вузлами установки, а
також кроковими двигунами рухових механізмів іонно-плазмової установки,
повторюючи, таким чином, програму дій отриману пристроєм ззовні із ПК.
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
25
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

4 Розробка електричної принципової схеми

Електрична принципова схема автоматизованої системи керування
іонно-плазмовою установкою показана на рисунку 4.1.
380В 50Гц
R10 А В С 0
VT1 C17
C7 QF1
VD12 R34
14 R22 R29
& 8
C2 10 +
9 C28
C19 R35
DD1.1
R3 C8 VD5 R11
DD1.4
HL1 DD1.3 & 1 YA1
R24 К1.1
& 5 3
4 2
6
VD1
VT2
+ EL3
C3 VD4 C11 C13 R58 C24
C20
DD1.2
C18 R23
& 12
R4 11
13
R38
7 +
C21
EL1
R36
R12 R18 R30 VD13 C27
R19
R6 R8 VD10 + VD14
C25 R33
C4 C15
+ +
R26
VT5
C9 C12 R13 VD8
R1 R5 VD11
EL2
R27
C16
R20
R37
C5 DA2
2 7
+U
VT6
R31
6
DA1
R16 VD6
C1 VD3 R7 R9 R14 2 6
VT4 R25
3 4
VT3 -U
+ C26
3
R17
4
-U
K1 VS1
7 + +
+U VD7 VD9 C22 C23
R2 VD2 C6 C10 C14 R15 R21 R28
+ R32
VL1

Рисунок 4.1 - Електрична принципова схема автоматизованої системи
керування іонно-плазмовою установкою

Основним елементом схеми керування є мікропроцесор DD1 до
основних функцій якого відносяться прийом даних з зовнішнього ПК із
залученням порту (вив.18-24), керування сенсорами (вив.4, 10-13 та 39, 42, 54-
56), драйвер шагового двигуна DD3 приводу переміщення (вив.1, 2, 62-64),
драйвер DD2 сервоприводу аварійного пристрою (вив.33-36); прийом даних з
зовнішньої панелі управління (вив.30-32).
Кварцовий резонатор ZQ1 та конденсатори С21, С22 задають робочу
частоту мікропроцесору, а елементи R31 і С23 встановлюють частоту
інтегрування на рівень 50 кГц.
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
26
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Для високоточного та легкого управління сервоприводом аварійного
клапану служить драйвер DD2, до якого паралельно під‘єднані
струмообмежуючі опори R32-R35, для захисту індукторів L1-L4 сервоприводу
від перевантаження, для прийому даних з клавіатури пристрою управління
служать мікроперемикачі S1-S3, сигнал рівня +5 В з яких поступає на порти
INPA0-INPA2 мікропроцесору DD1.
Для управління кроковим двигуном М1 використовують мікросхему
драйвера DD3 (ULN2003), яка містить сім потужних транзисторних ключів,
зібраних по схемі Дарлінгтона. Кожен ключ здатний управляти
навантаженням із струмом споживання до 500 мА. Мікросхема має резистори
R28-R30 в ланцюзі бази, що дозволяє безпосередньо підключити її входи до
звичайних цифрових мікросхем. Всі емітери сполучені разом і виведені на
окремий вивід. На виходах транзисторних ключів є захисні діоди, що дозволяє
управляти за допомогою цієї мікросхеми індуктивними навантаженнями при
мінімумі зовнішніх компонентів. У даній конструкції використано тільки
чотири транзисторні ключі.
Перший вивід крокового двигуна приєднаний до лінії D0 паралельного
порту через мікросхему DD3 ULN2003. Кожен наступний вивід приєднаний
до відповідного виводу паралельного порту. Якщо порядок підключення
виводів крокового двигуна невірний, вал мотора не обертатиметься, а лише
повертатися на невеликий кут з однієї сторони в іншу і навпаки. Загальний дріт
схеми приєднаний до джерела живлення не безпосередньо, а через стабілітрон.
Це зроблено з метою захисту схеми від напруги ЕРС самоіндукції, що виникає
в котушках при різкому виключенні напруги живлення схеми.
Блок живлення зібраний на трансформаторах Т2, Т4 виробляє 3 рівня
напруги +5 В, +12 В і +24 В. Джерело +5 В використовується для живлення
електронних компонентів; джерело +12 В - для живлення набору датчиків, а
джерело +24 В – для живлення обмоток крокового двигуна пристрою
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
27
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

керування. Як крокові двигуни використовуються крокові двигуни фірми
MITSUMI типу M35SP (Uжив=24В, Rобм=50 Ом).
Тиристори встановлюються без радіаторів, замість VS1-VS2 можна
застосувати Т142-50 або один симістор ТС2-80. Трансформатор Т3 з напругою
вторинної обмотки 12-20 В, споживаний струм - 20-50 мА, тому підійде
практично будь-який силовий трансформатор. В якості трансформатору Т1
використано трансформатор марки ТВК-110ЛМ.
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
28
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

5 Розрахунок основних елементів електричної схеми

5.1. Розрахунок стабілізатора напруги модулю живлення схеми
керування
Розрахуємо стабілізатор напруги на стабілітроні, якщо потрібна напруга
на навантаженні Uвих = 12 В. Максимальний і мінімальний струми
навантаження приймаємо, відповідно, Iвих.макс = 50 мА і Iвих.мін = 30 мА.
Живлення стабілізатора здійснюється від нестабілізованого джерела на
напругу Uвх = 20 В±2 В з вихідним опором Rвих = 10 Ом. Визначимо коефіцієнт
стабілізації (абсолютний і відносний) і вихідний опір стабілізатора.
Принципова схема стабілізатора напруги представлена на рисунок 5.1.

Рисунок 5.1 – Розрахункова схема стабілізатора напруги на стабілітроні

У першому наближенні припускаємо, що динамічний опір і струм
витоку стабілітрона, який обирається, нескінченно малий.
Для схеми можуть бути записані наступні рівняння:
Івх = Івих + Іст;
��вих = ��вх − ��вх ⋅ ��п.
Умова збереження стабілізуючої дії стабілітрона (роботи в межах зони
пробою) полягає в тому, що навіть при максимальному струмі навантаження і
мінімальній напрузі живлення виконується нерівність:
��вх.мін − ��вих.макс ⋅ ��п ≥ ��вих.ном,
з якого знаходимо:
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
29
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

��
�� ≤ вх.мін−��вих.ном
п − ��
�� вих,
вих.макс
що згідно умовам завдання дає:
18−12
��п ≤ − 10 = 110 Ом.
0,05
Знизу опір послідовного резистора Rп обмежений номінальним
розсіянням потужності (номінальним струмом) стабілітрона. Розсіяння
потужності на стабілітроні зменшується із збільшенням Rп. Щоб
використовувати стабілітрон з мінімальною потужністю розсіяння і отримати
найбільший коефіцієнт стабілізації, доцільно вибрати найбільше стандартне
значення опору резистора, що відповідає даній межі. В даному випадку
візьмемо Rп = 110 Ом. Максимальний струм стабілітрона дорівнює:
��ст.макс = Івх.макс − Івих.мін,
де
U
² = âõ.ìàêñ − Uâèõ .íîì
âõ.ìàêñ ,
R ï
а в даному випадку:
22−12
Івх.макс = = 0,091 А = 91 мА;
110
��ст.макс = 91 − 30 = 61 мА.
Таким чином, технічні характеристики, якими слід керуватися при
виборі стабілітрона, будуть Uст.ном = 12 В; Іст.доп  61 мА.
Вибираємо з каталогу прилад, позначений ZD1238F, що має наступні
технічні характеристики: Uст.ном = 12 В, rд = 4 Ом для робочої точки при
Іст = 50 мА. Іст.доп = 75 мА, Рзаг = 1300 мВт.
За цими даними можна провести точніший розрахунок. З припущення
про постійність динамічного опору стабілітрона отримаємо, що діапазон змін
стабілізованої напруги
����вих.макс = (��ст.макс − Іст.мін) ⋅ ��д,
де
��вх.мін−���� ≅ ст.ном
ст.мін − ��
�� вих.макс.
п
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
30
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

У даному випадку:
18−12
�� ≅ − 0,05 = 4,5 ⋅ 10−3ст.мін А;
110
����вих.макс = (61 − 4,5) ⋅ 10−3 ⋅ 4 = 0,226 В.
Видно, що зміна достатня мала, тому нею можна нехтувати при
обчисленні струмів, що протікають через стабілітрон. Коефіцієнт стабілізації
дорівнює:
���� ��
�� = вх | = 1 + п.
����вих �� =���������� ��д
вих
Відносний коефіцієнт стабілізації є не що інше, як відносне значення
цього коефіцієнта:
��
�� = вих.ном ⋅ ��.
��вх.ном
В даному випадку:
110
�� = 1 + = 28,5;
4
12
�� = ⋅ 28,5 = 17,15.
20
Вихідний опір схеми стабілізації напруги:
����вих ��д⋅���� п
вих = | = ,
��Івих �� ��д+��п
вх=����������
����вих 4⋅110
��вих = | = = 3,86 Ом.
��Івих �� =���������� 4+110
вх
Таким чином, можна зробити висновок, що напруга живлення схеми
керування, яка становить рівень +12 В має бути стабілізованою, задля
підвищення швидкості та точності прийому та оброблення даних як з ПК, так
і з сенсорів блоку контролю. Як правило, коливання напруги, яке приводить
до коливання навантаження та частоти сильно впливають на точність прийому
та оброблення даних. Тому робимо висновок, що вибрана схема стабілізації
напруги та підібрані елементи схеми, а саме: стабілітрон ZD1238F, який
стабілізує напругу живлення U = 12 В є оптимальною.

Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
31
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

5.2 Оцінка точності роботи пристрою
В процесі розроблення системи завжди намагаються досягти найбільшої
точності [13, 14]. Але враховуючи те, що прилад складається із реальних
модулів, які мають практичні точності параметри, можна говорити про
досягнену точність. Її оцінюють за формулою [13, 14]:
�� = √∑�� 2
пр ��=1 ���� ,
де δі – точність модуля приладу.
Мікропроцесорна система керування складається з блоків, що пов’язані
з електронікою. Отже точність таких вузлів висока.
Розпишемо усі блоки, які входять до пристрою та проаналізуємо їх
точність, табл.5.1.

Таблиця 5.1 - Аналіз вузлів системи керування
НАЗВА ВУЗЛА ПОХИБКА, %
Імпульсний блок живлення 0,4
Мікропроцесор 0,05
Блок сенсорів 1 0,15
Драйвери 0,15
Блок сенсорів 2 0,2
Інтерфейс 0,25
Виконавчий пристрій 0,35

Підраховуємо сумарну похибку вузлів, що входять до складу системи:

�� = √0, 42 + 0,052 + 0,152 + 0,152 + 0, 22 + 0,252пр + 0,352 = 0,65%.

Оскільки допустима похибка системи 1%, то в даному розрахунку
приладу на точність при його експлуатації задовольняє поставлену задачу у
технічному завданню. Таким чином, задана точність роботи системи
керування установкою досягнена.

Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
32
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

5.3. Створення прошивки мікропроцесора
Для створення прошивки мікроконтролера використана мова Python.
В прошивці активуються інтерактивні кнопки «compile the project», при
цьому відбувається процес перевірки коду програми. Після чого активується
опція «build all project files». При цьому створюється файл з розширенням .hex.
Текст прошивки приводиться в додатку А до пояснювальної записки.
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
33
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

6 Технологічний розділ

6.1.Технологія виготовлення друкованих плат
Друкована плата є одним із основних конструктивних елементів
електронного пристрою, оскільки саме на ній розміщуються електронні
компоненти та формуються електричні з’єднання між ними. У системах
автоматизованого керування друкована плата виконує функцію механічної
основи, електричного з’єднувального вузла та елемента, що забезпечує
надійну роботу всієї схеми. Від якості її виготовлення залежать стабільність
роботи пристрою, зручність монтажу, ремонтопридатність, електрична
надійність і довговічність електронного блока.
Сучасні друковані плати можуть виготовлятися різними способами
залежно від складності електричної схеми, кількості елементів, щільності
монтажу, вимог до надійності та умов експлуатації. Для простих електронних
пристроїв часто застосовують односторонні або двосторонні друковані плати,
на яких провідники розміщуються з одного або двох боків основи. Для
складніших пристроїв використовують багатошарові плати, у яких електричні
з’єднання розташовані на кількох внутрішніх і зовнішніх шарах.
Окремим напрямом розвитку технологій виготовлення плат є
друковано-дротовий монтаж. Його застосовують тоді, коли потрібно отримати
функціональні можливості, близькі до багатошарової друкованої плати, але з
меншою вартістю, більшою ремонтопридатністю та можливістю швидкого
внесення змін у схему. Перші промислові рішення такого типу були пов’язані
з автоматизованим прокладанням ізольованих провідників на платі за заданою
програмою.
У друковано-дротовому монтажі поєднуються переваги звичайної
друкованої плати та монтажу ізольованими провідниками. Основна частина
схеми може бути виконана друкованими провідниками, а додаткові з’єднання
прокладаються окремими тонкими проводами. Це дозволяє спростити
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
34
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

конструкцію плати, зменшити кількість шарів і полегшити виправлення
помилок або внесення змін після виготовлення дослідного зразка.
За способом прокладання ізольованих провідників розрізняють два
основні методи друковано-дротового монтажу: метод стібкового монтажу та
метод прямих відрізків. Обидва методи дають змогу створювати електричні
з’єднання на платі за допомогою автоматизованого обладнання, проте
відрізняються способом укладання проводу, формуванням контакту та
особливостями технологічного процесу.
Метод стібкового монтажу. Метод стібкового монтажу полягає у
прокладанні ізольованого проводу через отвори або спеціальні точки на платі
з утворенням петель, які потім з’єднуються з контактними майданчиками.
Такий спосіб певною мірою нагадує прошивання плати тонким провідником.
Залежно від організації процесу стібковий монтаж може виконуватися
поетапно або в одному автоматизованому циклі.
У першому варіанті типову друковану плату з підготовленими
контактними майданчиками встановлюють на спеціальну маску та еластичну
прокладку. Далі за заданою схемою плата прошивається тонким ізольованим
проводом за допомогою порожнистої голки, через яку проходить провідник.
Після утворення петель провід притискають до плати, видаляють допоміжні
прокладки, лудять петлі та припаюють їх до контактних майданчиків.
У другому варіанті більшість операцій об’єднується в один
автоматизований процес. Автомат одночасно прокладає провід, формує
петлю, виконує її лудіння та припаювання до контактного майданчика. Такий
підхід скорочує час виготовлення плати, зменшує кількість ручних операцій і
підвищує повторюваність технологічного процесу.
Стібковий монтаж дозволяє отримати плату, яка за функціональними
можливостями може замінювати багатошарову друковану плату. При цьому
вона часто має простішу конструкцію та кращу ремонтопридатність, оскільки
окремі провідники можна легше перевірити, замінити або змінити їх
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
35
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

трасування. Це особливо важливо на етапі дослідного виготовлення
електронних блоків, коли схема може уточнюватися після випробувань.
Разом із тим метод стібкового монтажу має і певні обмеження. Його
доцільність зменшується у випадку великосерійного виготовлення простих
односторонніх або двосторонніх плат, де традиційна технологія є дешевшою
та швидшою. Крім того, зі збільшенням розмірів плати та кількості з’єднань
зростає трудомісткість монтажу, а якість результату значною мірою залежить
від точності програми прокладання провідників і контролю технологічних
операцій.
Метод прямих відрізків. Метод прямих відрізків полягає в тому, що
електричні з’єднання між контактними майданчиками виконуються
короткими прямими ділянками ізольованого проводу. Для цього спочатку
виготовляють типову друковану плату з постійним рисунком провідників і
металізованими отворами. Потім плату встановлюють на монтажний автомат,
який за заданою програмою прокладає з’єднання окремими прямими
відрізками проводу.
Особливістю цього методу є те, що провід може укладатися на
контактний майданчик під різними кутами. Це дає змогу гнучкіше виконувати
трасування з’єднань і зменшувати кількість складних обхідних маршрутів.
Після укладання проводу спеціальний електрод притискає його до
контактного майданчика, подає короткий нагрівальний імпульс і забезпечує
формування електричного та механічного з’єднання.
Під час нагрівання ізоляція проводу в зоні контакту руйнується або
оплавляється, після чого жила проводу з’єднується з металевим покриттям
контактного майданчика. Далі відбувається розплавлення припійного
покриття, занурення провідника в розплав і подальша кристалізація з’єднання
після припинення нагрівання. У результаті формується контакт, який
забезпечує проходження електричного струму між провідником і контактним
майданчиком плати.
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
36
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Якість з’єднання при методі прямих відрізків залежить від багатьох
чинників. Важливими є товщина та склад металевого покриття контактних
майданчиків, сила притискання електрода, стабільність нагрівального
імпульсу, точність позиціонування проводу та чистота поверхні. Якщо хоча б
один із цих параметрів виходить за допустимі межі, це може призвести до
погіршення механічної міцності або електричної надійності з’єднання.
Автоматизоване проєктування друкованих плат. Виготовлення
друкованої плати тісно пов’язане з етапом її проєктування. Перед
виготовленням потрібно визначити розміри плати, місця розташування
електронних компонентів, ширину провідників, відстані між ними, кількість
шарів, положення отворів, контактних майданчиків і зон, у яких прокладання
провідників заборонене. Чим складніша схема, тим більшу роль відіграє
автоматизоване проєктування.
Одним із найважливіших завдань автоматизованого проєктування є
трасування, тобто побудова з’єднань між елементами схеми. При цьому
потрібно мінімізувати загальну довжину провідників, зменшити кількість
перетинів, уникнути надмірного ущільнення провідників, забезпечити зручне
розміщення компонентів і дотриматися технологічних обмежень виробництва.
Під час трасування враховують мінімально допустиму ширину
провідника, мінімальну відстань між сусідніми провідниками, діаметр отворів,
розмір контактних майданчиків, кількість шарів плати та допустимі способи
переходу між шарами. Також враховують наявність монтажних отворів, місць
для кріплення, зон під елементи великого розміру, ділянок для маркування та
місць, де не можна прокладати провідники.
Отримати повністю оптимальний варіант трасування складно, особливо
для плат із великою кількістю з’єднань. Тому на практиці результати
автоматизованого проєктування часто потребують ручного або
напівавтоматичного доопрацювання. Проєктувальник може змінювати
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
37
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

розташування елементів, коригувати окремі з’єднання, змінювати ширину
провідників або додавати перехідні отвори для підвищення якості плати.
Для пристроїв керування, зокрема для автоматизованої системи
керування іонно-плазмовою установкою, якість друкованої плати має
особливе значення. Такий пристрій може працювати поруч із силовим
обладнанням, джерелами високої напруги, виконавчими механізмами та
датчиками. Тому під час проєктування плати потрібно враховувати не лише
електричні з’єднання, а й надійність роботи схеми, захист від завад, зручність
підключення зовнішніх пристроїв і можливість подальшого обслуговування,
табл.6.1.

Таблиця 6.1 – Порівняння методів друковано-дротового монтажу
Ознака Метод стібкового монтажу Метод прямих відрізків
Спосіб
Провід прошиває плату з Провід укладається прямими
прокладання
утворенням петель ділянками між контактами
проводу
Висока ремонтопридатність Відносна простота
Основна
і можливість заміни автоматизованого укладання
перевага
багатошарової плати провідників
Провід притискається й
З’єднання з Петлі проводу лудяться та
з’єднується з контактним
платою припаюються
майданчиком нагріванням
Дослідні зразки, складні Автоматизоване
Доцільне
схеми, потреба у внесенні виготовлення плат із великою
застосування
змін кількістю прямих з’єднань
Високі вимоги до
Зростання трудомісткості зі
Недоліки стабільності нагрівання і
збільшенням розміру плати
притискання

Переваги та недоліки стібкового методу. До переваг стібкового монтажу
належить можливість зменшення трудомісткості конструкторських робіт,
особливо під час створення дослідних зразків або плат зі складною схемою
з’єднань. Такий метод дозволяє швидше вносити зміни в монтаж, підвищує
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
38
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

ремонтопридатність плати та може зменшити потребу в складних
багатошарових конструкціях.
Стібковий монтаж також може знижувати витрати на матеріали та
спрощувати окремі виробничі операції, оскільки частина з’єднань виконується
не за допомогою внутрішніх шарів плати, а окремими ізольованими
провідниками. Крім того, у деяких випадках можна зменшити кількість
операцій, пов’язаних із металізацією отворів, що позитивно впливає на
вартість і екологічність виробництва.
Водночас метод має певні недоліки, табл.6.2. До них належать
обмеження щодо розташування елементів, підвищені вимоги до контролю
програми монтажу, зростання трудомісткості при збільшенні габаритів плати
та складність застосування для деяких типів електронних компонентів. Тому
цей метод не завжди є оптимальним для серійного виробництва простих
друкованих плат.

Таблиця 6.2 – Основні переваги та недоліки стібкового монтажу
Переваги Недоліки
Обмеження щодо розташування
Зручність внесення змін у схему
елементів
Зростання трудомісткості для великих
Висока ремонтопридатність
плат
Можливість заміни складної Потреба в ретельному контролі
багатошарової плати автоматизованого монтажу
Зменшення витрат на матеріали в Менша доцільність для простих
окремих випадках серійних плат
Скорочення строків виготовлення Складність використання з деякими
дослідних зразків типами виводів компонентів

Отже, технологія виготовлення друкованих плат охоплює не лише
формування провідників на основі плати, а й вибір раціонального способу
монтажу, автоматизоване проєктування з’єднань, контроль якості контактів і
забезпечення ремонтопридатності електронного вузла. Для пристроїв
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
39
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

автоматизованого керування важливо, щоб друкована плата була надійною,
зручною для монтажу, придатною до перевірки та стабільною в умовах
експлуатації.
Методи друковано-дротового монтажу, зокрема стібковий метод і метод
прямих відрізків, можуть бути корисними під час виготовлення дослідних або
складних електронних плат, коли необхідно зменшити витрати на
багатошарову конструкцію, прискорити розробку та забезпечити можливість
подальшого коригування схеми. Водночас для серійного виробництва вибір
технології виготовлення плати має здійснюватися з урахуванням складності
схеми, вимог до надійності, вартості, ремонтопридатності та технологічних
можливостей підприємства.

6.2 Автоматизація виготовлення друкованих плат
Виготовлення друкованих плат є складним багатостадійним
технологічним процесом, який включає підготовку заготовки, свердління
отворів, формування рисунка друкованих провідників, хімічне та гальванічне
міднення, нанесення захисних покриттів, травлення фольги, промивання,
сушіння та контроль якості. Значна кількість послідовних операцій, висока
точність розміщення отворів і провідників, а також потреба у повторюваності
результатів зумовлюють необхідність застосування засобів автоматизації.
Одним із найбільш трудомістких етапів виготовлення друкованих плат є
свердління отворів. На платах середнього розміру кількість отворів може
становити кілька сотень, а на складних платах із великою кількістю
електронних компонентів – понад тисячу. Ручне свердління в таких умовах є
малопродуктивним, потребує значних витрат часу та не завжди забезпечує
необхідну точність взаємного розташування отворів. Тому автоматизація
свердління є одним із ключових напрямів удосконалення технології
виготовлення друкованих плат.
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
40
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Традиційні методи виготовлення друкованих плат мають суттєвий
недолік: перед свердлінням заготовки часто потрібно покривати захисним
шаром, щоб запобігти механічному пошкодженню рисунка друкованих
провідників. Після свердління, хімічного міднення та подальших операцій цей
захисний шар необхідно видаляти. Такі додаткові операції збільшують
трудомісткість процесу, подовжують виробничий цикл і порушують його
безперервність. У результаті ускладнюється створення повністю
автоматизованої потокової лінії виготовлення друкованих плат.
Під час ручного виготовлення плат послідовність операцій зазвичай є
жорстко визначеною: спочатку формується рисунок друкованих провідників,
а вже потім виконуються отвори, оскільки саме рисунок показує місця їх
розташування. Проте така схема не є оптимальною для автоматизованого
виробництва. Вона потребує додаткового захисту поверхні плати перед
свердлінням і створює зайві технологічні переходи.
Більш раціональним є застосування верстатів із числовим програмним
керуванням, які дозволяють автоматично виконувати свердління отворів за
заданою програмою. У цьому випадку координати кожного отвору задаються
у цифровому вигляді, а верстат автоматично переміщує інструмент у потрібні
точки. Це забезпечує високу точність, скорочує час виконання операції та
зменшує вплив людського фактора.
Застосування числового програмного керування дає змогу змінити саму
послідовність виготовлення друкованої плати. Отвори можна свердлити й
металізувати ще до нанесення світлочутливого шару та формування рисунка
друкованих провідників. Завдяки цьому відпадає потреба в попередньому
покритті плати захисним лаком перед свердлінням і його подальшому
видаленні після хімічного міднення. Такий підхід робить процес більш
придатним для автоматизації.
Метод, за якого спочатку виконують отвори, а потім за ними суміщають
фотошаблон із майбутнім рисунком провідників, називають методом базового
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
41
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

отвору. Його суть полягає в тому, що просвердлені й підготовлені отвори
використовують як орієнтири для точного суміщення заготовки з
фотошаблоном. Це підвищує точність подальшого формування рисунка
друкованих провідників і спрощує організацію послідовного виробничого
процесу.
Подальше оброблення плати після свердління та металізації отворів
виконується за типовою технологічною схемою. На провідники та контактні
площадки осаджують шар міді, наносять захисне покриття, після чого
видаляють світлочутливий шар і витравлюють зайву фольгу. За умови
правильної організації виробництва ці операції можуть виконуватися
послідовно на автоматичній потоковій лінії без значних перерв між окремими
етапами.
Важливе значення для автоматизації виготовлення друкованих плат має
застосування плівкових фоторезистів. На відміну від рідких світлочутливих
матеріалів, плівковий фоторезист має рівномірну товщину, зручний для
нанесення на заготовку та забезпечує чітке формування захисного рисунка.
Зазвичай він складається із захисної плівки, шару світлочутливого матеріалу
та прозорої плівки, через яку здійснюється експонування.
Перед нанесенням плівкового фоторезисту з нього видаляють запобіжну
плівку, після чого матеріал притискають до поверхні заготовки спеціальними
валиками. Завдяки липкому шару фоторезист рівномірно приклеюється до
плати. Далі на нього накладають фотошаблон і виконують експонування
ультрафіолетовим випромінюванням. Після цього захисну плівку знімають, а
світлочутливий шар проявляють, утворюючи рисунок майбутніх провідників.
Використання плівкового фоторезисту має кілька переваг. По-перше,
скорочується тривалість операцій формування захисного рельєфу. По-друге,
підвищується якість країв провідників і контактних площадок. По-третє,
зменшується кількість дефектів, пов’язаних із нерівномірним нанесенням
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
42
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

світлочутливого шару. Загалом застосування плівкових фоторезистів дозволяє
скоротити виробничий цикл приблизно на 20–30%.
Автоматизація хімічних і гальванічних процесів також є важливою
складовою виготовлення друкованих плат. До таких процесів належать
очищення, травлення, хімічне міднення, гальванічне нарощування міді,
промивання та сушіння. Для їх виконання застосовують автоматизовані лінії,
у яких заготовки послідовно переміщуються між робочими ваннами, а час
обробки, температура розчинів і порядок операцій задаються програмою.
Сучасні автоматизовані лінії для виготовлення друкованих плат часто
будують за модульним принципом. Це означає, що виробнича лінія
складається з окремих функціональних модулів, кожен із яких виконує певну
операцію: промивання, травлення, міднення, сушіння, нанесення покриття або
контроль. Завдяки модульній побудові можна змінювати склад лінії залежно
від типу друкованих плат і вимог конкретного технологічного процесу.
Переміщення заготовок між модулями може здійснюватися
автоматичним транспортним пристроєм. Він завантажує плати, переносить їх
з однієї позиції на іншу, витримує заданий час обробки та вивантажує готові
заготовки після завершення процесу. Керування таким пристроєм виконується
за програмою, що забезпечує точне дотримання технологічної послідовності.
Застосування автоматизованих ліній дозволяє підвищити продуктивність
виготовлення друкованих плат, зменшити кількість ручних операцій і
поліпшити якість продукції. У таких умовах оператор виконує переважно
функції підготовки, нагляду, контролю та обслуговування обладнання, тоді як
основні технологічні операції здійснюються автоматично.
Узагальнено автоматизований процес виготовлення друкованих плат
представлено на рис.6.1.
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
43
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Рисунок 6.1 – Автоматизований процес виготовлення друкованих плат

Отже, автоматизація виготовлення друкованих плат спрямована на
скорочення трудомісткості, підвищення точності, зменшення кількості
допоміжних операцій і забезпечення безперервності технологічного процесу.
Найважливішими засобами такої автоматизації є верстати з числовим
програмним керуванням для свердління отворів, метод базового отвору,
плівкові фоторезисти, автоматизовані хімічні та гальванічні лінії, а також
модульна побудова виробничого обладнання. Використання цих рішень
створює умови для потокового виробництва друкованих плат із високою
точністю, стабільною якістю та підвищеною продуктивністю.
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
44
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

6.3. Технологія монтажу SMD елементів
Технологія монтажу SMD-елементів є одним із найпоширеніших
способів виготовлення сучасної електронної апаратури. Її сутність полягає в
тому, що електронні компоненти встановлюються безпосередньо на поверхню
друкованої плати, а їхні виводи або металізовані контактні ділянки
припаюються до спеціально підготовлених контактних майданчиків. На
відміну від традиційного монтажу, де виводи елементів проходять крізь
отвори в платі, поверхневий монтаж дозволяє суттєво зменшити габарити
виробу, підвищити щільність розміщення компонентів і забезпечити більшу
технологічність складання електронних пристроїв.
Основною конструктивною ознакою поверхневого монтажу є
розміщення елементів на одній або двох сторонах друкованої плати без
використання наскрізного встановлення більшості компонентів. Для цього на
платі передбачають контактні майданчики, комутаційні доріжки, перехідні
отвори, захисну паяльну маску та маркування для орієнтації компонентів. Така
конструкція дає змогу зменшити довжину електричних з’єднань, покращити
електричні характеристики пристрою та підвищити надійність роботи
електронного вузла.
До SMD-елементів належать резистори, конденсатори, діоди,
транзистори, мікросхеми, котушки індуктивності, кварцові резонатори,
світлодіоди та інші компоненти, призначені для встановлення на поверхню
плати. Вони мають менші розміри порівняно з вивідними елементами, що
дозволяє створювати компактні електронні пристрої. Саме тому технологія
поверхневого монтажу широко використовується у виробництві побутової
техніки, засобів зв’язку, комп’ютерної техніки, систем керування,
вимірювальних приладів, медичного обладнання та промислової електроніки.
Друкована плата для поверхневого монтажу повинна відповідати
підвищеним вимогам щодо точності виготовлення. Особливе значення мають
розміри контактних майданчиків, ширина провідників, відстань між
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
45
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

доріжками, якість захисного покриття, площинність поверхні та
термостійкість матеріалу. У разі неточного виготовлення плати можуть
виникати дефекти паяння, зміщення компонентів, короткі замикання або
ненадійний електричний контакт.
Під час проєктування плати необхідно враховувати розміри
компонентів, спосіб їх розміщення, кількість шарів плати, тепловиділення
окремих елементів, електричні навантаження та можливість подальшого
контролю й ремонту. Для простих пристроїв можуть використовуватися
односторонні або двосторонні плати, а для складніших електронних виробів –
багатошарові плати, у яких окремі шари призначені для сигналів, живлення та
спільного провідника.
Поверхневий монтаж може бути чистим або змішаним. За чистого
поверхневого монтажу всі елементи встановлюються на поверхню друкованої
плати. За змішаного монтажу частина компонентів установлюється на
поверхню, а частина – традиційним способом через отвори, табл.6.3.

Таблиця 6.3 – Порівняння традиційного та поверхневого монтажу
Ознака Традиційний монтаж Поверхневий монтаж
Спосіб установлення Виводи проходять Елементи встановлюються
елементів крізь отвори плати на поверхню плати
Габарити виробу Більші Менші
Щільність монтажу Нижча Вища
Можливість
Обмежена Висока
автоматизації
Вимоги до точності Помірні Підвищені
Потребує спеціального
Ремонтопридатність Зазвичай простіша
обладнання та навичок
Силові вузли, Сучасна електроніка,
Типові сфери
навчальні макети, мобільні пристрої,
застосування
ремонтна техніка промислові плати

Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
46
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Змішаний монтаж застосовують тоді, коли у виробі є великогабаритні
елементи, силові компоненти, роз’єми, трансформатори, реле або інші деталі,
які складно або недоцільно виконувати у поверхневому корпусі.
Технологічний процес монтажу SMD-елементів складається з кількох
послідовних операцій. До основних етапів належать підготовка друкованої
плати, нанесення паяльної пасти, встановлення компонентів, паяння,
очищення плати, контроль якості та, за потреби, ремонт або доопрацювання
вузла. Кожен етап має важливе значення, оскільки дефект, допущений на
ранній операції, може призвести до несправності всього електронного
пристрою.
Першим етапом є підготовка друкованої плати. На цьому етапі
перевіряють якість плати, відсутність механічних пошкоджень, правильність
контактних майданчиків, чистоту поверхні та відповідність конструкції
технічній документації. За потреби плату очищають від забруднень, пилу,
залишків технологічних матеріалів або окислів, які можуть погіршити якість
паяння.
Наступним етапом є нанесення паяльної пасти. Паяльна паста – це
спеціальна суміш дрібнодисперсного припою та флюсу, яка наноситься на
контактні майданчики плати. Вона забезпечує тимчасову фіксацію
компонентів і подальше утворення паяного з’єднання під час нагрівання.
Найчастіше паяльну пасту наносять за допомогою трафарету, що дозволяє
забезпечити однакову кількість пасти на кожному контактному майданчику.
Якість нанесення паяльної пасти значною мірою визначає якість усього
монтажу. Якщо пасти недостатньо, може утворитися слабке або неповне паяне
з’єднання. Якщо пасти занадто багато, можливе утворення перемичок між
сусідніми контактами, що призводить до коротких замикань. Тому важливими
є точність трафарету, рівномірність нанесення, чистота плати та правильний
вибір параметрів процесу.
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
47
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Після нанесення пасти виконують установлення SMD-елементів на
плату. У промислових умовах ця операція здійснюється автоматичними
монтажними машинами, які з високою точністю беруть компоненти з
подавачів і встановлюють їх у задані місця на платі. У дрібносерійному
виробництві, під час ремонту або виготовлення дослідних зразків монтаж
може виконуватися вручну з використанням пінцета, мікроскопа, дозатора
пасти та паяльної станції, рис.6.2.

Рисунок 6.2 – Узагальнена послідовність монтажу SMD-елементів

Установлення компонентів потребує високої точності, оскільки навіть
невелике зміщення може спричинити неправильне паяння. Особливо це
важливо для мікросхем із малим кроком виводів, дрібних пасивних
компонентів і багатоконтактних корпусів. Для підвищення точності
використовують системи оптичного контролю, збільшувальні пристрої та
автоматичне розпізнавання положення компонента.
Паяння є центральною операцією технології поверхневого монтажу. Під
час паяння паяльна паста нагрівається, припій розплавляється, змочує
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
48
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

контактні майданчики та виводи компонентів, після чого під час охолодження
утворюється міцне електричне й механічне з’єднання. Найпоширенішим
способом є паяння в печі оплавлення, де плата проходить через кілька
температурних зон.
Температурний режим паяння має бути ретельно підібраний. Якщо
температура буде недостатньою, припій може не розплавитися повністю, що
призведе до слабкого контакту. Якщо температура буде надмірною, можливе
пошкодження компонентів, перегрівання плати або погіршення властивостей
матеріалів. Тому для кожного типу паяльної пасти й компонентів задається
відповідний температурний профіль.
Після паяння може виконуватися очищення плати. Воно потрібне для
видалення залишків флюсу, пилу або інших забруднень, які можуть впливати
на електричні характеристики виробу. У деяких випадках застосовують
паяльні пасти, після яких очищення не є обов’язковим, однак для
відповідальної апаратури контроль чистоти плати залишається важливим.
Контроль якості є обов’язковою частиною технологічного процесу.
Через малі розміри компонентів традиційний візуальний огляд не завжди дає
змогу виявити всі дефекти. Тому застосовують оптичний контроль,
збільшувальні прилади, мікроскопи, електричне тестування, а для складних
плат – рентгенівський контроль прихованих з’єднань. Особливо це важливо
для мікросхем, у яких контакти розташовані під корпусом і не доступні для
звичайного огляду.
Основними дефектами поверхневого монтажу є зміщення компонентів,
недостатня кількість припою, надлишок припою, короткі замикання між
контактами, неповне змочування, тріщини у паяних з’єднаннях, неправильна
орієнтація елементів або відсутність компонента на платі, табл.6.4. Такі
дефекти можуть виникати через помилки під час нанесення пасти,
неправильне встановлення компонентів, порушення температурного режиму
або недостатню якість плати.
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
49
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Таблиця 6.4 – Типові дефекти під час монтажу SMD-елементів
Дефект Можлива причина Наслідок
Зміщення Неточне встановлення або Поганий контакт або
компонента нерівномірна паста коротке замикання
Недостатня кількість
Мала товщина шару пасти Ненадійне з’єднання
припою
Перемички між
Надлишок припою Надмірне нанесення пасти
контактами
Неправильна
Помилка монтажу Несправність пристрою
орієнтація елемента
Перегрівання Неправильний
Пошкодження елемента
компонента температурний режим
Недостатня температура Нестабільний
Холодне паяння
або забруднення електричний контакт

Ремонт виробів, виготовлених за технологією поверхневого монтажу,
потребує спеціальних інструментів і навичок. Для демонтажу та заміни
компонентів використовують паяльні станції з регулюванням температури,
гаряче повітря, нижній підігрів, флюси, пінцети та оптичне збільшення.
Ремонт необхідно виконувати обережно, щоб не пошкодити контактні
майданчики, доріжки або сусідні компоненти.
Перевагами технології поверхневого монтажу є зменшення розмірів
електронного виробу, підвищення щільності розміщення елементів,
можливість автоматизованого складання, зниження маси виробу та
покращення електричних характеристик за рахунок коротших з’єднань. Крім
того, така технологія дає змогу виготовляти складні електронні пристрої
великими партіями з високою повторюваністю якості.
Водночас технологія має певні недоліки. Вона потребує точного
обладнання, якісних матеріалів, дотримання температурних режимів і високої
культури виробництва. Дрібні компоненти складніше монтувати та
ремонтувати вручну, а дефекти не завжди можна виявити простим оглядом.
Тому для надійного виготовлення електронних вузлів необхідно поєднувати
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
50
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

правильне проєктування плати, якісні матеріали, точний монтаж і
багатоступеневий контроль.
Для дипломного проєктування важливо враховувати, що вибір
технології монтажу залежить від призначення пристрою, складності схеми,
умов експлуатації, габаритних обмежень і можливостей виробництва. Якщо
пристрій має бути компактним, легким і серійним, доцільно застосовувати
поверхневий монтаж. Якщо ж у схемі є силові елементи, роз’єми або
компоненти, які зазнають значних механічних навантажень, може бути
доцільним змішаний варіант монтажу.
Отже, технологія монтажу SMD-елементів є сучасним і ефективним
способом виготовлення електронних вузлів. Вона забезпечує компактність,
технологічність, високу щільність розміщення компонентів і можливість
автоматизованого виробництва. Надійність готового виробу залежить від
правильного проєктування друкованої плати, точного нанесення паяльної
пасти, якісного встановлення компонентів, дотримання режимів паяння та
ретельного контролю якості після складання.

6.4.Особливості контролю та ремонту виробів з поверхневим монтажем
Контроль якості виробів, виготовлених за технологією поверхневого
монтажу, є одним із найважливіших етапів технологічного процесу. Це
пояснюється малими розмірами SMD-компонентів, високою щільністю їх
розміщення на друкованій платі, невеликим кроком між контактами та
складністю візуального виявлення дефектів. Якщо для традиційного монтажу
багато недоліків можна встановити звичайним оглядом, то у виробах з
поверхневим монтажем значна частина дефектів потребує застосування
збільшувальних приладів, автоматизованого оптичного контролю,
електричного тестування або спеціального діагностичного обладнання.
Контроль виробів з поверхневим монтажем доцільно виконувати не лише
після завершення складання, а на кількох основних етапах технологічного
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
51
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

процесу. Найбільш важливими є перевірка якості друкованої плати до
монтажу, контроль нанесення паяльної пасти, перевірка правильності
встановлення компонентів, контроль якості паяння та остаточне електричне
або функціональне випробування готового виробу. Такий поетапний підхід
дозволяє своєчасно виявляти дефекти й запобігати накопиченню помилок на
наступних операціях.
Одним із перших етапів контролю є перевірка друкованої плати. На цьому
етапі оцінюють якість контактних майданчиків, цілісність провідників,
відсутність механічних пошкоджень, забруднень, залишків технологічних
матеріалів, коротких замикань і розривів. Особливу увагу приділяють платам
із дрібним кроком провідників, оскільки навіть незначні дефекти можуть
призвести до нестабільної роботи електронного пристрою.
Наступним важливим етапом є контроль нанесення паяльної пасти.
Якість паяльної пасти безпосередньо впливає на утворення надійного
електричного та механічного з’єднання. Якщо пасти нанесено недостатньо,
контакт може бути слабким або неповним. Якщо пасти занадто багато, виникає
ризик утворення перемичок між сусідніми контактами. Тому перевіряють
рівномірність шару пасти, її розташування відносно контактних майданчиків,
наявність пропусків, надлишків або зміщень.
Після нанесення пасти виконується контроль правильності встановлення
SMD-компонентів. На цьому етапі перевіряють наявність усіх елементів, їхню
орієнтацію, відповідність номіналів і точність позиціонування. Типовими
помилками є зміщення компонента, поворот на неправильний кут,
установлення елемента не на своє місце або його повна відсутність. Такі
дефекти особливо небезпечні для мікросхем, діодів, світлодіодів, транзисторів
та інших полярних компонентів.
Після паяння здійснюється контроль паяних з’єднань. Основними
дефектами на цьому етапі є недостатнє змочування контактів, тріщини,
пористість припою, перемички між виводами, зміщення компонента під час
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
52
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

оплавлення, перегрівання елемента або утворення так званого «холодного»
паяння. Якість паяння визначає надійність усього електронного вузла, тому
цей етап є обов’язковим для відповідальних виробів.
Для контролю якості виробів з поверхневим монтажем застосовують різні
методи. Найпростішим є візуальний огляд із використанням лупи або
мікроскопа. Такий спосіб підходить для дрібносерійного виробництва,
ремонту або перевірки дослідних зразків. Проте за великої щільності монтажу
й великої кількості компонентів ручний контроль стає малоефективним,
оскільки потребує значного часу та залежить від уважності оператора.
У промисловому виробництві широко застосовують автоматизований
оптичний контроль. Його суть полягає в тому, що спеціальна камера отримує
зображення друкованої плати, а програмне забезпечення порівнює його з
еталонним зображенням або з проєктними даними. Такий метод дозволяє
виявляти відсутні компоненти, неправильну орієнтацію, зміщення, дефекти
паяних з’єднань, надлишок або нестачу припою. Перевагою автоматизованого
оптичного контролю є висока швидкість перевірки та можливість
застосування у серійному виробництві.
Для складних електронних виробів також використовують електричний
контроль. Він дає змогу перевірити цілісність електричних з’єднань,
відсутність коротких замикань, правильність роботи окремих ланцюгів,
напруги живлення, сигнальні входи й виходи. Електричне тестування є
важливим доповненням до візуального або оптичного контролю, оскільки
деякі дефекти можуть бути непомітними зовні, але впливати на роботу
пристрою.
Окремим способом контролю є функціональне випробування готового
виробу. У цьому випадку пристрій перевіряють у режимах, наближених до
реальної експлуатації. Наприклад, перевіряють правильність увімкнення,
стабільність роботи, реакцію на вхідні сигнали, роботу індикаторів, датчиків,
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
53
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

виконавчих елементів і захисних функцій. Такий контроль дозволяє оцінити
не лише якість монтажу, а й працездатність виробу загалом.
У складних електронних пристроях можуть застосовуватися вбудовані
схеми самоперевірки. Вони дають змогу автоматично оцінювати стан окремих
частин пристрою за спеціальною програмою. Перевагою такого підходу є
можливість швидкого виявлення несправності без повного розбирання виробу.
Проте його недоліком є ускладнення конструкції, збільшення кількості
елементів на платі та зменшення корисної площі для основної схеми.
Ремонт виробів з поверхневим монтажем є складнішим, ніж ремонт
виробів із традиційним монтажем. Це пов’язано з малими розмірами
компонентів, високою щільністю розміщення, чутливістю контактних
майданчиків до перегрівання та ризиком пошкодження сусідніх елементів.
Тому ремонт потребує спеціального інструменту, досвіду та акуратного
дотримання технології.
Найчастіше під час ремонту виконують демонтаж несправного
компонента, очищення контактних майданчиків, підготовку місця
встановлення, монтаж нового елемента, повторне паяння та контроль якості
ремонту. У разі неправильного виконання цих операцій можна пошкодити не
лише дефектний компонент, а й саму друковану плату, провідники, захисне
покриття або справні сусідні елементи.
Для ремонту простих SMD-компонентів, таких як резистори,
конденсатори, діоди або транзистори в невеликих корпусах, може
використовуватися мікропаяльник із тонким жалом. За його допомогою
виконують нагрівання контактів, демонтаж несправного елемента та
встановлення нового. Однак під час роботи потрібно контролювати
температуру, не допускати надмірного натискання на плату й уникати
тривалого нагрівання контактних майданчиків.
Для демонтажу складніших компонентів, зокрема мікросхем із великою
кількістю виводів, доцільно застосовувати паяльні станції з гарячим повітрям
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
54
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

або спеціальні нагрівальні насадки. Гаряче повітря рівномірно прогріває
ділянку плати, розплавляє припій на кількох контактах одночасно й дає змогу
зняти компонент без значного механічного зусилля. Для точного зняття
елемента часто використовують пінцет або вакуумний захоплювач.
Під час ремонту багатовивідних компонентів важливо забезпечити
правильне позиціонування нового елемента. Для цього використовують
мікроскоп, збільшувальну камеру або оптичну систему. Навіть невелике
зміщення мікросхеми може призвести до короткого замикання або відсутності
контакту на одному з виводів. Тому перед паянням обов’язково перевіряють
суміщення виводів із контактними майданчиками.
Після демонтажу дефектного компонента контактні майданчики
очищають від залишків припою та флюсу. Для цього використовують
спеціальні матеріали для видалення припою, флюс, очищувальні рідини та
антистатичні інструменти. Поверхня повинна бути чистою, рівною і
придатною для повторного паяння. Якщо контактний майданчик відшарувався
або пошкодився, ремонт ускладнюється і може вимагати відновлення
провідника.
Після встановлення нового компонента виконують повторний контроль.
Спочатку перевіряють зовнішній вигляд паяних з’єднань, відсутність
перемичок, правильність орієнтації та чистоту плати. Потім проводять
електричну перевірку, а в разі потреби — функціональне випробування
виробу. Лише після цього пристрій можна вважати придатним до подальшого
використання.
Важливою умовою якісного ремонту є дотримання температурного
режиму. Надмірне нагрівання може пошкодити корпус компонента,
контактний майданчик або внутрішні шари плати. Недостатнє нагрівання,
навпаки, може призвести до неповного розплавлення припою й утворення
ненадійного контакту. Тому обладнання для ремонту повинно мати
регулювання температури й забезпечувати рівномірний нагрів.
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
55
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Особливу увагу слід приділяти захисту компонентів від статичної
електрики. Деякі електронні елементи можуть пошкоджуватися навіть від
невеликого електростатичного розряду. Тому під час ремонту бажано
використовувати антистатичний браслет, антистатичний килимок, заземлений
інструмент і відповідну організацію робочого місця.
У випадках, коли вартість електронного вузла невелика, а ремонт
потребує значного часу або ризикує пошкодити плату, економічно
доцільнішою може бути повна заміна модуля. Такий підхід часто
застосовують у масовій побутовій техніці, малогабаритних пристроях або
недорогих електронних блоках. Проте для складної, дорогої або унікальної
апаратури ремонт окремих компонентів може бути виправданим.
Отже, контроль і ремонт виробів з поверхневим монтажем потребують
більшої точності, уважності та технічної оснащеності, ніж обслуговування
виробів із традиційним монтажем. Надійність таких виробів забезпечується не
лише якісним паянням, а й поетапним контролем, правильною діагностикою,
обережним демонтажем, точним встановленням нового компонента та
повторною перевіркою після ремонту. Грамотно організований контроль і
ремонт дозволяють зменшити кількість браку, підвищити надійність
електронної апаратури та продовжити строк її експлуатації.

Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
56
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

7. Охорона праці

7.1 Аналіз небезпек та шкідливостей, які виникають при виконанні
робіт в приміщенні науково-технічного відділу
В даному розділі кваліфікаційної роботи аналізуються умови праці
спеціаліста при розробці проекту автоматизованої системи керування в
приміщенні науково-технічного відділу. Виконання цих робіт не можливе без
використання персонального комп’ютера (ПК), укомплектованого різними
периферійними пристроями та необхідними для розрахунків прикладними
програмами. Таким чином, працюючи з ПК розробник має прямий візуальний
контакт з монітором, а враховуючи те, що деякі обчислення можуть тривати
довгий час, то це в свою чергу викликає необхідність тривалого споглядання
екрану монітора комп’ютера. Тому виникає потреба раціональної та безпечної
організації праці спеціаліста при роботі з монітором.
Важливо детально проаналізувати всі небезпечні та шкідливі фактори
виробничого середовища, які можуть безпосередньо або побічно впливати на
працюючого, що призводить до зміни його продуктивності та стану здоров’я.
Проаналізуємо фактори, що впливають на здоров'я і працездатність
співробітника, який працює у відділі з комп’ютером. За рівнем фізичних
навантажень дана робота відноситься до категорії Iа.
Робоче місце співробітника є постійним і складається зі столу, на якому
встановлений персональний комп'ютер, принтер та інші периферійні пристрої
та ергономічного крісла. Науково-технічний відділ являє собою окреме
приміщення, мебльоване робочими столами у кількості 5 шт, зі встановленими
на них комп’ютерами, шафами, кріслами і стільцями. Монітори на столах
розміщені так, щоб відстань від очей користувача до екрану складала не менше
70 cм, кут зору 30о. Руки користувача розташовуються на робочому столі в
горизонтальному положенні, передбачена гарна опора для спини.
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
57
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Розміри приміщення відділу становлять: ширина – 6 м, довжина – 10 м,
висота стелі – 3 м, відповідно площа стелі складає 60 м2. Приміщення
розраховане на максимальну кількість працюючих 5 осіб. Звідси площа, яка
припадає на одну людину, дорівнює 12 м2. Об’єм приміщення складає 180 м3.
Звідси об'єм приміщення, який припадає на одного працюючого, дорівнює 36
м3, що відповідає вимогам ДБН В.2.2.28-2010.
Приміщення відділу розташоване в північній частині лівого крила
чотириповерхової цегляної будівлі. Стіни приміщення світло-рожевого
забарвлення із коефіцієнтом відбиття світла 29-38%.
На здоров’я та самопочуття співробітника відділу, під час його роботи,
в першу чергу безпосередньо впливають фактори мікроклімату в робочому
приміщенні.
Згідно з ДСН 3.3.6.042-99 нормативні значення основних факторів
мікроклімату наступні:
1. Температури повітря:
- в теплий період року – 21 - 23 °С (допустима – 20 - 28 °С). ;
- в холодний період року – 22 - 24 °С (допустима – 21 - 25 °С).
2. Вологість повітря:
- в теплий період року – 40 - 60 %;
- в холодний період року – 40 - 60 %.
3. Швидкість руху повітря:
- в теплий період року – 0,1 м/с (допустима – 0,1...0,2 м/с);
- в холодний період року – 0,1 м/с (допустима – менше 0,1 м/с).
Фактичні значення даних параметрів становлять відповідно:
1. температури повітря:
- в теплий період року – 24-25 °С ;
- в холодний період року – 18-19 °С .
2. Вологість повітря:
- в теплий період року – 50-55 %;
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
58
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

- в холодний період року – 40-42 %.
3. Швидкість руху повітря:
- в теплий період року – 0,08 м/с;
- в холодний період року – 0,07м/с.
Температура повітря в холодний період року не відповідає нормативним
вимогам.
У відділу в холодний період року функціонує система централізованого
водяного опалення, яка не забезпечує підтримання нормативної температури
повітря і тому, не відповідаючи ДБН В.2.5.67-2013 «Опалення, вентиляція та
кондиціювання», потребує модернізації. Для її забезпечення пропонується
використати сучасні опалювальні радіатори.
Природне освітлення приміщення відділу є однобічним, з північною
орієнтацією віконних отворів та здійснюється через чотири вікна, розміри
яких становлять 21,80 м.
Робочі столи в приміщенні розташовані таким чином, що вікна
знаходяться збоку від працюючого. Вікна обладнані світлорозсіюючими
шторками. При цьому у полі зору працюючого забезпечується оптимальне
співвідношення яскравості робочих та навколишніх поверхонь та обмежене
відбивання світла від екрану та функціональної клавіатури.
Згідно з нормами проектування ДБН В.2.5-28-2018 «Природне і штучне
освітлення» нормування природного освітлення проводиться за допомогою
коефіцієнта природного освітлення (КПО), вираженого в відсотках, який для
даного типу зорової праці складає 1,5%. Фактичне значення КПО становить
22-25%. Тому рівень природного освітлення є достатнім.
Оскільки дослідник візуально працює з монітором, де найменший об’єкт
розрізнення являється крапка, що становить близько – 0,25 мм, то його робота
відповідає найвищому ступеню точності зорової праці. Розряд зорової праці –
IIг, що відповідає великому контрасту об’єкту розрізнення та фону.
Контрастність найменшого об’єкту розрізнення та фонів: між текстом на
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
59
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

моніторі та фоном, між текстом на аркуші паперу та аркушем, букв на
клавіатурі являється великою, що сприяє до зменшення напруги зорової праці
та зменшення загальної кількості помилок.
Приміщення відділу має штучне освітлення. При штучному освітленні
величина освітленості нормується в люксах (Лк), яка вибирається в залежності
від характеристик зорової праці з урахуванням найменшого розміру об'єкта
розрізнення, фону, контрасту об'єкта розрізнення з фоном.
Приміщення відділу обладнане світильниками типу ЛСП 02В – 2×40 у
кількості 8 шт, кожний з яких має дві люмінесцентні лампи денного світла.
Необхідна величина штучного загального освітлення для даного типу зорової
праці складає 400 лк, а фактичне значення даного параметра складає 280-320
лк. Отже, рівень штучного освітлення на робочому місці не є достатнім
відповідно до ДБН В.2.5-28-2018 «Природне і штучне освітлення». Тому
система загального штучного освітлення потребує модернізації.
Особливістю роботи співробітника відділу з монітором є підвищене
зорове напруження, що пов'язане із спостереженням за інформацією на екрані,
а також з іншими негативними факторами. Спеціаліст втомлюється від
тривалого перебування біля монітора, оскільки його органи зору підлягають
таким шкідливим факторам як: ефект миготіння дисплея, нестійкість та
нечіткість зображення, необхідності частої переадаптації очей до рівня
освітлення екрану дисплея та загального освітлення приміщення.
Шум також є важливим фактором виробничого середовища. Головним
джерелом шуму є вентилятори охолодження в системних блоках комп’ютерів
та робочий шум периферійних пристроїв. Нормативне значення
еквівалентного рівня шуму при даному видові діяльності та типу робочого
місця складає 60дБА. Фактичне значення становить 47 дБА. Відповідно до
цього дане робоче місце відповідає допустимим вимогам по даному фактору
згідно ДСН 3.3.6.037-99.
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
60
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Іншим важливим фактором виробничого середовища являється
напруженість електромагнітного поля. На робочому місці співробітник
підлягає впливу електромагнітних полів, джерелом яких є ПК та периферійні
пристрої, проте, оскільки вони в більшості є екранованими, то даний вплив
електромагнітних полів незначний і не перевищує нормативне значення,
визначене в ДСН 3.3.6.096-2002 «Державні санітарні норми та правила при
роботі з джерелами електромагнітних полів».
Умови праці співробітників відділу при роботі з комп'ютером крім стану
параметрів виробничого середовища, визначаються також характеристиками
використовуваного устаткування, якістю робочих матеріалів у робочій зоні,
конструкцією робочих меблів та її розмірними характеристиками. Тип
робочого крісла обирається у відповідності ДСТУ 7951:2015 та в залежності
від тривалості роботи: при тривалій - масивне, при короткочасній - крісло
легкої конструкції, яке легко пересувати. Ширина столу 1,2 м, усі предмети,
що знаходяться на ньому розташовані на відстані не більш 75 см від
працівника, отже вони знаходяться в робочій зоні. Висота столу 74 см; висота
стільця 45-50 см.
Робоча поза працюючого безпосередньо пов’язана з тривалим
очікуванням закінчення обрахунків комп’ютером, що в свою чергу призводить
до періодичного перебування в незручній, фіксованій позі до 25% від загальної
тривалості роботи.
До психологічного навантаження доцільно віднести роботу дослідника з
великим обсягом інформації та великою розумовою активністю. Його
діяльність характеризується тривалим тривожним очікуванням вірних
результатів, що виснажує людину більш ніж сама робота. Однотипність даних
на екрані та очікування закінчення розрахунків може привести до додаткового
виснаження ресурсів організму, швидке стомлення, значне зниження
працездатності.
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
61
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Ступінь складності завдання полягає в виконанні обчислень, обробці
отриманих результатів, визначаючи їх вірність та коректність, що відповідає
допустимому класові умов праці.
Приміщення відділу відноситься до приміщень без підвищеної
небезпеки ураження працівників електричним струмом. Обладнання,
встановлене в ньому живиться напругою 220 В і споживає потужність більше
ніж 3 кВт. Оскільки комп’ютери мають металевий корпус, тому згідно
ДНАОП 0.00-1.32-01 «Правила будови електроустановок. Електрообладнання
спеціальних установок» та ДСТУ Б В.2.5-82:2016 усі корпуси обладнання
під'єднані до загальної системи захисного заземлення.
Приміщення відділу відноситься до приміщень з категорією
пожежобезпеки типу В, згідно з ДСТУ Б В.1.1-38:2016. У відділу
забезпечуються всі необхідні заходи щодо протидії виникнення
пожежонебезпечних ситуацій згідно з та НАПБ А.01.001-2014 «Правила
пожежної безпеки України». План евакуації розміщений на стіні з вільним
доступом до неї. Для попередження пожеж в ній використовується електрична
пожежна сигналізація променевого типу та теплові датчики типу (ИП-105-2)
у кількості 6 шт у відповідності з ДБН В.2.5.56-2014. Приміщення обладнане
вуглекислотним вогнегасником ВВК-5, який знаходиться у зручному місці,
відповідно до Правил експлуатації вогнегасників.
Для підвищення продуктивності праці необхідна правильна організація
режиму роботи дослідника. Аналізуючи специфіку роботи, йому цілком
достатньо чотирьох годин на добу для проведення розрахунків на комп'ютері
у світлий час доби, коли освітлення повністю задовольняє вимогам стандарту
(ДБН В.2.5-28-2018), а в іншу частину дня необхідно аналізувати отримані
результати та проводити підготовку нових даних для подальших розрахунків.
Для зняття напруженості органів зору необхідно щогодини робити перерву.
Отже, оскільки рівень штучного освітлення на робочому місці не відповідає
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
62
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

ДБН В.2.5-28-2018 «Природне і штучне освітлення» система загального
штучного освітлення потребує модернізації.

7.2 Модернізація системи загального штучного освітлення
Світлодіодні світильники сьогодні є пріоритетним рішенням у системах
загального штучного освітлення приміщень завдяки високій
енергоефективності, довговічності та екологічній безпечності. Їх застосування
охоплює житлові, адміністративні, промислові та громадські будівлі, де
важливими є якість освітлення та економія енергоресурсів.
Основною перевагою світлодіодних джерел світла є низьке споживання
електроенергії. У порівнянні з лампами розжарювання та люмінесцентними
лампами світлодіоди забезпечують значно вищу світлову віддачу, що дозволяє
зменшити витрати електроенергії на 50–80 %. Це особливо актуально в умовах
зростання вартості енергоресурсів та необхідності впровадження
енергоощадних технологій.
Важливою характеристикою світлодіодних світильників є тривалий
термін експлуатації, який може перевищувати 50 тисяч годин роботи. Завдяки
цьому суттєво зменшуються витрати на технічне обслуговування та заміну
освітлювального обладнання. Крім того, світлодіоди стійкі до механічних
впливів і частих циклів увімкнення та вимкнення, що підвищує надійність
систем освітлення.
Світлодіодне освітлення також характеризується високою якістю
світлового потоку. Сучасні LED-світильники забезпечують рівномірне
освітлення приміщень, мають широкий діапазон колірної температури та
високий індекс передачі кольору. Це позитивно впливає на зоровий комфорт
людини, працездатність і безпеку праці.
Ще однією перевагою є екологічність світлодіодних джерел світла. Вони
не містять ртуті та інших небезпечних речовин, характерних для
люмінесцентних ламп, а також мають нижчий рівень тепловиділення. Це
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
63
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

сприяє зменшенню негативного впливу на навколишнє середовище та
покращенню умов експлуатації приміщень.
Таким чином, використання світлодіодних світильників у сучасних
системах загального штучного освітлення є технічно та економічно
доцільним. Їх упровадження забезпечує підвищення енергоефективності,
покращення якості освітлення та зниження експлуатаційних витрат, що
відповідає сучасним вимогам сталого розвитку й енергозбереження.
Розрахунок штучного освітлення виконується методом коефіцієнту
використання світлового потоку. Основною задачею розрахунку штучного
освітлення є визначення необхідної кількості світильників для забезпечення
нормативного рівня штучного освітлення за формулою:
�� ∙��∙��∙К
N = н з (7.1)
��л∙��
де Ен – нормоване освітлення, лк (ДБН В.2.5-28-2018); Кз – коефіцієнт запасу,
який враховує зниження освітлення в процесі експлуатації (для заданого
приміщення Кз = 1,4); S = А·В – освітлюєма площа приміщення, (А – довжина
приміщення, В – ширина приміщення); z – коефіцієнт мінімального
освітлення; z = 1,05 (для світлодіодних світильників); Fл – світловий потік
світильника;  – коефіцієнт використання, відн. од.
Для визначення нормованого освітлення – Ен, визначаємо:
- самі дрібні деталі зображення (найменші об’єкти розрізнення), які
містяться на перелічених предметах: розділові знаки в книжках. Орієнтовно
оцінюємо їх розмір у 0,15...0,3 мм;
- характеристику фона – поверхні, на якій розглядається найменший
об’єкт розрізнення, в залежності від коефіцієнта відбиття поверхні ρ. Фон є
світлим (ρ > 0,4), оскільки в основному маємо справу з написами на білому
фоні, як в книзі так і на екрані монітору. Для вказаного фону коефіцієнт
відбиття поверхні ρ = 0,9;
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
64
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

- контраст об’єкта розрізнення з фоном, тобто наскільки чітко
сприймається найменший об’єкт розрізнення на вищерозглянутому фоні.
Контраст є великим (між білим і чорним).
Користуючись ДБН В.2.5-28-2018 визначаємо, що розмір обраного
найменшого об’єкта розрізнення відноситься до діапазону розмірів в межах
0,15-0,3мм, що відповідає IІг розряду зорової праці.
Нормативне значення штучного загального освітлення Ен з врахуванням
характеристики фону та контрасту складає: Ен = 400 лк.
Відповідно типу приміщення приймаємо тип світильника в залежності
від умов середовища і типу приміщення. Обираємо вбудовану світлодіодну
панель FLF-87 36W NW 180 pcs SMD2835.
Корпус її виготовлений з алюмінію, нижня частина – з напівпрозорого
акрилу, служить розсіювачем світла, який не пожовтіє з часом. Виконана
світлодіодна панель у формі квадрата, всередині знаходиться блок
світлодіодів. Вони розташовані по периметру панелі, завдяки чому вона буде
розсіювати світло рівномірно. Світлодіоди набагато міцніше звичайних
лампочок розжарювання або люмінесцентних лампочок, вони не мають тонкої
нитки розжарювання, не мерехтять. Панель обладнана 180 світлодіодами
потужністю 36 W, які випромінюють нейтральне біле світло. Світловий потік
становить 85-90 лм на Вт, а кут розсіювання світла – 120°. LED-панель не
випромінює інфрачервоні й ультрафіолетові промені, не містить ртуть та
інших шкідливих для організму речовини. Світлодіодна панель має сучасний
дизайн в стилі хай-тек: скромні кольори, правильна форма, відсутність
додаткових декоративних елементів. У комплект до світлодіодної панелі
входять блок живлення, інсталяційні пружини, інструкція. Монтується як
звичайний растровий світильник в стелі «армстронг» або ж безпосередньо на
стелю як накладний або врізний. Працює панель від низької напруги через
блок живлення. Створює якісне, розсіяне світло без сліпучого ефекту.
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
65
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Забезпечує комфортні умови освітлення і сучасний зовнішній вигляд
приміщень.

Рисунок 7.1 – Світлодіодна панель FLF-87 36W NW 180 pcs SMD2835

Технічні характеристики світильника:
- вид – світлодіодні;
- потужність – 36W;
- тип лампи – вбудовані LED;
- кількість джерел світла – 1;
- колір – білий;
- індекс передачі кольору – >75Ra;
- відтінок (колір) світіння – нейтральний (4000-4700K);
- кількість світлодіодів – 180;
- світловий потік – 3400 лм;
- кут розсіювання – 120°;
- матеріал – метал;
- монтаж – Армстронг;
- напруга – 220 В;
- напрямок світла – вниз;
- світлова віддача – 85-90lm/W;
- серія – FLF-87;
- тип світлодіода – SMD 2835;
- ступінь захисту оболонки – IP20;
- габарити: ширина – 600, висота – 10, довжина – 600.
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
66
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

За формулою (5.1) розраховуємо кількість світильників N:
��н ∙ �� ∙ �� ∙ Кз 400 ∙ 36 ∙ 1,05 ∙ 1,4
�� = = = 7,15
��л ∙ �� 3400 ∙ 0,87
Отже, кількість світильників, які планується встановити у приміщенні
дорівнює восьми. Необхідно розташувати світильники рівномірно на усій
площі стелі заданого приміщення з врахуванням габаритних розмірів
приміщення та світильників. При цьому, оскільки кількість світильників
відповідає наявній, рекомендується нові встановити на існуючі місця
розташування.

Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
67
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Висновки

1. У результаті виконання кваліфікаційної роботи проведено пошук та
аналіз інформаційних джерел щодо принципів роботи іонно-плазмових
установок, особливостей їх автоматизації, контролю технологічних
параметрів і забезпечення безпечної експлуатації. Встановлено, що керування
такими установками потребує автоматичного контролю послідовності
запуску, підтримання заданих режимів роботи, контролю тиску, струму,
напруги, температури, подачі робочого газу та стану охолодження. Тому
розроблення автоматизованої системи керування іонно-плазмовою
установкою є актуальним технічним завданням.
2. Розроблено структурну схему автоматизованої системи керування
іонно-плазмовою установкою, яка включає основні функціональні блоки: блок
живлення, керувальний мікроконтролерний модуль, датчики контролю
технологічних параметрів, виконавчі пристрої, елементи індикації, блоки
захисту та вузли зв’язку з оператором. Запропонована структура забезпечує
можливість поетапного керування роботою установки: підготовку
обладнання, перевірку камери, відкачування повітря, подачу робочого газу,
запуск плазмового розряду, оброблення виробу, охолодження та завершення
процесу.
3. Виконано розрахунок основних елементів і вузлів схеми керування,
зокрема модуля живлення, елементів узгодження сигналів, виконавчих
ланцюгів та захисних елементів. Обґрунтовано вибір компонентів для
забезпечення стабільної роботи системи, розроблено алгоритм
функціонування керувального пристрою та створено програмне забезпечення
для реалізації основних режимів автоматизованого керування іонно-
плазмовою установкою.
4. Розроблено технологічні рішення для виготовлення електронного
вузла системи керування, зокрема підготовлено схему електричну
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
68
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

принципову, друковану плату, компонування елементів і складальну
документацію. Визначено особливості монтажу електронних компонентів,
контролю якості паяних з’єднань і перевірки працездатності зібраного
пристрою.
5. Проаналізовано небезпечні та шкідливі фактори, що можуть виникати
під час експлуатації іонно-плазмової установки, зокрема дію високої напруги,
нагрівання елементів, роботу вакуумної системи, можливість аварійних
режимів та вплив електромагнітних і теплових факторів. Запропоновано
заходи щодо модернізації системи загального штучного освітлення.
6. Отримані результати підтверджують, що запропонована
автоматизована система керування дає змогу підвищити надійність, безпеку та
зручність експлуатації іонно-плазмової установки, зменшити вплив людського
фактора, забезпечити дотримання заданої послідовності технологічних
операцій і створити основу для подальшої модернізації обладнання.
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
69
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Список використаної літератури
До вступу та розділу 1
1. Nof, S. Y. (Ed.). (2023). Springer Handbook of Automation (2nd ed.). Springer
Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-96729-1
2. Patentscope Simple Search. https://patentscope.wipo.int/search/en/search.jsf.
Latest accessed: 2024/01/15.
3. Universal Decimal Classification. https://udcsummary.info/php/index.php. Latest
accessed: 2024/01/15.
4. Шевченко, В. В., & Тимчик, Г. С. (2023). Основи автоматизації
технологічних процесів: Конспект лекцій. КПІ ім. Ігоря Сікорського. URL:
https://ela.kpi.ua/items/8eb64fd7-df97-4296-acc2-e62f1bbc4ea4.
5. Хорольський, В. П., & Коренець, Ю. М. (2022). Автоматизація виробничих
процесів: Підручник. ДонНУЕТ. URL: https://elibrary.donnuet.edu.ua/2815/.
6. Wrebiak, D. (2026). Practical PLC Programming for Beginners: A Hands-On
Guide to Learning PLC Programming with CODESYS. Apress.
https://doi.org/10.1007/979-8-8688-2430-2.
7. Yurish, S. Y. (Ed.). (2024). Smart Manufacturing & Automation Control Systems
for Industry 4.0/5.0. MDPI Books. https://doi.org/10.3390/books978-3-7258-
1872-3.
8. Xu, Z., & Xiong, F. F. (2017). Plasma Surface Metallurgy: With Double Glow
Discharge Technology—Xu-Tec Process. Springer. https://doi.org/10.1007/978-
981-10-5724-3.
9. Hussein, R. O., & Yerokhin, A. (Eds.). (2025). Plasma Electrolytic Oxidation –
Fundamentals, Advances and Applications. Springer.
https://doi.org/10.1007/978-3-031-92429-3.
10. Yurish, S. Y. (Ed.). (2024). Automation Control Systems & Process Control for
Industry 4.0. MDPI Books. https://doi.org/10.3390/books978-3-7258-1870-9.
11. Sheikin, S. (2025). Ion-plasma multilayer and multicomponent coatings. Kyiv:
PH “Akademperiodyka”. https://doi.org/10.15407/akademperiodyka.549.174.
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
70
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

12. Xu, Z., & Xiong, F. F. (2017). Plasma surface metallurgy: With double glow
discharge technology—Xu-Tec process. Springer Singapore.
https://doi.org/10.1007/978-981-10-5724-3.
13. Hussein, R. O., & Yerokhin, A. (Eds.). (2025). Plasma electrolytic oxidation:
Fundamentals, advances and applications. Springer. https://doi.org/10.1007/978-
3-031-92429-3.
14. Ružbarský, J., & Panda, A. (2017). Plasma and thermal spraying. Springer
Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-319-46273-8.
15. Thakur, L., & Vasudev, H. (Eds.). (2021). Thermal spray coatings. CRC Press.
https://doi.org/10.1201/9781003213185.
16. Szewczyk, R., Zieliński, C., Kaliczyńska, M., & Bučinskas, V. (Eds.). (2023).
Automation 2023: Key Challenges in Automation, Robotics and Measurement
Techniques. Lecture Notes in Networks and Systems, 630. Springer Cham.
https://doi.org/10.1007/978-3-031-25844-2.
До розділу 5
17. Будіщев М.С. Електротехніка, електроніка та мікропроцесорна техніка:
Львів, “Афіша”, 2001. – 424 с.
18. Андронік Буняк. Електроніка та мікросхемотехніка: навчальний посібник
для вищих учбових закладів. — Київ, Тернопіль: 2001.
19. Колонтаєвський Ю.П., Сосков А.Г. Промислова електроніка та
мікросхемотехніка: теорія і практикум. За ред. А.Г. Соскова. — К.,
Каравела, 2003. — 368 с.
20. Стахів П.Г., Коруд В.І. Основи електроніки з елементами
мікроелектроніки. Магнолія плюс, — Львів: 2006.
До розділу 6
21. Нормування показників надійності технічних засобів: навчальний
посібник / О. М. Васілевський, О. Г. Ігнатенко. – Вінниця: ВНТУ, 2013. –
160 с.
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
71
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

22. Васілевський О.М., Поджаренко В.О. Практикум з метрологічного нагляду
за засобами вимірювань: Навчальний посібник. – Вінниця: ВНТУ, 2008. –
87 с.
23. Володарський Є.Т., Кошева Л.О. Статистична обробка даних: Навчальний
посібник. – К.: НАУ, 2008. – 308 с.
24. Васюра А.С. Елементи та пристрої систем управління і автоматики:
Навчальний посібник. – Вінниця: ВДТУ, 1999. – 157 с.
25. Федун І.В. Основи теорії надійності та контролю якості виробів
електронної техніки. – Вінниця: ВДТУ, 2003. – 71 с.
26. Румбешта В.О. Технологія складання, регулювання та випробування
приладів: підручник / В.О.Румбешта; НТУУ «КПІ». - Київ: НТУУ «КПІ»,
2014. - 364 с.
27. Методи та засоби забезпечення якості складання приладів та систем:
навчальний посібник / Шевченко В.В., Осадчий О.В., Симута М.О. – К.:
НТУУ «КПІ», 2011. – 97 с.
28. Технологія приладобудування: навчальний посібник для студентів
напрямку підготовки 6.051003 «Приладобудування» приладобудівного ф-
ту / Уклад.: Автори: Шевченко В.В., Осадчий О.В., Симута М.О. – К.:
НТУУ «КПІ», 2010. – 128 с.
До розділу 7
29. Пістун І.П. Безпека життєдіяльності: Навчальний посібник.– Суми:
Видавництво “Університетська книга”, 1999.– 301 с.
30. Атаманчук П.С., Мендерецький В.В., Панчук О.П., Чорна О.Г.
Інтегрований курс безпеки життєдіяльності (теоретичні основи): Навч.
посіб. - Кам'янець-Подільський: Буйницький О.А., 2009. - 200 с.
31. Атаманчук П.С., Мендерецький В.В., Панчук О.П., Чорна О.Г. Безпека
життєдіяльності та охорона праці (Практичний курс): Навчальний
посібник. - Кам'янець-Подільський: "Думка", 2010. - 152 с.

Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
72
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

ДОДАТКИ
Додаток А
Лістинг керуючої програми мікропроцесора схеми керування (Python)
import time
class LCD:
"""Проста програмна модель рідкокристалічного індикатора."""
def clear(self):
print("\n[LCD] Очистити екран")
def gotoxy(self, x, y):
print(f"[LCD] Перейти в позицію x={x}, y={y}")
def puts(self, text):
print(f"[LCD] {text}")
class Port:
"""Модель 8-бітного порту мікроконтролера."""
def __init__(self):
self.value = 0x00
self.direction = 0x00
def read_bit(self, bit):
return (self.value >> bit) & 1
def write_bit(self, bit, state):
if state:
self.value |= (1 << bit)
else:
self.value &= ~(1 << bit)
def write(self, value):
self.value = value & 0xFF
def set_direction(self, value):
self.direction = value & 0xFF
class IonPlasmaControlSimulator:
"""Логічна модель роботи програми, переписаної з AVR C на Python."""
def __init__(self):
self.PORTA = Port()
self.PORTB = Port()
self.PORTC = Port()
self.PORTD = Port()
self.PINA = self.PORTA
self.PINB = self.PORTB
self.PINC = self.PORTC
self.PIND = self.PORTD
self.lcd = LCD()
self.number = [
0x8C, # 1
0x94, # 2
0x9C, # 3
0xA4, # 4
0xAC, # 5
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
73
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

0xB4, # 6
0xBC, # 7
0xC4, # 8
0xCC # 9
]
self.count = 0
def delay_ms(self, milliseconds):
time.sleep(milliseconds / 1000)
def init_ports(self):
"""Ініціалізація портів за аналогією з початковою програмою."""
# PORTA — усі виводи як входи
self.PORTA.write(0x00)
self.PORTA.set_direction(0x00)
# PORTB: PB0, PB1, PB2 — виходи; інші — входи
self.PORTB.write(0x00)
self.PORTB.set_direction(0x07)
# PORTC — усі виводи як виходи
self.PORTC.write(0x00)
self.PORTC.set_direction(0xFF)
# PORTD — усі виводи як входи
self.PORTD.write(0x00)
self.PORTD.set_direction(0x00)
self.lcd.clear()
print("Порти ініціалізовано")
def show_message(self, x, y, text, delay=300):
self.lcd.clear()
self.lcd.gotoxy(x, y)
self.lcd.puts(text)
self.delay_ms(delay)
def run(self):
"""Основний нескінченний цикл програми."""
self.init_ports()
while True:
# У початковому коді було while (PIND.3 >= 0).
# Оскільки біт може бути тільки 0 або 1, ця умова завжди істинна.
while True:
# Якщо PIND.2 == 0 — режим зливу
if self.PIND.read_bit(2) == 0:
self.show_message(4, 0, "Jde Zluv", 300)
self.PORTB.write_bit(2, 1)
self.PORTC.write_bit(2, 1)
else:
self.PORTB.write_bit(2, 0)
self.PORTC.write_bit(2, 0)
# Поки PINB.4 == 1
while self.PINB.read_bit(4) == 1:
# Якщо PIND.1 == 1
if self.PIND.read_bit(1) == 1:
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
74
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

# Якщо PIND.0 == 1
if self.PIND.read_bit(0) == 1:
# Якщо PINB.3 == 1 — готовність
if self.PINB.read_bit(3) == 1:
self.PORTC.write_bit(0, 1)
self.PORTC.write_bit(1, 0)
self.show_message(3, 0, "Gotovnist'", 300)
self.PORTB.write_bit(0, 0)
self.PORTB.write_bit(1, 0)
# Інакше — робота
else:
self.PORTC.write_bit(0, 1)
self.PORTC.write_bit(1, 0)
self.PORTC.write_bit(2, 0)
self.show_message(5, 0, "Robota", 300)
self.PORTB.write_bit(0, 1)
self.delay_ms(500)
self.PORTB.write_bit(1, 1)
self.PORTB.write_bit(2, 0)
# Поки PIND.2 == 0
while self.PIND.read_bit(2) == 0:
# Якщо PIND.3 == 0 — повний бак
if self.PIND.read_bit(3) == 0:
self.PORTC.write_bit(0, 0)
self.PORTC.write_bit(1, 0)
self.PORTB.write_bit(0, 0)
self.delay_ms(400)
self.PORTB.write_bit(1, 0)
self.delay_ms(400)
self.PORTB.write_bit(2, 1)
self.PORTC.write_bit(2, 1)
self.show_message(3, 0, "Povnuj Bak", 400)
# Якщо PIND.3 == 1 — виведення коду з масиву number
if self.PIND.read_bit(3) == 1:
self.PORTC.write(0xFF)
self.PORTC.set_direction(0xFF)
self.PORTC.write_bit(0, 1)
self.PORTC.set_direction(
self.PORTC.direction | (1 << 0)
)
self.PORTC.write(self.number[self.count])
self.count += 1
if self.count == 9:
self.count = 0
# Якщо PIND.0 == 0 — немає води
else:
self.PORTC.write_bit(0, 0)
self.PORTC.write_bit(1, 1)
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
75
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

self.PORTB.write_bit(0, 0)
self.PORTB.write_bit(1, 0)
self.show_message(3, 0, "Nemae Vodu", 400)
# Якщо PIND.1 == 0 — недостатній тиск
if self.PIND.read_bit(1) == 0:
self.PORTC.write_bit(0, 0)
self.PORTC.write_bit(1, 1)
self.PORTB.write_bit(0, 0)
self.PORTB.write_bit(1, 0)
self.show_message(0, 0, "Nedostatnij Tusk", 400)
# Якщо PINB.4 == 0 — усе вимкнено
if self.PINB.read_bit(4) == 0:
self.PORTC.write_bit(0, 0)
self.PORTC.write_bit(1, 1)
self.PORTB.write_bit(0, 0)
self.PORTB.write_bit(1, 0)
self.show_message(3, 0, "Vse OFF", 400)
if __name__ == "__main__":
controller = IonPlasmaControlSimulator()
# Для реального запуску програма працюватиме нескінченно.
# У симуляторі потрібно вручну змінювати стани входів PORTB та PORTD.
controller.run()

Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
76
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Додаток Б
Перелік нормативних документів
ДСТУ загального використання
ДСТУ ГОСТ 2.001:2006 Єдина система конструкторської документації.
Загальні положення
ДСТУ ГОСТ 2.051:2006 Єдина система конструкторської документації.
Електронні документи. Загальні положення
ДСТУ ГОСТ 2.052:2006 Єдина система конструкторської документації.
Електронна модель виробу. Загальні положення
ДСТУ ГОСТ 2.053:2006 Єдина система конструкторської документації.
Електронна структура виробу. Загальні положення

ДСТУ, повязані з оформленням розрахунково-пояснювальної записки
ДСТУ ГОСТ 2.051:2006 Єдина система конструкторської документації.
Електронні документи. Загальні положення
ДСТУ ГОСТ 2.104:2006 Єдина система конструкторської документації.
Основні написи

ДСТУ, повязані з оформленням графічної частини проекту
ДСТУ ГОСТ 2.308:2013 ЄСКД. Зазначення допусків форми та розміщення
поверхонь
ДСТУ ГОСТ 2.317:2014 ЄСКД. Аксонометричні проекції
ДСТУ ГОСТ 2.702:2013 ЄСКД. Правила виконання електричних схем

Загальні правила виконання креслень
ДСТУ ГОСТ 2.307:2013 ЄСКД. Нанесення розмірів і граничних відхилів
ДСТУ ISO 128-1:2005 (ISO 128-1:2003, IDТ) Національний стандарт України.
Кресленики технічні. Загальні принципи оформлення. Частина 1. Передмова
та покажчик понять стандартів ISO серії 128
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
77
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

ДСТУ ISO 128-21:2005 (ISO 128-21:1997, IDТ) Національний стандарт
України. Кресленики технічні. Загальні принципи оформлення Частина 21.
Лінії, виконані автоматизованим проектуванням
ДСТУ ISO 128-30:2005 (ISO 128-30:2001, IDТ) Національний стандарт
України. Кресленики технічні. Загальні принципи оформлення Частина 30.
Основні положення про види
ДСТУ ISO 128-40:2005 (ISO 128-40:2001, IDТ) Національний стандарт
України. Кресленики технічні. Загальні принципи оформлення. Загальні
принципи оформлення. Частина 40. Основні положення про розрізи та
перерізи
ДСТУ ISO 129-1:2007 (ISO 129-1:2004, IDТ) Національний стандарт України.
Кресленики технічні. Проставлення розмірів і допусків. Частина 1. Загальні
принципи
ДСТУ ISO 3098-2:2007 (ISO 3098-2:2000, IDТ) Національний стандарт
України. Документація на технічні вироби. Шрифти. Частина 2. Латинська
абетка, цифри і знаки
ДСТУ ISO 3098-3:2007 (ISO 3098-3:2000, IDТ) Національний стандарт України.
Документація на технічні вироби. Шрифти. Частина 3. Грецька абетка
ДСТУ ISO 3098-4:2007 (ISO 3098-4:2000, IDТ) Національний стандарт
України. Документація на технічні вироби. Шрифти. Частина 4. Діакритичні і
окремі знаки латинської абетки
ДСТУ ISO 3098-5:2007 (ISO 3098-5:1997, IDТ) Національний стандарт
України. Документація на технічні вироби. Шрифти. Частина 5. Написання
латинської абетки, цифр і знаків засобами автоматизованого проектування
ДСТУ ISO 3098-6:2007 (ISO 3098-6:2000, IDТ) Національний стандарт України.
Документація на технічні вироби. Шрифти. Частина 6. Кирилична абетка
ДСТУ ISO 5455:2005 (ISO 5455:1979, IDТ) Національний стандарт України.
Кресленики технічні. Масштаби
ДСТУ ISO 5457:2006 (ISO 5457:1999, IDТ) Національний стандарт України.
Документація технічна на вироби. Кресленики. Розміри та формати
Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
78
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Дуб л.
Взам.
Підп.
Інв. № Підпис Зм. Арк № докум. Підпис Підпис
Дата Т.Л.

213321231
ЧДТУ

ЗАТВЕРДЖУЮ
Головний технолог
Узгоджено:
Анна Топтун
Анна Топтун (підпис)
(підпис)
_____________________________(дата)
_________________________(дата)
ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ПРОЦЕС
на виготовлення друкованої плати
и
РС23.22302.001 ТП
Процес впроваджено у виробництво
_______________________________( )
(підпис)
Андрій Ткаченко _______________________________( )
(підпис) (підпис)
_______________________________( )

(підпис)
______________________________(дата) _______________________________( )
(підпис)
_______________________________( )
(підпис)

ДУБЛ. ГОСТ 3.1404-86 ФОРМА 3 САПР
ВЗАМ.
ОРИГ.

РОЗРОБ. Ткаченко А. 0117012345 1017112345

ПЕРЕВІРИВ Топтун А.

Н. КОНТР. Топтун А.
НАЙМЕНУВАННЯ ОПЕРАЦІЇ МАТЕРІАЛ ТВЕРДІСТЬ ЕВ МД ПРОФІЛЬ ТА РОЗМІРИ М3 КОІД
З ПОПЕРЕДНЬОЇ ОПЕРАЦІЇ

ОБЛАДНАННЯ, ПРИСТРІЙ ЧПК ПОЗНАЧЕННЯ ПРОГРАМИ ТО ТВ Т П. З. Т ШТ. ЗОР
1А240-6

Р ПІ D/B L T I ТоС N t
А 01 005 Підготовка поверхні фольги та отворів ИОТ43 18 -25 0.5
02 фотохімічним методом 6017100001
03 2017012345
04 2517100001
05 3017100001
Б 06 Устаткування підготовки поверхні
07 ДП Billeo
08
А 09 010 Хімічне омедніння отворів ИОТ44 50 -60 2-5
B 10 Автооператорна лінія для хімічного омедніння 6077100002
11 “Module – R” 2017012345
12 2517100002
13 3017100002
14
А 15 015 Гальванічне омедніння ИОТ45
16 6017100003
Б 17 Автооператорна лінія для гальванічного омедніння 2017012345 20
18 “Module-R” 2517100003
19
20

ДУБЛ. ГОСТ 3.1404-86 ФОРМА 3 САПР
ВЗАМ.
ОРИГ.

РОЗРОБ. Ткаченко А. 0117012345 1017112345

ПЕРЕВІРИВ Топтун А.

Н. КОНТР. Топтун А.
НАЙМЕНУВАННЯ ОПЕРАЦІЇ МАТЕРІАЛ ТВЕРДІСТЬ ЕВ МД ПРОФІЛЬ ТА РОЗМІРИ М3 КОІД
З ПОПЕРЕДНЬОЇ ОПЕРАЦІЇ

ОБЛАДНАННЯ, ПРИСТРІЙ ЧПК ПОЗНАЧЕННЯ ПРОГРАМИ ТО ТВ Т П. З. Т ШТ. ЗОР
1А240-6

Р ПІ D/B L T I T оC N t
А 01 030 Нанесення фоторезисту ИОТ48 80-110 10-15
02 6017100006
03 2017012345
04 2517100006
05 3017100006
06
Б 07 Ламінатор двохсторонній А-250 фірма “Dynachem Corporation”
08
А 09 035 Експонування ИОТ49 18 -25 1-5
10 6017100007
11 2017012345
12 2517100007
13
Б 14 Установка експонування “Du Pont”
15
А 16 040 Проявлення ИОТ 51 10-18 0.5-2
17 6017100008
Б 18 Конвейєрна установка струменевого типу для появлення 2017012345
19 фоторезисту “Processor-C” 30117100008
20

ДУБЛ. ГОСТ 3.1404-86 ФОРМА 3 САПР
ВЗАМ.
ОРИГ.

РОЗРОБ. Ткаченко А. 017012345 1017112345

ПЕРЕВІРИВ Топтун А.

Н. КОНТР. Топтун А.
НАЙМЕНУВАННЯ ОПЕРАЦІЇ МАТЕРІАЛ ТВЕРДІСТЬ ЕВ МД ПРОФІЛЬ ТА РОЗМІРИ М3 КОІД
З ПОПЕРЕДНЬОЇ ОПЕРАЦІЇ

ОБЛАДНАННЯ, ПРИСТРІЙ ЧПК ПОЗНАЧЕННЯ ПРОГРАМИ ТО ТВ Т П. З. Т ШТ. ЗОР
1А240-6

Р ПІ D/B L T I Tо C N t
А 01 045 Нанесення захисного шару ИОТ52 10-20 1-2
02 6017100009
03 2017012345
04 2517100009
05 3017100009
06
Б 07 Гальванічна лінія
08
А 09 050 Видалення фоторезисту ИОТ53 90 0.5-1
10 6017100010
11 2017012345
12 2517100010
13 3017100010
14
Б 15 Конвейєрна установка фоторезисту “Stripping”.
16 Дистилятор для реєстрації розчинів “C -100”
17

Додаток Г

Арк .
РС23.22302.001 ПЗ
83
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Додаток Д

Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
84
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
85
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
86
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
87
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
88
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
89
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
90
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
91
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
92
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

Арк.
РС23.22302.001 ПЗ
93
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата

ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets