ChSTU repository

ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ 
ФАКУЛЬТЕТ ЕЛЕКТРОННИХ ТЕХНОЛОГІЙ І РОБОТОТЕХНІКИ 
КАФЕДРА ПРИЛАДОБУДУВАННЯ, МЕХАТРОНІКИ ТА 
КОМП‘ЮТЕРИЗОВАНИХ ТЕХНОЛОГІЙ 
 
 
 
Допущено до захисту 
Завідувач кафедри ПМКТ 
_______ М.О. Бондаренко  
«___» ___________ 2024 р. 
 
 
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА 
ДО КВАЛІФІКАЦІЙНОЇ РОБОТИ БАКАЛАВРА 
 
на тему «Інформаційно-вимірювальна система  зносу контактного дроту 
електротранспорту» 
 
 
Виконав здобувач освіти 4 курсу, групи М-204ск 
спеціальність: 152 – Метрологія та інформаційно-
вимірювальна техніка 
освітня програма: Метрологія та інформаційно-
вимірювальна техніка 
_____ Осадчий Сергій Миколайович            . 
Керівник       Гальченко В.Я.  
Рецензент     .  
 
 
Кваліфікаційна робота бакалавра містить результати власних здобутків автора. 
Використання ідей, результатів і текстів інших авторів мають посилання на 
відповідне джерело ___________________________________________________ 
підпис здобувача 
 
 
 
Черкаси – 2024 
Зміст 
Стор 
Технічне завдання  2 
 Вступ 5 
1 Огляд відомих методів і засобів вимірювання на основі існуючих  
аналогів 6 
1.1 Ручні способи вимірювання зносу КП  
1.2 Автоматизовані способи вимірювання зносу КП 12 
2 Обгрунтування технічного завдання  18 
3 Розробка структурної та електричної принципової схеми системи 19 
3.1 Вибір модуля Bluetooth 22 
3.2 Вибір датчиків переміщення 29 
3.3 Рідкокристалічний дисплей 32 
3.4 Розробка структурної схеми 33 
3.5 Розробка принципової електричної схеми  34 
4 Розрахунок елементів схеми  38 
4.1 Розробка програмного забезпечення приладу та пристрою збору  
даних 38 
4.2 Розрахунок енергоспоживання приладу 41 
5 Технологічний розділ 46 
5.1 Вибір варіанта технологічного процесу 46 
5.2 Виготовлення первинного і робочого фотошаблонів  47 
5.3 Устаткування і пристосування 48 
5.4 Пробивання фіксуючих отворів 51 
5.5 Загальні технічні вимоги до фотошаблонів  51 
5.6 Технологічний процес і режими виготовлення фотошаблонів 54 
5.7 Алгоритм виготовлення робочої програми керування 55 
  
     
      М-204СК.024.415.001 ПЗ  
Зм. Лист  № докум. Підп Дата 
Разроб.  
Осадчий С.М   Літ. Арк Аркушів 
Пров.   Інформаційно-вимірювальна 
Гальченко В.Я..  Т  3  
      система  зносу контактного 
дроту електротранспорту 
Н.контр ЧДТУ 
Тичков В.В   Пояснювальна записка 
Затв.     
 
 
5.8 Формування елементів провідного рисунка друкованої плати 56 
6 Спеціальний розділ 57 
6.1 Економічне обґрунтування розробки системи 57 
6.2 Охорона праці 59 
Висновок 73 
Список використаної літератури 74 
Додаток А Відомість технічного проекту 
Додаток Б Список нормативної документації 
Додаток В   Специфікація і переліки документів  
Додаток Г    Розрахунок на ЕОМ  
Додаток Д   Карти технологічного процесу…………………………… 
 
  
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 
Зм. 4 
Лист № докум. Підпис Дата  
 
Вступ 
 
Нині залізничний транспорт залишається провідним. Оскільки 
найближчими роками ця ситуація, зважаючи на економічні фактори, обсяги 
вантажів, що перевозяться, та умови безпеки, навряд чи зміниться, до об'єктів 
колійної інфраструктури пред'являються високі вимоги. 
Однією з найважливіших технічних споруд як залізничного, так і будь-
якого іншого електрифікованого транспорту є контактна мережа. Вона схильна до 
зносу і, на відміну від інших систем, не має резерву. Тому дуже велика увага 
приділяється оцінці стану мережі, щоб унеможливити аварійні ситуації, обриви 
проводів та порушення в роботі. Важливим є й експлуатаційно-економічний 
аспект, що вимагає правильної оцінки часу служби контактних проводів, стану 
опорних конструкцій та повітряних підвісок. 
Один з основних елементів ланцюга, контактний провід (КП), постійно 
вступає у ковзний контакт із струмознімачем транспортного засобу, внаслідок 
чого відбувається його знос, електричний та механічний. Електрична складова 
обумовлена електродуговою ерозією внаслідок плавлення, випаровування та 
викиду частини провідника при виникненні електричної дуги при відриві 
струмоприймача від дроту. Механічний знос відбувається при схоплюванні і 
стирання поверхонь проводу і струмоприймача, що труться. 
У Росії знос КП оцінюється як зменшення площі його перерізу. Однак це 
відбувається нерівномірно по всій довжині і залежить як від властивостей 
провідника, так і від зовнішніх умов. Для запобігання обриву передбачено 
максимально допустимі значення зносу для різних провідників. Вимірювання 
стану проводиться і автоматично, і вручну, за допомогою різних приладів для 
вимірювання товщини, після чого дані фіксуються різними способами. 
Метою даної роботи є проектування приладу для вимірювання ступеня 
зношування КП, в якому інформація про результати вимірювання дистанційно 
передається на пристрій збору даних (смартфон, ноутбук), що дозволяє знизити 
помилки при фіксації результату, пов'язані з людським фактором.
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 
     5 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
1 Огляд відомих методів і засобів вимірювання на основі існуючих 
аналогів 
 
Для підтримки працездатності та безпеки контактної мережі в рамках 
встановлених норм дуже важливими є заходи щодо оцінки ступеня зносу 
контактних проводів. Контроль стану та зносу КП полягає у візуальному огляді 
дроту та вимірі його зносу. 
Цілі контролю: 
- визначення витрати нового дроту на заміну зношеного; 
- після оцінки зносу проводу – порівняння показників з нормативами та 
даними інших районів, дистанцій та доріг; 
- розробка раціональних заходів щодо збільшення терміну служби 
дроту; 
- попередження обривів дроту при зменшенні його перерізу своєчасним 
зниженням натягу та вставками у зонах місцевих зносів; 
- планування заміни зношеного КП. 
Візуальний контроль з вибірковим вимірюванням зносу виконується 
протягом усієї довжини дроту, при цьому оцінюється стан робочої поверхні дроту 
та звертається увага на: 
1. допущені при монтажі або експлуатації вигини КП та на його знос у 
цих місцях; 
2. місця, де поверхня тертя дроту має електродуговий знос; 
3. наявність місцевого та хвилеподібного зносу; 
4. наявність задирів поверхні тертя; 
5. наявність великих підпалів дроту, де мало місце коротке замикання на 
електрорухомому складі, проводиться торкання та розгін електрорухомого 
складу, на підйомах та ізолюючих поєднаннях анкерних ділянок; 
6. наявність помітних металургійних дефектів дроту. 
Вимірювання зношування виконуються ручним або автоматизованим 
способом. При ручному способі висота перерізу контактного дроту вимірюється 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 6 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
мікрометрами, штангенциркулями, вимірювальними скобами, електронними 
товщиномірами та іншими приладами з похибкою не більше 0,1 мм. Порядок 
застосування автоматизованих пристроїв контролю зношування КП для кожного 
типу їх датчика визначається спеціальною інструкцією [1]. 
Відомі в даний час методи вимірювання зносу можуть бути об'єднані в дві 
групи в залежності від параметра, що діагностується: 
1. вимірювання за геометричними розмірами (рисунок 1,а, б, в); 
2. вимірювання по масі металу, що залишилася (рисунок 1,г, д). 
 
 
1.1. Ручні способи вимірювання зносу КП 
По висоті перетину, що залишився, знос вимірюється вручну (рисунок 1,а). 
Точність вимірювань залежить від правильності встановлення вимірювача на 
провід. Нижня поверхня майданчика зношування ніколи не буває рівною. Крім 
наявності дефектів поверхонь, завжди є деякий радіус кривизни, різний у різних 
точках. Можлива також наявність кількох поверхонь зносу, що виникають після 
повороту дроту навколо осі [2]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рисунок 1.1 – Методи вимірювання зносу контактних проводів 
 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 
     7 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
До ручних засобів вимірювання, крім штангенциркулів, мікрометрів тощо, 
відносяться і прилади, що носяться. В даний час на залізниці знайшли 
застосування такі прилади, що дозволяють визначати товщину дроту: 
1. ультразвукові товщиноміри (рисунок 1.2); 
 
 
Рисунок  1.2 – Ультразвукові товщиноміри 
 
Прилади призначені для ручних вимірів із ізольованих вишок або 
майданчиків автодрезин. Принцип дії заснований на вимірі часу затримки ехо-
імпульсу щодо моменту випромінювання при проходженні його через провід (від 
нижньої зношеної поверхні до верхньої поверхні, що відбиває, і назад). Час 
затримки перетворюється на товщину [2]. 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 
Зм. Лист 8 
№ докум. Підпис Дата  
 
 
2. Також розроблено прилад для вимірювання залишкової висоти КП. 
Пристрій представлено рисунку 3. 
 
 
Рисунок 1.3 – Ручний вимірник зносу контактного проводу 
 
Прилад складається із двох частин – вимірювального блоку та стандартної 
вимірювальної головки, яка може бути механічною або електронною. При 
проведенні вимірювань, можливо проводити окремі відліки залишкової висоти 
КП, так і знімати суцільний поздовжній профіль КП між затискачами. Даний 
прилад має ряд недоліків, пов'язаних з великою вагою, неможливістю 
вимірювання залишкової висоти в місцях із затискачами, відсутністю 
автоматичного ведення протоколу вимірювань. 
3. Вимірювальні штанги зі щупом. Приклад пристрою показано рисунку 1.4. 
Пристрій містить ізолюючу штангу 2, яка підводиться до контактного 
проводу 1, щуп 3, корпус 4, пружину 5, гвинт 6, ізолюючий штовхач 7, напрямний 
кожух 8, пробки 9, перетворювач 10 переміщення штовхача в електричний сигнал, 
індикатор-мілівольтметр 11, обмежувальне кільце 12, рукоять 13, кришку 14, 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 9 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
муфти 15.1, 15.2, затискач 16 для приєднання заземлювального дроту, затискач 17 
для приєднання заземлення, гачок 18 [3]. 
 
 
Рисунок 1.4 – Вимірювальна штанга зі щупом 
 
Жолоб корпусу 4 відповідає номінальному перерізу дроту 1. Щуп 3 
безпосередньо контактує з зношується частиною дроту 1. Перетворювач 10 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 10 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
виконаний у вигляді вугільного порошкового реостату, розміщеного біля муфти 
15.2. Для виробництва вимірювань зносу дроту 1 до затискача 16 приєднують 
провід переносного заземлення з башмаком кріплення до заземлювача, з 
блокувальним ключем, який можна вийняти тільки після установки на заземлювач 
башмака [3]. 
Вийнявши ключ, з його допомогою з'єднують корпус 4 і 2 штангу, 
вставляючи в замок ключ і повертаючи його на 90о (поки не роз'єдналися корпус 
4 і штанга 2, заземлення зняти не можна). Піднімають штангу 2 вертикально і 
корпус 4 направляють на провід 1 так, щоб він розташувався в жолобі, потім 
підтискають штангу 2 до проводу 1 і при натиснутій кнопці 19 знімають 
показання мілівольтметра 11 із записом у журналі [3]. 
У способі безпосереднього вимірювання товщини КП з використанням 
ручних інструментів та приладів складно швидко оцінювати товщину довгого 
дроту, оскільки виміри виконуються вручну оператором і не можуть бути 
автоматизовані. Відповідно до технологічних карт, робота виконується: 
- Під напругою, із застосуванням ізолюючого робочого майданчика 
автомотриси (дрезини). Або з використанням навісних сходів 3 м, з підйомом на 
висоту. 
- З перервою у русі поїздів, у «вікно» тривалістю щонайменше 1 год. 
Норма часу на одну ділянку (чол. ч.): з одиночним контактним дротом – 
1,57, з подвійним контактним дротом – 1,86. До зазначених норм додають час на 
кожну ізолюючу пару [4]. 
Отже, трудовитрати середнього району контактної мережі (ЭЧК) контролю 
зносу КП становлять щонайменше 1500 чол. ч. на рік. Крім того, під час 
проведення вимірювань персонал змушений працювати у небезпечних умовах: на 
висоті понад 3 м та під високою напругою. 
 
 
 
 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 
Зм. Лист № докум. Підпис 11 
Дата  
 
1.2  Автоматизовані способи вимірювання зносу КП 
 
Схема вимірів за висотою від базової лінії представлена рисунку 1,б. 
Пристрій, що дозволяє проводити вимірювання за цим способом, складається з 
двох пар роликів (рисунок 5), закріплених на візку і охоплюють провід. Осі 
роликів знаходяться під кутом 40° по відношенню один до одного нижче бічних 
заглиблень дроту. Між роликами розташовується датчик, візок кріпиться на 
струмознімач для переміщення за зигзагом дроту. У міру зносу дроту датчик 
піднімається, сигнал перетворюється на напругу, пропорційне зносу. Пристрій 
має низьку швидкість вимірювання через необхідність переставляти датчик у 
місцях відходу гілок підвіски на анкерування [2].  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рисунок 1.5 – Пристрій виміру по висоті від базової лінії 
 
Метод вимірювання зносу по залишковій ширині майданчика тертя (див. 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 12 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
рисунок 1,в) є найбільш популярним при розробці пристроїв автоматичної 
діагностики. Його переваги полягають у достатності одностороннього доступу до 
дроту. Недоліки пов'язані з неідеальною якістю поверхні: нерівностей, кривизни 
та забруднення [2]. 
При побудові автоматизованих систем раніше використовувалися два 
методи вимірювання зношування проводів. Перший ґрунтується на фіксації 
майданчика зносу. При підсвічуванні дроту відбитий від його поверхні сигнал 
приймається і реєструється ширина смуги. Далі виконується простий розрахунок 
залишкової висоти дроту [5]. 
Прикладом реалізації такого методу є пристрій, випущений у ТОВ 
«НДІЕФА-ЕНЕРГО» та випробуваний у 2005 р. Воно не знайшло широкого 
застосування через те, що при складній конфігурації (подвійному або бічному 
зносі) з'являється серйозна помилка в результаті [5]. 
Другим методом контролю зношування проводів став вимір його профілю. 
Прикладом такої системи може бути пристрій, запропонований Конструкторсько-
технологічним інститутом наукового приладобудування Сибірського відділення 
РАН. Його принцип дії показаний рисунку 1.6. 
  
Рисунок 1.6 – Принцип вимірювання зносу із двома лазерними 
випромінювачами 
Система вимірювання будується на двох лазерних випромінювачах: 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 13 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
колімованого променя лазера за допомогою системи розгортання, що 
перетворюється на плоский світловий пучок, що розходиться віялом, завтовшки 
0,3 – 0,6 мм, і матричної телевізійної камери [5]. 
При попаданні контактного дроту у віяловий промінь світла лежить на 
поверхні проводу видима лінія перетину поверхні проводу з площиною, у якій 
лежить віяловий промінь. Ця лінія виділяється системою обробки отриманого 
зображення поточного кадру телевізійної камери. Вона фіксує профіль зношеної 
поверхні дроту. При цьому форма фіксованої лінії слабо залежить від нахилу 
дроту і визначається в основному його зносом [5]. 
У більшості відомих систем обладнання розміщувалося на даху 
вимірювального вагона. При цьому висота підвіски від місця встановлення 
телевізійних камер змінювалася в межах від 0,5 – 1 м у нижньому положенні 
дроту та до 2,0 – 2,5 м у верхньому можливому положенні. З цієї причини 
вимірювальну систему потрібно було оснастити механічним пристроєм, який би 
стежити за оптичною системою вимірювального блоку за висотою підвіски для 
підстроювання її під різну висоту [5]. 
Необхідність додаткового пристрою ускладнювала контроль і була її 
серйозним недоліком. Ще більш серйозним мінусом була нездатність точно 
формувати лінію перетину віялового променя випромінювача з поверхнею за 
поганих погодних умов. Відбувалося розсіювання променя на краплях води, 
знижувалася точність вимірів [5]. 
Перелічені недоліки були враховані та виправлені в системі "Знос", 
розробленої "МСД Холдинг". Вона також заснована на принципі фіксації форми 
профілю проводу, обчисленні залишкової висоти та площі перерізу та 
вимірюванні положення проводів щодо осі струмоприймача. Освітлювальне та 
вимірювальне обладнання системи розміщують на окремому стані 
струмоприймача, на мінімально допустимій відстані від вимірюваних проводів 
(80 – 100 мм). Це дозволяє відмовитись від складної системи стеження за зміною 
висоти підвіски, вирішує проблему залежності вимірів від погодних умов. 
Відкритий оптичний канал від лазера до дроту виявляється захищеним від опадів 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 
     14 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
за допомогою спеціальних блендів [5]. 
Зовнішній вигляд вимірювального блоку системи «Знос», встановлений на 
вимірювальному струмоприймачі вагона-лабораторії ВІКС ЦЕ, дано на рисунку 7 
 
Рисунок 1.7 - Вимірювальний струмоприймач вагона-лабораторії ВВКМ 
ЦЕ із блоком «Знос» 
Вимірювати зношування одного контактного проводу і сумарне 
зношування двох проводів можна за допомогою струмовихрового датчика, 
принципова схема якого показана на рисунку 1,г. Принцип дії датчика заснований 
на вимірюванні магнітного потоку, що створюється котушкою, при внесенні в 
магнітне поле контактного дроту (рисунок 1.8) [6]. Зміна потоку викликається 
вихровими струмами, що виникають у дроті. Значення ЕРС, наведеної в 
приймальній котушці, масі дроту, що пропорційно залишилася.  
Пристрої, що реагують на масу металу дроту, що залишилася, (рисунок 
1,д) працюють на принципі вимірювання активного опору ділянки дроту за 
схемою чотирьох затискачів. [2] 
Більшість автоматичних засобів вимірювання встановлюється на вагонах-
лабораторіях контактної мережі (ВІКС), призначених для оцінки стану контактної 
мережі електрифікованих залізниць. 
 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 15 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
 
Рисунок 1.8 – Вимірювальний пантограф для вихрострумового методу 
На рисунку 1.9 схематично представлено розташування елементів у 
лабораторії комплексної діагностики. Тут: 1 – пересувна лабораторія, 2 – ЕОМ, 3 
– інтерфейсна плата, 4 – волоконно-оптичний канал зв'язку, 5 – акумуляторний 
відсік, 6 – акумулятор, 7 – ретранслятор, 8 – кручена пара, 9 – вимірювальний 
пантограф, 10 - Механізм підхоплення контактного проводу, 11 - плата збору 
даних, 12 - контактний провід [6]. 
Вагон-лабораторія призначений для експлуатації на електрифікованих 
залізничних коліях із шириною колії колії 1520 мм. Рух вагона-лабораторії може 
здійснюватися як окремим локомотивом, і у складі пасажирського поїзда [7]. 
 
 
Рисунок 1.9 - Розміщення обладнання у пересувній лабораторії 
 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 16 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
Незважаючи на активний розвиток автоматичних систем вимірювання, 
ручні методи оцінки зносу, як і раніше, застосовуються на практиці. Пристрій, що 
є об'єктом даного проектування, має спростити процес вимірювання та фіксації 
результатів, а також виключити більшість помилок, пов'язаних із людським 
фактором. 
  
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 
     17 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
2 Обґрунтування технічного завдання 
 
 
Метою цієї роботи є проектування макета переносного приладу, що 
вимірює залишкову висоту КП. Під час оцінювання зносу необхідно керуватися 
правилами влаштування і технічної експлуатації контактної мережі 
електрифікованих залізниць, технічними умовами для контактних проводів і 
прийнятими техніко-логічними картами. 
Отже, з огляду на нормативи та умови роботи, до макета висувають такі 
вимоги: 
1. Згідно з ГОСТ 2584-86, висота фасонних і фасонних овальних 
проводів обмежена межами 9,3 - 14,5 мм [8]. Відповідно, межі вимірювань 
залишкової висоти КП: 4 - 15 мм. 
2. Згідно з правилами влаштування та експлуатації, допустима похибка 
для ручних засобів вимірювання - 0,1 мм [1]. 
3. "При виявленні зносу понад 25% вимірювання проводяться на всьому 
протязі в середині прольотів, а також біля затискачів і в місцях підвищеного 
зносу..." [1] Відповідно, на всій довжині між затискачами (близько 8 м), має бути 
можливість проводити як поодинокі вимірювання, так і потокові, на всій ділянці 
дроту. Таким чином, варто встановити допустимі переміщення приладу вздовж 
КП: 5 
– 10 мм, точність вимірювання переміщення: 5 мм. 
Прилад має працювати як автономно, так і з дистанційним пристроєм 
зберігання та обробки інформації. Як такий пристрій може виступати смартфон, 
ноутбук або планшет, здатний приймати дані за допомогою Bluetooth-інтерфейсу. 
За наявності модуля GPS/GLONASS, пристрій створює геомітку, яку заносить у 
базу даних разом із результатами вимірювань. 
  
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 18 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
3 Розробка структурної та електричної принципової схеми системи 
 
 
Варіант зовнішнього вигляду розроблюваного вимірювача показано на 
рисунку 10. Засоби індикації та керування приладом на зображенні не 
представлені. Цифрами 1 і 3 позначено наполегливі та вимірювальний ролики, 4 - 
важіль керування, 5 - лінійний датчик, 6 і 7 - відсіки під плату й елементи 
живлення, відповідно. Цифра 2 - ділянка вимірюваного КП. 
 
 
 1 2 
 3 
 
 
 
 
 4 
 
 
 
 
 6 
  
 7 
 
 
 
 
Рисунок 3.1 - Конструкція портативного вимірювача КП 
 
 
Передавання даних через Bluetooth-інтерфейс 
Під час використання інтерфейсу Bluetooth передача даних ведеться 
радіоканалом у частотному діапазоні 2,4 - 2,4835 ГГц із використанням методу 
псевдовипадкової перебудови робочої частоти (Frequency- Hopping Spread 
Spectrum, FHSS). Цей діапазон розбитий на 79 каналів, кожен з яких займає смугу 
шириною в 1 МГц. У верхній і нижній частинах діапазону передбачені 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 19 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
невикористовувані (захисні) смуги. Для передавання даних застосовується 
гаусова фазова модуляція, яка передбачає зміну несучої частоти в часі відповідно 
до гаусової кривої, що дає змогу обмежити спектр випромінюваного сигналу. 
Обмін даними здійснюється всередині часових інтервалів (тайм-слотів) довжиною 
625 мкс. Після передавання кожного слота відбувається перехід на інший 
частотний канал. 
На канальному рівні обмін даними здійснюється пакетами, кожен з яких 
може мати довжину від одного до п'яти слотів. Частина слотів може бути 
зарезервована для синхронних каналів (які застосовуються для передачі 
потокових даних). Таким чином, паралельно із синхронними даними можуть 
передаватися й асинхронні. 
Специфікація Bluetooth передбачає два види зв'язку: синхронний зі 
встановленням з'єднання (Synchronous Connection-Oriented, SCO) та асинхронний 
без встановлення з'єднання (Asynchronous Connection-Less, ACL). Залежно від 
потужності та ефективного радіусу дії приймачі Bluetooth поділяються на три 
класи. Найпоширенішим варіантом, який застосовується в більшості нині 
випущених мобільних електронних пристроях і ПК, є прийомопередавачі 
Bluetooth Class 2. Малопотужними системами Class 3 оснащується медична 
апаратура, а основною сферою застосування найбільш "далекобійних" модулів 
Class 1 є системи моніторингу та управління промисловим обладнанням [9]. 
З наявних специфікацій Bluetooth слід розглянути ті, що застосовуються в 
пристроях нині. А саме: 
1. Bluetooth 2.1 + EDR - була презентована в серпні 2008 року і досі 
залишається найпоширенішою версією стандарту. З даним стандартом сумісні 
практично всі пристрої, включаючи навігатори, бездротові миші, гарнітури та 
іншу периферію. Це стало можливо завдяки тому, що в протоколі вдалося 
домогтися значного зниження енергоспоживання - у п'ять разів. 
2. Bluetooth 3.0 + HS - була прийнята Bluetooth SIG 21 квітня 2009 року і 
теоретично підтримує швидкість передачі даних до 24 Мбіт/с. Це забезпечено за 
рахунок застосування двох модулів: звичайного Bluetooth 2.0 і додаткового 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 
     20 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
модуля, що працює за протоколом 802.11 зі швидкістю до 24 Мбіт/с (аналогічно 
Wi-Fi). Вибір модуля для передачі даних залежить від розміру переданого файлу. 
Недоліками протоколу є те, що у Bluetooth 3.0 + HS немає сумісності з Wi-Fi, так 
як використовується загальний стандарт 802.11 (без суфікса), несумісний зі 
специфікаціями Wi-Fi 802.11b / g або 802.11n, а так само, підвищене 
енергоспоживання при передачі великих файлів. 
3. Специфікація Bluetooth 4.0 була затверджена 30 червня 2010р і 
призначалася для усунення головного недоліку технології HS - відносно високого 
енергоспоживання. 
Bluetooth 4.0 забезпечує швидкість передавання даних 1 Мбіт/с за розміру 
пакета даних 8-27 байт, сумісні пристрої зможуть встановлювати з'єднання менш 
ніж за 5 мілісекунд і підтримувати його на відстані до 100 м, а необхідний рівень 
безпеки забезпечує 128-бітове AES-шифрування. 
Bluetooth 4.0 містить у собі такі протоколи: 
- класичний Bluetooth (складається з протоколів попередніх 
специфікацій Bluetooth) 
- високошвидкісний Bluetooth (заснований на Wi-Fi) 
- Bluetooth із низьким енергоспоживанням (Bluetooth LowEnergy, BLE). 
Алгоритм BLE написаний так, що передавач вмикається тільки на час 
надсилання даних. Таким чином, забезпечується можливість роботи протягом 
декількох років від однієї батарейки типу CR2032. 
Насамперед, Bluetooth 4.0 призначений для мініатюрних електронних 
датчиків, що використовуються в тренажерах, медичних сенсорах, сенсорах 
температури, тиску, вологості, швидкості пересування тощо, але, крім цього, 
може використовуватися в мобільних телефонах, смартфонах, ПК тощо. [10]. 
4. Останньою з нині існуючих специфікацій є Bluetooth 
Порівняно з версією 4.0 у ній незначно підвищено енергоспоживання і додано 
можливість працювати в парі з LTE. 
Підбиваючи підсумок цього короткого огляду, можна зробити такі 
висновки: для цілей проектованого пристрою не підходять специфікації 2.1 і 3.0 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 
     21 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
через високе енергоспоживання. Незначне зниження споживання у версії 4.1 не 
виправдовує її надмірності для цілей розробки. Таким чином, для цього проекту 
оптимальним є Bluetooth 4.0 LE. 
 
3.1 Вибір модуля Bluetooth 
Для того щоб визначитися з вибором модуля Bluetooth, варто звернути 
увагу на такі аспекти: 
1. Кількість режимів роботи. Необхідності "перемикання" між версіями 
Bluetooth у проектованого пристрою немає. Відповідно, більш енергоефективні 
однорежимні (single-mode) модулі підходять більше. 
2. Клас модуля. Можна виділити два типи: готовий модуль і система на 
кристалі (СнК). Готовий модуль є більш "доброзичливим", оскільки виконаний на 
платі і не вимагає трудомістких доробок. 
3. Вартість. Можливості деяких модулів можуть бути надлишковими 
для розроблюваного пристрою, при цьому їхня вартість виявляється 
невиправданою. 
З доступних на російському ринку модулів можна виділити такі: 
- BLE112 
- BlueRadios BR-LE-4.0-S2A 
- BlueMod+S 
 RF-CC2540A1 
- Nordic Semiconductor nRf8001 
- ENW89820A1KF 
Одним із лідерів у виробництві готових модулів на даний момент є фінська 
фірма Bluegiga. З однорежимних готових модулів, що випускаються на даний 
момент, слід виділити BLE112. Його основні сфери застосування: обладнання для 
медичної діагностики, промислові датчики, побутова автоматика, обладнання для 
обліку енергоспоживання, гарнітури, системи стеження. 
Наявність вбудованої антени, можливість запису застосунків і зручні 
інтерфейси дають можливість використовувати цей модуль у різних галузях. 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 22 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
Для розробки додатків компанія надає цілий набір інструментів. Profile 
Toolkit, BGScript, інтерфейс BGAPI не вимагають серйозних знань у роботі стека 
протоколів і дають змогу створювати застосунки та контролювати роботу модуля 
за допомогою зовнішнього контролера. 
Модуль BLE113, за порівняно близьких даних, відрізняється за ціною, 
тому розглядається тільки BLE112. 
Модуль BlueRadios BR-LE-4.0-S2A від компанії BlueRadios так само 
застосовують у багатьох галузях: медичне обладнання, спортивний інвентар, 
пристрої HID (миші, клавіатури та інше), системи спостереження та безпеки, різні 
промислові датчики. Модуль побудований на чипі CC2540 від Texas Instruments, 
для розроблення власних застосунків можна використовувати АТ-команди. 
Єдина можливість обійтися без використання зовнішнього контролера і 
дорогих компіляторів - використання ATLE.ez (Easy Embeedded) - досить 
обмеженої бібліотеки для розроблення додатків. 
Stollmann BlueMod+S - приклад наступного покоління модулів, що працює 
з Bluetooth 4.1. Для розробки та налагодження можна використовувати 
налагоджувальну плату BlueEva+S і комплект розробки BlueDev+S. 
Наразі модуль застосовується тільки в мобільній техніці та спортивному 
інвентарі, тут наведено тільки для порівняння. 
Порівняно молодий китайський виробник Shenzhen RF-Star пропонує 
серію модулів RF-CC254x. Вони передбачають широку сферу застосування і 
можуть зовні управлятися за допомогою простих ASCII AT-команд через UART 
або за допомогою застосунків, вбудованих у модуль. 
Згідно з відгуками, сумнів викликає якість і "дружелюбність" середовищ 
розробки. 
Nordic Semiconductor nRf8001 - досить простий і водночас варіативний 
модуль із широкою сферою застосування. 
Значним мінусом є необхідність у зовнішньому мікроконтролері для його 
управління. 
Модуль від Panasonic ENW89820A1KF (дана модель - з 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 
    23 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
вбудованоюантеною) є найчутливішим з представлених (-94 дБм - чутливість 
антени). Для створення і налагодження програм можна використовувати АТ-
команди, вбудовані в прошивку модуля. 
Основні параметри розглянутих модулів наведено в таблиці 1. При оцінці 
характеристик використано документацію, що надається виробниками (Data 
sheet). Деякі параметри усереднені та наведені до значень на швидкості 
передавання 1 Мб/с. 
Слід уточнити, що один з модулів (BlueMod+S) належить до наступного 
покоління, оскільки працює з Bluetooth 4.1. Характеристики даного модуля 
наведені в таблиці винятково для порівняння і надалі він розглядатися не буде. 
Таблиця 3.1 - Основні характеристики розглянутих модулів 
  
 Модель 
Параметр  BR-LE- BlueMod RF-  ENW898
BLE112 4.0- S2A + S CC2540A nRf 8001 2 0A1KF 
1 
Напруга  2,0 - 3,6 1,8 - 3,6 2,0 - 3,6 2,0 - 3,6 2,0 - 3,6 
живлення, В 2,0 - 3,6 
Мінімальна       
робоча -40 -40 -25 -40 -40 -40 
температура, ˚С 
Максимальна       
робоча +85 +85 +75 +85 +85 +85 
температура, ˚С 
Мінімальний       
струм 4-10-4 4-10-4 3-10-3 4-10-4 4-10-4 5-10-4 
споживання, мА 
Максимальний       
струм 27 31,6 6 24 12 28 
споживання, мА 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 24 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
Чутливість       
антени, дБм -93 -89 -88 -87 -87 -94 
Мінімальна       
вихідна -23 -23 -30 -23 -18 3 
потужність, дБм 
Максимальна       
вихідна 4 4 5 4 0 3 
потужність, дБм 
 
У результаті порівняння всіх представлених модулів і оцінювання 
можливостей розроблення, найбільш придатним для цілей цього проектування є 
BLE112 від BlueGiga. Володіючи середніми характеристиками порівняно з 
іншими варіантами, він має три значні переваги: мова BGScript, що дає змогу 
відносно легко розробляти призначені для користувача додатки, наявність простої 
та зрозумілої документації, яка може надати допомогу розробнику, та порівняно 
невисока ціна, що так само принципово в сучасних економічних умовах. 
Радіомодуль BLE112 
Центральним елементом проектованого пристрою є однорежимний модуль 
BLE112 від BlueGiga, спеціально призначений для умов низького 
енергоспоживання. Він може бути живиться від пари стандартних батарей або 
акумуляторів. У найбільш економічному режимі 
– "режимі сну", модуль споживає всього 400 нА і виходить із цього 
режиму за кілька сотень мікросекунд. [11] 
Модуль працює в семи режимах енергоспоживання, дані про них наведено 
в таблиці 2. Для режимів очікування в документації до модуля вказані середні 
значення, для активних режимів - пікові [11]. 
 
 
 
 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 25 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
Таблиця 3.2 - Режими енергоспоживання модуля BLE112 
 
 Значення 
Режим Середнє Максимальне Одиниці 
вимірювання 
Активний режим передачі - 36 мА 
(2 дБм) 
Активний режим передачі 30 мА 
9-2 дБм - 
Активний режим передачі 28 мА 
-6 дБм - 
Активний режим прийому  25 мА 
- 
Режим очікування 1 235 - мкА 
Режим очікування 2 0,9 - мкА 
Режим очікування 3 0,4 - мкА 
 
BLE112 має вбудовану керамічну антену. Її чутливість залежно від умов 
прийому змінюється в діапазоні від -93дБм до -87дБм. Принцип адаптивного 
підстроювання частоти AFH дає змогу знизити вплив перешкод від інших 
пристроїв. На рисунку 3.2 наведена діаграма спрямованості в площині установки, 
представлена в документації до пристрою. 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 26 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
0˚ 
2дБ 
2400 МГц -2дБ 
2440 МГц -6дБ 
2485 МГц 
-10дБ 
-14дБ 
-18дБ 
-22 
90˚ 270˚ 
180˚ 
 
Рисунок 3.2 - Діаграма спрямованості антени модуля BLE112 (вид зверху) 
 
Діаграму спрямованості антени, показану на рисунку 11, не завжди можна 
приймати як точну, оскільки вона залежить від компонування плати [11]. 
 
Структура радіомодуля 
Модуль BLE112 заснований на чіпі CC2540 від Texas Instruments. 
Вбудовані кристали на 32 МГц і 32.628 кГц генерують тактові імпульси. 
Узгоджувальний пристрій (Balun) забезпечує ефективну передачу з вкрай 
низьким рівнем паразитних викидів, а вбудована антена показує високу 
ефективність навіть у разі розміщення модуля в дуже обмеженому просторі [11]. 
На рисунку 12 у спрощеному вигляді зображено структуру радіомодуля 
BLE112. 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 27 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
 
Рисунок 3.3 - Структура радіомодуля BLE112 
 
Основні елементи модуля: 
- CPU 8051 - ядро мікропроцесора; 
- пам'ять SRAM на 8 кбайт зі зниженим енергоспоживанням; 
- пам'ять Flash на 128 або 256 кбайт; 
- інтегральний операційний підсилювач; 
- 12-розрядний АЦП на 8 каналів; 
- таймери загального призначення і таймер режиму очікування; 
- малопотужний компаратор; 
- I2C (інтерфейс USB 2.0); 
- USART0 і USART1 - синхронно-асинхронні передавачі; 
- вбудований стек низького енергоспоживання Bluetooth 4.0 
- монітор заряду батареї; 
- температурний датчик; 
- співпроцесор безпеки; 
- схема безпеки IR; 
- контролер DMA. 
Периферійні модулі, наприклад, таймери, АЦП, контролер flash-пам'яті, 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 28 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
можуть отримувати через контролер DMA прямий доступ до пам'яті. 
 
 
3.2 Вибір датчиків переміщення 
 
Першим елементом, який безпосередньо оцінює залишкову висоту КП, є 
датчик лінійного переміщення. В основі його роботи закладено принцип 
перетворення лінійного переміщення в цифровий або аналоговий сигнал. Нині під 
час виготовлення різних приладів використовують такі типи датчиків: 
- Ємнісні. При зовнішньому впливі на пластини або електроліт ємність 
конденсатора змінюється, що дає змогу оцінити сам вплив. 
- Індуктивні. Передбачається або вплив зовнішнього об'єкта на 
сердечник трансформатора, або вимірювання переміщення вздовж котушки 
об'єкта з феромагнітного матеріалу. 
- Оптичні. Існує безліч реалізацій цього типу датчиків. Найбільш 
придатний для цілей розроблення - той, що діє за принципом оптичної решітки: 
між джерелом світла і фотодіодами розташовується решітка, зовнішній вплив на 
яку впливає на освітленість фотодіодів, що і реєструється датчиком. 
- Вихрострумові. Датчики цього типу містять генератор магнітного 
поля і реєстратор, що оцінює зміну поля під час проходження в ньому 
вимірюваного об'єкта. 
- Потенціометричні. Являють собою електричний контур, що містить 
потенціометр. Переміщення вимірюваного об'єкта призводить до зміни його 
опору. 
- Датчики на основі ефекту Холла. Ці датчики побудовані за 
магніторезистивним принципом, і в основу їхньої роботи покладено ефект Холла: 
під час проходження струму через провідник, на який впливає зовнішнє магнітне 
поле, у поперечному перерізі провідника виникає різниця потенціалів. 
Виходячи з умов застосування проектованого пристрою, слід вибрати 
датчики, що відповідають вимогам до приладу і стійкі до зовнішніх впливів. 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 29 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
Таким чином, залишаються тільки два типи датчиків, що задовольняють 
вимогам: потенціометричний і оптичний. Для вимірювання залишкової висоти КП 
буде використано потенціометричний датчик, для оцінювання переміщення 
вздовж дроту - оптичний. 
Під час вибору потенціометричного датчика мають бути враховані такі 
вимоги: діапазон вимірювань від 4 до 15 мм, наявність підпружиненого штока, 
температурний діапазон від -30˚С до +50˚С, швидкість переміщення штока вища 
за 3 м/с, похибка не більше ніж 0,8%. 
Виходячи з цих вимог, було обрано датчик ЛТР-25 від ЗАТ 
"Сенсор Системс Солюшнс". Основні параметри, наведені в описі датчика: 
- діапазон вимірювань: 25 мм; 
- межі допустимої основної наведеної похибки: ±0,8%; 
- джерело живлення: максимум 42 В (DC); 
- опір: 5 кОм (допуск ±1 кОм); 
- діапазон температур: -30˚С +100˚С; 
- робочий цикл: 108 рухів; 
- шток: підпружинений, нержавіюча сталь; 
- матеріал корпусу: анодований алюміній [12]. 
На рисунку 3.4 показано зовнішній вигляд потенціометричного датчика 
вимірювання переміщення. 
 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 30 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
 
 
Рисунок 3.4 - Зовнішній вигляд датчика LTR 
 
Оптичний датчик, необхідний для оцінювання переміщення вздовж КП, 
має бути пов'язаний із вимірювальним роликом, мати досить високу роздільну 
здатність і, як і інші елементи, живитися від стандартного джерела напруги. 
Як датчик переміщення вздовж КП обрано HEDS-9730 від Avago 
Technologies. Його основні параметри: 
- джерело живлення: максимум 2,8 В - 5,2 В (DC); 
- опір: 2,5 кОм (на виводах); 
- діапазон температур: -40˚С +85˚С; 
- струм споживання: 12 мА - 40 мА (при живленні 3,3 В); 
- максимальна роздільна здатність датчика: 480 LPI (ліній на дюйм)/ 
185 лін/см; 
- час спрацьовування: 200 нс; 
- час відключення: 40 нс [13]. 
Необхідну роздільну здатність можна отримати, об'єднавши круглий 
трафарет (codewheel, кодувальний диск) з вимірювальним роликом, як це 
показано на рисунку 14. Трафарет розташовується між випромінювачем і 
фотоприймачем, і під час обертання ролика, залежно від зміни освітленості 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 31 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
фотодіодів, датчик оцінює переміщення вздовж дроту. 
 
R 3,3В 
Лінза 
Фото- 
діоди Компаратори 
Канал A 
Світлодіод 
Канал B 
Ланцюг 
обробки 
 
GND 
Випромінювач Трафарет Приймач 
 
Рисунок 3.5 - Структура датчика HEDS-9730 з трафаретом (code wheel) 
 
У документації до датчика зазначено, що він виготовлений для роботи з 
різними трафаретами, включно з кодувальним диском, розміченою смугою 
(codestrip), також можливі інші варіанти. Для застосування в розроблюваному 
пристрої буде достатньо круглого трафарету, об'єднаного з вимірювальним 
роликом приладу. 
 
 
3.3 Рідкокристалічний дисплей 
 
За основу модуля індикації обрано рідкокристалічний дисплей NHD-
C0126CZ-FSW-FBW-3V3 від Newhaven Display. Він має 2 рядки по 16 символів, 
вбудований контролер і невеликі габарити, що дає змогу використовувати його в 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 32 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
проектованому пристрої. 
Живиться дисплей від стандартних джерел 3 - 5,5 В (DC) і є 
трансфлективним, тобто як відбиває світло, так і випускає його (світиться 
самостійно) залежно від зовнішніх умов освітленості. За достатньої кількості 
світла (в режимі роботи без підсвічування), струм споживання дисплея становить 
0,5 мА. 
 
 
3.4 Розробка структурної схеми 
 
Підбиваючи проміжний підсумок, можна говорити про структуру 
проектованого макета. Цей прилад для вимірювання зносу КП як "ядра" має 
Bluetooth-радіомодуль BLE-112 від Bluegiga з вбудованою антеною. 
Для вимірювання залишкової висоти дроту використовується лінійний 
потенціометричний датчик ЛТР-25, а для оцінювання переміщення вздовж КП - 
об'єднаний з вимірювальним роликом оптичний датчик HEDS-9730. 
Потенціометричний датчик під'єднується до АЦП модуля BLE112 через фільтр 
нижніх частот, необхідний для зниження рівня низькочастотних перешкод. 
Обидва датчики з'єднані з ланцюгом живлення через ключі, керовані 
мікроконтролером. Таким чином, живлення на них подається тільки в момент 
проведення вимірювань, що значно знижує енергоспоживання. 
Модуль індикації складається з дисплея NHD-C0126CZ-FSW-FBW-3V3 і 
трьох кнопок. На рисунку 3.6 показано структуру створюваного приладу. 
 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 33 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
 
 
Рисунок 3.6 - Структурна схема приладу 
 
Схема живиться від Li-Ion акумулятора через регулятор напруги, що 
забезпечує постійну напругу 3,3 В. Регулятор і елемент живлення розділені 
ключем, який забезпечує замикання або розмикання ланцюга. 
 
 
3.5 Розробка принципової електричної схеми 
 
Під час проектування вимірювального приладу слід враховувати умови, в 
яких проводитимуться вимірювання. Зокрема, контактний провід під час торкання 
перебуває під потенціалом 27 кВ, отже, не можна під'єднувати вимірювальні 
датчики безпосередньо до мікроконтролера. Так само необхідно придушити 
наведення промислової частоти 50 Гц. 
Основна фільтрація відбувається під час обробки сигналу в модулі 
BLE112. Тут застосовується метод "згладжувального вікна" - використання 
віконної функції для визначення тривалості вимірювання, зменшення "розтікання 
спектра", відділення складової сигналу з малою амплітудою від складової з 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 
Зм. Лист № докум. 34 
Підпис Дата  
 
великою амплітудою на близьких частотах. Однак так само необхідна попередня 
фільтрація, тому потенціометричний датчик, що відповідає за визначення 
залишкової висоти дроту, сполучений з модулем через фільтр нижніх частот, 
виконаний на операційному підсилювачі (ОП), як показано на рисунку 3.7. Це 
необхідно для ослаблення наведень промислової частоти. 
керування 
ключем 
на вхід 
МК 
на вхід 
МК 
 
 
Рисунок 3.7 - підключення потенціометричного датчика 
 
Для захисту від статичного розряду потенціометричний датчик з'єднаний із 
входами ОП через захисні діоди VD1 -VD3. До ланцюга живлення датчик 
під'єднано через ключ, керований мікроконтролером. Це необхідно для того, щоб 
живлення на нього подавалося тільки під час вимірювання. 
Виходячи з необхідності ослаблення сигналу на частоті 50 Гц, достатньо 
прийняти за верхню частоту зрізу ФНЧ (на якій сигнал слабшає до рівня 0,7 від 
початкового) значення 20 Гц. На рисунку 3.8 показано частотну характеристику 
фільтра. 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 
  35 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рисунок 3.8 - Частотна характеристика фільтра нижніх частот 
 
Оптичний датчик, який відповідає за оцінку переміщення вздовж КП, так 
само з'єднується з модулем BLE112 через пари діодів, і живиться через керований 
ключ. 
Модуль індикації, який містить трансфлективний рідкокристалічний 
дисплей NHD-C0126CZ-FSW-FBW-3V3, який під'єднують до мікроконтролера за 
SPI-інтерфейсом, і три кнопки керування, конструктивно виконують окремо 
(рисунок 3.9). Кнопки відповідають за запуск вимірювання, керування режимами 
роботи та налагодження модуля BLE-112. Для спрощення під'єднання для 
програмування та налаштування модуля, його відповідні виводи з'єднані з 
колодками PLD-3 і PLS-5. 
 
 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 36 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
 
 
Рисунок 3.9 - Модуль індикації 
Для отримання необхідного для схеми живлення використовується 
перетворювач напруги TPS60210 від Texas Instruments. Вхідну напругу від Li-Ion 
акумулятора він перетворює до 3,3В (рисунок 3.10). 
 
Рисунок 3.10 - DC/DC перетворювач 
 
Цей перетворювач працює з вхідними напругами від 1,8 В до 3,6 В. Для 
того щоб увімкнути або вимкнути прилад, акумулятор і перетворювач досить 
розділити ключем.  
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 
Зм. Лист 37 
№ докум. Підпис Дата  
 
4 Розрахунок елементів схеми 
 
 
4.1 Розробка програмного забезпечення приладу та пристрою збору 
даних 
Основною зручністю під час використання модуля BLE112 є велика 
кількість засобів розробки. Основні інструменти для керування модулем і 
створення додатків: 
1. проста BASIC-подібна мова BGScript, що виключає необхідність у 
застосуванні зовнішнього контролера для виконання додатків безпосередньо на 
модулях BLE; 
2. програмний інтерфейс BGAPI, що керує модулем за допомогою 
зовнішнього хост-контролера, спільно з переносною бібліотекою BGLib мовою C. 
3. набори Bluegiga Bluetooth Smart SDK і Bluegiga Profile Toolkit, що 
дають змогу створювати додатки та профілі Bluetooth Smart. 
Додатки для BLE відрізняються архітектурою. Для самого модуля 
виконується архітектура сервера, що надає клієнтам сервіси, наприклад 
інформацію з датчиків. Пристрій-клієнт відображає або пересилає далі отриману 
інформацію. В якості такого пристрою в даному випадку виступає пристрій збору 
даних [14]. 
Програмне забезпечення для пристрою збору даних залежить як від 
операційної системи, так і від розробника. Є можливість створення максимально 
простих застосунків з алгоритмом роботи: 
1. пошук BLE-пристроїв; 
2. у разі виявлення - з'єднання з пристроєм; 
3. запуск підпрограми "Вимірювання", що відповідає за приймання 
пакетів даних від BLE-пристрою; 
4. виведення даних на екран; 
5. ухвалення рішення про подальшу роботу або запис отриманої 
інформації в базу даних; 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 
Зм. Лист № докум.  38 
Підпис Дата  
 
6. продовження приймання даних або примусове завершення 
підпрограми. 
На рисунках 4.1 та 4.2 показано структурні схеми алгоритму роботи 
основної програми модуля і роботи підпрограми Measurement для пристрою збору 
даних, відповідно. 
 
Рисунок 4.1 - Структурна схема алгоритму роботи основної програми модуля 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 
     39 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
 
 
Рисунок 4.2 - Структурна схема алгоритму роботи підпрограми 
"Вимірювання" 
Наявні нині інструменти розробки дають змогу створювати клієнтські 
додатки для будь-якої операційної системи і будь-якого пристрою, що має 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 40 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
можливість працювати з BLE-пристроями. 
 
 
4.2 Розрахунок енергоспоживання приладу 
 
Для того щоб оцінити енергоспоживання проектованого пристрою, 
необхідно розрахувати споживання основних його вузлів: датчиків переміщення, 
операційного підсилювача, модуля BLE112 і модуля індикації. 
Потрібно розглянути чотири режими роботи: 
- одиночний вимір без передання інформації; 
- поодиноке вимірювання з передаванням інформації на дистанційний 
пристрій збирання даних; 
- потокове вимірювання без передавання інформації; 
- потокове вимірювання з використанням дистанційного пристрою 
збирання даних. 
Згідно з правилами влаштування і технічної експлуатації електрифікованих 
залізниць, вимірювання по всій довжині проводу проводять тільки в місцях, де 
виявлено зношеність понад 25% [1]. Оскільки потокове вимірювання проводиться 
тільки в місцях локального зносу КП, і відбувається вкрай рідко, ці режими 
роботи надалі враховуватися не будуть. 
За частоти 150 Гц, АЦП мікроконтролера бере 16 відліків. Час, необхідний 
для одиночного вимірювання (з урахуванням часу встановлення перехідного 
процесу після відкриття ключа, що дорівнює 100мс), дорівнюватиме: 
 
T n
о.в. = + t
f пп                                                                   (4.1) 
 
де Т о.в. – час одиночного виміру (мс), n – кількість відліків, f – частота 
взяття звітів (Гц), tпп – час встановлення перехідного процесу. Виходячи з 
розрахунків, на один вимір потрібно 216,6 мс. 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 41 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
Струм споживання оптичного датчика становить 25 мА, струм споживання 
індикатора - 0,5 мА. Потенціометричний датчик разом з операційним 
підсилювачем споживає 1,68 мА. Без урахування мікроконтролера загальний 
струм споживання (Iоо ) становить 27,18 мА Відповідно, для поодинокого 
вимірювання споживання складе: 
 
���� = ����������������о.в. (A ⋅c)                                               (4.2) 
 
���� = 27,18 ⋅ 10−3 ⋅ 216,6 ⋅ 10−3 = 5,89 ⋅ 10−3 
 
Для мікроконтролера середній струм споживання під час одиночного 
вимірювання (без передавання даних) становить 6,7 мА. Час роботи 
мікроконтролера з урахуванням переходу в активний режим, збирання даних, 
опрацювання і переходом у "сплячий режим", становить 218,4 мс [11]. Таким 
чином, споживання складе: 
 
���� = ���������������� = 6,7 ⋅ 10−3 ⋅ 218,4 ⋅ 10−3 = 1,39 ⋅ 10−3о.в.  (A ⋅c) 
 
У разі одиночного вимірювання без передавання даних загальне 
енергоспоживання приладу: 5,89+1,39 = 7,28-10-3 (А-с). 
Під час вимірювання з передаванням даних енергоспоживання модуля 
BLE112 залежить від зовнішніх умов, якості зв'язку та роботи приймального 
пристрою. Для оцінювання рівня споживаного струму використовується 
осцилограф, увімкнений через резистор номіналом 10 Ом між джерелом живлення 
та модулем. У документації до пристрою наведено осцилограми, що показують 
зміну рівня струму споживання під час перемикання режимів модуля (рисунок 
4.3). 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 
  42 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
 
Рисунок 4.3 - Струм споживання BLE112 під час передавання даних 
При одиночному вимірюванні з передачею даних енергоспоживання 
модуля дорівнює 1,49-10-3 (А-с). Для того щоб розрахувати енергоспоживання 
модуля в режимі очікування (згідно з документацією, струм споживання - 9-10-6 
А), необхідно оцінити час, протягом якого BLE112 перебуває в "режимі сну". 
Згідно з нормативами, ручні вимірювання зносу КП проводяться бригадою з 5 
осіб, яка витрачає на проходження одного кілометра шляху 8,5 людино-годин. 
Якщо додати до цього 2,15 людино-годин на пропуск поїздів, зняття і постановку 
вишки на колії, загальні трудовитрати складуть 10,65 людино-годин. За 8-
годинної робочої зміни бригада проходить 3,75 км [4]. 
Оскільки модуль BLE112 працює в активному режимі довше за 
вимірювальну частину, далі буде враховуватися тільки час роботи 
мікроконтролера, 221 мс. За умови врахування поодиноких вимірів біля 
затискачів (на один кілометр шляху припадає 15 прольотів, по 9 затискачів на 
проліт) на ділянці з подвійним КП бригада робить приблизно 2025 поодиноких 
вимірювань за зміну. 
Sпр - ділянка шляху, пройдена бригадою за зміну, Nи - кількість 
Тмк - час роботи мікроконтролера в режимі вимірювання 
Отже: 
 
Тсну _ мк = Тзм − SпрNвТмк                                     (4.3) 
 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 
  43 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
де Тсну_мк – час сну мікроконтролера за зміну (с), Тзм – час зміни (с), Sпр – 
ділянка шляху, пройдена бригадою за зміну, Nв – кількість вимірів і Тмк – час 
роботи мікроконтролера в режимі виміру (с). 
Час сну мікроконтролера за зміну дорівнює 28358 секунд при 
проведенні вимірювань без передавання даних і 28356 секунд з 
передаванням даних. 
Середній струм споживання дорівнює: 
 
Nо.в.Sпр (I
I = м.к.Tм.к. + IснуTсну + Iвим.ч.Tо.в. )
ср.о.в. T )            (4.4) 
зм
 
де Iср.о.в. – середній струм споживання при одиничному вимірюванні (А), 
Nо.в. – кількість одиничних вимірів, Sпр – ділянка шляху, пройдена бригадою за 
зміну, Iм.к. – струм споживання мікроконтролера при одиничному вимірюванні 
(А), Tм.к. – час роботи мікроконтролера в режимі вимірювання (с), Iсну – струм 
споживання мікроконтролера в «сплячому режимі» (А), Тсну – загальний час в 
«сплячому режимі» (с), Iвим.ч. – струм споживання вимірювальної частини (А),    
Tзм – час зміни (с). 
Без використання пристрою збору даних середній струм дорівнює 1,8574-
10-3 А, з передачею даних - 1,8578-10-3 А. 
При використанні Li-Ion акумулятора, ємністю 1500 мА-год і середньою 
напругою на виході 1,8 В, струм елемента живлення дорівнюватиме: 
 
UпII = ср.
е ηU )                                               (4.5) 
б.ср
 
Можна визначити час роботи приладу від акумулятора під час виконання 
одиночних вимірювань: 
 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 
  44 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
QU η
 Tр =
б.ср.
U I                                                (4.6) 
ж ср.см.
 
Де Тр – час роботи приладу від акумулятора (с),   Q – ємність акумулятора 
(А ⋅с), Uб.ср. – середня напруга на виході акумулятора (В), h -ККД перетворювача 
(для TPS60210 прийнято 0,9), Uж – напруга живлення (3,3 В), 
Іср.см. – середній струм споживання приладу (А). 
Таким чином, час роботи від цього джерела живлення при виконанні 
поодиноких вимірювань становитиме 489,5 годин без передавання інформації та 
489,3 години під час роботи з пристроєм дистанційного збирання даних.  
 
 
 
 
  
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 
     45 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
5 Технологічний розділ 
 
5.1 Вибір варіанта технологічного процесу 
Тип виробництва визначає спосіб виготовлення фотошаблонів, побудова 
технологічного процесу і ступінь його деталізації. У залежності від розміру 
виробничої програми, технічних і економічних умов виробництво буває 
одиничне, серійне і масове. 
Одиничне виробництво фотошаблонів характеризується широкою 
номенклатурою і малим обсягом випуску, виготовлення фотошаблонів у 
серійному і масовому виробництвах - застосування устаткування, що дозволяє 
механізувати й автоматизувати виробничі процеси. 
При ухваленні рішення про методи і послідовність виготовлення 
фотошаблонів, необхідно провести оптимізацію варіантів технологічного процесу 
для визначеного типу виробництва. 
Відповідно до ГОСТ 3.1121-84 тип виробництва характеризується 
коефіцієнтом закріплення операції: 
О
К ∑
ЗО = ,                                                    (5.1) 
∑ р
де ΣО - сума операцій; 
Σр - сума робочих місць. 
Виходячи з приведеної формули необхідно установити співвідношення 
між трудомісткістю виконання операцій і продуктивністю робочих місць. На 
даному етапі проектування нормування операцій можна виконати, 
використовуючи орієнтовані норми типового технологічного процесу. 
Спираючи на вихідні дані і містячи в розпорядженні штучного чи штучно-
калькуляційного часу, визначають кількість одиниць оснащення: 
N •T
m ШТІ (шт−к )
i = 60 • F •η                                                    (5.2) 
g з.н
де N - річна програма випуску; 
ТШТ(К) - штучне чи штучно-калькуляційний час, хв.; 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 46 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
Fg - відповідної дійсності річний фонд часу, ч.; 
ηЗ.Н. - нормативний коефіцієнт завантаження оснащення. Завантаження 
оснащення залежить від типу виробництва - можна прийняти середнє значення 
ηЗ.Н .=0,8. 
Після розрахунку значень m по всіх операціях установлюють кількість 
робочих місць, округляючи до найближчого  більшого цілого числа значення m. 
Для операцій, що не вимагають через міру години, значення m може бути 
значно менше одиниці, Це означає, що номенклатура робіт на таких робочих 
місцях має бути розширена. Кількість операцій, що можна виконувати на кожнім 
робочому місці, визначається за формулою: 
η
О = з.н.
η.                                                            (5.3) 
з.ф.
де ηЗ.Ф. - коефіцієнт фактичної завантаженості оснащення, 
η m
з.ф. = p                                                             (5.4) 
Після розрахунків кількості робочих місць і кількості операцій за 
формулою (5.1) визначають кЗ. О.. 
При масовому і крупносерійному виробництвах кЗ.О.. = 1 ÷ 10, при 
середньосерійному кЗ.О. = 10 ÷ 20, при малосерійному кЗ.О..= 20 ÷ 40, при 
одиничному виробництві кЗ. О.. не регламентується. 
 
5.2 Виготовлення первинного і робочого фотошаблонів 
Первинний фотошаблон одержують хімічною обробкою експонованих 
фотопластинок, проконтролювавши спочатку температуру робочих розчинів 
термометром. Відлік часу обробки проводять за секундоміром. 
Для виготовлення робочого фотошаблону використовують первинний 
фотошаблон. Робочий фотошаблон одержують копіюванням первинного 
фотошаблона на контактно-копіювальному верстаті і подальшій хімічній обробці 
матеріалу. Перед копіюванням первинний фотошаблон необхідно протерти з боку 
підкладки серветкою, змоченої в етиловому спирті для виділення пилу, бруду, 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 47 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
жирових плям. Стекло контактно-копіювального верстата необхідно протерти 
антистатичною серветкою. Копіювання, а також висвітлення для копіювання й 
обробки пластин і фототехнічної плівки виконуються за допомогою фото ліхтаря 
з червоним світлофільтром. Діазографічні плівки копіюють і обробляють при 
звичайному висвітленні, не допускаючи висвітлення матеріалу сонячними  чи 
променями ультрафіолетовим випромінюванням. При копіюванні первинний 
фотошаблон і матеріал додають один до одному і переносять до контактно-
копіювального верстата, причому емульсійний шар первинного фотошаблона і 
світлочутливий шар матеріалу повинні безпосередньо стикатися. 
Експонування проводять через первинний фотошаблон на світлочутливий 
матеріал. Виготовлення робочого фотошаблону на фототехнічній плівці ФТ-41П 
здійснюється шляхом експонування на контактно-копіювальному верстаті 
крапковим джерелом білого світла і хімічної обробки експонованого матеріалу. 
Виготовлення робочого діапозитива на діазографічній плівці ТМ 
здійснюється в такий спосіб. Після експонування діазографічна плівка 
обробляється в проявочному пристрої в парах аміаку до максимального насичення 
кольору фото зображення. 
 
5.3 Устаткування і пристосування 
До устаткування і пристосування для виготовлення фотошаблонів 
друкованих плат відносяться: 
• Контактно-копіювальний верстат KVP-G ІІІ (Японія). 
• Контактно-копіювальний верстат TRі - kopі (Німеччина). 
• Проявочний пристрій для діазографічних плівок. 
• Проявочна установка для фотопластин. 
• Пристрій для пробивання фіксуючих отворів (79ВЯ42АТ). 
• Ретушерський пульт «ФМС-66», МРТУ 27-05-233-69. 
• Мікровольтметр «МФ-4». 
• Мікроскоп «МПБ-2». 
• Люксметр «ІЛКП». 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 
Зм. Лист № докум. Підпис 48 
Дата  
 
• Стіл з підсвіткою. 
• Атестований набір еталонів оптичних площин, виконаний на 
фототехнічній чи плівці фотопластині. 
• Тара для перенесення скляних фотошаблонів. 
• Секундомір. 
• Терези технохімічні з важком. 
• Термометр для виміру температури розчинів від 15 до 40 °С з ціною 
розподілу більш ніж 1 °С. 
• Фотоліхтар з неактинічним червоним світлофільтром. 
• Набір пензликів для ретуші. 
• Скальпель для ретуші, МРТУ 4217-61. 
• Фотошаблони конструктивів друкованих плат з координатною 
сіткою. 
• Фіксуючі штифти. 
• Шафа для збереження фотошаблонів. 
• Пристрій, що фоторозкреслює, ФРУ-01. 
• Технічні характеристики ФРУ-01. 
Пристрій на базі двокоординатного столу призначено для високоточного 
автоматичного креслення фотошаблонів друкованих плат на різних плівкових і 
скляних фотоматеріалах по будь-яких траєкторіях у площині. 
У приводах подач пристрої застосовані лінійні синхронні двигуни з 
газовим змащенням у напрямних, керовані від системи електропривода з ЧПУ 
(ЭЧПУ) "Микролид". 
Стабільність і точність пристрою забезпечується базовою гранітною 
плитою, гранітними напрямними по осях Х и У і газовими направляючими, що не 
піддаються тертю і зносу. 
Фотоголівка з модуляторним джерелом світла з 12 окремих оптичних 
систем, укладених у єдиний блок, дозволяє одержати однакову оптичну щільність 
ліній, масок, зображень. Вакуумним притиском фотоматеріалу в сполученні з 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 
 49 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
автоматичним піджимом досягається базування світлочутливого шару до поверхні 
креслення. 
Таблиця 5.1 – Параметри пристрою 
№ Назва параметра Одиниця Величина 
п/п виміру 
1 Напруга мережі перемінного струму 50 Гц В 380/220 
2 Розміри креслення мм 380х400 
3 Швидкість переміщення по координатах X і Y м/с 0,4 
4 Прискорення по координаті X м/с 3 
5 Прискорення по координаті Y м/с 6 
6 Хід столу мм 420х500 
7 Погрішність позиціонування мм ± 0,01 
8 Погрішність повторного позиціонування мм ± 0,005 
9 Кількість масок шт. 12 
10 Загальна кількість символів шт. 44 
11 Мінімальна товщина лінії мм 0,125 
12 Розміри контактних площадок мм 1,3х3,5 
13 Розміри символів мм 2х1 
14 Обсяг внутрішньої пам'яті керуючої програми кбайт 64 
15 Тиск підводимого повітря кПа 500...600 
16 Потужність кВт 2 
17 Маса пристрою кг 600 
18 Маса ЭЧПУ "Микролид" кг 300 
19 Зовнішній канал уведення програми з   вищого 
перфострічки чи ЕОМ  рангу 
20 Ручне введення і редагування програми  перфорато
р чи ЕОМ 
21 Буквено-цифрова індикація на електронно- знаків 512 
променевій трубці (16х32). 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 
     50 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
Пристрій працює від промислової мережі стиснутого повітря, має 
індивідуальну систему очищення повітря. В умовах експлуатації пристрій, що 
фоторозраховує, повинен знаходитися в темному приміщенні, а система 
керування - у світлому. 
Пристрій допускає роботу в три зміни й обслуговується одним оператором. 
 
5.4 Пробивання фіксуючих отворів 
Пробка фіксуючих отворів здійснюється на спеціальному пристрої, що має 
два орієнтуючих знаки, рознесених на відстань, рівна відстані між реперними 
знаками фотошаблона. Фотошаблон розміщають у пристрої для пробки. 
Здійснюють вакуумний притиск фотошаблона і пробивають отвору, притискаючи 
пуансон пристрою. 
Оскільки фотошаблон має лінійні деформації, обумовлені частковим 
роздубленням фотографічної емульсії під час фотохімічної обробки, зміною 
температури і вологості в приміщенні, то відстань між реперними знаками може 
не збігатися з відстанню між знаками пристрою, що орієнтують. У такому 
випадку вибирають середнє значення. Для цього горизонтальні штрихи реперних і 
настановних знаків зміщають, а відстань між прямовисячими штрихами 
вирівнюють між собою зрушенням фотошаблону. 
 
5.5 Загальні технічні вимоги до фотошаблонів 
Фотографічне зображення в межах поля друкованої плати (ДП) повинне 
бути різким, границі зображення повинні бути чіткими, без розмитостей і ореолів. 
Фотошаблон повинний мати два чи більш реперні знаки, 
використовуваних для пробивання фіксуючих отворів у робочих фотошаблонах. 
Несполучення двох робочих фотошаблонів однієї плати повинне бути не 
більш 0,24 мм плат класу I і 0,14 мм плат класу II. 
Зазор між елементами провідного рисунка на фотошаблоні повинний бути 
не менш 0,325 мм. 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 
Зм. Лист № докум. Підпис 51 
Дата  
 
Первинний фотошаблон повинний бути отриманий на автоматизованому 
пристрої, що розкреслює, методом розкреслювання. Відхилення центрів 
контактних площадок від вузлів координатної сітки складає: 
- для первинних фотошаблонів ± 0,10 мм плат класу І, ± 0,05 мм плат класу 
II; 
- для робочих фотошаблонів ± 0,12 мм плат класу І, ± 0,07 мм плат класу II. 
Розміри елементів топології фотошаблона і відстані між ними повинні 
відповідати вимогам технічного завдання на друковану плату з урахуванням 
технологічних допусків на виготовлення друкованої плати. 
Технологічні допуски на виготовлення друкованої плати встановлює 
підприємство - виготовлювач друкованих плат у залежності від застосовуваної 
технології. 
Граничні відхилення розмірів елементів топології фотошаблона в 
залежності від класу точності друкованої плати за ГОСТ 23751 приведені в 
таблиці 5.2. 
Таблиця 5.2 - Граничні відхилення розмірів елементів топології 
фотошаблона в залежності від класу точності друкованої плати 
Клас точності друкованої плати 1 2 3 4 5 
Граничні відхилення розмірів елементів ± 0,10 ± 0,05 ± 0,03 ± 0,02 ± 0,01 
топології фотошаблона 
Граничні відхилення розмірів елементів топології фотошаблона, зазначені 
в таблиці 5.2, є підставою для розрахунку технологічного допуску на 
виготовлення еталонного фотошаблона. 
Позиційні допуски розташування елементів топології фотошаблона в 
діаметральному вираженні в залежності від класу точності друкованої плати 
представлені в таблиці 5.3. 
Якість сполучення комплекту фотошаблонів визначається значенням 
несполучення по контактних площадках. Значення несполучення комплекту 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 
 52 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
фотошаблонів у залежності від класу точності друкованої плати не повинне 
перевищувати значень, зазначених у таблиці 5.4. 
Таблиця 5.3 - Позиційні допуски розташування елементів топології 
фотошаблона в діаметральному вираженні в залежності від класу точності 
друкованої плати 
Клас точності друкованої плати 1 2 3 4 5 
Позиційні допуски розташування елементів 0,15 0,10 0,07 0,05 0,03 
топології фотошаблона, мм 
Таблиця 5.4 - Величина несполучення комплекту фотошаблонів 
Клас точності друкованої плати 1 2 3 4 5 
Величина несполучення комплекту 0,15 0,10 0,07 0,05 0,03 
фотошаблонів, мм 
Ширина технологічного полючи, розташованого по контурі робочої зони 
фотошаблона, не повинна бути більш 30 мм. 
Умовна позначка фотошаблонів за ГОСТ 2.201. 
Оптична щільність емульсійних фотошаблонів повинна бути не менш 3,0 
на непрозорих ділянках і не більш 0,1 на прозорих ділянках. 
Копіювальна щільність діазотипних фотошаблонів на довжині хвилі 437 
нм повинна бути не менш 3,0 на непрозорих ділянках і не більш 0,1 на прозорих 
ділянках. 
Розміри дефектів зовнішнього бачення - (проколи, крапки, подряпини) у 
робочій зоні фотошаблона нс повинні бути більш 0,05 мм для друкованих плат 1, 
2 і 3-го класів точності і більш 0,02 мм для друкованих плат 4 і 5-го класів 
точності. 
Розміри дефектів зовнішнього вигляду в робочій зоні фотошаблона з 
розмірами провідників і відстаней між ними від 0,05 до 0,08 мм не повинні бути 
більш 0,01 мм. 
Фотошаблони варто поставляти комплектами з паспортом на кожен 
комплект фотошаблонів. 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 53 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
Форма паспорта на комплект фотошаблонів - по ГОСТ 2.601 
Маркування фотошаблона повинне містити: умовну позначку 
фотошаблона; дату виготовлення; порядковий номер зміни провідного рисунка. 
Маркування фотошаблона варто розташовувати на робочій поверхні 
фотошаблона поза робочою зоною. 
Маркування фотошаблона повинне бути виконане автоматизованим 
способом. 
У технічно обґрунтованих випадках допускається виконувати 
маркірування вручну. Цифри і букви маркувального напису повинні бути чітко 
позначені. 
 
5.6 Технологічний процес і режими виготовлення фотошаблонів 
Технологічний процес і режими виготовлення фотошаблонів друкованих 
плат представлені в таблиці 5.5. 
Таблиця 5.5 - Технологічний процес і режими виготовлення фотошаблонів 
друкованих плат 
Порядок операцій і їхнє Тривалість обробки, хв. 
найменування фототехнічної плівки 
прямим методом 
методом звертання 
1. Прояв 22±0,5 1 5 4 6 
2. Промивання в проточній воді 18÷22 - 0,25÷0,5 0,25÷0,5 6÷8 
3. Зупинка прояву 18÷22 2 0,5÷1 - - 
4. Відбілювання 18÷22 3 - - 3÷4 
5. Засвічування* - - - - - 
6. Промивання в непротічній воді 18÷22 - - - 5÷7 
5. Промивання в проточній воді 18÷22 - - - 2÷3 
8. Освітлення 18÷22 4 - - 1,5÷2 
9. Промивання в проточній воді 18÷22 - - - 2÷3 
10. Прояв 18÷22 1 - - 3÷4 
11. Промивання в проточній воді 18÷22 - 0,25÷0,5 - 0,5÷1 
12. Фіксування 18÷22 5 10÷15 8÷10 8÷10 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 
Зм. Лист № докум. Підпис  54 
Дата  
Температура 
°С 
№ розчину 
фотопластин 
 
Продовження таблиці 5.5 
13. Промивання в непротічній воді 18÷22 - 5÷7 5÷7 5÷7 
14. Ослаблення (при необхідності, 18÷22 6 - - візуально 
для видалення загальної вуалі) 
15. Промивання в проточній воді 18÷22 - 15÷20 15÷20 15÷20 
16. Змочування в ОП-7 чи ОП-10      
17. Сушіння ** - У В підвішеному стані 
вертикальн
ому 
положенні 
18. Контроль  -    
*Освітленість у робочій зоні повинна бути не менш 150 лк контролювати 
люксметром. Після включення світла обробку плівки продовжують при 
нормальному (не нижче 150 лк у робочій зоні) висвітленні. 
**У природних умовах. 
 
5.7 Алгоритм виготовлення робочої програми керування 
Виготовлення фотошаблонів способом фотографічного зменшення 
оригіналу рисунка плати, виконаного вручну, не задовольняє вимогам підвищеної 
точності в зв'язку зі зростанням щільності друкованого монтажу, кількості типів 
плат на виріб, появою багатошарових плат. 
Прагнення задовольнити вимогам підвищеної точності, зберігати і навіть 
скоротити терміни виготовлення фотошаблонів плат вимагає нових методів 
роботи. 
Автоматизоване виготовлення фотошаблонів включає: автоматизоване 
креслення світловим променем (М 1:1) рисунка фотошаблона по робочій програмі 
травлення; напівавтоматизовану підготовку і виготовлення цих програм 
керування. 
Послідовність операцій підготовки виготовлення робочої програми 
керування, аналіз і її коректування, контроль і одержання первинного 
фотошаблона зображена у виді алгоритму. 
  
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 55 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
5.8 Формування елементів провідного рисунка друкованої плати 
Фотошаблони виготовляються в залежності від щільності провідного 
рисунка або однократним, або подвійним, або потрійним кресленням, тобто 
провідні спробні рисунки плати викреслюються на фотопапері, а потім 
контрольний рисунок плати на фотопластинці чи фототехнічній плівці. 
Для формування елементів друкованого монтажу використовується 
магазин масок, що включає №- масок - світлових плям. 
Геометричні розміри масок для розкреслення провідного рисунка повинні 
враховувати технологічні припуски і допуски, що забезпечують виготовлення ДП 
на конкретному виробництві (ОСТ 16.0.886.052-83). 
Для нанесення елементів провідного рисунка, розташованого не в кроці 
1,25, допускається виготовлення масок, зміщених щодо центра в магазині масок. 
Таблиця 5.6. – Параметри провідного рисунка 
Елементи Форма Розміри, мм 
провідного 
рисунка 
Контактні Квадрат 1,5×1,5; 2,0×2,0; 
площадки 2,9×2,9 
Коло ∅1,90; ∅ 3,40 
Восьмикутник 2,70 
Провідники Квадрат  0,35; 0,50 
Восьмикутник 0,75; 1,00; 1,50 
Шипи й екрани Два однакових за формою і ≥2,50 
розміром, але орієнтованих по- 2,70×0,40 
різному щодо центра масок 0,40×2,70 
Цифри От 0 до 9 2,0×1,0 
Букви C, R, K, A, V, B, L, E, Z, D, T, E 2,0×1,0 
Знак " + " 2,0×2,0 
 
  
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 56 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
6 Спеціальний розділ 
 
6.1 Економічне обґрунтування розробки системи  
В сучасних умовах розвитку міського електротранспорту (трамваї, 
тролейбуси) важливим аспектом є забезпечення надійної та безперебійної роботи 
контактних мереж. Знос контактного дроту впливає на якість електропостачання 
транспорту, а отже, на його експлуатаційні характеристики та безпеку. 
Впровадження Інформаційно-вимірювальної системи зносу контактного дроту 
(ІВСЗ) дозволить підвищити ефективність управління технічним станом 
контактних мереж, зменшити витрати на їх обслуговування та підвищити безпеку 
руху. 
1. Актуальність проблеми 
1.1. Знос контактного дроту - це одна з основних причин виникнення 
несправностей у системах електропостачання міського електротранспорту. 
Невчасне виявлення зносу призводить до аварійних ситуацій, простоїв транспорту 
та значних фінансових витрат на ремонтні роботи. 
1.2. Застарілі методи моніторингу технічного стану контактних мереж, які 
переважно базуються на візуальному огляді та ручних вимірюваннях, є 
неефективними та не дозволяють своєчасно виявляти проблемні ділянки. 
2. Мета розробки ІВСЗ 
Основна мета розробки ІВСЗ - автоматизація процесу моніторингу зносу 
контактного дроту, що дозволить своєчасно виявляти зношені ділянки, зменшити 
аварійність та оптимізувати витрати на обслуговування. 
3. Економічні переваги впровадження ІВСЗ 
3.1. Зменшення витрат на ремонт та обслуговування: 
Своєчасне виявлення зносу дозволить планувати заміну контактного дроту, 
що зменшить кількість аварійних ремонтів. 
Зниження витрат на екстрений ремонт та заміну пошкоджених ділянок. 
3.2. Підвищення ефективності експлуатації: 
Підвищення надійності електропостачання міського транспорту зменшить 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 57 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
кількість простоїв. 
Оптимізація графіку технічного обслуговування, що дозволить ефективніше 
використовувати трудові та матеріальні ресурси. 
3.3. Покращення безпеки руху: 
Зменшення аварійних ситуацій, пов’язаних із зносом контактного дроту, 
підвищить безпеку пасажирів та водіїв. 
3.4. Довгострокова економія: 
Впровадження ІВСЗ дозволить збільшити строк служби контактного дроту 
за рахунок точного контролю його стану та своєчасної заміни зношених ділянок. 
4. Інвестиційні витрати та очікувані вигоди 
4.1. Інвестиційні витрати 
Розробка та впровадження ІВСЗ: 
Витрати на розробку програмного забезпечення: 500,000 грн. 
Придбання та встановлення необхідного обладнання: 2,000,000 грн. 
Інтеграція з існуючими системами та навчання персоналу: 300,000 грн. 
Загальні інвестиційні витрати: 2,800,000 грн. 
4.2. Очікувані вигоди 
Зменшення витрат на аварійний ремонт: 
Поточні витрати на аварійний ремонт становлять близько 1,200,000 грн на 
рік. 
Впровадження ІВСЗ дозволить зменшити ці витрати на 50%, що становить 
економію 600,000 грн на рік. 
Оптимізація витрат на планове технічне обслуговування: 
Поточні витрати на планове технічне обслуговування становлять 1,000,000 
грн на рік. 
Використання ІВСЗ дозволить зменшити ці витрати на 30%, що становить 
економію 300,000 грн на рік. 
Підвищення надійності та безпеки руху: 
Зменшення аварій та простоїв збільшить прибутки від перевезень на 10%, 
що становить близько 500,000 грн на рік. 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 58 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
4.3. Загальні очікувані вигоди 
Економія на аварійних ремонтах та обслуговуванні: 900,000 грн на рік. 
Збільшення прибутків від перевезень: 500,000 грн на рік. 
Загальні очікувані вигоди на рік: 1,400,000 грн. 
4.4. Окупність проекту 
Загальні інвестиційні витрати: 2,800,000 грн. 
Загальні очікувані вигоди на рік: 1,400,000 грн. 
Строк окупності проекту: 2 роки. 
Висновок: Розробка та впровадження Інформаційно-вимірювальної системи 
зносу контактного дроту електротранспорту є економічно доцільною інвестицією з 
врахуванням зменшення витрат на обслуговування та ремонт, підвищення 
надійності та безпеки руху, що в цілому сприятиме підвищенню ефективності 
функціонування міського електротранспорту. Очікуваний строк окупності проекту 
становить два роки, після чого система почне приносити значні економічні вигоди. 
 
 
6.2 Охорона праці 
Аналіз небезпек та шкідливостей, які виникають в дослідницькій 
лабораторії при створенні проекту   інформаційно-вимірювальної системи 
Розробка даної кваліфікаційної роботи проводиться в приміщенні 
дослідницькій лабораторії. Проектування інформаційно-вимірювальної системи 
неможливе без використання сучасної комп’ютерної техніки. Тому необхідно 
створити раціональні та безпечні умови праці працівників  під час роботи в 
лабораторії.   
Потрібно звернути особливу увагу на фактори робочого середовища, які 
безпосередньо впливають на працюючого, що призводить до зміни його 
продуктивності, впливають на здоров'я і працездатність  співробітника, який 
працює в лабораторії. За рівнем фізичних навантажень робота співробітника 
лабораторії відноситься до категорії I а, оскільки практично не потребує деякого 
фізичного навантаження при роботі ПК.  
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 
Зм. Лист № докум. Підпис 59 
Дата  
 
Розміри лабораторії становлять: ширина – 5,2 м, довжина – 7,6 м, висота 
стелі – 2,8 м, площа приміщення становить 39,52 м2. Лабораторія розрахована на 
максимальну кількість працюючих 4 особи. Звідси площа, яка припадає на одну 
людину, дорівнює: 9,88 м2. Об’єм приміщення складає: 110,656 м3. Звідси об'єм, 
який припадає на одну людину, дорівнює 27,664 м3, що відповідає вимогам 
нормативних документів. 
Лабораторія розташована в північній частині корпусу підприємства, стіни 
мають світле забарвлення із коефіцієнтом відбиття світла понад 50%, колір має 
матову структуру. 
Параметри мікроклімату в робочому приміщенні мають дуже важливе 
значення, оскільки вони безпосередньо впливають на здоров’я та самопочуття  
співробітника. Згідно з ДСН 3.3.6.042-99 нормативні значення основних факторів 
мікроклімату наступні: 
1. Температури повітря: 
- в теплий період року – 23-25 °С (допустима – 20-28 °С). ; 
- в холодний період року – 22-24 °С  (допустима – 21-25 °С). 
2. Вологість повітря: 
- в теплий період року – 40-60 %; 
- в холодний період року – 40-60 %. 
3. Швидкість руху повітря: 
- в теплий період року – 0,1 м/с (допустима – 0,1-0,2 м/с) ; 
- в холодний період року –  0,1 м/с (допустима –  менше 0,1 м/с) . 
Фактичні значення даних параметрів становлять відповідно:  
1. Температури повітря: 
- в теплий період року – 21-23 °С ; 
- в холодний період року –21-22 °С . 
2. Вологість повітря: 
- в теплий період року – 45-52 %; 
- в холодний період року – 47-54 %. 
3. Швидкість руху повітря: 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 60 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
- в теплий період року – 0,1 м/с; 
- в холодний період року – 0,1 м/с. 
Фактичні параметри мікроклімату повністю відповідають нормативним 
вимогам згідно ДСН 3.3.6.042-99.  
В лабораторії в холодний період року функціонує система 
централізованого водяного опалення, яка відповідає ДБН В.2.5.67-2013. Для її 
забезпечення встановлено 5 біметалевих радіаторів, що підтримують температуру 
повітря в холодний період року – 22-24 °С. 
Дослідницька лабораторія - це приміщення з однобічним природним 
освітленням, північно-східною орієнтацією віконних отворів. Природне 
освітлення забезпечується крізь вікна. Розміри чотирьох вікон приміщення 
однакові і становлять 1,3×1,4 м. 
Згідно з ДБН В.2.5-28-2018 нормування природного освітлення 
проводиться за допомогою коефіцієнта природного освітлення (КПО), розряд 
зорової праці – II в, найменший об’єкт розрізнення – 0,25 мм, що відповідає дуже 
високому ступеню точності зорової праці. Контрастність найменшого об’єкту 
розрізнення та фонів: між текстом на моніторі та фоном, між текстом на аркуші 
паперу та аркушем, букв на клавіатурі, між платою та деталями є середньою. 
Фактичне значення КПО становить 15-18 %, що відповідає вимогам ДБН В.2.5-
28-2018. 
Для темного часу доби передбачене штучне освітлення. При штучному 
освітленні нормується величина освітленості в люксах (Лк), яка вибирається в 
залежності від характеристик зорової праці з урахуванням найменшого розміру 
об'єкта розрізнення, фону, контрасту об'єкта розрізнення з фоном. 
Лабораторія обладнана двома світильниками ЛПО 11У–36-212, кожний з 
яких має дві люмінесцентні лампи. Фактичний рівень штучного освітлення 
складає 412 лк. Отже, рівень штучного освітлення на робочому місці  відповідає 
ДБН В.2.5-28-2018 тому система загального штучного освітлення не потребує 
модернізації. 
Головним джерелом шуму в приміщенні лабораторії є вентилятор 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 
     61 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
охолодження в системному блоці комп’ютера та принтер. Згідно з ДСН 3.3.6.037-
99 «Санітарні норми рівнів шуму на робочих місцях» нормативне значення 
еквівалентного рівня шуму при даному видові діяльності та типу робочого місця 
складає 60 дБА, а рівень фактичного шуму становить 42-44 дБА, що відповідає 
нормативному рівню. 
Робоче місце співробітника є постійним і представляє собою стіл (для 
вільного переміщення інженера за столом встановлено рухоме крісло, яке 
повторює анатомію тіла людини), в лівій частині якого встановлений 
персональний комп'ютер. Робоче місце знаходиться в окремій лабораторії, 
мебльованій столами зі встановленими на них обладнанням, зокрема ПК. 
Монітори комп'ютерів розміщені так, щоб відстань від очей користувача до 
екрану складала не менше 70 cм, кут зору 30о, для мінімізації впливу 
випромінювання на зір. 
Умови праці інженерів - розробників при роботі з обладнанням крім стану 
параметрів виробничого середовища, визначаються також характеристиками 
використовуваного устаткування, якістю робочих матеріалів у робочій зоні, 
конструкцією робочих меблів та її розмірними характеристиками. Тип робочого 
крісла обирається у відповідності ДСТУ 7951:2015 та в залежності від тривалості 
роботи: при тривалій - масивне, при короткочасній - крісло легкої конструкції, в 
якому легко пересуватися. Ширина столу 0,85 м, усі предмети, що знаходяться на 
ньому розташовані на відстані не більш 70 см від працівника, отже вони 
знаходяться в робочій зоні. 
Електропроводка живлячої мережі в даному приміщенні прихованого типу 
– прокладена під шаром штукатурки. Приміщення відноситься до 2 класу 
приміщень: приміщення з підвищеною небезпекою ураження людини 
електричним струмом (оскільки в приміщенні струмопровідна залізобетонна 
підлога). Обладнання, встановлене в ньому живиться напругою 220 В і споживає 
потужність менше ніж 2,5 кВт. Деяке обладнання, зокрема системний блок ПК, 
має металевий корпус, тому згідно ДСТУ Б В.2.5-82:2016 в лабораторії повинна 
бути передбачені заходи, щодо захисту працівників від ураження електричним 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 
     62 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
струмом. 
Лабораторія відноситься до приміщень з категорією вибухопожежо-
небезпеки типу В, згідно з ДСТУ Б В.1.1-38:2016 (горючі та важкогорючі рідини, 
тверді горючі та важкогорючі речовини, а також речовини, здатні горіти тільки 
при взаємодії з водою, киснем повітря або один з одним.). В даному приміщенні 
забезпечуються необхідні заходи щодо протидії виникнення пожежонебезпечних 
ситуацій згідно з НАПБ А.01.001-2014 «Правила пожежної безпеки в Україні». 
План евакуації розміщений на стіні лабораторії з вільним доступом до нього. Для 
попередження пожеж в ній використовується електрична пожежна сигналізація  
променевого типу та теплові датчики типу (ИП-105-2) у кількості 4 шт відповідно 
ДБН В.2.5.56-2014. 
В приміщенні лабораторії встановлено порошковий вогнегасник ВП-5, 
який закріплений у підставці на стіні поряд з дверима. 
З усіма працівниками перед допуском до роботи проводять вступний та 
первинний інструктажі згідно типового положення про навчання з питань 
охорони праці (ДНАОП 0.00-4.12-05). Допуск до роботи відбувається після 
проведення перевірки знань із вступного та первинного інструктажів. Перевірка 
здійснюється згідно затвердженого переліку запитань. 
Вступний інструктаж з питань охорони праці проводиться з усіма 
працівниками, які щойно прийняті на роботу (постійну або тимчасову) незалежно 
від їх освіти, стажу роботи за цією професією або посади. Первинний інструктаж 
проводиться з працівниками та студентами на робочому місці до початку роботи. 
Запис про проведення інструктажу робиться у спеціальному журналі. 
Повторний інструктаж проводиться на робочому місці з усіма 
працівниками та студентами: на роботах з підвищеною небезпекою  - 1 раз у 
квартал, на інших роботах - 1 раз на півріччя. 
В результаті проведеного аналізу можливо зробити висновок про те, що 
найбільш важливим чинником, що впливає на безпеку праці інженера-розробника 
є можливість його ураження електричним струмом. Тому необхідно 
запропонувати заходи захисту працівників лабораторії від ураження електричним 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 
Зм.  63 
Лист № докум. Підпис Дата  
 
струмом. 
 
 
Способи захисту працівників лабораторії від ураження електричним 
струмом 
Для забезпечення захисту від ураження електричним струмом в 
електроустановках повинні застосовуватися технічні способи і засоби захисту.  
Вибір того або іншого способу або засобу захисту (або їх поєднань) в 
конкретній електроустановці і ефективність його застосування залежать від цілого 
ряду чинників, зокрема від:  
- номінальної напруги;  
- роду, форми і частоти струму електроустановки;  
- способу електропостачання (від стаціонарної мережі, від автономного 
джерела живлення електроенергією);  
- режиму нейтралі джерела трифазного струму (середньої точки джерела 
постійного струму) - ізольована нейтраль, заземлена нейтраль;  
- виду виконання (стаціонарні, пересувні, переносні);  
- умов зовнішнього середовища;  
- схеми можливого включення людини в ланцюг протікання струму 
(прямий однофазний, прямий двофазний дотик; включення під напругу кроку);  
- виду робіт (монтаж, наладка, випробування) і ін.  
Крім того, за принципом дії, всі технічні способи захисту поділяються на:  
- що знижують до допустимих значень напруги дотику і кроку;  
- що обмежують час дії струму на людину;  
- що запобігають прямому дотику до струмопровідних частин.  
Основними технічними засобами захисту є:  
- захисне заземлення;  
- автоматичне відключення живлення (занулення);  
- пристрої захисного відключення.  
Одним з основних засобів захисту від ураження електричним струмом є 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 
Зм. Лист № докум.  64 
Підпис Дата  
 
пристрої захисного відключення (ПЗВ). ПЗВ - це пристрої автоматичного 
відключення електроустановок при однофазному дотику до частин, що 
знаходяться під напругою, неприпустимою для людини, і (або) при виникненні в 
електроустановці струму витоку (замикання), що перевищує задані значення.  
Призначення захисного відключення – забезпечення електробезпеки, що 
досягається за рахунок обмеження часу дії небезпечного струму на людину. Це 
забезпечується спеціальним пристроєм захисного відключення, який забезпечує 
електробезпеку при дотику людини до струмопровідних частин устаткування, 
дозволяє здійснювати постійний контроль ізоляції, відключає установку при 
замиканні струмопровідних частин на землю. Для захисту людей від ураження 
електричним струмом застосовуються ПЗВ із струмом спрацьовування не більше 
30 мА.  
Сфера застосування захисного відключення: електроустановки в мережах з 
будь-якою напругою і будь-яким режимом нейтралі. Найбільше поширення 
захисне відключення набуло в електроустановках, використовуваних в мережах 
напругою до 1 кВ із заземленою або ізольованою нейтраллю.  
Принцип роботи ПЗВ полягає в тому, що він постійно контролює вхідний 
сигнал і порівнює його із заданою величиною. Якщо вхідний сигнал перевищує 
цю величину, то пристрій відключає захищену електроустановку від мережі. Як 
вхідні сигнали пристроїв захисного відключення використовують різні параметри 
електричних мереж, які несуть в собі інформацію про умови ураження людини 
електричним струмом. ПЗВ реагує на «струм витоку» і протягом сотих доль 
секунди відключає електрику, захищаючи людину від ураження електричним 
струмом, воно уловлює щонайменший витік струму і розмикає контакти. 
Конструктивно ПЗВ бувають двох видів:  
- електронні, залежні від напруги живлення, їх механізм для виконання 
операції відключення потребує енергії, що отримується або від контрольованої 
мережі, або від зовнішнього джерела;  
- електромеханічні, незалежні від напруги живлення, вони дорожче 
електронних ПЗВ, але мають більшу чутливість. Джерелом енергії, необхідної для 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 
     65 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
функціонування таких ПЗВ є сам вхідний сигнал – диференціальний струм, на 
який воно реагує.  
Всі ПЗВ за вхідним сигналом класифікують на декілька типів:  
- що реагує на напругу корпусу щодо землі;  
- що реагує на диференціальний (залишковий) струм;  
- що реагує на комбінований вхідний сигнал;  
- що реагує на струм замикання на землю;  
- що реагує на оперативний струм (постійний; змінний 50 Гц);  
- що реагує на напругу нульової послідовності.  
Застосування  ПЗВ повинне здійснюватися відповідно до  Правил 
улаштування електроустановок (ПУЕ).  
 
 
Рисунок 6.1 - Схема пристрою захисного вимкнення 
 
ПЗВ вибираються за двома параметрами: чутливість (номінальний 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 66 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
вимикаючий диференційний струм) і номінальний струм. Для захисту людини від 
ураження струмом пропонується автоматичний вимикач диференційного струму 
АВДТ34 з вбудованим захистом від надструмів, який реагує не лише на 
синусоїдальні перемінні диференційні струми, але і на пульсуючі постійні 
диференційні струми.  
Автоматичні вимикачі диференціального струму АВДТ34 призначені для 
захисту людини від ураження електричним струмом при ушкодженні ізоляції 
електроустановок, для запобігання пожеж внаслідок протікання струмів витоку на 
землю і для захисту від перевантаження і короткого замикання в мережах 
змінного струму напругою 400 В і частотою 50 Гц. 
Автоматичні вимикачі диференціального струму АВДТ34 випускаються в 
4-полюсном виконанні на номінальні струми 6А, 10А, 16А, 25А, 32А і номінальні 
вимикаючі диференційні струми 10мА, 30мА, 100мА, 300мА. 
Таблиця 6.1 - Технічні характеристики автоматичного вимикача 
диференційного струму АВДТ34: 
Найменування параметру Значення 
Кількість полюсів 3Р+N 
Наявність захисту від надструмів В кожному фазному 
полюсі 
Номінальна робоча напруга Ue, В 400 
Діапазон робочих напруг U, В 50÷460 
Номінальна частота мережі, Гц 50 
Номінальний струм In, А 6; 10; 16; 20; 25; 32 
Номінальний вимикаючий диференційний струм 
10; 30; 100, 300 
(уставка) IΔn, мА 
 
 
 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 
  67 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
 
Продовження таблиці 6.1 
Номінальний невідключаючий диференційний 
0,5IΔn 
струм IΔn0, А 
Номінальна комутаційна спроможність Icn, А 6000 
Робоча характеристика у випадку диференційного 
А 
струму зі складовою постійного струму, тип 
Характеристика спрацювання від надструмів, тип С 
Механічна зносостійкість циклів В-О, не менше 10000 
Електрична зносостійкість, циклів В-О, не менше 6000 
Максимальний перетин дроту, який приєднується 
25 
до затискачів, мм² 
Маса, кг 0,4 
Ступінь захисту IP20 
Кліматичне виконання УХЛ3.1 
 
 
 
 
               
Рисунок 6.2 - Автоматичний вимикач диференціального струму АВДТ34 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 68 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
 
Для захисту обладнання від стрибків напруги в живлячій мережі можливо 
застосувати реле контролю напруги, зокрема, ZUBR D40, яке призначене для 
захисту приміщень від стрибків і падінь напруги в однофазної мережі 220В/50Гц. 
Реле контролю напруги (відсікач напруги) Зубр D40 комплектується потужними 
клемами з фібергласу, що дозволяє пропускати через нього струм до 32 А, без 
застосування магнітних пускачів. 
 
 
Рисунок 6.3 - Реле контролю напруги ZUBR D-40 
 
Реле захисту від перенапруги має цифровий формат, легко налаштовується 
за допомогою 3 кнопок. Вручну задається верхня і нижня межа відключення. 
Можливо також подивитися останню аварійну напругу, в результаті якої прилад 
відключив живлення. 
Реле контролю напруги призначене для захисту різноманітних споживачів 
струму, а також електрообладнання, чутливого до відхилень напруги. 
Технічні характеристики реле контролю напруги ZUBR D-40: 
• Потужність навантаження: 8800 ВА,  
• Струм навантаження: 40 А, 
• Напруга живлення: 100-400 В,  
• Верхня межа напруги: 220-280 В,  
• Нижня межа напруги: 120-210 В,  
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 
     69 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
• Надійні та потужні обтискні клеми, 
• Корпус з самозатухаючого полікарбонату, 
• Запам'ятовування аварійного напруги, 
• Час відключення навантаження при підвищенні: не більше 0,05 сек, 
• Час відключення навантаження при пониженні: не більше 1,20 сек, 
• Час затримки на включення: 3-600 сек, 
• Габарити: 7×8,5×5,3 см. 
Реле має працювати таким чином, щоб уникнути перенапруження і при 
цьому не допустити занадто малої напруги в електричній мережі. 
Чинники, що вказують на необхідність встановлення РКН: при розриві 
повітряної лінії електропередачі напруга може підвищуватися до 160 В більше 
стандартної, в результаті чого електричні прилади згоряють і потребують 
дорогого ремонту; у погану погоду обрив нейтрального проводу призводить до 
збільшення навантаження і поломок електропобутової техніки; напруга може 
знижуватися до надто низьких показників, якщо будинок знаходиться далеко від 
трансформатора, а це може призвести до поломок техніки; електрична мережа 
відчуває серйозні перевантаження під час включення потужних приладів, при 
цьому інша техніка відчуває нестачу напруги. 
Основа РКН — мікросхема, яка керує роботою приладу. Мікросхема 
відстежує зміни показників напруги, і в разі необхідності посилає команду 
електромагнітному реле про відключення пристрою, що стабілізує напругу. 
Діапазон функціонування РКП знаходиться в межах 100-400 В. 
РКН включає в себе два елементи: електронний та силовий. Електронна 
частина відповідає за контроль напруги, силова частина — розподіляє 
навантаження. Основна складова реле — мікропроцесор, який забезпечує 
плавність зміни показника напруги. Найважливішим показником ефективності 
РКП є здатність швидкого спрацьовування. Швидкість і поріг спрацьовування 
визначаються параметрами потенціометра. 
Від стабілізаторів РКН відрізняється принципом роботи. При раптових 
змінах напруги реле нейтралізує ті місця, де показники напруги нижче 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 
 70 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
нормальних. На відміну від РКН, стабілізатори сприяють рівномірному розподілу 
напруги електромережі. Використання РКН вважається більш ефективним, 
оскільки в разі потреби — це пристрій відключить проблемні ділянки мережі. 
РКН застосовуються для захисту: 
- від розривів, злипання, зміни положення фази; 
- однофазної або трифазної електромережі; 
- електричного обладнання від перепадів напруги; 
- пристроїв, які повільно функціонують в перехідному положенні; 
- приладів з високим навантаженням на електричний двигун; 
- деяких пристроїв, які потребують високоякісної напруги на повних фазах; 
Переваги РКН: 
- широкий діапазон робочих температур: -20 C — +40 C, що дає 
можливість застосовувати реле, як всередині будівель, так і назовні;. 
- великий асортимент дозволяє підібрати прилад бажаної цінової групи; 
- РКН гарантує ефективний захист чутливої до перепадів напруги техніки, 
що дозволяє уникнути її поломки і дорогого ремонту; 
- завдяки різноманітності моделей, є можливість підібрати саме таке РКН, 
яке буде максимально відповідати технічним запитам споживача; 
- при змінах напруги реле не допускають коливань інтенсивності 
освітлення; 
- пристрій здатний автоматично відключати аварійні місця в електричній 
мережі; 
- сучасні модифікації РКП мають привабливий дизайн, який може вдало 
поєднуватися з інтер'єром приміщень. 
Залежно від різновиду підключення реле класифікують за трьома типами: 
у вигляді вилки і розетки; у вигляді подовжувача; монтується на рейку. 
РКН першого різновиду характеризується присутністю вилки, завдяки 
чому полегшується монтаж реле. Такий пристрій достатньо лише підключити в 
розетку. Реле захищає лише окремих споживачів. Подібні прилади оснащені 
кнопками, якими можна контролювати граничні рівні навантаження. 
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 
     71 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
За видами навантаження РКН класифікуються як: однофазні та трифазні. 
Для захисту трифазних двигунів застосовуються однофазні реле. Такі 
пристрої здатні захистити такі електроприлади, як холодильники, кондиціонери та 
іншу техніку з електричним приводом. 
Трифазні РКН застосовуються для забезпечення контролю повнофазності. 
Якщо є трифазний вхід, можна поставити трифазні реле. Однак якщо зникне якась 
фаза, з пара, що залишилась, буде тут же відключена. У випадку навіть незначних 
коливань або перекосів фаз РКН буде тут же спрацьовувати. Наприклад, при 
напрузі на одній з фаз в 220 Вт, а на іншій — 210 Вт, відключаться обидві фази. 
При тому, що такі показники навантаження нормальні і не заподіють шкоди 
електричних приладів. 
Таким чином, якщо є три фази на вході, рекомендується поставити на 
кожну фазу власне однофазне реле. Підбираючи потужність РКН потрібно брати 
до уваги, що на приладі вказана потужність, яку пристрій може пропустити через 
себе, але не розімкнути. Виходячи з цього потрібно набувати однофазне РКН на 
30-50 ампер вище можливостей електричної мережі. 
 
  
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 
     72 
Зм. Лист № докум. Підпис Дата  
 
Висновок 
 
Результатом цієї роботи є готовий до виконання проект, що відповідає 
вимогам, що висуваються. Досить проста за своєю структурою, компактна, з дуже 
хорошими показниками енергоспоживання, вона здатна автоматизувати збирання 
та обробку інформації при ручних вимірюваннях зносу контактного дроту. 
Система може давати точні результати за умов перешкод промислової частоти, 
захищений від статики. Дана система має свої перспективи застосування на 
території України для електрифікованих залізниць. 
Інформаційно-вимірювальна система зносу контактного дроту 
електротранспорту, що носиться, на основі модуля BLE112 може виключити 
багато недоліків ручного методу вимірювань, який, як і раніше, застосовується 
при оцінці ступеня зносу КП. 
 
 
 
 
  
 Арк 
М-204ск.024.415.001 ПЗ 
Зм.  73 
Лист № докум. Підпис Дата