Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8502| Title: | Система автоматичного керування електростатичним фільтром очищення повітря робочої зони лазерного верстату |
| Authors: | Бондаренко, Максим Олексійович Бєлий, Борис Володимирович |
| Issue Date: | 15-Jun-2024 |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8502 |
| Appears in Collections: | 151 Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані технології (Робототехнічні системи та автоматизація) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| КРБ Бєлий Б.pdf Restricted Access | КРБ Бєлий Б. | 3.85 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ЕЛЕКТРОННИХ ТЕХНОЛОГІЙ,
АВТОТРАНСПОРТУ ТА МАШИНОБУДУВАННЯ
КАФЕДРА ПРИЛАДОБУДУВАННЯ, МЕХАТРОНІКИ ТА
КОМП‘ЮТЕРИЗОВАНИХ ТЕХНОЛОГІЙ
Допущено до захисту
Завідувач кафедри ПМКТ
_______ Максим БОНДАРЕНКО
«___» ___________ 2024 р.
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
ДО КВАЛІФІКАЦІЙНОЇ РОБОТИ БАКАЛАВРА
на тему «Система автоматичного керування електростатичним фільтром
очищення повітря робочої зони лазерного верстату»
Виконав: здобувач освітнього рівня
«бакалавр» 4 курсу, групи РС-203
спеціальності: 151 – Автоматизація
та комп’ютерно-інтегровані технології
освітньої програми: робототехнічні
системи та автоматизація
Борис БЄЛИЙ
Керівник Максим БОНДАРЕНКО
Рецензент Віктор АНТОНЮК
Кваліфікаційна робота бакалавра містить результати власних здобутків автора.
Використання ідей, результатів і текстів інших авторів мають посилання на відповідне
джерело
підпис
Черкаси – 2024
Черкаський державний технологічний університет
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
Кафедра приладобудування, мехатроніки та комп’ютеризованих технологій
Освітній рівень: бакалавр
Спеціальність: 151 – Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології
Освітня програма: Робототехнічні системи та автоматизація
«ЗАТВЕРДЖУЮ»
Завідувач кафедри ПМКТ
___________ Максим БОНДАРЕНКО
«_____» _______________ 2024 р.
ЗАВДАННЯ
НА КВАЛІФІКАЦІЙНУ РОБОТУ БАКАЛАВРА
Бєлого Бориса Володимировича
(прізвище, ім’я, по батькові)
1. Тема роботи: Система автоматичного керування електростатичним фільтром
очищення повітря робочої зони лазерного верстату
керівник роботи Бондаренко Максим Олексійович, д-р техн. наук, професор
(прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання)
затверджені наказом закладу вищої освіти від “ 20 ” лютого 2024 року № 49/04.
2. Строк подання здобувачем освіти КРБ на кафедру: “ 03 ” червня 2024 року
3. Вихідні дані до роботи: Робоча частота 4,0 МГц±5%. Час перехідних процесів системи
не повинен перевищувати 1 мс. Характеристика очищуваного повітря: очищення від
пилоподібних тонкодисперсних (дисперсністю 0,1…10 мкм – група 2) та газоподібних
шкідливих (аерозолі – вільнодисперсні системи по класифікації Ребіндера Г1/Т2) речовин.
Час встановлення робочого режиму не більше 15 хв. Час безперервної роботи при живленні
від мережі – 12 год. Живлення від мережі змінного струму (50 ±0,5) Гц з номінальною
напругою 220 В ±10%. Безвідмовне напрацювання не менше 10000 год., середнє
напрацювання на відмову не менше 25000 год. Потужність споживання від мережі не
більше 150 Вт. Захист від ураження електричним струмом по класу ІІ. Габаритні розміри
550×240×245 мм. Маса приладу не більше 2,8 кг
4. Зміст розрахунково-пояснювальної записки (перелік питань, які потрібно розробити):
Вступ. Критичний аналіз існуючих аналогів. Обґрунтування технічного завдання. Розробка
електричної схеми. Розрахунок основних елементів схеми. Розробка технологічної
складальної схеми. Економічний розділ. Охорона праці та безпека в надзвичайних
ситуаціях. Висновки. Список використаних джерел. Додатки.
5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов’язкових креслень)
РС203.20020.001 ЗВ Система автоматичного керування електростатичним фільтром
очищення. Креслення загального вигляду (А1). РС203.20020.001 Е1 Система
автоматичного керування електростатичним фільтром очищення. Схема електрична
структурна (А1). РС203.20020.001 Е3 Система автоматичного керування
електростатичним фільтром очищення. Схема електрична принципова (А1).
РС203.20020.001.01 Плата управління системи автоматичного керування фільтром
очищення. Плата друкована (А1). РС203.20020.001 СК1 Плата управління системи
автоматичного керування фільтром очищення. Креслення складальне (А1).
6. Консультанти розділів роботи
Підпис, дата
Прізвище, ініціали та посада
Розділ завдання завдання
консультанта
видав прийняв
Кожемякін О.С.,
старший викладач кафедри геодезії,
Охорони праці
землеустрою, будівельних конструкцій
та безпеки життєдіяльності
Тичков В.В., канд. техн. наук,
Нормоконтроль
доцент кафедри ПМКТ
7. Дата видачі завдання: “ 21 ” лютого 2024 року
КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН
Крайній строк
№ виконання
Назва етапів кваліфікаційної роботи Прим.
з/п етапів роботи,
дата / місяць
1 Аналіз літературних джерел по існуючим аналогам 26 / 02
2 Патентний пошук 26 / 02
3 Аналіз технічного завдання 04 / 03
4 Розробка електричної схеми 11 / 03
5 Розрахунок основних елементів пристрою 18 / 03
6 Розробка технологічної складальної схеми пристрою 01 / 04
7 Економічний розрахунок 15 / 04
8 Охорона праці 22 / 04
9 Висновки, додатки 06 / 05
10 Подання готової ПЗ КРБ для перевірки на плагіат 10 / 05
11 Оформлення креслень 20 / 05
12 Подання готової роботи на кафедру 03 / 06
Здобувач освіти _____________ Борис БЄЛИЙ
Керівник роботи _____________ Максим БОНДАРЕНКО
ЗМІСТ
стор.
Вcтуп …………………………………………………………………… 6
1. Обґрунтування необхідності проектування на основі критичного
аналізу літературних джерел………………………………………................ 7
1.1. Результати пошуку аналогів ………………………………...…. 7
1.2. Аналіз шкідливих речовин та методів їх фільтрації …………. 8
1.3. Основні механізми фільтрації ………………………………..... 10
1.4. Особливості та переваги електрофільтрації повітря від
атмосферного пилу ……………………………………………. 15
1.5. Визначення актуальності розроблення системи автоматичного
керування електростатичним фільтром очищення повітря
робочої зони лазерного верстату …………….…………….…. 18
2. Аналіз технічного завдання ……….……………………………….. 21
3. Розробка структурної схеми системи автоматичного керування
електростатичним фільтром очищення повітря робочої зони .…………… 22
4. Розробка електричної принципової схеми системи автоматичного
керування електростатичним фільтром очищення повітря робочої зони ... 26
5. Розрахунок основних елементів електричної схеми ……………... 29
5.1. Стабілізація напруги за допомогою низьковольтних
кремнієвих стабілітронів …………………….……………………..………… 29
5.2. Розрахунок елементів блоку стабілізації ……………………… 31
5.3. Оцінка точності роботи пристрою …………………………….. 34
6. Технологічний розділ ……………………………….……………… 36
6.1. Технологія виготовлення друкованих плат …………………… 36
6.2. Автоматизація виготовлення друкованих плат …………….… 39
РС203.20020.001 ПЗ
Змн Лист № докум. Підпис Дата
Розроб Бєлий Б.В. Літ. Арк. Аркушів
Перевір Бондаренко М.О. 3 105
Пояснювальна
Т. контр. Бондаренко М.О.
Н. Контр. Тичков В.В. записка ЧДТУ, РС-203
Затв. Бондаренко М.О.
стор.
6.3. Технологія монтажу елементів друкованих плат …………... 41
6.4. Особливості контролю та ремонту друкованих плат з
поверхневим монтажем ……………………….………………………..... 44
7. Охорона праці ……………………………………………………… 46
7.1. Аналіз небезпек та шкідливостей, що впливають на
співробітника дослідницької лабораторії …….…………………………… 46
7.2. Модернізація системи загального штучного освітлення …… 55
8. Економічний розділ …………………………………………………6 3
8.1. Аналіз ринку …………………………………………………….6 3
8.2. Оцінка рівня якості виробу …………………………………….6 4
8.3. Визначення коефіцієнтів вагомості параметрів ………………6 6
8.4. Розрахунок собівартості виробу ……………………………….7 0
8.5. Визначення ціни виробу ………………………………………..7 5
8.6. Визначення мінімального обсягу виробництва продукції …...7 7
Висновки ………………………………………………………………..8 0
Список використаних джерел …………………………………………8 2
Додатки …………………………………………………………………8 5
Додаток А. Список нормативних документів ………………..............8 6
Додаток Б. Комплект документів на технологічний процес
складання друкованої плати ……………………………………………… 88
Додаток В. Відомість технічного проекту ……………………………9 2
Додаток Г. Специфікація і перелік елементів електричної схеми .....9 3
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
5
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Вступ
Повітря виробничих зон – потенційне джерело забруднення, тому його
очищення є одним із ключових завдань як підготовки виробництва, так і
дотримання вимог до санітарно-епідеміологічного стану робочої зони. Рівень
чистоти повітря, що знаходиться в робочій зоні, визначає клас чистоти.
Для одержання повітря з необхідними характеристиками мають
використовуватись способи, які пройшли валідацію, внесені в технологічний і
технічний регламенти і дозволені за встановленим порядком уповноваженим
державним органом. Для забезпечення приміщення знепиленим стерильним
повітрям використовують як звичайні системи турбулентної вентиляції, які
забезпечують стерильність повітря в приміщенні, так і системи з ламінарним
потоком повітря в певних робочих зонах.
Основним призначенням системи керування електрофільтром очищення
від пилу атмосферних викидів – дотримання необхідного рівня ГДК пилуватих
забруднень у атмосферних викидах промислових приміщень шляхом
електростатичного осадження останніх на решітці електрофільтру. Така
система електрофільтрації має високу продуктивність, оскільки в процесі
роботи технологічного обладнання в робочій зоні цеху утворюється та
накопичується багато пилоподібних тонкодисперсних (дисперсністю 0,1…10
мкм – група 2) та газоподібних шкідливих (аерозолі – вільнодисперсні системи
по класифікації Ребіндера Г1/Т2) речовин [1].
Використання таких систем має наступні переваги: безперервний
контроль і управління ступенем очищення атмосферного повітря; повний
контроль процесу електростатичного очищення; забезпечення високого
ступеня очищення атмосферного повітря; зниження витрат за рахунок
підвищення надійності процесу очищення повітря; економія засобів і часу.
Тому задача розроблення системи автоматичного керування
електростатичним фільтром очищення повітря робочої зони є актуальною.
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
6
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
1. Обґрунтування необхідності проектування
на основі критичного аналізу літературних джерел
1.1. Результати пошуку аналогів
В результаті підготовки до патентного пошуку аналогів з досліджуваної
тематики було визначено, що патентний пошук слід здійснювати за МКВ B08B
7/00 та G05B 19/00 [2], де:
Розділ B – Різні технологічні процеси; транспортування, розділення
B08 Очищення
B08B Очищення загалом
B08B 7/00 Очищення за допомогою електричних методів
Розділ G – Фізика
G05 Управління, регулювання
G05B Регулюючі та керуючі системи загального призначення;
функціональні елементи таких систем; пристрої для контролю чи
випробування таких систем чи елементів
G05B 19/00 Програмовані системи керування (наприклад, системи з
використанням контролерів).
Вивчення літературних джерел слід виконувати за УДК [3], зокрема
досліджувана тематика відноситься до 628.511.4, де:
6 Прикладні науки
62 Техніка. Технічні науки
628 Санитарна техніка. Санитарно-технічні споруди.
Захист від виробничих (професійних) та інших шкідливостей
628.5
(Промислова санітарія)
Захист від виробничих шкідливостей на підприємствах.
628.51
Загальні питання
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
7
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
628.511 Захист від пилу загалом. Пилевидалення
628.511.4 Осадження. Відсмоктування. Фільтрування пилу
В результаті здійсненого пошуку та аналізу інформаційних джерел
особливий інтерес викликали прилади, про які мова йтиме далі.
По-перше розглянемо основні види забруднювачів повітря, механізми
його очищення, типи та характеристики сучасних засобів фільтрації.
1.2 Аналіз шкідливих речовин та методів їх фільтрації
Аерозолі. Шкідливі речовини, що знаходяться в повітрі у вигляді
аерозолів, можуть складатися з твердих частинок або рідких крапельок,
розподілених в повітрі. Такі речовини можуть викликати короткострокові або
довгострокові проблеми зі здоров'ям, пошкоджуючи легкі або проникаючи в
кровоносну систему. Аерозольні частинки розміром більше 100 мікрон в
діаметрі звичайно швидко осідають під дією сили тяжіння і не становлять
небезпеки. Однак більш дрібні частинки можуть знаходитися в повітрі досить
довго, щоб проникнути з повітрям у респіраторний тракт. Чим менше розмір
частинок, тим довше вони знаходяться у повітрі і тим більше ймовірності їх
проникнення в органи дихання. Частинки діаметром менше 10 мікрон
називаються «Вдихуваним», вони здатні досягати зони газообміну в легенях
людини. Аерозолі можуть бути у вигляді пилу, туманів або димів.
Аерозольна пил утворюється в процесі руйнування твердих матеріалів
(наприклад, під час розмелювання або шліфування твердих мінералів), при
розсіюванні в повітрі дрібного порошку (робота з цементом, борошном і
подібними матеріалами) або від пилу, що раніше осів.
Деякий пил може мати аерозольний характер у вигляді волокон,
наприклад, скловолокно або інші синтетичні волокна. Довжина волокон у три
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
8
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
рази більше їх ширини і така форма обумовлює специфіку їх осадження в
респіраторному тракті.
Тумани. Це крихітні крапельки, що формуються в процесі переходу
рідини в дисперсне стан, наприклад, під час розбризкування або розпилення.
Масляні тумани часто утворюються в процесах різання та шліфування,
кислотні тумани присутні при нанесенні гальванічних покриттів, тумани фарб
утворюються при фарбуванні розпиленням.
Одна з різновидів пилу і туманів - це мікробіологічна аерозоль. Такі види
аерозолів утворюються при проведенні робіт зі зберігання та переробки
зернових культур, в текстильній і хлібопекарської промисловості, пивоварінні
і т.п. Мікробіологічні аерозолі можуть утворюватися у процесах переробки і
утилізації промислових і побутових відходів. У лікарнях та поліклініках віруси
і бактерії можуть бути присутніми у повітрі приміщень.
Дими. Дими утворюються в процесах випаровування матеріалів під
дією високих температур. Пари швидко охолоджуються і конденсуються,
перетворюючись на дуже дрібні частинки діаметром менше 1 мікрона, які
вільно розповсюджуються в повітрі. У більшості випадків гарячі частинки
реагують з повітрям і формують оксиди. Зварювальні роботи й інші процеси,
які створюють пари розплавлених металів, можуть бути джерелами димів. У
деяких випадках різні види аерозолів можуть утворюватися при проведенні
однієї виробничої операції. Наприклад, зварювання може генерувати металеву
пил і дим одночасно.
Протиаерозольні фільтри. Як вже згадувалося, частинки діаметром
менше 10 мікрон вважаються вдихаємо й цим визначається діапазон
ефективного захисту, яку повинен забезпечити фільтруючий елемент.
Коли ми думаємо про фільтр, звичайно, ми представляємо мережу,
отвори якої повинні бути менше фільтровану частинок. Фільтр з подібною
структурою (прикладом можуть служити ткані матеріали) називається
абсолютним, головний принцип його роботи ґрунтується на просіванні
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
9
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
аерозольних частинок. Такі фільтруючі елементи мають високий опір
повітряному потоку і швидко забиваються, тому їх використання в
респіраторах не практичне.
В світовій практиці, здебільшого, для виготовлення респіраторів
застосовуються неабсолютні фільтри. Пори таких фільтрів в кілька разів
більше фільтрованих частинок і більшу частину об‘єму матеріалу фільтра
займає повітря. Матеріал складається з безлічі крихітних волокон.
Молекулярні сили достатньо сильні, щоб утримати частинку, вдарившись об
волокно - беручи до уваги маленькі розміри аерозольних частинок, практично
будь-яка перешкода на її шляху є «липкою».
Сучасні технології дозволяють створювати фільтруючі матеріали,
ефективність яких порівнянна з абсолютними фільтрами, при дуже низькому
показнику опору повітряному потоку.
1.3. Основні механізми фільтрації
Основні механізми фільтрації враховують поведінку аерозольних
частинок у повітряних потоках. Щоб дещо спростити процес розуміння різних
фільтруючих механізмів, уявіть собі волокно, розташоване перпендикулярно
до рухаються повітряних потоків. Можна використати наступну аналогію:
повітряні потоки - це смуги швидкісний траси, а перпендикулярно смугах
знаходиться перешкода, яка виходить за межі своєї смуги.
Метод перехоплення - єдиний механізм, при якому частинки не
відхиляються від, несучих їх повітряних потоків. У міру того, як повітряні
потоки наближаються до волокна, відбувається їхній поділ і компресія з
подальшим відновленням після проходження волокна. Якщо частинка, що
рухається по таким повітряним потокам, наближається до поверхні волокна на
відстань її радіуса, частинка спіймана. Чим більше розмір частинки, тим
більша ймовірність її затримання. Використовуючи автомобільну тематику,
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
10
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
можна це описати таким чином: вантажівка, що везе негабаритний вантаж,
намагається змінити смугу, але його широкий вантаж чіпляє перешкоду.
При різкій зміні повітряного потоку, частинка з достатньою величиною
інертності перестає слідувати за повітряним потоком і вдаряється в волокно.
Інертність аерозольної частинки залежить від її розміру, щільності,
конфігурації і швидкості руху. Тяжко навантажений вантажівка мчить до
перешкоди з дуже великою швидкістю. Сила інерції змусить вантажівка
вдаритися об перешкоду. У той же час легкові автомобілі без зусиль обходять
перешкоду.
Метод розсіювання працює при фільтрації маленьких і легких частинок.
Маленькі частинки знаходяться в постійному русі і можуть хаотично міняти
повітряні потоки. У міру наближення до волокну зростає активність
розсіювання і зростає ймовірність дотику до волокна. Аналогія з практики
автомобільного транспорту: п'яний водій рухається в одному напрямку, але
періодично переходить з однієї смуги на іншу. Його шанси зустрітися з
перешкодою сильно зростають.
Механічні фільтри. Описані вище механізми властиві всім
протиаерозольний фільтрів, а фільтруючі матеріали, що працюють тільки на
цих принципах, називаються «механічними». Ефективність роботи такого
фільтра залежить від кількості наявних волокон для уловлювання аерозольних
частинок з проходить повітря. На жаль, чим більше волокон в матеріалі, тим
важче повітряному потоку пройти через них. Таким чином, високоефективні
механічні фільтри мають високу опір повітряному потоку ( «опір диханню»).
Електростатичні фільтри. Ефективність фільтруючого матеріалу може
бути збільшена за допомогою застосування постійного електростатичного
заряду волокон. У механічних фільтрах використовується енергія самих
аерозольних частинок для їх фільтрації. Електростатичні сили заряджених
волокон примушують частинки відхилятися від їх повітряних потоків і
притягають їх до волокон. Електростатичний заряд дозволяє використовувати
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
11
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
менше фільтруючого матеріалу для досягнення того ж рівня ефективності, що
і у еквівалентного механічного фільтра. Що позначається на рівні опору
диханню.
Ефективність фільтрації в залежності від розміру часток. Діаграма
нижче показує вплив різних механізмів фільтрації на затримуванні частинок
різних розмірів. Це може здатися дивним, але ефективність фільтрації
(відсоток затриманих частинок) не падає зі зменшенням розміру аерозольних
частинок. Усе пояснюється тим, що метод розсіювання працює дуже
ефективно при фільтрації часток розміром менше 0.1 мікрон. Для перевірки
ефективності роботи фільтруючого матеріалу Європейські стандарти
використовують пил хлориду натрію. Проведені випробування показують, що
при використанні хлориду натрію ефективність фільтру буде найнижчою для
частинок з діаметром 0.6 мікрон. Такий розмір часток має найбільше значення
«проникаючої здатності», цей показник може злегка варіюватися при
використанні інших матеріалів. Щодо застосування респіраторів в робочих
умовах, то, звичайно, розмір аерозольної пилу декілька вище.
Необхідно ще зазначити, що відповідно до Європейських стандартів
ефективність респіраторів перевіряється за допомогою часток з найбільшою
проникаючою здатністю. Тобто, випробування проводяться при найгірших
можливих умовах. Більш дрібні або великі частинки будуть фільтруватися ще
з більшою ефективністю.
Розрізняють два типи систем очищення: вертикальний ламінарний потік,
при якому повітря рухається в приміщення крізь стелю й виходить через
решітчасту підлогу, та горизонтальний ламінарний потік, при якому повітря
надходить через одну, а виходить через протилежну перфоровану стінку.
Ламінарний потік виносить із кімнати всі завислі в повітрі частинки, що
надходять із будь яких джерел (персонал, устаткування та інше).
У "чистих" приміщеннях має створюватися ламінарний потік. Системи
ламінарного повітряного потоку повинні забезпечувати рівномірну швидкість
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
12
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
руху повітря: близько 0,30 м/с для вертикального і близько 0,45 м/с для
горизонтального потоків.
Більш точна швидкість повітря залежить від типу використаного у
приміщенні устаткування.
На рисунку 1.1 наведені різні схеми подачі знепиленого повітря у
виробниче приміщення.
а. б.
Рисунок 1.1 - Схеми подачі знепиленого повітря у виробниче
приміщення: а – турбулентний потік; б – ламінарний потік.
Очищення припливного повітря, яке подається в приміщення класу
чистоти С, може бути двоступінчастим, а в приміщення А і В класу чистоти —
лише триступінчастим. У приміщення класу D можуть подавати повітря,
очищене фільтрами першого ступеня.
На першому ступені використовують, як правило, осередкові фільтри
попереднього очищення типу ФЯП, ФЯВ або ФЯУБ, передфільтри "PREFIL"
і "KOFIL", які очищають (звільняють) повітря від механічних частинок. Їх
установлюють на вході в кондиціонер або в припливну камеру.
Другий ступінь підготовки повітря здійснюється фільтрами типу ФР5,
ФПП, "Лайк", а також фільтрами типу "MULTISACK" і "MULTIGLAS" і т. ін.,
що встановлюються безпосередньо перед повітророздавальним пристроєм та
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
13
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
призначені для тонкої фільтрації повітря від бактерій і твердих домішок при
концентрації пилу 0,5 мг/м3.
Третій ступінь здійснюється стерилізаційними повітряними фільтрами
різних конструкцій, наприклад "ABSOFIL", "HEPA", "SUPER-ULPA" (з
ефективністю очищення 99,999995 %), що встановлюють безпосередньо в
місці подачі повітря в робочу зону.
Рисунок 1.2 – Установка для фільтрації і стерилізації повітря:
1 – фільтр грубої очистки; 2 – вентилятор; 3 – фільтр тонкої очистки
стерилізація термічний повітря виробничий
Для забезпечення необхідної чистоти повітря в системах "вертикальний
ламінарний потік" і "горизонтальний ламінарний потік" у вітчизняній
промисловості застосовують фільтрувальні установки, що складаються з
фільтрів попередньої грубої очистки повітря та фільтра тонкої очистки.
Для остаточної очистки повітря від частинок, що містяться в ньому, і
мікрофлори застосовують фільтр типу "Лаік". Як фільтрувальний матеріал у
ньому використовується ультратонке волокно з перхлоровінілової смоли. Цей
матеріал гідрофобний, стійкий до хімічно агресивних середовищ і може
експлуатуватися при температур і не вище 60°С і відносній вологості до 100%.
Останнім часом великого поширення набули високоефективні повітряні
фільтри НЕРА, VERA, ULPA. Очистка витяжного повітря також має
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
14
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
здійснюватися через фільтри тонкої очистки для захисту навколишнього
середовища від можливих шкідливих викидів із виробничих приміщень. За
необхідності будівля повинна мати систему забезпечення стиснутим повітрям,
азотом тощо, а також технологічну схему їх розподілу по всіх виробничих
приміщеннях, де це потрібно. Для очистки стиснутого повітря й інших газів
можуть бути використані фільтри типу ФЕП із фторопластовою
фільтрувальною перегородкою. Надійні й економічні в експлуатації фільтри
Aervent 50 фірми "Millipore" призначені для стерильної фільтрації повітряних
і газових потоків малого масштабу. Гідрофобна поліпропіленова мембрана
Aervent фільтра Opticap 0,2 мкм призначена для стерильної фільтрації газів або
рідин, що не містять воду. Патронні фільтри Opticap із мембраною Durapore із
полівініліденфториду видаляють забруднення частинками найменших
розмірів (нижче 0,1 мкм), а фільтри типу Optiseal стерилізують повітряні або
газов і потоки у ферментерах, біореакторах, ліофілізаторах, стерилізаторах,
стерильних газових процесах. Усередині приміщення додатково можуть
установлюватися пеpесувні pециpкуляційні повітроочисники ПОПР-0,9 і
ПОПР-1,5, які забезпечують швидку й ефективну очистку повітря завдяки
його механічній фільтpації чеpез фільтp з ультpатонких волокон і
ультpафіолетової pадіації. Повітроочисники можуть використовуватися під
час pоботи, тому що не впливають на пеpсонал і не викликають непpиємних
відчуттів [4].
1.4 Особливості та переваги електрофільтрації повітря від
атмосферного пилу
Електрофільтри типу ЕФД виготовляються з використанням
високоякісних вітчизняних та імпортних матеріалів.
Конструкція ЕФД була ретельно продумана, щоб отримати легко
вмонтовуваний, недорогий і простий в обслуговуванні електрофільтр.
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
15
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Конструктивні особливості ЕФД роблять його одним з найбільш ефективних і
затребуваних електрофільтрів на сучасному ринку.
У електрофільтрах ЕФД використовуються унікальні конструктивні
особливості, які гарантують високу ефективність уловлювання пилу протягом
всього терміну служби при мінімальному технічному обслуговуванні.
Електрофільтри ЕФД/ЕФДК -1, -2, -3, призначені для
високоефективного очищення технологічних газів і аспіраційного повітря від
твердих і пилуватих забруднень (пилу, золи), що виділяються при
технологічних процесах, в чорній і кольоровій металургії, енергетиці,
промисловості будівельних матеріалів, хімічній і нафтовій промисловості.
Очищення відбувається при проходженні забруднених газів через
електрофільтр. Частинки пилу або туману заряджають під дією електричного
поля і осідають на осаджувальних електродах. Після накопичення певного
шару пил скидається в бункер.
Ефективність газоочищення з використанням електрофільтрів залежить
від фізико-хімічних параметрів пилогазового потоку, швидкості та часу
перебування газу в електрофільтрі. Величина ефективності електрофільтру -
98-99,9%.
Нові електрофільтри ЕФД випускаються з наступними технічними
характеристиками:
№ з/п Технічний параметр Величина Од.вимір.
1. Запиленя газу на вході в електрофільтр 10,0 – 1000,0 тис.м3/год
2. Запиленя газу на виході з електрофільтру до 90,0 г/Н·м3
3. Температура газу 0,05 г/Н·м3
4. Енергетичні витрати на очищення 1000 м3, не більш до 300 °С
5. Висота електродної системи 0,5 – 0,6 кВт·год
6. Продуктивність по газу 3,0 - 15,0 м
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
16
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
За погодженням, електрофільтри оснащуються автономною, або
інтегрованою в технологічний агрегат, системою автоматичного управління і
контролю.
Електрофільтри ЕФД і його системи захищені патентами і володіють
патентною чистотою відносно розвинених країн.
Перевагами електрофільтрів типу ЕФД перед електрофільтрами інших
виробників є:
- збільшена площа поверхні осадження на 30-50% (при збереженні габаритів
апарату);
- збільшений в 2-3 рази об'єм міжелектродного простору оброблюваний
струмом і полем коронного розряду;
- зменшений більш ніж в 2 рази віднесення пилу при регенерації (струшуванні)
електродів;
- використання аеродинамічного ефекту газового потоку в процесі
уловлювання частинок пилу;
- стійкість до виникнення зворотної корони;
- секціонування по висоті осаджувальних і коронуючих електродів.
Взаємне розташування коронуючих і осаджувальних електродів
прийнято характеризувати параметром f = d / h, де d - відстань (крок) між
коронуючими елементами в ряду, h - розрядна відстань. Цей параметр -
основний в даному випадку, хоча необхідно одночасно враховувати і
співвідношення між кроком установки фіксованих розрядних точок (голки,
зубці і тому подібне) на коронуючих елементах і розрядною відстанню h, у разі
використання коронуючих електродів з фіксованими розрядними точками.
У перших електрофільтрах параметр f знаходився в межах 1,4-1,6. Це,
наприклад, можна виявити і в даний час в електрофільтрах з осаджувальними
електродами типу ОГП, ГП, ГК тощо. (розробка 50-х років 20-го століття), а
також в електрофільтрах пізніших (70-ті роки минулого століття) розробок -
УГТ, ЕГТ, що знаходяться в експлуатації на ряду виробництв донині.
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
17
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
В даний час можна вважати, що оптимальне значення параметра f
знаходиться в області величин менше 1,0, в межах 0,6-0,8.
Публікації, що з'явилися останнім часом (2005-2010 роки), з даного
питання, на наш погляд, з певною часткою тенденційності або слабкої
аргументації освітлюють рішення цього питання.
Одним з методів визначення оптимального значення параметра f, разом
з прямими інструментальними вимірюваннями поверхневої щільності струму
коронного розряду і моделюванням електричних полів в системах електродів,
є також спосіб фотографування коронного розряду у всьому просторі
міжелектродного проміжку у натуральну величину, вперше випробуваний в
1972 р. на дослідно-промисловому електрофільтрі ЕФА у складі установки
регенерації відпрацьованих солянокислих травильних розчинів. Завдяки
перевагам нового способу і на його основі - новій методиці досліджень - були
успішно вирішені питання оптимізації (з позицій електричних параметрів)
форми електродів (осаджувальних і коронуючих) та їх взаємного
розташування.
Тому, далі проведемо розроблення системи автоматичного керування
електрофільтром очищення від пилу атмосферних викидів, основне
призначення якого – дотримання необхідного рівня ГДК пилуватих
забруднень у продуктах виділення шкідливих твердих частинок із зони
оброблення лазерного верстату шляхом електростатичного осадження
останніх на решітці електрофільтру.
1.5 Визначення актуальності розроблення системи автоматичного
керування електростатичним фільтром очищення повітря робочої зони
лазерного верстату
Одним з основних завдань вітчизняного виробництва в даний час є
випуск конкурентоздатної продукції. Вирішення цієї задачі неможливе без
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
18
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
підвищення якості продукції, що випускається, яка багато в чому залежить і
від якості засобів контролю, вживаних в промисловості.
У електростатичних фільтрах використовується енергія електричного
заряду, який створюється на самому фільтрі для уловлення аерозольних
частинок при їх фільтрації. Електростатичні сили заряджених волокон фільтру
примушують частинки відхилятися від їх повітряних потоків і притягають їх
до волокон. Електростатичний заряд дозволяє використовувати менше
фільтруючого матеріалу для досягнення того ж рівня ефективності, що і у
еквівалентного механічного фільтра.
Основним призначенням мікропроцесорної системи керування
електрофільтром очищення від пилу атмосферних викидів – дотримання
необхідного рівня ГДК пилуватих забруднень у атмосферних викидах
промислових, побутових та житлових приміщень шляхом електростатичного
осадження останніх на решітці електрофільтру. Така система
електрофільтрації має високу продуктивність, оскільки в процесі роботи
технологічного обладнання в робочій зоні цеху або у будь-якому житловому
та побутовому приміщені утворюється та накопичується багато пилоподібних
тонкодисперсних (дисперсністю 0,1…10 мкм – група 2) та газоподібних
шкідливих (аерозолі – вільнодисперсні системи по класифікації Ребіндера
Г1/Т2) речовин.
Використання таких систем має наступні переваги:
- безперервний контроль і управління ступенем очищення атмосферного
повітря;
- повний контроль процесу електростатичного очищення;
- забезпечення високого ступеня очищення атмосферного повітря;
- зниження витрат за рахунок підвищення надійності процесу очищення
повітря;
- економія засобів і часу.
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
19
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Виконаний літературний та патентний аналіз пристроїв, призначених
для керування оптимальними режимами здійснення процесу
електрофільтрації повітря в робочій зоні технологічного процесу лазерного
оброблення, відзначив актуальність розроблення системи автоматичного
керування електростатичним фільтром очищення повітря такої робочої зони,
що забезпечує високоточне та оперативне керування електростатичним
фільтром.
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
20
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
2. Аналіз технічного завдання
Розроблювана система автоматичного керування електростатичним
фільтром очищення повітря робочої зони має такі умови експлуатації:
1. Пристрій живиться від однофазної промислової мережі змінного
струму 220 В частотою 50 Гц.
2. Час перехідних процесів системи не повинен перевищувати 1 мс.
3. Пристрій повинен мати термічний захист від теплового
перевантаження електрофільтру, що виконується за рахунок термічного
опору.
4. Робоча частота мікропроцесорного модуля системи керування
становить 4 МГц.
5. Пристрій містить електричний розрядник РГУ-1-10-100 за для
запобігання електростатичного пробою повітря на сітці електрофільтру.
6. Пристрій повинен забезпечувати можливість підключення до системи
автоматичного керування зовнішнього електрофільтру.
7. Пристрій призначений для роботи у закритих стаціонарних
приміщеннях при температурі оточуючого середовища в межах від +5 до
+60 ºС.
8. Час безперервної роботи при живленні від мережі – 12 год.
9. Живлення від мережі змінного струму (50 ±0,5) Гц з номінальною
наругою 220 В ±10%.
10. Безвідмовне напрацювання не менше 10000 год., середнє
напрацювання на відмову не менше 25000 год.
11. Потужність споживання від мережі не більше 150 Вт.
12. Захист від ураження електричним струмом по класу ІІ.
13. Габаритні розміри 550×240×245 мм.
14. Маса приладу не більше 2,8 кг.
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
21
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
3. Розробка структурної схеми системи автоматичного керування
електростатичним фільтром очищення повітря робочої зони
Для того, щоб побудувати структурну схему розроблюваної системи
автоматичного керування електростатичним фільтром очищення повітря
робочої зони, необхідно зрозуміти принцип очищення повітря за допомогою
електростатичних зарядів. Принцип дії електростатичних фільтрів, оснований
на притяжінні електричних зарядів різної полярності. Забруднене повітря
проходить через іонізаційну камеру (коронатор), в якій частки придбавають
електричний заряд. Значення цього заряду залежно від конструкції коронатора
і розміру частки складає від 10 до 500 зарядів електрону. Заряджені частки
рухаються з потоком повітря і осідають на струмопровідних пластинах.
Такі електростатичні фільтри добре очищають повітря від аерозольних
забрудників, але не звільняють повітря газоподібних забрудників.
У коронаторах, що працюють під напругою вище 7 кВ завжди
утворюється озон. Саме озон є джерелом запаху від електростатичних
фільтрів, який прийнято називати "повітря як після грози". Необхідно
відмітити, що озон найсильніший окисник і навіть в невеликих кількостях є
отрутою і канцерогеном. У коронаторах працюючих при електростатичній
напрузі більше 14 кВ відбувається руйнування міцних молекул N2 і
утворюються оксиди азоту (NOx). Поява останніх в повітрі, що очищається,
так само украй не бажана.
Процес знепилювання в електрофільтрі складається з наступних стадій:
пилові частки, проходячи з потоком газу електричне поле, отримують заряд;
заряджені частки переміщаються до електродів з протилежним знаком;
осідають на цих електродах; віддаляється пил, що осів на електродах.
Зарядка часток – перший основний крок процесу електростатичного
осадження. Більшість часток, з якими доводиться мати справу при
промисловому газоочищенні, самі по собі несуть деякий заряд, придбаний в
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
22
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
процесі їх утворення, проте ці заряди занадто малі, щоб забезпечити ефективне
осадження. На практиці зарядка часток досягається пропусканням часток
через корону постійного струму між електродами електрофільтру. Можна
використати і позитивну і негативну корону, але для промислового
газоочищення прийнятніша негативна корона із-за більшої стабільності і
можливості застосування великих робочих значень напруги і струму, але при
очищенні повітря використовують тільки позитивну корону, оскільки вона дає
менше озону.
Основними елементами електрофільтру є коронуючий і осаджувальний
електроди. Перший електрод в простому вигляді є дротом, натягнутим в трубці
або між пластинами, другий - є поверхня трубки або пластини, що оточує
коронуючий електрод.
На коронуючі електроди подається постійний струм високої напруги 30-
60 кВ. Коронуючий електрод зазвичай має негативну полярність,
осаджувальний електрод заземлений. Це пояснюється тим, що корона при
такій полярності стійкіша, рухливість негативних іонів вища, ніж позитивних.
Остання обставина пов'язана з прискоренням зарядки пилових часток.
Після розподільних пристроїв оброблювані гази потрапляють в проходи,
утворені коронуючими та осаджувальними електродами, що називаються
міжелектродними проміжками. Електрони, що сходять з поверхні коронуючих
електродів розгоняються в електричному полі високої напруженості і
отримують енергію, достатню для іонізації молекул газу. Молекули газів, що
стикаються з електронами, іонізуються і починають прискорено рухатися у
напрямі електродів протилежного заряду, при зіткненні з якими вибивають
нові порції електронів. В результаті між електродами з'являється електричний
струм, а при деякій величині напруги утворюється коронний розряд, що
інтенсифікує процес іонізації газів. Зважені частки, переміщаючись в зоні
іонізації і сорбуючи на своїй поверхні іони, отримують зрештою позитивний
або негативний заряд та починають під впливом електричних сил рухатися до
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
23
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
електроду протилежного знаку. Частки сильно заряджаються на перших 100-
200 мм шляху і зміщуються до заземлених осаджувальних електродів під
впливом інтенсивного поля корони. Процес в цілому протікає дуже швидко,
на повне осадження часток вимагається всього декілька секунд. У міру
накопичення часток на електродах їх струшують або змивають.
На рисунку 3.1 представлена функціональна блок-схема системи
автоматичного керування електростатичним фільтром очищення повітря
робочої зони.
ВИСОКОВОЛЬТНИЙ БЛОК СХЕМА ФОРМУВАННЯ ІМПУЛЬСІВ
Блок Високочастотний
Стабілізатор
високовольтної формувач
напруги
іонізації імпульсів
Перший
ДЖЕРЕЛО ЖИВЛЕННЯ складений
СХЕМА КЕРУВАННЯ
транзисторний
ключ
Високочастотний Стабілізоване
220 B
загороджувальний джерело Мікроконтролер
фільтр живлення
Перший
складений
транзисторний
ключ
Стабілізоване
220 B
джерело Формувач
живлення
Рисунок 3.1 - Блок-схема мікропроцесорної схеми системи автоматичного
керування електростатичним фільтром очищення повітря робочої зони
Розроблювана система складається з таких блоків та вузлів.
Високочастотний загороджувальний фільтр призначений для усунення
високочастотних мережевих перешкод для захисту оптопари. Стабілізовані
блоки живлення – призначені для перетворення мережевої змінної напруги 220
В у постійну стабілізовану напругу живлення різноманітних блоків та схем
системи.
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
24
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Основу схеми складає мікропроцесор для стабільної роботи якого в
схемі використано формувач тактових імпульсів – генерація керуючих
роботою мікропроцесора імпульсів. Складені транзисторні ключі верхньої
ланки схеми необхідні для прискорення розрядки вхідних ємкостей польових
транзисторів високочастотного формувача імпульсів, а складені транзисторні
ключі нижньої ланки схеми – призначені для швидкого відкриття складених
транзисторних ключів верхньої ланки схеми.
Стабілізатором напруги є низьковольтний кремнієвий стабілітрон,
котрий виступає як джерело опорної напруги і на основі якого розроблено
стабілізоване високовольтне джерело живлення основного виконавчого блоку
схеми, а саме – блоку високовольтного іонізатора, який і представляє собою
основний виконавчий елемент електрофільтру.
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
25
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
4. Розробка електричної принципової схеми системи автоматичного
керування електростатичним фільтром очищення повітря робочої зони
Електрична принципова мікропроцесорна схема системи автоматичного
керування електростатичним фільтром очищення повітря робочої зони
показана на рисунку 4.1.
VT1
R5 U1
VD1 R30
R6
VD7 С3 R27
VT15
VD17..VD20 L1
С17
С16
VD2 FU1
+
R13 С11
VD8 DD1
6 17
VT3 RB0 CPU RA0
VT7
7
RB1
R9
R23
8 2
VD3 RB2 RA3
R33
FU2
9
RB3 VD14
С1
10 VT13 DA1 DA2
RB4 VD21
R2 С9 Тр3
12 16
С4 R10 RB6 OSC1
VD22..VD25
VT8 13
RB7 R29
VT4 + + +
Тр1 R14 ZQ1 С12 С13 С14
14 15
VCC OSC2
5 4
GND MCLR
С6 С7
VD4 R28
R19
R3 С5
С2
VD5
VD9 R11 VT9
R15
C15
VT5 VD13
VD10 VD11 R24 R26
VD6 C8
VT14
R22
R7 R16
VT2 R31
VT12
VS1 Tp2
VT11 FV1
R21
R25 VD15 FV2
R8 R17 R20 C9 +
VD16 R32
VD12
VT6
R1 R4
R12 VT10
R18
С2
Рисунок 4.1 – Електрична принципова схема системи автоматичного
керування електростатичним фільтром очищення повітря робочої зони
Основним елементом управління силовими транзисторами схеми є
мікросхеми малого ступеня інтеграції, і не завжди можливо отримати саме ті
послідовності імпульсів які хотілося б. До того ж в потужних блоках живлення
після вхідного випрямляча стоять конденсатори достатньо великого номіналу,
заряджати які треба поступово. Та і захист силових транзисторів можна
організувати досить просто використовуючи той же контролер.
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
26
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
+
220 B
Мережева напруга пройшовши через високочастотний
загороджувальний фільтр L1 поступає на випрямляч VD17-VD20. Мережева
напруга поступає так само на трансформатор Тр3, потім діоди VD22-VD25 на
стабілізатор напруги DА2 з якого живляться світлодіод оптрона U1 і
транзисторні ключі VT13-VT15. Ця ж напруга перетвориться стабілізатором
на мікросхемі DA1 для живлення контролера DD1 і ключів VT7-VT8.
Пульсуюча напруга частотою 100 Гц перетвориться формувачем на VT13,
R33, R28, R29 в негативні імпульси тривалістю приблизно 1 мс у моменти
переходу через нуль мережевої напруги і поступають на вхід INT контролера.
Після деякої затримки викликаною виходом усіх режимів контролера в
нормальний режим, на виході RA0 мікросхеми DD1 починають з'являтися
позитивні імпульси тривалістю 12 мкс, які відкривають транзистор VT15, а
також оптотирістор U1 в кінці півхвилі мережевої напруги. Приблизно
протягом трьох секунд ці імпульси плавно зміщуються до моменту переходу
через нуль мережевої напруги. Таким чином ми маємо плавне наростання
напруги на ємкості C11 від нуля до максимуму. Це необхідно для запобігання
виходу з ладу як діодного моста VD17-VD20 так і самої ємності. Після
досягнення робочої напруги на виході контролера формуються відкриваючі і
закриваючі імпульси згідно алгоритму показаному на рисунку 4.2.
RB1
RB4
RB2
RB3
RB5
VT11
VT12
Рисунок 4.2 – Алгоритм роботи контролера
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
27
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Складені ключі на транзисторах VT3, VT4, VT7, VT8 необхідні для
прискорення розрядки вхідних ємкостей польових транзисторів.
А ключі на транзисторах VT5, VT6, VT9, VT10 для їх швидкого
відкриття. При використанні кварцу ZQ1 на частоту 4 МГц транзисторні ключі
відкриваються з частотою 25 кГц. У моменти відкриття транзисторів VT1, VT2
залежно від споживаної потужності на резисторах R1, R5 відбувається падіння
напруги.
Як тільки воно досягне рівня 0,6 В контролер перейде в режим
переривання програми по RB6, RB7, і відключить оптодиністор, закриє
польові транзистори і включить світлодіод VD14 - аварія. У такому стані він
знаходитиметься скільки завгодно довго поки не буде відключено живлення
або не скинутий по входу MCLR.
Трансформатор Tр3 первинна обмотка якого розрахована на 220 В а
вторинна на 9-12 В і струм 150 мА. Трансформатор Tр1 намотаний на
складених в троє феритових кільцях М2000НМ розміром К54х32х6. Первинна
обмотка намотана джгутом з 4-х дротів і містить 2х45 витків дроту ПЭВ2
діаметром 0,6 мм. Вторинна намотана джгутом з 16-ти дротів і містить 2х10
вітків дроту ПЭВ2 діаметром 0,7 мм. Замість TO132-40 можна застосувати
ТО125-12,5. Транзистори КТ315 можна замінити на КТ3102; КТ361 на
КТ3107. Діоди КД105А будь-які на струм 200-500 мА. Електролітичні
конденсатори типу К50-35, решта КМ. Резистори типу МЛТ. Щоб уникнути
наведень, дроти йдуть від резисторів R4, R6 до входу RB6, RB7 повинні бути
якомога коротше. Якщо ці входи використовуватися не будуть то їх слід
замкнути з нульовим дротом. На виході RB5 присутня послідовність (рисунок
4.2), її можна використовувати для комутації навантаження після того, як
транзистори перемкнулися.
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
28
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
5 Розрахунок основних елементів електричної схеми
5.1. Стабілізація напруги за допомогою низьковольтних кремнієвих
стабілітронів
Використовуючи низьковольтний кремнієвий стабілітрон як джерело
опорної напруги, можна розробити стабілізоване високовольтне джерело
живлення, рисунок 5.1.
Рисунок 5.1 – Розрахункова схема стабілізованого
високовольтного джерела живлення
Вихідна напруга такого джерела живлення регулюється в межах 5…25
В, при цьому коефіцієнт стабілізації складає 0,5%. Будемо застосовувати
вказану схему, оскільки вона є доцільною в нашому випадку - коли відсутні
позитивна і негативна живлячі напруги, необхідна для операційних
підсилювачів.
Кремнієвий стабілітрон VD1 формує опорну напругу. Струм
стабілітрона вибирається відповідно до заданих температурного коефіцієнту і
максимального вихідного струму. Завдяки використанню польового
транзистора VT1 резистори R1 і R2 можуть бути високоомними і
малопотужними, внаслідок чого зменшується шунтування вихідної напруги.
У разі підключення цих резисторів безпосередньо до бази транзистора VT2
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
29
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
погіршується коефіцієнт стабілізації схеми і вихідний опір змінюється в
широких межах, що пояснюється низьким вхідним опором транзистора VT2.
Вихідну напругу стабілізатора знаходимо так:
R + R
U = (U 1 2
0 VD1 + UÁ−Å + UÇ−² ) , (5.1)
R1
де UVD1 = 0,24 В – опорна напруга;
UБ-Е = 0,23 В – напруга переходу «база-емітер» транзистору VT2;
UЗ-І=0,35В– напруга переходу «затвор-істок» польового транзистору VT1;
R1, R2 – шунтуючі опори вихідної напруги; R1 = 100 кОм;
R2 = 9.R1 = 900 кОм (приймаємо стандартне значення 1 МОм).
100 +1000
U0 = (0,24 + 0,23+ 0,35) = 9 В.
100
Коефіцієнт посилення транзистора VT2 при розімкненій петлі
зворотного зв'язку дорівнює А = 67 дБ і залежить від крутизни польового
транзистора і від опору навантаження. Коефіцієнт зворотного зв'язку в схемі
регулятора дорівнює:
R
= 1 , (5.2)
R1 + R2
де R2 = 9R1, тоді:
R
= 1 = 0,1.
R1 + 9 R1
Коефіцієнт посилення по напрузі при замкнутій петлі зворотного зв'язку
визначається наступним виразом:
A U
A 0
VC = , (5.3)
1− A U0
де А = 67 дБ - коефіцієнт посилення транзистора VT2 при розімкненій петлі
зворотного зв'язку;
U0 = 9 В – вихідна напруга;
= 0,1 – коефіцієнт зворотного зв'язку в схемі регулятора.
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
30
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
67 9
AVC = = −10 .
1− 67 9 0,1
Тоді коефіцієнт посилення із замкнутою петлею зворотного зв'язку
запишеться у вигляді:
AVf = A + AVC ; (5.4)
AVf = 67 −10 = 57 дБ.
Таке значення коефіцієнту посилення із замкнутою петлею зворотного
зв'язку є цілком задовільним для нашої схеми стабілізації.
Таким чином, в результатах проведених розрахунків було розроблено
стабілізоване високовольтне джерело живлення на основі низьковольтного
кремнієвого стабілітрона 1N970. Встановлено, що значення коефіцієнту
посилення із замкнутою петлею зворотного зв'язку є цілком задовільним для
нашої схеми стабілізації і становить 57 дБ.
5.2 Розрахунок елементів блоку стабілізації
Для забезпечення живлення пристрою блок стабілізаторів повинен
видавати стабілізовану напругу 5 В при струмі 20 мА для живлення
мікроконтролера, ±25 В при струмі 100 мA для живлення аналогових
мікросхем і напруги ±400 В при струмі до 0,3 А для живлення схеми іонізатора.
а) стабілізатор 5 В.
На вхід випрямляча поступає змінна напруга 10 В. Приймаємо мостову
схему випрямляча.
Вибираємо тип діодів моста VD22÷VD25, виходячи з умов:
U î áð U î áð =10 Â (5.5)
I ï ðì àõ Iâû õ =1 À (5.6)
По довіднику [12] приймаємо кремнієві діоди типа КД105А, для яких:
U пр =1 В; U обр =200 В; I пр =1 А.
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
31
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Для подавлення низькочастотної складової пульсацій, приймаємо
конденсатор С14 типа: К50-35-25В-1000 мкФ.
Для придушення високочастотної складової пульсацій застосовуємо
конденсатор С9 типу: КМ6-22 нФ.
На виході випрямляча маємо:
Uâû õ = Uâõ − 2U ï ð , (5.7)
â
Uâû õ =10 − 2 = 8B
â
Як стабілізатор використовуємо інтегральний стабілізатор типа
КР142ЕН5А з параметрами:
Uâõmin = 7,5 B Uâû õ = 8 Â ;
â
Uâû õ = 5 0,1Â ;
â
Iâû õmax = 2 À ;
На виході стабілізатора для зменшення ВЧ і НЧ пульсацій, також
приймаємо конденсатори типа:
С12→К50-35-6В-100 мкФ; С13→ К50-35-16В-100 мкФ.
б) стабілізатор ±25В.
На вхід випрямляча надходить змінна напруга 50 В.
Вибираємо тип діодів моста VD17÷VD20 з умов:
U î áð U î áð = 50 Â
I ï ðì àõ Iâû õ = 0,1À
З метою уніфікації використовуємо діоди КД210А.
На виході випрямляча приміняємо RC-фільтри (для позитивного і
негативного каналів).
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
32
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Визначаємо добуток RфCф.
1,5 106 q
Rô Ñ = , (5.8)
ô
m fc
де: m – число фаз випрямляча, m=2;
f – частота мережі, f =50 Гц;
q – коефіцієнт згладжування, q=2.
1,5 10 2
R Ñ = = 0,03106 .
ô ô Ом мкФ
2 50
На величину резистора Rф накладається обмеження:
0,25 RH Rô 0,65RH ,
де
U
RH = 0 , (5.9)
I0
25
RH = = 500 Ом.
5 10−2
Таким чином 125 Rô 325
Приймаємо величину Rф=240 Ом і тип резистора R30: МЛТ-0,25-
240±5%.
Тоді визначаємо ємність конденсатора фільтра:
Rô Ñ
ô
Cô = , (5.10)
Rô
0,024 106
Cô = = 2000 мкФ.
150
Остаточно приймаємо тип конденсатора Сф :
С11 → К50-35-400В-2000 мкФ
Для подавлення ВЧ гармонік приймаємо конденсатори С2, С3 типу:
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
33
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
С2=С3→ КМ-6-5600 пФ
Для забезпечення необхідного коефіцієнта згладжування (30 dB) на
виході використовуємо інтегральний стабілізатор К142ЕН8Б з параметрами
(для кожного каналу):
Uâû õ = 25 0,3Â
Iâû õ 100 ì A
в) випрямляч ±400 В.
Тип діодів моста VD1 VD6 вибираємо з умов:
U обр U обр = 45В
I прмах I вых = 1А
Також вибираємо діоди КД213А:
U î áð = 200 Â ; I ï ð = 0,3 À
Фільтрацію здійснює конденсатор С11 типу:
С1→К50-35-400В-2000 мкФ.
5.3. Оцінка точності роботи пристрою
В процесі розробки апаратури 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]:
n
2
ï ð = i ,
i=1
де δі – точність модуля приладу.
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
34
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Мікропроцесорна система керування електрофільтром очищення
складається з блоків, що пов’язані з електронікою. Отже точність таких вузлів
висока.
Розпишемо усі блоки, які входять до системи керування
електрофільтром та проаналізуємо їх точність, табл.5.1.
Таблиця 5.1 - Аналіз вузлів системи керування електрофільтром
Назва вузла Похибка, %
Імпульсний блок живлення 0,4
Мікропроцесор 0,05
Фрмувач сінхроімпульсів 0,15
Транзисторний ключ 0,15
Високочастотний формувач імпульсів 0,2
Стабілізатор напруги 0,25
Високовольтний стабілізатор 0,35
Підраховуємо сумарну похибку вузлів, що входять до складу системи
керування електрофільтром:
= 0,42
ï ð + 0,052 + 0,152 + 0,152 + 0,22 + 0,252 + 0,352 = 0,65 %.
Оскільки допустима похибка приладу 1%, то в даному розрахунку
приладу на точність при його експлуатації задовольняє поставлену задачу у
технічному завданню. Таким чином, задана точність роботи системи
автоматичного керування електрофільтром досягнена.
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
35
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
6. Технологічний розділ
6.1. Технологія виготовлення друкованих плат
Перші виготовленні друковані плати автоматизованим методом були
розроблені фірмою Multiwire. За минулий період за кордоном і у нас в країні
розроблені нові методи друковано-проводового монтажу, основані на різних
принципах прокладки трас з ізольованих проводів і способів отримання між
сполук в платах. Розрізняють два методи виготовлення друкованих плат:
метод стежкового монтажу і метод прямих відрізків.
Метод стежкового монтажу («Аракс») використовують в промисловості
в двох варіантах: з поділом процесу монтажу проводів на платі на окремі
операції і з об'єднанням операцій в один процес. При цьому методі друкованим
способом отримують типову одно-або двосторонню плату з постійною
топологією малюнка. У першому варіанті типову плату встановлюють на
паперову маску і прокладки з еластичного матеріалу, а потім відповідно до
заданої схемою прошивають її і прокладки через отвори пустотілої голкою,
всередині якої проходить тонкий ізольований провід. Після прошивки дроти
притискають до плати, видаляють еластичні прокладки з петель, утворених з
ізольованих проводів голкою, лудять петлі припоєм, знімають з петель маску
і припаюють їх до плати. У другому варіанті на автоматі прошивають плату
проводом, одночасно лудячи і припаюють петлі з дроту до контактних
майданчиків. В результаті отримують плату, еквівалентну за
функціональними можливостями багатошарової друкованої плати, але з більш
високою ремонтопридатністю і меншою вартістю.
Автоматизоване проектування друкованих плат. Однією з основних
задач в системі автоматизованого проектування плат є оптимізація з'єднань
між елементами схем. Залежно від обраної конструктивно-технологічної бази
ця задача може мати різну ступінь складності і відповідно може сильно
впливати на трудомісткість проектування друкованих плат. При
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
36
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
автоматизованому проектуванні друкованого монтажу, в тому числі і
багатошаровою, необхідно оптимізувати цілий ряд критеріїв (показників
якості), таких як сумарна довжина всіх зв'язків, число зв'язків між елементами
схеми, наприклад ІС, що знаходяться в сусідніх позиціях на монтажному полі,
число перетинань між зв'язками, число ланцюгів з можливо більш простою
конфігурацією. Оптимізація такого числа показників якості, будучи складним
завданням самої по собі, вимагає врахування ряду конструктивних
характеристик плати. До них можна віднести: розмір монтажного поля,
мінімально допустиму ширину друкованих провідників і відстань між ними,
число монтажних шарів, способи переходу з одного шару на інший,
розташування висновків елементів і ланцюгів на монтажному полі, число
ділянок, заборонених для прокладки провідників (технологічні отвори, місця
для позначень, заздалегідь прокладені стандартні друковані провідники та ін.).
Отримати оптимальний варіант друкованих з'єднань при відповідності всіх
умов досить важко. Тому, по суті, жоден з методів автоматизованого
проектування багатошарової друкованої плати не гарантує трасування всіх
з'єднань. Задовільними вважаються результати, коли автоматично трасуються
90-95% зв'язків. Решта з'єднання вимагають неавтоматизованої або
автоматизованої доопрацювання шляхом зміни конфігурації раніше
прокладених зв'язків, що значно підвищує трудомісткість проектування
монтажних плат.
Переваги та недоліки стежкового методу. Стежковий монтаж в
порівнянні з багатошаровим друкованим монтажем дозволяє наступне:
- Знизити трудомісткість конструкторських робіт у кілька разів, причому, чим
більше номенклатура друкованих плат, тим ефективніше стежковий
монтаж.
- Скоротити трудомісткість автоматизованого проектування друкованих
плат більш ніж в два рази.
- Знизити вартість матеріалів в три рази.
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
37
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
- Скоротити трудомісткість виробництва вузлів друкованих плат на 30%.
- Підвищити ремонтопридатність друкованої плати та оперативність
внесення змін до монтаж.
- Скоротити терміни розробки апаратури у зменшити технологічний цикл
проектування і виробництва друкованих плат.
- Виключити металізацію в отворах друкованої плати.
- Знизити кількість шкідливих стоків при виробництві друкованих плат.
- Зменшити масу друкованих плат, збільшити вихід придатних плат.
До недоліків стежкового методу монтажу необхідно віднести:
- Одностороннє розташування на платі.
- Потреба в ретельному контролі інформативного матеріалу при
автоматизованому проектуванні друкованих плат.
- Збільшення габаритів друкованих плат викликає майже пропорційний ріст
трудомісткості монтажу.
- Не конкурентоспроможність з одно-і двосторонніми друкованих плат по
трудомісткості в серійному виробництві, не рахуючи етапу макетування.
- Складність застосування друкованих плат проводового монтажу для
елементів між шнуровими виводами (планарна формовка виводів).
Метод прямих відрізків. Метод полягає в тому, що друкованим
монтажем виготовляють типову друковану плату з постійною типологією
малюнка і наскрізними металізованими отворами. Типову друковану плату
встановлюють на стіл монтажного автомата і за заданою програмою розводять
зв'язку прямими відрізками з ізольованого дроту, обрізаючи його в заданих
точках. При цьому ізольований провід автоматично без попереднього лудіння
ділянки жили що припаюється, без видалення ізоляції з нього поєднується з
контактною площадкою. Причому провід може укладатися на контактну
площадку під будь-яким кутом по відношенню до її осі. Після суміщення
з'єднувальних елементів розщеплений електрод опускається на провід і з
заданим зусиллям притискає його до гальванічного олов'яно-свинцевого
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
38
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
покриттю контактної площадки, а потім на електрод подається розігріваючий
імпульс струму. Розігрітий до значення температури 973...1073 К (700...800 С)
електрод непрямим шляхом передає тепло з з'єднуються з елементам. В
результаті ізоляція на дроті оплавляється і таким чином забезпечується
електричний контакт електроду з житловою дроти. Потім на електрод
подається другий імпульс струму, який розігріває провід на ділянці обмеженій
зазором в розщепленому електроді. При постійно призначеному тиску
розігрітий електрод і розігріта жила проводу передають тепло гальванічному
покриттю контактного майданчика. При цьому покриття розплавляється, і
жила проводу занурюється в розплав. Після закінчення дії імпульсу електрод
піднімається, а розплавлене покриття, охолоджуючись, кристалізується і
таким чином відбувається формування з'єднання.
На стабільність процесу, а отже, і на якість з'єднань при цьому впливають
такі чинники:
- Ступінь відповідності нанесеного гальванічного покриття евтектичному
складу сплаву олово-свинець і похибка його товщини по всьому полю
плати, від яких залежить температура розплаву покриття.
- Похибка тиску електродів на провід, від якої залежить ступінь деформації
жили в зоні з'єднання і відповідно механічна міцність з'єднання.
- Стабільність площі контакту електрода з жилою дроту, яка впливає на
щільність струму і температуру нагрівання сполуки припою.
6.2. Автоматизація виготовлення друкованих плат
Загальним недоліком обох методів виготовлення друкованих плат є
необхідність покриття заготовок перед свердлінням для захисту від
механічних пошкоджень друкованих провідників. Сушка лаку і його
видалення після свердління й хімічного міднення отворів збільшують
трудомісткість процесу і тривалість технологічного циклу, порушують його
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
39
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
безперервність. Тому не можна створити автоматичної потокової лінії
виробництва друкованих плат.
При ручному виготовленні зазначений порядок проходження операцій
повинен зберігатися, тому що шар фоторезиста і освічений їм малюнок
друкованих провідників вказують на розташування отворів. Отже, малюнок
повинен створюватися до свердління. Операція свердління отворів є процесом
трудомістким, оскільки число отворів, наприклад, на платі середнього розміру
становить кілька сотень, а на платах з ІМС в корпусах зі штирьковими
виводами - більше тисячі. Таким чином, виникає проблема автоматизації
свердління отворів, рішення якої можна досягти використанням верстатів з
числовим програмним управлінням (ЧПУ).
Використання ЧПУ для свердління отворів в друкованих платах спрощує
весь процес, роблячи його більш пристосованим для подальшої автоматизації.
У цьому випадку отвори свердлять і металізують до покриття заготовок шаром
фоторезиста і формування малюнка друкованих провідників, що виключає
такі операції, як покриття плат захисним шаром лаку і його видалення після
хімічного міднення. Для отримання малюнка схеми просвітлені на платі
отвори суміщають з їх зображеннями на фотошаблон, тому даний метод
отримав назву "метод базового отвори".
Подальшу обробку плати виробляють звичайним способом, тобто на
провідники та контактні площадки гальванічно осаджують мідь і наносять
захисне покриття, після чого видаляють шар фоторезиста і стравлюють
фольгу. Всі операції можна виконувати безперервно на автоматичній
потокової лінії.
В даний час розроблені плівкові фоторезисти, повністю змінили
технологію нанесення світлочутливого шару на заготівлю друкованої плати.
Вони складаються з трьох шарів: запобіжної плівки, плівки фотополімерного
резиста і прозорої поліефірної плівки для ультрафіолетового випромінювання.
Запобіжну плівку видаляють перед нанесенням фоторезисту на заготовку.
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
40
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Коли плівковий фоторезист притискають валиком, він приклеюється до
поверхні заготовки липким шаром.
Експонування виробляють через захисну поліефірну плівку, на яку
накладають фотошаблон. Потім захисну плівку видаляють з поверхні
світлочутливого шару механічним відшаровуванням і виявляють її.
Використання плівкового фоторезисту знижує трудомісткість операцій
формування захисного рельєфу і скорочує виробничий цикл виготовлення
друкованих плат приблизно на 20-30%. Завдяки рівномірній товщині шару
фоторезиста утворений їм захисний рельєф має рівні й чіткі краю, а розміри
ліній на заготовці після експонування точно відповідають розмірам на
фотошаблонів. Для автоматизації хімічних і гальванічних процесів при
виготовленні друкованих плат застосовують агрегатовані автоматичні лінії з
ЧПУ. Щоб підвищити універсальність таких ліній, їх будують за модульним
принципом, який дозволяє складати різні лінії, які відповідають тому чи
іншому базовому технологічному процесу. Модулі для гальванічних процесів
мають штанги для підвішування виробів. Завантаження та вивантаження
моду-лей, а також передачу заготовок з однієї позиції на іншу здійснюва-ляєт
автооператор, керований від ЕОМ. Продуктивність подібних ліній становить
400-500 печатних плат в зміну.
6.3. Технологія монтажу елементів друкованих плат
Конструктивною ознакою вузла поверхневого монтажу (ПМ) є
приєднання виводів радіоелементів до контактного майданчика,
розташованому на поверхні комутаційної плати. Технологія поверхневого
монтажу (ТПМ) включає технологію виготовлення комутаційних плат і
радіоелементів для ПМ, технологію виконання ПМ, а також обладнання для
ПМ, випробування, контроль та ремонт виробів, виконаних за даною
технологією.
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
41
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Однак широке впровадження ТПМ при виготовленні РЕА, у тому числі й
побутової, стримується в силу певних причин: недостатнього розвитку
елементної бази ПМ; складнощі з обладнанням; труднощі освоєння нових
технологічних процесів; дуже високих вимог до точності виконання
монтажних операцій. Тому для більшості конструкцій РЕА використовують
змішаний монтаж, характерний для переходу від технології традиційного
монтажу до ТПМ.
Елементи вузлів поверхневого монтажу. До основних елементів вузлів
ПМ відносяться друкована плата і радіоелементи. На друкованій платі є
контактні площадки для монтажу радіоелементів при чистому ПМ або
контактні площадки і отвори для змішаного монтажу, а також комутаційні
доріжки. Друковані плати для ПМ зазвичай називають комутаційними
платами. При їх виготовленні необхідно враховувати наступні фактори:
розміри плати; ефективне використання площі плати; варіанти ПМ; число
комутаційних шарів плат; ширину і крок комутаційної доріжки; застосування
міжшарових переходів; електричні характеристики; відвід теплоти.
Зі збільшенням розмірів комутаційних плат підвищуються їх
функціональні можливості (виключаються проміжні сполуки плат), але
ускладнюється монтаж і збільшується вартість.
Ефективне використання площі комутаційних плат (щільність монтажу)
залежить від варіанту ПМ (чистий, змішаний), числа комутаційних шарів
плати (одношарові, багатошарові), ширини і кроку комутаційних доріжок. Для
ПМ стають звичайними комутаційні доріжки, що мають ширину і крок 0,203
мм (0,008 дюйма) і навіть 0,127 мм (0,005 дюйма), що збільшує щільність
монтажу, але технологія їх отримання дорога. Тому перевагу віддають
доріжках шириною 0,254 мм (0,01 дюйма), що дозволяє здійснювати і
змішаний монтаж. Щільність монтажу також збільшується за рахунок
застосування двосторонньої монтажу, вертикальної установки декількох
комутаційних плат на загальну несучу плату, використання багатошарових
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
42
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
комутаційних плат. Багатошарові плати автоматично зменшують труднощі
розводки, але при цьому ускладнюється технологія їх виготовлення. В якості
ізоляційних матеріалів і підстав для комутаційних плат використовують
пластмаси, керамічні та композиційні матеріали. Провідні шини, провідники,
контактні площадки виготовляють з мілини або інших провідних матеріалів.
При цьому в багатошарових платах один шар служить сигнальної шиною
(разводкакоммутаціонних доріжок по сигналу), другий шар - шиною
заземлення, третій - шиною живлення.
Коротка характеристика технологічного процесу ПМ. При
автоматизованому ПМ на комутаційну плату впливають високі температури
(особливо при паянні), і тому для збільшення її термостійкості проводяться
додаткові (підготовчі) операції. До таких операцій належать розплавлення і
нанесення паяльної маски. Паяльна маска збільшує термостійкість, а
розплавлення покращує паяльність і продовжує термін друкованої плати.
Технологічний процес ПМ включає наступні основні операції:
1. Селективне нанесення припайних паст і клею (наприклад, за допомогою
трафаретного друку, дозаторів).
2. Монтаж компонентів. Він є центральною операцією технологічного процесу
ПМ, і для проведення цієї операції монтажна машина повинна відрізнятися
високою точністю. При цьому в монтажних машинах застосовуються
пристрої автоматичного розпізнавання зразків, юстирування плати,
суміщення виводів компонентів з контактними майданчиками.
3. Пайка. У техніці ПМ можуть використовуватися такі автоматизовані
способи пайки: хвилею припою; інфрачервоним (ІК) випромінюванням; в
паровій фазі; імпульсна групова; лазерна.
4. Очищення (відмивання флюсу).
5. Контрольні операції. При ПМ використання традиційного візуального
контролю сильно ускладнено через малі розміри компонентів, великої
насиченості ними. Тому застосовують методи автоматизованого
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
43
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
відеоконтролю на базі пристроїв розпізнавання зразків, а також методи
об'єктивного контролю якості пайки на базі лазерної техніки.
6.4. Особливості контролю та ремонту друкованих плат з
поверхневим монтажем
Як було описано вище, контроль якості ПМ викликає певні труднощі.
Крім автоматизованого відеоконтролю на базі пристроїв розпізнавання зразків
і контролю якості пайки лазерної технікою застосовуються випробувальні
зонди, а також спеціальні схеми самотестування. Вбудованої випробувальної
схемою, яка працює за відповідною програмою, перевіряють функціональні
параметри виробу. Основним недоліком такого способу випробувань є
ускладнення конструкції плати і зниження ефективності використання її
площі. Зазвичай автоматичний контроль реалізується на таких основних
етапах технологічного процесу: нанесення припойні пасти; позиціонування
компонентів перевірки після пайки. При ремонті апаратів найчастіше
доводиться виконувати операції демонтажу дефектного компонента з
наступним монтажем. Найпоширеніший інструмент - це паяльник
(мікропаяльнік), з його допомогою можна проводити демонтаж і монтаж при
ПМ пасивних компонентів і при застосуванні захоплень спеціальної форми -
простих активних елементів (корпусу типу SOT). Але при виконанні роботи
необхідно бути дуже уважним, щоб не пошкодити інші компоненти,
комутаційні доріжки, контактні площадки.
Демонтаж і монтаж складних компонентів ПМ проводити за допомогою
паяльника дуже важко, а часто неможливо. У таких випадках може
застосовуватися пристосування, оснащене нагрівальними капілярами (для
розігріву місць пайки) зі змінними наконечниками, розрахованими на
компоненти різних форм і розмірів. Видалення дефектного компонента і
установка на його місце справного виробляються за допомогою вакуумного
присоса. Може використовуватися і мікроскоп, який забезпечує контроль
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
44
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
точності позиціонування встановлюваного компонента. Демонтаж і монтаж
дефектних компонентів можна проводити за допомогою інших методів пайки,
що застосовуються в ТПМ. Виправлення дефекту, по суті, зводиться до
повторного виконання певної частини складально-монтажних операцій. У тих
випадках, коли вартість мікрозбірок ПМ невелика, простіше і дешевше їх
замінити. При ремонті виробів з ПМ необхідні ретельний контроль і керування
процесом усунення шлюбу, щоб виключити можливість пошкодження
придатного компонента, сусідніх компонентів та інших елементів
комутаційної плати.
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
45
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
7. Охорона праці
7.1. Аналіз небезпек та шкідливостей, що впливають на
співробітника дослідницької лабораторії
В процесі розробки системи автоматичного керування на співробітника
лабораторії впливають різноманітні параметри робочої обстановки. До таких
можна віднести зокрема наступні: температура, вологість і швидкість руху
повітря, шум, вібрація, шкідливі речовини, різноманітні випромінювання
тощо. Від умов праці в значному ступені залежать здоров'я і працездатність
людини, її відношення до праці і результати її діяльності. При поганих умовах
різко знижується продуктивність праці і створюються передумови для
виникнення травм і професійних захворювань. Проаналізуємо фактори, що
впливають на здоров'я і працездатність співробітника, який працює у
дослідницькій лабораторії.
Робоче місце співробітника являє собою простору аудиторію, яка
мебльована столами та шафами, укомплектована комп’ютерною технікою та
периферійним обладнанням. Усі предмети на робочих місцях розташовані в
робочій зоні в межах прямої видимості та розміщені на відстані не більше 80
см від працівника. Розміри столу становлять: довжина – 1,2 м, ширина – 0,9 м,
висота – 0,745 м. Висота стільця становить 0,45 м. З врахуванням середнього
росту людини, який складає 160-180 см, можна сказати, що положення, яке
співробітник лабораторії займає при роботі відповідає нормативним
інструкціям і рекомендаціям ДСТУ 8604:2015. При цьому потрібно відмітити,
що положення моніторів вибрано найкращим чином, так як світло, що
потрапляє через вікно, падає з лівого чи правого боку від працюючого в
залежності від розташування робочого місця і, таким чином, не засліплює
йому очі. Задля кращого уникнення негативного ефекту, пов’язаного з
надмірною освітленістю приміщення, вікна обладнані жалюзі.
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
46
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розміри лабораторії становлять: довжина – 8 м, ширина – 4,5 м, висота –
3 м. Відповідно її площа дорівнює 36 м2. Найбільша кількість одночасно
працюючих становить 6 чоловік. Звідси площа, що припадає на одного
робітника, дорівнює 6 м2, що відповідає ДБН В.2.2.28-2010. Об’єм
приміщення складає 108 м3. Звідси визначаємо, що об'єм, який припадає на
одну людину дорівнює 18 м3. Нормативне значення складає 15 м3. З наведених
даних можна зробити висновок, що дане приміщення задовольняє вимогам
ДБН В.2.2.28-2010 з розрахунку на одну людину.
Людина сприймає світ кількома органами почуттів, одне з
найважливіших - зір, адже через нього в мозок надходить абсолютна більшість
обсягу інформації. Людський мозок розрізняє кольори і інтенсивність світла
через очі. Доведено схильність настрою від яскравих або важких кольорів,
рівня і типу освітлення в приміщенні або на вулиці. У складі очей є особливі
клітини, які забезпечують різне сприйняття вдень і вночі. Під впливом світла
в очних клітинах виникають особливі фотохімічні реакції, які призводять до
виникнення імпульсів, які йдуть по зоровому нерву в центр кори головного
мозку і передають інформацію. Саме тому дуже необхідно створити такі
світлові умови для очей людини, щоб інформація з навколишнього
середовища потрапляла до головного мозку без спотворень.
Кожен вид діяльності, пов'язаний з необхідністю розрізнення того чи
іншого об'єкта, вимагає певного рівня освітленості на тій ділянці, де ця
діяльність здійснюється. Звичайно чим сильніше утруднено зорове
сприйняття, тим вище повинен бути середній рівень освітленості.
Разом з тим надмірна локальна яскравість може викликати засліплення.
Коли в поле зору потрапляє яскраве джерело світла, очі на якийсь час
втрачають здатність розрізняти предмети. Осліплення може бути прямим,
коли воно викликано перебуванням яскравих джерел світла в поле зору, або
відбитим, коли світло відбивається від поверхонь з високим коефіцієнтом
відображення. Людське око захищається від поразки занадто яскравим світлом
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
47
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
за допомогою блимання очима, повороту очей і руху голови при впливі
яскравого світла.
При організації раціонального освітлення, виборі джерел світла і
світильників враховуються призначення приміщення, його розміри і категорія
за вибухопожежонебезпекою, можливі забруднення (пил, гази, пари),
характеристика і розряд виконуваної роботи, нормована освітленість і колір
оздоблення.
Для створення нормальної світлового середовища застосовують різні
системи освітлення. В приміщенні лабораторії освітлення здійснюється через
віконні отвори (природне однобічне освітлення), за допомогою світильників
на стелі (штучне верхнє освітлення) або одночасно - світильники і вікна
(сполучене освітлення). В приміщенні вздовж однієї зі стін розташовано 2
вікна, розміри кожного з яких становлять 2 м на 1,3 м.
Величина необхідного освітлення на робочому місці приміщення
нормується з ДБН В.2.5-28-2018. При штучному освітленні нормується
величина освітленості в люксах (Лк), яка вибирається в залежності від ха-
рактеристики зорової праці з урахуванням найменшого розміру об'єкта
розрізнення, фона, контрасту об'єкта розрізнення з фоном.
За найменший об’єкт розрізнення приймемо крапку в тексті книги чи на
екрані монітору, розмір якого визначимо на рівні 0,15–0,3 мм. Користуючись
ДБН В.2.5-28-2018, визначаємо, що за розміром обраного нами найменшого
об’єкта розрізнення, ступінь точності зорової праці відноситься до високого і
становить ІІ розряд. Нормативне значення КПО для визначеного розряду
зорової роботи відповідає – ен = 1,8%. Фактичне значення КПО становить 25-
35%. Отже, рівень природного освітлення в даному приміщенні знаходиться в
нормі.
Нормативне значення штучного загального освітлення становить
400 лк. Фактичне значення згаданого параметра становить 190-200 лк, що в
два рази нижче зазначеної норми, відповідно ДБН В.2.5-28-2018.
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
48
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
В якості джерел світла при штучному освітленні використовуються
люмінесцентні лампи, в освітлювачах типу ЛСП 02В - 1×40, загальна кількість
яких становить 4. Таким чином, в даному приміщенні рекомендується
модернізувати систему штучного освітлення.
Електропроводка мережі змінного струму в даному приміщенні
прихованого типу. Приміщення відноситься до 3 типу: приміщення без
підвищеної небезпеки ураження працівників електричним струмом.
Обладнання, встановлене в ньому, живиться від мережі напругою 220 В і
споживає потужність менше ніж 3000 Вт. Деяке обладнання, зокрема ПК, має
металевий корпус, тому згідно ДСТУ Б В.2.5-82:2016 в аудиторії передбачена
магістраль захисного заземлення.
Під час роботи з обладнанням необхідно:
1. При раптовому припиненні подачі електроструму потрібно негайно
вимкнути електрообладнання.
2. Категорично забороняється ремонтувати електрообладнання,
вмикати та вимикати його, якщо це не передбачено в ході роботи.
3. Категорично забороняється проводити будь-які перемикання на
головному розподільному щиті.
4. Не знімати запобіжні кожухи.
5. У випадку виявлення неполагодженого електрообладнання,
вимірювальних приладів і дротів, терміново вимкнути напругу і звернутись до
керівника лабораторії.
6. У випадку ураження електричним струмом слід терміново
звільнити потерпілого від дії струму і прийняти міри по наданню першої
допомоги, при необхідності викликати лікаря.
Лабораторія відноситься до приміщень з категорією пожежовибухо-
небезпеки типу В (ДСТУ Б В.1.1-36:2016), оскільки в лабораторії в наявності
деревяні меблі, плакати, підлога, які є твердими важкогорючими матеріалами.
Для попередження пожеж в лабораторії використовується електрична
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
49
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
пожежна сигналізація променевого типу та теплові датчики типу (ИП-105-2)
у кількості 6 шт. Також дана лабораторія обладнана двома ручними
вуглекислотними вогнегасниками типу ВВК-7.
При виникненні пожежі в приміщенні лабораторії працівники
зобов'язані:
1. Сповістити про пожежу за телефоном 101. Назвати своє прізвище та
прізвище керівника установи;
2. Повідомити про пожежу керівника установи;
3. Негайно організувати евакуацію людей, використовуючи наявні
засоби;
4. Відключити електроенергію, вентиляцію та провести інші заходи, що
запобігають поширенню пожежі та задимленості у приміщенні;
5. Приступити до гасіння пожежі наявними засобами пожежогасіння, а
при неможливості виконання даних дій вийти з приміщення, зачинивши
за собою двері, та діяти згідно з розпорядженнями свого керівника або
команди, яка організовує гасіння пожежі;
6. Одночасно з гасінням пожежі організувати евакуацію та захист майна,
матеріальних цінностей;
7. Забезпечити дотримання техніки безпеки працівниками, які беруть
участь у гасінні пожежі;
8. Після прибуття на пожежу пожежних підрозділів забезпечити їм
вільний доступ на території об'єкта.
Вплив шуму на організм людини, перш за все, відбивається на серцево-
судинної системи – шум здатний змінити частоту серцевих скорочень і
підвищити або знизити артеріальний тиск. Частота впливу і рівні шуму
безпосередньо впливають на захворюваність центральної нервової системи.
Також проживання в міських умовах від 10-ти і більше років призводить до
ризику виникнення гіпертонії і ішемії серця. Постійний вплив шуму може
стати причиною навіть таких хвороб як гастрит і виразка, оскільки
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
50
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
роздратування різними звуками порушує моторну і секреторну функції
шлунка.
В приміщенні лабораторії рівень шуму, який в основному зумовлений
одночасною роботою системних блоків комп’ютерів не перевищує 45 дБА.
Інколи, при роботі принтера це значення досягає 55 дБА. Але відповідно ДСН
3.3.6.037-99 нормативне значення допустимого рівню звукового тиску, рівню
звуку та еквівалентного рівню звуку на робочому місці в лабораторії становить
60 дБА. Таким чином, фактичні рівні шуму в приміщенні лабораторії не
перевищують нормативні значення цього параметру.
В приміщенні лабораторії вплив електромагнітного випромінювання на
людину відбувається на частоті системної шини персонального комп’ютера та
від мережі змінного струму частотою 50 Гц. Відповідно ДСН 3.3.6.096-2002
знаходимо, що гранично допустимий рівень напруженості електромагнітного
поля (ЕМП) по електричній складовій (В/м) на робочих місцях персоналу
протягом робочого дня у діапазоні частот від 50 до 300 МГц не повинен
перевищувати встановленої межі у 5 В/м. У нашому випадку напруженість
ЕМП становить 0,1 В/м. Таким чином, фактичне значення параметру не
перевищує нормативне. Можна зробити висновок, що клас умов праці за
даним параметром відноситься до допустимих.
Мікроклімат є комплексом фізичних параметрів середовища
приміщення, що впливають на теплообмін людини з навколишнім
середовищем, його тепловий стан і, відповідно - на самопочуття, здоров'я,
працездатність.
Основними параметрами мікроклімату в приміщеннях є: температура
повітря, відносна вологість повітря, швидкість руху повітря, теплове
випромінювання навколишнього середовища.
Життєдіяльність кожної людини супроводжується безперервним
виділенням теплоти (енерговитрат) в навколишнє середовище. Її кількість
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
51
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
залежить від ступеня фізичного навантаження і фактичних кліматичних умов
і складає від 50 Вт в стані спокою до 500 Вт при фізичних навантаженнях.
Для того щоб фізіологічні процеси в організмі протікали нормально
теплота, що виділяється організмом повинна повністю відводитися у
навколишнє середовище, тобто дотримуватися тепловий баланс. Порушення
теплового балансу може призвести або до перегріву, або до переохолодження
організму і, як наслідок, до швидкої стомлюваності, до втрати працездатності,
втрати свідомості і теплової смерті.
Температурний вплив, що виходить за межі допустимих (нейтральних)
коливань, викликає зміни тонусу м'язів, периферичних судин. Навіть при
допустимих параметрах мікроклімату можуть виникнути розлади центральної
нервової системи і алергічні захворювання. Якщо всі параметри мікроклімату
знаходяться в нормі, то у людини не виникне ніяких відчуттів дискомфорту,
не відчувається ні спеки, ні холоду, ні духоти.
Особливо сильно впливають на людину теплові умови. Навіть при
короткочасному впливі холоду в організмі відбувається перебудова
регуляторних і гомеостатичних систем, змінюється імунний статус організму.
При вираженому охолодженні організму зростає число тромбоцитів і
еритроцитів в крові, збільшується вміст холестерину, в'язкість крові, що
підвищує можливість тромбоутворення.
Охолодження людини - як загальне, так і локальне (особливо кистей),
сприяє зміні його рухової реакції, порушує координацію і здатність виконання
точних операцій, викликає гальмівні процеси в корі головного мозку, що може
бути причиною виникнення травматизму.
При локальному охолодженні кистей знижується точність виконання
операцій, що здійснюються рукою. Працездатність пальців зменшується на
1,5% на кожен градус зниження їх температури.
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
52
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Переносимість працівником охолодження дещо збільшується при
адаптації до холодового фактору, але для забезпечення температурної
саморегуляції це істотного значення не має.
При певних значеннях підвищена температура повітря може привести до
захворювань загального характеру: спостерігаються головні болі, підвищена
пітливість і стомлюваність, збільшується ризик смерті від серцево-судинної
патології (гіпертонічної та ішемічної хвороб, хвороб артерій і капілярів).
Тривалий вплив високої температури (перегрівання) може стати причиною
виникнення гострого розвитку серцево-судинної недостатності, яка в першу
чергу характеризується падінням артеріального і венозного тиску,
зменшенням кровообігу головного мозку та ін. Особливо схильні до теплових
ударів особи, які мають масу тіла вище норми.
Згідно ДСН 3.3.6.042-99 окремо для двох періодів року, визначаємо
оптимальні і допустимі значення температури, відносної вологості та
швидкості руху повітря.
Враховуючи характеристику трудової діяльності людини, яка визначає
ступінь залучення до роботи м'язів і відображає фізіологічні витрати внаслідок
фізичного навантаження, потрібно відмітити, що дана робота є сидячою і при
цьому не спостерігається фізична напруга працівника. Людина на такій посаді
працює з витратами до 120 ккал/год, а отже дана робота відноситься до легкої
фізичної (категорія Iа). Оскільки на даному робочому місці робітник
безперервно знаходиться більшу частину свого робочого часу, при цьому не
змінюючи оточення, то дане робоче місце можна віднести до постійного.
Нормовані величини температури, відносної вологості і швидкості руху
повітря в робочій зоні виробничого приміщення в холодний період року:
- оптимальне значення температури 22-24°С;
- допустиме значення температури 21-25°С;
- оптимальне значення відносної вологості 40-60%;
- оптимальне значення швидкості руху повітря 0,1м/с;
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
53
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
- допустиме значення швидкості руху повітря ≤0,1 м/с.
Нормовані величини температури, відносної вологості і швидкості руху
повітря в робочій зоні виробничого приміщення в теплий період року:
- оптимальне значення температури 23-25°С;
- допустиме значення температури 22-28°С;
- оптимальне значення відносної вологості 40-60%;
- оптимальне значення швидкості руху повітря 0,1 м/с;
- допустиме значення швидкості руху повітря 0,1-0,2 м/с.
В лабораторії фактичне значення температури в холодний період року
становить 20°С, що нижче від відповідної нижньої межі допустимого
значення. Таким чином дані умови праці відносяться до першого ступеня
шкідливості. Це в свою чергу може призвести до легких форм застуди.
Рекомендується в даному приміщенні в холодний період року користуватися
автономним обігрівачем невеликої потужності.
Фактичне значення температури в теплий період року становить 26-
28°С, що в свою чергу перевищує оптимальне значення, але знаходиться в
допустимих межах. В такому випадку рекомендується в даному приміщенні
встановити додатковий кондиціонер, що сприятиме більш комфортній роботі.
Фактичне значення швидкості руху повітря в свою чергу становить 0,2
м/с, перевищує максимально допустиме значення лише в холодну пору року.
Виходом з даної ситуації може бути реконструкція вікон, пов’язана з заміною
їх на більш сучасні – пластикові.
Фактичне значення відносної вологості повітря в приміщенні становить
67%. Це відповідає першому ступеню шкідливості умов праці. Перевищення
вологості в теплий період року призводить до збільшення температури тіла.
Особливо дане явище має місце при відхиленні температури від оптимальних
меж в сторону збільшення. При пониженні температури підвищена вологість
може призвести до переохолодження тіла. Як підвищення, так і зниження
температури тіла може призвести до застуди.
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
54
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
На основі вищенаведених даних можна сказати, що технічний рівень
робочого місця не відповідає нормативним вимогам. Це проявляється
внаслідок недостатньої кількості джерел світла. Потрібно відмітити, що
раціонально виконане освітлення виробничих приміщень надає позитивного
психофізіологічного впливу на працюючих, сприяє підвищенню
продуктивності праці, забезпеченню її безпеки, знижує втому і травматизм на
виробництві, зберігає високу працездатність в процесі праці. Таким чином, в
даному приміщенні рекомендується модернізувати систему загального
штучного освітлення.
7.2. Модернізація системи загального штучного освітлення
Серед чинників зовнішнього середовища, що впливають на організм
людини в процесі праці, світло займає одне з перших місць. Адже відомо, що
майже, 90% всієї інформації про довкілля людина одержує через органи зору.
Під час здійснення будь-якої трудової діяльності втомлюваність очей, в
основному, залежить від напруженості процесів, що супроводжують зорове
сприйняття.
Світло впливає не лише на функцію органів зору, а й на діяльність
організму в цілому. При поганому освітленні людина швидко втомлюється,
працює менш продуктивно, зростає потенційна небезпека помилкових дій і
нещасних випадків. Згідно із статистичними даними, до 5% травм можна
пояснити недостатнім або нераціональним освітленням, а в 20% воно сприяло
виникненню травм. Врешті, погане освітлення може призвести до
професійних захворювань, наприклад, таких як робоча мнопія
(короткозорість, спазм акомодації).
Для створення оптимальних умов зорової роботи слід враховувати не
лише кількість та якість освітлення, а й кольорове оточення. Так; при світлому
пофарбуванні інтер'єру завдяки збільшенню кількості відбитого світла рівень
освітленості підвищується на 20-40% (при тій же потужності джерел світла),
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
55
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
різкість тіней зменшується, покращується рівномірність освітлення. При
надмірній яскравості джерел світла та предметів, що знаходяться у полі зору,
може відбутись засліплення працівника. Нерівномірність освітлення та
неоднакова яскравість навколишніх предметів призводять до частої
переадаптації очей під час виконання роботи і, як наслідок цього — до
швидкого втомлення органів зору. Тому поверхні, що добре освітлюються і
знаходяться в полі зору, краще фарбувати в кольори середньої світлості,
коефіцієнт відбиття яких знаходиться в межах 0,3-0,6, і, бажано, щоб вони
мали матову або напівматову поверхню.
До робочого освітлення надаються певні вимоги:
- освітлення на робочих місцях повинно бути достатнім для виконання даної
роботи;
- освітлення повинно бути рівномірним по робочій поверхні;
- на робочій поверхні не повинно бути тіні, особливо рухливої;
- в полі зору не повинно бути прямого і відбитого блиску (блиск– підвищена
яскравість освітленої поверхні, яка викликає осліплення);
- величина освітленості повинна бути постійною в часі;
- спектральний склад світла повинен відповідати характеру роботи (ця вимога
особливо суттєва для забезпечення правильної кольоропередачі);
- світлові установки не повинні бути джерелом додаткових небезпек та
шкідливостей;
- установки повинні бути економні, прості та надійні до роботи.
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:
E S z К
N = н з
n F
л (7.1)
де Ен – нормоване освітлення, лк (ДБН В.2.5-28-2018);
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
56
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Кз – коефіцієнт запасу, який враховує зниження освітлення в процесі
експлуатації (для заданого приміщення Кз = 1,5);
S = А·В – освітлюєма площа приміщення, (А – довжина приміщення, В
– ширина приміщення);
z – коефіцієнт мінімального освітлення; z = 1,05 (для світлодіодних
ламп);
n – кількість ламп у світильнику;
Fл – світловий потік лампи;
– коефіцієнт використання, відн. од.
Для визначення нормованого освітлення – Ен, визначаємо:
- перелік основних предметів, які повинна розглядати людина у процесі
роботи на заданому робочому місці: надписи на екрані монітору, шрифт у
книзі;
- 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;
- 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.
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
57
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Відповідно типу приміщення приймаємо тип світильника в залежності
від умов середовища і типу приміщення. Обираємо стельовий світлодіодний
світильник EVROLIGHT ОПАЛ-B.
Світлодіодні світильники різної форми широко використовуються в
створенні освітлювальних систем офісних та адміністративних будівель. Вони
успішно замінили собою традиційні лампочки та енергозберігаючі лампи.
Істотне розширення області застосування LED світильників стало можливим
відносно недавно – після появи потужних світлодіодів. Прилад освітлення на
таких елементах з багатьох технічних і експлуатаційних параметрів
перевершив традиційні джерела освітлення (лампи розжарювання,
люмінесцентні лампи, галогенні лампи тощо).
Порівняно з лампами розжарювання вбудовані світлодіодні лампочки
мають тривалий термін служби. За номінальним параметром він становить
близько 50 тисяч годин. Від ламп розжарювання світлодіодний світильник
стельового виду відрізняє також направлене випромінювання. Порівняно з
люмінесцентними лампами світлодіоди повністю безпечні, не вимагають
складної утилізації, оскільки у них відсутня ртуть.
Після включення світлодіодного стельового світильника, максимальна
потужність світлового потоку буде досягнуто буквально за частку секунди.
Світлодіодні лампи відрізняються великою різноманітністю колірного
відтінку освітлення починаючи від теплого, характерного для ламп
розжарювання, і закінчуючи білим холодним.
Порівнюючи світлодіодний прилад освітлення з лампами розжарювання
або люмінесцентними лампами, можна відзначити суттєву економію
електроенергії – 95% і 50% відповідно. На сьогодні світлодіодний світильник
– це самий потужне і економічне джерело світла.
Сучасний вбудований стельовий світлодіодний LED-світильник за
силою світла легко здатний конкурувати з лампами розжарювання. Досягти
таких показників дозволило спільне застосування дуже яскравих світлодіодів
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
58
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
з напівпровідниковим перетворювачем. Найпростіша схема світлодіодних
LED-світильників включає всього дві деталі – діоди і гасить резистор.
Світлодіоди при такій схемі підключаються зустрічно-паралельно. В
результаті вони надійно захищені від впливу зворотної напруги. Подвійне
підключення також дозволяє мінімізувати миготіння світлодіодів, яке може
стомлювати зір.
Світлодіодна панель EVROLIGHT ОПАЛ-B являє собою комбінований
LED світильник потужністю 36 Вт. Поєднання корпусу B2B та опалового
розсіювача дозволило створити світильник з м'яким холодним світлом та
продовжити його роботу на понад 8 годин на день. Широкий кут розсіювання
160° дозволяє охопити велику площу освітлення.
Світильник вбудованого типу – відмінний варіант для стель типу
Армстронг. Встановлення та підключення здійснюється менше 5 хвилин.
Також при додатковому придбанні рамки панелі можливий варіант накладного
типу монтажу. Металевий корпус та пластикова рамка з ПВХ виконують дві
важливі функції: метал відводить тепло від світлодіодів та запобігає перегріву
світильника, рамка надає жорсткості панелі, захищає від механічних
пошкоджень.
В світильнику використовуються 4 алюмінієві світлодіодні стрічки, на
кожній по 28 шт. світлодіодів SMD 2835. Алюміній додатково відводить тепло
та продовжує термін служби панелі. Колір світла - холодний, 6400К. Індекс
кольору: Ra≥80. Всі ці параметри дозволили продовжити термін служби
світильника ОПАЛ-В до 25 000 годин.
В світильнику встановлено виносний драйвер, який дозволяє легко
підключити панель. Серед інших переваг драйвера: забезпечує відсутність
пульсацій, коефіцієнт потужності (PF) – 0,65, діапазон допустимої вхідної
напруги – 150-265 В, захист від імпульсного перенапруги у вигляді варистора.
Рекомендується використовувати світильник із запобіжниками PULS для
додаткового захисту панелі від високих стрибків напруги.
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
59
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Для розрахунку необхідної кількості світильників в приміщенні
лабораторії необхідно врахувати основні технічні характеристики обраного
світильника:
- форма плафону – квадратний;
- колір плафону – білий;
- світловий потік – 4200 лм;
- габаритні розміри – 595 х 595 х 30 мм;
- матеріал плафону – полікарбонат;
- матеріал корпусу – алюміній;
- максимальна електрична потужність – 36 Вт;
- напруга живлення – 220-240 В;
- ступінь захисту - IP 20;
- кут розсіювання – 160 °;
- еквівалент потужності лампи розжарювання – 420 Вт.
Рисунок 7.1 – Стельовий світлодіодний світильник EVROLIGHT ОПАЛ-B
Визначаємо коефіцієнт використання в залежності від групи світильника
(третя група), коефіцієнтів відбиття стелі (70%), стін (50%) і підлоги (10%) та
індексу приміщення і:
A B
i =
h (A + B) (7.2)
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
60
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
де А – довжина приміщення, м;
В – ширина приміщення, м;
h = Н – 0,8 = 3 – 0,8 = 2,2 м – висота підвісу світильників.
Згідно виразу (7.2) знаходимо:
8 4,5
i = = 1,3
2,2 (8 + 4,5) .
За формулою (7.1) розраховуємо кількість світильників N:
н ⋅ ⋅ ⋅ Кз 400 ⋅ 36 ⋅ 1,05 ⋅ 1,5
= = = 6,92
⋅ л ⋅ 1 ⋅ 4200 ⋅ 0,78
Необхідно розташувати 8 світильників рівномірно на усій площі стелі
заданого приміщення з врахуванням габаритних розмірів приміщення та
світильників.
Для живлення освітлювальної мережі використовується напруга 220 В.
Перетин дроту повинен задовольняти таким вимогам:
- дроти повинні допускати протікання по ним розрахункового струму
освітлювального навантаження, не нагріваючись вище допустимої
температури;
- напруга на джерелах світла повинна бути не нижче мінімальних значень;
- механічна міцність дротів повинна бути достатньою для даного типу
електропроводки.
Розраховуємо встановлену потужність освітлення як суму потужностей
усіх світильників.
n
Pв = Pi
i=1 (7.3)
де Pi – потужність i-ої лампи (світильника);
n – кількість ламп (світильників).
Згідно (7.3) отримуємо:
Pв = 36·8 = 288 Вт
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
61
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розрахункове навантаження освітлювальної мережі визначаємо за
наступною формулою:
Pв = Pв ·Кс (7.4)
де Kс – коефіцієнт попиту.
Оскільки в нашому випадку приміщення являє собою адміністративну
будівлю, Kс = 0,9. Отже:
Pв = 288·0,9 = 259,2 Вт
Визначаємо розрахунковий струм освітлювальної мережі:
Pp
I p =
Uф cos
(7.5)
де Pp - розрахункове навантаження освітлювальної мережі, Вт;
Uф = 220 В – фазна напруга;
cos φ – коефіцієнт потужності навантаження, для світлодіодного
світильника cosφ = 0.95.
259,2
Ір = = 1,24 А
220 ⋅ 0,95
Відповідно значенню розрахункового струму визначаємо допустимий
мінімальний перетин дроту, яким можливо провести з’єднання світильників в
освітлювальну мережу для забезпечення пожежної безпеки. Обираємо дріт з
полівінілхлоридною ізоляцією та мідними жилами мінімальною площею
поперечного перерізу 1,0 мм2 (максимально допустимий струм – 15 А),
оскільки менший перетин дроту не рекомендується до використання за
механічною міцністю.
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
62
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
8. Економічний розділ
В цьому розділі кваліфікаційної роботи розглянуті питання, пов'язані з
визначенням собівартості виробництва системи автоматичного керування
електрофільтром, його рівня якості як нового виробу, зроблено аналіз ринку і
конкурентної спроможності, доцільності виробництва.
8.1. Аналіз ринку
Розроблений пристрій має наступні показники:
- вихідні розмикачі – 2;
- загальний ККД – 97,5%;
- вихідна потужність – 150 Вт;
- робоча частота – 4 МГц;
- об'єм – 0,032 м3;
- вага – 2.8 кг.
Розроблювальний прилад не є новинкою на ринку Україні і повинен
створити конкуренцію електрофільтрам імпортного виробництва, при цьому
мати високі показники якості, надійності і низьку собівартість.
Реалізація виробу буде здійснюватися на ринку країн СНД, серед
компаній, які займаються виготовленням вентиляційно-аспіраційної техніки
високої якості для приміщень різного призначення. Попит на виріб на ринку
очікується приблизно 100 тис. за рік. Виріб буде продаватися оптовим
замовникам та в роздріб в магазинах, які спеціалізуються з продажу
вентиляційної техніки.
Головним конкурентом на ринку є канадська фырма Bionaire. Аналогом
за технічними характеристиками є модель Bionaire LC-3/01, яка має такі
характеристики:
- вихідні розмикачі – 2;
- загальний ККД – 95%;
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
63
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
- вихідна потужність – 350 Вт;
- робоча частота – 2 МГц;
- об'єм – 0,018 м3;
- вага – 1,8 кг.
Приймаємо серійне виробництво з серією 10 000 шт / рік .
8.2. Оцінка рівня якості виробу
Вхідні дані. Для оцінки рівня якості виробу використовується коефіцієнт
технічного рівня (КТ.Р.), який розраховується для кожного варіанту
інженерного рішення:
n
К = B
Т .Р. ij ij
i=1 ,
де φij – коефіцієнт вагомості i-го параметра якості j-го варіанта в сукупності
прийнятих для розгляду параметрів якості;
Bij – оцінка i-го параметра якості j-го варіанта вироби;
n – кількість параметрів виробу.
При наявності кількісної характеристики виробу коефіцієнт технічного
рівня можна визначити за формулою:
n
К = q
Т .Р. i i
i=1 ,
де qi – відносний (одиничний) i-й показник якості.
Обгрунтування системи параметрів виробу і визначення відносних
показників якості.
На основі даних про зміст основних функцій, які має реалізовувати виріб,
вимог замовника, а також умов, які характеризують експлуатацію виробу,
визначають основні параметри виробу, які будуть використані для розрахунку
коефіцієнта технічного рівня виробу.
Відносні показники якості по будь-якому параметру qi, якщо вони
знаходять в лінійній залежності від якості, визначаються за формулами:
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
64
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
PH PБ
q = i q = i
i P i
Б Р
i або Н
i ,
де PHi – числові значення i-го параметра відповідно нового і базового виробів.
Перша формула використовується при розрахунку відносних показників
якості, коли збільшення величини параметра веде до покращення якості
виробу.
Друга формула використовується при розрахунку відносних показників
якості, коли збільшення величини параметра веде до погіршення якості
виробу.
Коли нелінійна зв'язок між параметрами і якістю виробу, слід
використовувати такі формули:
P P
H Б
q = lg i +1 q = lg i +1
i P i P
Б H
i i
Параметри нового та базового виробу приведені в таблиці 8.1.
Таблиця 8.1 - Параметри нового та базового виробу
Абсолютне значення Показчик
Умовне
№ Параметр параметра якості
позначення
новий базовий qi
Вихідні
1 NR , штук 2 2 1
розмикачі
2 Загальний ККД КПД
, % 97,5 95 1.02
3 Потужність Рвых , Вт 150 350 0,43
4 Робоча частота f p , МГц 4 2 2
5 Об‘єм V, м3 0.032 0.018 1,77
6 Вага m , кг 2.8 1.85 1,51
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
65
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
8.3. Визначення коефіцієнтів вагомості параметрів
Вагомість кожного параметра в загальній кількості розглянутих при
оцінці параметрів, визначається методом попарного порівняння. Оцінку
проводить експертна комісія, кількість членів якої повинна дорівнювати
непарному числу (не менше 7 чол.). Експерти повинні бути фахівцями в даній
галузі. Після детального обговорення та аналізу кожний експерт оцінює
ступінь важливості параметрів шляхом присвоєння їм рангів. У звичайному
випадку оцінки дають 7 експертів в галузі вентиляційних систем. Результати
рангування параметрів заносимо в таблицю 8.2.
Таблиця 8.2 - Результати рангування
Ранг параметра по оцінці експерта Сума
№ Відхилення
2
рангів i
параметра 1 2 3 4 5 6 7 i
Ri
1 7 7 7 6 7 7 6 47 19 361
2 6 5 6 5 7 6 6 41 13 169
3 4 4 3 5 3 4 2 25 -3 9
4 5 6 4 5 6 3 3 32 4 16
5 1 1 1 1 1 1 1 7 -21 441
6 2 2 4 3 2 4 5 22 -6 36
7 3 3 3 3 2 3 5 22 -6 36
1068
Далі обчислимо суму рангів кожного показника:
N
Ri = rij
l=1 ,
де rij ранг і-го параметра, визначений j-м експертом; N-число експертів.
Обчислюємо середню суму рангів (Т):
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
66
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
1
T = Rij = 28
n ,
де n – кількість оцінюваних параметрів;
Rij - загальна сума рангів, яка дорівнює:
Nn(n +1) 7 7(7 +1)
Rij = = = 196
2 2
Далі визначаємо відхилення суми рангів кожного параметру (Ri) від
середньої суми рангів (Т):
i = Ri −T
сума всіх i повинна дорівнювати нулю.
2
Обчислюємо i та загальну суму квадратів відхилень:
n
S = 2
i = 1068
i=1 ;
Визначимо коефіцієнт узгодженості:
12S 12 1068
W = = = 0.778
N 2 (n3 − n) 72 (73 − 7)
Певна розрахункова величина W порівнюється з нормативною Wн (якщо
W та Wн, визначені дані заслуговують довіру і придатні до використання). Для
електровимірювальних і радіотехнічних виробів Wн = 0,77.
Порівнявши W та Wн - робимо висновок, що розрахунки зроблені вірно.
Використовуючи отримані від кожного експерта результати рангування
параметрів проводиться попарне порівняння всіх параметрів. Результати
порівняння заносяться в таблицю 8.3.
В даний час найбільш широко використовуються наступні значення
коефіцієнтів переваги (aij):
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
67
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
1.5 при xi x j
a = 1.0 при x
ij i = x j
0.5 при xi x j
де xi та xj – параметри, які порівнюються між собою.
На основі числових даних і таблиці складають квадратну матрицю
A = a
ij
- розрахунок вагомості параметрів.
Таблиця 8.3 - Результати порівняння параметрів
Експерти Значення
Пара- Сумарна
коефіцієнта
метри 1 2 3 4 5 6 7 оцінка
перевісу (aij)
1 і 2 < < < < = < = < 0.5
1 і 3 < < < < < < < < 0.5
1 і 4 < < < < < < < < 0.5
1 і 5 < < < < < < < < 0.5
1 і 6 < < < < < < < < 0.5
1 і 7 < < < < < < < < 0.5
2 і 3 < < < = < < < < 0.5
2 і 4 < > < = < < < < 0.5
2 і 5 < < < < < < < < 0.5
2 і 6 < < < < < < < < 0.5
2 і 7 < < < < < < < < 0.5
3 і 4 > > > = > < > > 1.5
3 і 5 < < < < < < < < 0.5
3 і 6 < < > < < < > < 0.5
3 і 7 < < = < < < > < 0.5
4 і 5 < < < < < < < < 0.5
4 і 6 < < < < < > > < 0.5
4 і 7 < < < < < = > < 0.5
5 і 6 > > > > > > > > 1.5
5 і 7 > > > > > > > > 1.5
6 і 7 > > < = = < = = 1
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
68
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розрахунок вагомості (пріоритетності) кожного параметра проводиться
за наступними формулами:
b
= i
i n
b
i
i=1
n
b =
i a
ij
j=1 ,
де bi – вагомість i-го параметра за результатами оцінок всіх експертів;
визначається як сума значень коефіцієнтів переваги (aij) даних усіма
експертами по i-му параметру.
Результати розрахунків заносяться в таблицю 8.4.
Таблиця 8.4 – Результати розрахунку коефіцієнтів вагомості
Перша
Параметри Друга ітерація
ітерація
Параметри
1 2 3 4 5 6 7 b b
i i i i
1 1.0 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 4 0.0816 0.541 0.084
2 1.5 1.0 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 5 0.102 0.632 0.098
3 1.5 1.5 1.0 1.5 0.5 0.5 0.5 7 0.1428 0.877 0.136
4 1.5 1.5 0.5 1.0 0.5 0.5 0.5 6 0.1224 0.745 0.116
5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.0 1.5 1.5 10 0.2040 1.398 0.217
6 1.5 1.5 1.5 1.5 0.5 1.0 1.0 8.5 0.1735 1.122 0.174
7 1.5 1.5 1.5 1.5 0.5 1.0 1.0 8.5 0.1735 1.122 0.174
Всего 49 1 6.437 0.999
Відносні оцінки вагомості (φi) розраховуються декілька раз, доки
наступне значення буде незначно відхилятися від попереднього (менше 5%).
На другій ітерації значення коефіцієнта вагомості (φ’i) розраховується так:
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
69
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
b
= i
i n
b
i
i=1 ,
b = a b + a b ++ a b
де b’i визначається i i1 1 i2 2 in n .
Відносна оцінка, яка отримана на останній ітерації розрахунків,
приймається за коефіцієнт вагомості (φi ) і-го параметру.
За отриманими значеннями φ’i та qi визначаємо коефіцієнт технічного
рівня:
KТ .Р. = 0.084 2 + 0.098 1.154 + 0.136 1+ 0.116 2 + 0.217 1+ 0.174 0.811+ 0.174 1.059
=1.191 KТ .Р. = 1.191
8.4. Розрахунок собівартості виробу
Розрахунок собівартості виробу, що проектується, передбачає складання
калькуляції відповідно встановленого в галузі переліку статей витрат. Ціни
взяті з прайс-листа фірми Імрад за 15.01.2013.
Калькуляція собівартості складається згідно з "Типовим положенням з
планування, обліку і калькулювання собівартості (робіт, послуг) в
промисловості". У даній роботі будуть враховані статті калькуляції, які
найчастіше використовуються на підприємствах приладобудівних галузей
виробництва.
Сировина і матеріали. Витрати на придбання матеріалів обчислюються на
підставі норм їх витрачання і цін з урахуванням транспортно-заготівельних
витрат.
n
СМ = КТ .З.qBMiЦ Mi
i=1 ,
q
де BMi - норма витрат і-го матеріалу на одиницю продукції, грн;
Ц
Mi - ціна одиниці і-го матеріалу, грн.;
К
Т .З. - коефіцієнт, який враховує транспортно-заготівельні витрати.
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
70
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розрахунки заносяться в таблицю 8.5.
Таблиця 8.5 - Розрахунок витрат на сировину та матеріали
Ціна
Стандарт чи Одиниця Норма Сума,
Матеріал одиниці,
марка виміру витрат грн.
грн.
Припій ПОС-61 кг
0.5·10-3 8,5 0.004
ГОСТ 21931-76
КЕ
Флюс кг 8·10-3 9 0.07
ГОСТ797-64
Всього 0.074
Невраховані
0,0074
матеріали 10%
Транспортно-
заготівельні
0.008
витрати
Ктр=1.1
Всього 0.09
Покупні комплектуючі вироби, напівфабрикати, роботи і послуги
виробничого характеру сторонніх підприємств і організацій. Розрахунки по
видатках на покупні вироби та напівфабрикати зводяться у таблицю 8.6.
Таблиця 8.6 - Розрахунки по витратах на покупні вироби та напівфабрикати
Ціна за
Вироби, Стандарт або Кількість, Сума,
одиницю,
№ напівфабрикати марка од. грн.
грн.
1 2 3 4 5 6
1 Печатна плата СФ-2-50 1 1 1
2 Корпус Ст4 1 5 5
Інтегральний
3 стабілізатор КР142ЕН8Б 1 18.25 18.25
напруги
Інтегральний
4 стабілізатор КР142ЕН5А 1 10.15 10.15
напруги
5 Мікроконтролер PIC16F84 1 57.25 57.25
6 Оптопара TO132-40 1 7 7
7 Транзистор КП707В2 2 0.35 0.7
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
71
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Продовження таблиці 8.6
1 2 3 4 5 6
8 Транзистор КТ3102Ж 2 0.2 0.4
9 Транзистор КТ361Е 2 0.05 0.1
10 Транзистор КТ315Б 8 0.15 1.2
11 Транзистор П107Б 1 5.0 5
12 Діод КД213А 6 2 12
13 Діод КД212А 4 2 8
14 Стабілітрон 1N970 2 0.15 0.3
15 Світлодіод АЛ307БМ 1 0.10 0.1
16 Діод КД219Г 1 0.05 0.05
17 Діод КД210А 4 1 4
18 Діод КД105А 5 0.80 4
19 Тирістор КУ212А 1 0.5 0.5
Кварцовий
20 HC-49U-4,0MHz 1 0.3 0.3
генератор
21 Резистор МЛТ-0,25 31 0,05 1,55
22 Резистор ППБ-15 1 0.01 0.01
К50-35-6В-
23 Конденсатор 1 1,5 1,5
1000мкФ
24 Конденсатор КМ-6 11 0,05 0,55
К50-35-400В-
25 Конденсатор 2 1,75 3,5
2000мкФ
К50-35-6В-
26 Конденсатор 1 1,25 1,25
100мкФ
К50-35-16В-
27 Конденсатор 1 1,5 1,5
100мкФ
К50-35-25В-
28 Конденсатор 1 1,85 1,85
1000мкФ
29 Запобіжник ПП-5А 1 0,75 0,75
30 Запобіжник ПП-0,5А 1 0,8 0,8
31 Розрядник РГУ-1-10-100 1 10,5 10,5
32 Електрофільтр ЭГВ2-30-12-6-5 1 100,5 100,5
33 Дросель ДР-50х21К2 1 3,2 3,2
34 Трансформатор ABL6TS 1 56,75 56,75
35 Трансформатор ОСОВ-0,25 У5 1 23,75 23,75
36 Трансформатор ТС-220/12 1 35,5 35,5
Разом з транспортно-заготівельними витратами (Ктр=1.1) 378.76
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
72
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Основна заробітна плата. Витрати за цією статтею розраховуються по
кожному виду робіт (операцій) залежно від норми часу (нормативної
трудомісткості) і погодинної тарифної ставки робітників:
n
С = С t
з.о Тi Шi
i=1 ,
де СТі – почасова тарифна ставка для i-го виду рабіт (операцій), грн.;
tШі – норма часу для i-го виду рабіт (операцій), годин.
Перелік робіт (операцій) відповідає технологічному процесу виробництва
виробу. Норми часу для монтажних робіт визначаються типовими нормами
часу на монтажні роботи. Результати зведені у таблиці 8.7
Таблиця 8.7 – Норми часу для монтажних робіт
Середня Кількість
Назва Норма часу,
погодинна однотипних Сума, грн.
робіт годин
тарифна ставка операцій, од.
1. Підготовка
2.0 1 0.01 0.02
друкованої плати
2. Підготовка
мікросхем до 2.0 3 0.005 0.03
монтажу
3. Підготовка
радіоелементів до 2.2 92 0.009 1.82
монтажу
4. Установка
2.5 3 0.019 0.14
мікросхем на плату
5. Установка
радіоелементів на 2.0 92 0.005 0.92
плату
6. Виправити
дефекти паяних 2.2 1 0.01 0.022
з‘єднань
7. Встановити
плату в корпус 2.0 1 0.3 0.6
зібрати корпус
∑ 3.552
8. Допоміжні
_ _ _ 0,71
операції (20% ∑)
Всього 4.262
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
73
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Додаткова заробітна плата. Витрати за цією статтею визначаються у
відсотках до основної заробітної плати:
Сз.д. = к .
з.д Сз.о. = 0,4.4,262 = 1,71 грн,
де кз.д = 0,3…0,4 – коефіцієнт, який враховує додаткову зарплату.
Відрахування на соціальне страхування. За діючими з 1.01.2003р.
нормативами відрахування на соціальне страхування складає 39,55% від суми
основної та додаткової зарабітньої плати:
Ссоц = к .
соц (Сз.о. + Сз.д. ) = 0,3955.(4,262+1,71) = 2,36 грн,
де ксоц = 0,3955 – коефіцієнт, який враховує відрахування на соціальні
потреби.
Загальновиробничі витрати. Враховуючи, що собівартість виробу
визначається на ранніх стадіях його проектування в умовах обмеженої
інформації щодо технології виробництва та витрат на його підготовку в
загальних рисах виробничі витрати включаються, крім власне цих витрат,
витрати на: освоєння основного виробництва, відшкодування зносу
спеціальних інструментів і пристроїв цільового призначення, утримання та
експлуатацію устаткування. При цьому в загальних рисах виробничі витрати
визначаються у відсотках до основної заробітної плати. При такому
комплексному складі загально виробничих витрат їх норматив (nз.в) досягає
200–300%.
Сз.в. = n .С .
з.в з.о. = 2 4,262 = 8,524 грн.
Адміністративні витрати. Ці витрати відносяться на собівартість виробу
пропорційно основній заробітній платі і на приладобудівних підприємствах
вони становлять (nз.г) 100–200%:
С . .
з.г. = nз.г Сз.о. = 1 4,262 = 4,262 грн.
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
74
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Витрати на збут. Витрати за цією статтею визначаються у відсотках до
виробничої собівартості (звичайно nп.в = 2,5-5%) - сума за всіма наведеними
вище статтями калькуляції, являє повну собівартість продукції.
Сп.в. = n . .
п.в Свир = 0,025 395,616 = 9,89 грн.
Результати виконаних розрахунків зведені і таблиці 8.8.
Таблиця 8.8 - Статті витрат
№ Статті витрат Сума, грн. Питома вага %
1 Сировина та матеріали. 0,09 0,02
Покупні вироби, напівфабрикати, роботи
2 та послуги виробничого характеру 378.76 92,38
сторонніх організацій.
3 Основна заробітна плата. 4,262 1,04
4 Додаткова заробітна плата. 1,71 0,42
5 Відрахування на соціальне страхування. 2,36 0,57
6 Загальновиробничі витрати. 8,524 2,08
Виробнича собівартість. 395,706 96,51
7 Адміністративні витрати. 4,262 1,04
8 Витрати на збут. 9,89 2,41
Повна собівартість. 409,858 100
8.5. Визначення ціни виробу
З різних методів ціноутворення досить поширений метод лімітних цін, за
яким визначають нижню та верхню межі ціни.
Нижня межа ціни. Нижня межа ціни Цн.м захищає інтереси виробника
продукції і передбачає, що ціна повинна покрити витрати виробника, пов'язані
з виробництвом і реалізацією продукції, і забезпечити рівень рентабельності
не нижче того, що має підприємство під час виробництва вже освоєної
продукції:
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
75
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Ц = Ц 1+ ндс
Н .М . опт.п. 100
Р
Ц = С 1+ Н
опт.п. пов
100
де Цопт.п. – оптовая ціна підприємства, грн.;
Спов – повна собівартість виробу, грн.;
РН– нормативний рівень рентабельності, 10%;
αНДВ – податок на додану вартість, 20%.
10
Ö = 491,831+ = 541,01 грн.
î ï ò .ï
100
20
ÖÍ .Ì = 409,8581+ = 491,83 грн.
100
Верхня межа ціни. Верхня межа ціни (Цв.м)захищає інтереси споживача і
визначається тією ціною, яку споживач готовий заплатити за продукцію з
кращою споживчою якістю
ЦВ.М. = Ц .
Б КТ.Р = 670 . 1,191 = 797,97 грн.
ЦБ – ціна базового виробу, грн. (ЦБ =670 грн);
КТР – рівень якості нового виробу відносно базового;
Договірна ціна. Договірна ціна (Цдог) може бути встановлена за
домовленістю між виробником і споживачем в інтервалі між нижньою та
верхньою лімітними цінами.
ЦН.М < Цдог < ЦВ.М.
Виходячи з виразу: 491,83 < Цдог < 797,97, обираємо ціну на виріб
Цдог = 700 грн.
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
76
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
8.6. Визначення мінімального обсягу виробництва продукції
Собівартість річного випуску продукції:
СР = а СПОВ Q + bCПОВ Х
,
де СПОВ - повна собівартість одиниці продукції, грн.;
а - умовно-змінні витрати =0.75;
b - умовно-постійні витрати =0.25;
X - виробнича потужність підприємства X=12000 од./рік;
Q - річний обсяг випуску продукції Q=10000 од./рік;
С .
р = 0,75 409,858.10000 + 0,25.409,858.12000 = 4 303 509 грн.
Q = Ц Q
Вартість річного випуску продукції Р ДОГ :
Qр = 700.10000 = 7 000 000 грн.
Обсяг продукції при якому прибуток дорівнює нулю:
b С
Q = ПОВ X
1
Ц ДОГ − а СПОВ
0,25 409,858 12000
Q1 = = 3132 одиниць.
700 − 0,75 409,858
Обсяг продукції при якому буде досягнутий запланований рівень
рентабельності:
Р
b СПОВ X 1+ Н
100
Q2 =
Р
Ц ДОГ − а С Н
ПОВ 1+
100
20
0,25 409,858 12000 1+
100
Q одиниць.
2 = = 4456
20
700 − 0,75 409,858 1+
100
Річний прибуток при досягненні запланованого рівня рентабельності
складе:
П = (Ц ДОГ − СПОВ ) Q2
П = (700 – 409,858).4456 = 1292872,75 грн.
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
77
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Побудуємо графік, рис.8.1, на якому покажемо значення Q1 та Q2:
Q1 Q2
Рисунок 8.1 – Графік рентабельності виробництва приладу
Таким чином, в даному розділі кваліфікаційної роботи були проведені
аналіз ринку, рівня якості і конкурентоспроможності приладу, розрахунки
собівартості виробництва, доцільність виробництва, визначення ціни виробу.
Повна собівартість електрофільтру складає 409,858 грн.
Нижня межа ціни: ЦН.М = 491,83 грн.
Верхня межа ціни: ЦВ.М. = 797,97 грн.
Договірна ціна: Цдог = 700 грн.
Обсяг продукції при якому прибуток дорівнює 0 грн. – Q1 = 3132 од.
Обсяг продукції при якому буде досягнутий запланований рівень
рентабельності Q2 = 4456 од.
Майже 75% від собівартості виробу складають покупні вироби,
напівфабрикати, роботи і послуги виробничого характеру сторонніх
підприємств. З цього можна зробити висновок, що собівартість виробу
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
78
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
переважно залежить від покупних радіоматеріалів і компонентів. Тому
основним шляхом зниження собівартості виробу – це налагодження поставок
комплектуючих безпосередньо від виробників.
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
79
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Висновки
1. Проведений аналіз методів та засобів очищення від пилу робочих зон
промислових приміщень, які дозволяють дотримуватися необхідного рівня
ГДК пилуватих забруднень і показано, що шляхом електростатичного
осадження пилуватих частинок на решітці електрофільтру можна отримати
високу якість та чистоту (порядку 99,995%) повітря у приміщені.
2. Виконаний літературний та патентний аналіз методів та засобів,
призначених для керування оптимальними режимами здійснення процесу
електрофільтрації повітря в робочій зоні технологічного процесу
лазерного оброблення, відзначив актуальність розроблення системи
автоматичного керування електростатичним фільтром очищення повітря
такої робочої зони, що забезпечує високоточне та оперативне керування
електростатичним фільтром.
3. Розроблено структурну та електричну принципову схеми системи
автоматичного керування електростатичним фільтром очищення повітря
робочої зони, побудованої за згаданим принципом.
4. Виконано розрахунок основних елементів та вузлів система автоматичного
керування електростатичним фільтром очищення повітря, зокрема
проведена стабілізація напруги за допомогою низьковольтних кремнієвих
стабілітронів, розрахунок елементів блоку стабілізації, а також здійснено
оцінку точності роботи пристрою.
5. Розроблено технологічний процес виготовлення плати мікропроцесорної
системи керування електрофільтром та розроблено складальні креслення
для основної плати керування системи.
6. Проаналізовані небезпеки та шкідливі фактори, що виникають на ділянці
де використовується електрофільтр та проведена модернізація системи
загального штучного освітлення дослідницької лабораторії.
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
80
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
7. Виконано маркетингове дослідження щодо впровадження розробленої
системи та виконано порівняльний аналіз економічних розрахунків
собівартості виготовлення розробленого електрофільтру.
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
81
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Список використаної літератури
До вступу та розділу 1
1. Джеджула, В.В. Вентиляція та кондиціювання громадських об’єктів:
навчальний посібник. – Вінниця: ВНТУ, 2021. – 71 с.
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. Жуковський С. С, Лабай В. Й. Системи енергопостачання і забезпечення
мікроклімату будинків та споруд. Навч. посібник. -Львів: Астрономо-
геодезичне товариство, 2000. - 259 с.
5. ДБН В.2.5-67:2013 Опалення, вентиляція та кондиціонування повітря. –
Чинний від 01.01.2014. – Київ: Мінрегіонбуд, 2013. – 141 с.
6. Джеджула В. В. Особливості налаштування вентиляційних систем на
проектну витрату повітря // Сучасні технології, матеріали і конструкції в
будівництві. – 2018. – № 1. – С. 100–105.
7. Джеджула В. В. Системи вентиляції зі змінною витратою повітря:
особливості проектування та експлуатації // Сучасні технології, матеріали
і конструкції в будівництві. – 2017. – № 1. – С. 106-111.
8. Зінич П.Л. Вентиляція громадських будівель і споруд: навчальний
посібник. – К.: КНУБА, 2002. – 256 с .
9. Джеджула В. В. Енергозбереження промислових підприємств: методологія
формування, механізм управління: моногр. – Вінниця: ВНТУ, 2014. – 347 с.
10. Ревенко І.І., Брагінець М.В., Ребенко В.І. Машини та обладнання для
виробництва. – К.: Кондор, 2009. – 731 с.
11. Проектування систем вентиляції. https://garmix.yaroslav-
kozak.com/air/ventilation-systems-design/. Latest accessed: 2024/03/04.
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
82
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
До розділу 5
12. Будіщев М.С. Електротехніка, електроніка та мікропроцесорна техніка:
Львів, “Афіша”, 2001. – 424 с.
13. Андронік Буняк. Електроніка та мікросхемотехніка: навчальний посібник
для вищих учбових закладів. — Київ, Тернопіль: 2001.
14. Колонтаєвський Ю.П., Сосков А.Г. Промислова електроніка та
мікросхемотехніка: теорія і практикум. За ред. А.Г. Соскова. — К.,
Каравела, 2003. — 368 с.
15. Стахів П.Г., Коруд В.І. Основи електроніки з елементами
мікроелектроніки. Магнолія плюс, — Львів: 2006.
16. Будіщев М.С. Електротехніка, електроніка та мікропроцесорна техніка.
Підручник. — Львів: Афіша, 2001. — 424 с.
До розділу 6
17. Нормування показників надійності технічних засобів: навчальний
посібник / О. М. Васілевський, О. Г. Ігнатенко. – Вінниця: ВНТУ, 2013. –
160 с.
18. Васілевський О.М., Поджаренко В.О. Практикум з метрологічного нагляду
за засобами вимірювань: Навчальний посібник. – Вінниця: ВНТУ, 2008. –
87 с.
19. Володарський Є.Т., Кошева Л.О. Статистична обробка даних: Навчальний
посібник. – К.: НАУ, 2008. – 308 с.
20. Васюра А.С. Елементи та пристрої систем управління і автоматики:
Навчальний посібник. – Вінниця: ВДТУ, 1999. – 157 с.
21. Федун І.В. Основи теорії надійності та контролю якості виробів
електронної техніки. – Вінниця: ВДТУ, 2003. – 71 с.
22. Румбешта В.О. Технологія складання, регулювання та випробування
приладів: підручник / В.О.Румбешта; НТУУ «КПІ». - Київ: НТУУ «КПІ»,
2014. - 364 с.
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
83
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
23. 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.
24. 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
25. Пістун І.П. Безпека життєдіяльності: Навчальний посібник.– Суми:
Видавництво “Університетська книга”, 1999.– 301 с.
26. 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.
27. 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.
До розділу 8
28. Економіка підприємства: підручник. / І.М.Бойчик. – К.: Кондор -
Видавництво, 2016. – 378 с.
29. Методичні вказівки до виконання економічної частини дипломного
проекту з розробки електромережних об’єктів (для студентів денної і
заочної форм навчання спеціальності 7.090603 – „Електротехнічні системи
електроспоживання”) / Укл.: Качев О.С., Великих К.О. –Харків: ХНАМГ,
2008.- С.36.
30. Методичні вказівки до розробки економічної частини дипломних проектів
і робіт освітньо-кваліфікаційного рівна “бакалавр” для студентів за
напрямами підготовки 6.0904 “Металургія” та 6.0901 “Інженерне
матеріалознавство” / Уклад.: О.А. Гавриш, В.І. Кривда, С.В. Нараєвський.
– К.: ІВЦ “Видавництво “Політехніка”, 2010. – 54 с.
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
84
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
ДОДАТКИ
Арк.
РС203.20020.001 ПЗ
85
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Додаток А
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.
РС203.20020.001 ПЗ
86
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.
РС203.20020.001 ПЗ
87
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Дуб л.
Взам.
Підп.
Інв. № Підпис Дата Зм. Арк № докум. Підпис Підпис
Т.Л.
ЧДТУ 213321231
ЗАТВЕРДЖУЮ
Узгоджено: Головний технолог
Тичков В.В. Максим БОНДАРЕНКО
(підпис) (підпис)
_________________________(дата) _____________________________(дата)
ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ПРОЦЕС
на виготовлення друкованої плати
и
РС203.20020.001 ТП
Процес впроваджено у виробництво
_______________________________( )
(підпис)
Борис БЄЛИЙ _______________________________( )
(підпис) (підпис)
_______________________________( )
(підпис)
______________________________(дата) _______________________________( )
(підпис)
_______________________________( )
(підпис)
ДУБЛ. ГОСТ 3.1404-86 ФОРМА 3 САПР
ВЗАМ.
ОРИГ.
РОЗРОБ. Бєлий Б.В. 0117012345 1017112345
ПЕРЕВІРИВ Бондаренко М.О.
Н. КОНТР. Тичков В.В.
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. Бєлий Б.В. 0117012345 1017112345
ПЕРЕВІРИВ Бондаренко М.О.
Н. КОНТР. Тичков В.В.
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. Бєлий Б.В. 017012345 1017112345
ПЕРЕВІРИВ Бондаренко М.О.
Н. КОНТР. Тичков В.В.
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 В
Додаток Г