Проектирование автоматизированной системы контроля и учета за потребляемыми ресурсами на предприятии



АННОТАЦИЯ

Выпускная квалификационная работа посвящена проектированию автоматизированной системы контроля и учета за потребляемыми ресурсами на предприятии. Данная система предполагает наличие нескольких уровней: уровень счетчиков, уровень концентраторов, уровень рабочего места оператора. В зависимости от настроек программного обеспечения программа оповещает оператора о неисправностях отдельных узлов системы, о приближении или наступления лимита по потреблению ресурса, а так же о наличии утечки ресурсов на территории предприятия.

ANNOTATION

Final qualifying work is devoted to the design of the automated control and accounting system for the consumed resources in the enterprise. This system presupposes the existence of several levels: Level meters, level raisers, the level of the operator's station. Depending on the settings of the software program notifies the operator of the fault of individual system components, the approach or the occurrence of the limit on the consumption of resources, as well as the presence of resource leaks in the plant.

ВВЕДЕНИЕ

Любое предприятие, организация при производстве какого либо вида услуг, предметов, продукции использует те или иные энергоносители. В свою очередь, они должны оплачивать потребляемые энергоносители. Стоимость потребляемых предприятиями таких энергоносителей, как электроэнергия, горячее и холодное водоснабжение, газоснабжение, и т.д.  возрастает из года в год, все выше и выше. Поэтому проблема экономии объёмов потребляемых энергоносителей все более остро возникает на предприятиях.

Для получения максимальной экономии потребляемых ресурсов надо вести жесткий контроль и учет за объёмом полученных, израсходованных ресурсов, чтобы понять на какие процессы, в каких рабочих местах более экономично будет произвести какие либо изменения в оборудовании или технологии производства.

В данной выпускной квалификационной работе в исследовательской части будет описана проблема экономии потребляемых ресурсов на предприятиях а так же методы их экономии. Будет произведены выбор и обоснование выбора технических средств для автоматизированной системы контроля и учета. В специальном разделе будет производиться расчет потребляемой мощности а так же разработка управляющей программы в виде алгоритма и программы. Технико-экономический раздел включает в себя расчеты по себестоимости построения системы, а так же стоимости работ, необходимых для установки данной системы. Так же в этой работе будет затронута тема по экологии и безопасности жизнедеятельности.

  1. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ РАЗДЕЛ
    1. Описание методов энергосбережения

В настоящее время работы по энергосбережению ведутся по следующим направлениям:

- увеличение эффективности производственного процесса;

- экономия энергоресурсов.

При увеличении эффективности производственного процесса достигается путем оптимизации производственных процессов. Под оптимизацией производственных процессов в каждом случае понимаются разные методы, например, под оптимизацией можно понимать как усовершенствование оборудования, или  усовершенствование производственного процесса, но в целом понятие оптимизация приходит к одному: это сокращение издержек производства, рост качества изготавливаемой продукции и увеличение объёмов продукции. Здесь можно ввести такое понятие как энергоемкость производства - количество энергии, затраченное на производство единицы продукции.

Рассматривая вопрос экономии энергоресурсов надо понять определение энергосбережения.

Режим энергосбережения – это такая система, при котором достигается максимальное снижение потерь энергии при доставке энергии к ее конечному потребителю, а так же система использования энергоресурсов.[1]

В то же время нужно понимать, что энергоэффективность и энергосбережение — ключевые понятия обеспечения эффективности, как бизнеса, так и государства в целом. При этом именно промышленность (бизнес) первая пожинает плоды нерационального использования ресурсов, что отрицательно сказывается на себестоимости производства. Так, любой бизнес строится на балансе доходов и издержек производства (постоянных и переменных), в число которых непременно входят затраты на потребляемую энергию — будь то тепловая, электрическая или любая другая. И чем они меньше, тем лучше себя чувствует бизнес.

Например:

Для офиса площадью 1000 кв. м замена люминесцентного освещения на светодиодное в течение 5-ти лет позволит добиться экономии в среднем на 50%. И это с учетом расходов на покупку и установку новых светильников.

Так же можно рассмотреть другой пример:

Предположим завод (предприятие) имеет большую территорию. Здесь расставлены цеха, производственные и иные помещения, необходимые для работы предприятия. Если где то в трубопроводе (между цехами или другими помещениями), идет утечка воды в труднодоступном месте, то есть большая вероятность того, что с этого места утечки воды вода может течь достаточно долгое время, пока не обнаружат это. Рассматривая с другой стороны – организация должна оплачивать и эти кубометры (к примеру) просто вылитой воды. Эти расходы можно было бы избежать, если бы измерялся объём поступающей на территорию предприятия воды и воды, использованной в каждом цеху отдельно, обычным сравнением полученных и потребленных объёмов.

С этих примеров можно хотя бы понять тот факт, что на каждом предприятии необходимо контролировать расходы потребляемых ресурсов для достижения наибольшего дохода от производства.

На предприятиях используется ряд эффективных способов для экономии электроэнергии. Основные из них:

- модернизация оборудования;

- применение энергосберегающих технологий;

- уменьшение потерь электроэнергии в электроприемниках и системах электроснабжения;

- регулирование режимов работы оборудования;

- улучшение качества электроэнергии.

В промышленности можно применить очень много способов энергосбережения. Энергия и деньги — это две важные мотивации на пути к энергосбережению. Если доступ к энергии имеет лимит, то это дополнительная мотивация к экономии (например, лимитирование на использование электричества, после достижения которого цена за объём электроэнергии возрастает).[2]

  1. Системы отопления

Чтобы добиться стабильной экономии ресурсов при использовании системы отопления на любом предприятии, необходимо выполнить несколько основных условий. Считается, что руководство предприятия само знает, на чём и как ему сэкономить. Однако практика показывает, что без консультации специалистов узкого профиля на предприятиях упускаются важные моменты энергосбережения:

- экономия ресурсов начинается с анализа энергоносителя. Для большинства отечественных предприятий характерно использование тех природных ресурсов, которые легче приобрести или добыть. Например, если рядом расположен угольный разрез, проще топить именно углём. Но это вовсе не значит, что нужно отдавать предпочтение только традиционным энергоносителям.

- вторым этапом модернизации отопительной системы будет повышение коэффициента полезного действия. Специалисты настоятельно рекомендуют максимально автоматизировать производственный процесс. Ручное управление никогда не сравнится с умными приборами почти мгновенно реагирующими на любые отклонения в работе системы!

- и третья составляющая успеха — обеспечение качества используемого топлива. Чем оно выше, тем устойчивее и экономнее функционирует отопление. Экономия на качестве в расчете на уменьшение финансовых затрат в этом вопросе — самообман.

К основным способам экономии относят:

Простые методы

- обеспечение надёжной теплоизоляции, достигающееся в первую очередь защитой от холода наружных коммуникаций (теплотрасс) и помещений в целом — экономия от 15 до 20%;

- использование отходов производства в качестве источника тепла (например, сжигание опилок или древесных отходов) — приносит до 20 и больше процентов экономии.

Продвинутые методы:

- установка учётных приборов — настоящая классика энергосбережения, обеспечивающая экономию до 30%;

- монтаж полов с подогревом обеспечивает экономию топлива в 40-50%, особенно осенью или в весенний период, когда отопление не включается на полную мощность, а температура окружающей среды не достигает максимально низких температурных показателей;

- использование современных котельных приносит экономию в 20-25%.

Высокотехнологические методы:

- Применение для отопления солнечных коллекторов. В ясные дни эти современные системы способны обеспечить 50% экономию основного топлива, использующегося в системе отопления;

-тепловые насосы.Высокую эффективность вам обеспечат как воздушные так и на основе грунтового коллектора. Эффект от внедрения данных систем — очень высок.

-солнечные коллекторы.Новейшая технология, экономично и качественно решающая проблему с отоплением. Очень эффективна. [2]

  1. Системы водоснабжения

Следует отметить, что потребление водных ресурсов в промышленности достигает всего 22-25%. Для сельского хозяйства эта цифра больше примерно в три раза. Но это не значит, что к водопроводной системе на предприятиях можно относиться халатно.

Экономия воды, прежде всего, включает не только снижение объёмов потребления, но и обеспечение безопасности предприятия для окружающей среды. Все хорошо знают, насколько часто промышленные отходы попадают в грунтовые воды, а оттуда проникают в городские водопроводы, колодцы и скважины с питьевой водой. Изношенность сетей водоснабжения — настоящая катастрофа для окружающей среды.

На эту проблему и нужно ориентироваться в первую очередь при внедрении энергосберегающих технологий.

Простые методы

- своевременный ремонт и реконструкция трубопроводов — 20-30% экономии водных ресурсов;

- установка современного сантехнического оборудования (кранов, смесителей, замен устаревших труб) в подсобных помещениях — от 20% экономии.

Продвинутые методы

- установка приборов учёта — счётчики сокращают потребление до 40%;

- специальные смесители с инфракрасными датчиками. Доказали свою незаменимость во всем мире. Экономия от 30-45%.

- внедрение систем оборотного водоснабжения,в которых вода используется для охлаждения оборудования повторно — до 30-40%.

Высокотехнологические методы

Использование безводных или маловодных технологий, которые требуют немалых капиталовложений в модернизацию производства, но при этом отличаются максимальной экономией — в некоторых случаях до 60-70%.[2]

  1. Система газоснабжения

Экономия газа — актуальная проблема для всех предприятий, нуждающихся в этом энергетическом ресурсе.

Общеизвестно, что самый крупный потребитель указанного ресурса — промышленность (до 40% добычи). А больше всего нуждается в голубом топливе металлургическая отрасль.

Если газ не используется в технологических процессах, проблема его сбережения отпадает сама по себе, заменой газового оборудования на электрическое. Но в случае регулярной закупки газа всё время повышающаяся цена этого вида топлива и неэкономное использование способно привести к финансовой нерентабельности предприятия.

Цена газа всегда отображается в себестоимости выпускаемойпродукции и, соответственно, снижает конкурентоспособность на рынке. Исключить подобные проблемы помогут различные методы экономии.

Простые методы

- установка счётчиков — давно известный и хорошо зарекомендовавший себя способ, приносящий экономию от 20 до 30%;

- утепление помещений — метод актуален при использовании голубого топлива в качестве источника тепла на предприятии (экономия до 30-35%).

Продвинутые методы

- установка датчиков и регуляторов, позволяющих исключить ручное управление оборудованием.

- терморегуляторы в печах для плавки стекла приносят экономию потребления в 12%. Показатель этот невелик, но за счёт стабильного сокращения потребления ресурса заметно снижается себестоимость выпускаемой продукции.

Высокотехнологические методы

Снижение потребления за счёт использования органического топлива. Актуально для ТЭЦ и котельных (приносит стабильную экономию от 10%). Метод ценится за невысокие капиталовложения и быструю окупаемость. При применении этого решения — необходима замена оборудования.[2]

  1. Результаты внедрения энергосберегающих решений

Использование вышеописанных методов и способов, особенно целенаправленная работа по энергосбережению — значительно снижает расходную часть бюджета предприятия касающуюся оплаты потребленных ресурсов.

Кроме того, во время оптимизации энергопотребления вы замените ваше устаревшее оборудование более новым и экономным.

Эффективность работы современного оборудования очень высокая — это повышает общую производительность вашего предприятия, понижает себестоимость продукции и улучшает ее качество.

Такой кумулятивный эффект крайне положительно сказывается на общей рентабельности бизнеса. Это доказано повсеместным внедрением политики энергосбережения в производствах Западной Европы и США, странах Юго-Восточной Азии.[3]

  1. Автоматизация контроля и учета потребляемых ресурсов как способ энергосбережения

Как отмечалось,целенаправленная работа по энергосбережению, приводит к уменьшению затрат организации на оплату потребленных ресурсов. А вот если хотя бы частично автоматизировать этот процесс? Предположим, на предприятии одни цеха работают строго в интервале определенного времени, и в данных цехах нет оборудования, которое должно постоянно работать (например, цех с токарными станками), то этот цех можно отключать полностью от потребления электроэнергии (не учитывать охранную и пожарную системы).

Для реализации этого давайте разберемся более углубленно.

Автоматизированная система контроля и учета потребляемых ресурсов (сокращенно АСКУ) предназначена для контроля и учета потребляемого количества электрической энергии, тепловой энергии и теплоносителя, холодной и горячей воды, природного газа, а так же об объёме  потреблении иных ресурсов, при подключении соответствующих считывающих устройств (счетчики, датчики).  Так же в его функцию включена возможность автоматического сбора, накопления, обработки, хранения, отображения и передачи информации о потреблении энергоресурсов в диспетчерские и расчетные центры, с целью произведения расчетов, анализа и последующей выработки эффективной политики расходования ресурсов, используемых на предприятии.

АСКУ может применяться практически во многих сферах:

  1. В сфере ЖКХ можно контролировать потребление определенных ресурсов как в рамках отдельных домов/зданий, так же в границах определенного района.
  2. В сфере производственных предприятий/ заводов для контроля потребляемых как энергоресурсов, так же для контроля специфических расходуемых ресурсов, используемых при производстве определенных продуктов производства.

Экономическая эффективность использования АСКУ:

- обеспечение расчетов за потребляемыми ресурсами строго в соответствии с реальным объемом их потребления;

- комплексный автоматизированный учет потребляемых ресурсов и контроль их параметров;

- контроль потребления всех потребляемых ресурсов на объектах учета по заданным временным интервалам: относительно лимитов, технологических ограничений мощности, давления, расхода и температуры;

- сигнализация цветом и звуком об отклонениях контролируемых величин от допустимого диапазона значений с целью принятия оперативных решений.[4]

Состав АСКУ:

- счетчики потребляемых ресурсов, такие как, электронные энергосчетчики, оснащенные импульсным телеметрическим выходом или цифровым выходом (счетчики холодной и горячей воды, счетчики активной и реактивной электроэнергии, в том числе трансформаторного включения, теплосчетчики, счетчики газа, измерительные комплексы газа), устройства подсчета количества и объёмов ресурсов, предназначенных для изготовления продуктов производства( к примеру, весовой контроль на въезде на склад и на выезде со склада определенного типа ресурсов, исходя из которых, можно подсчитывать объём хранящихся на складе ресурсов);

- исполнительные механизмы, (для электроэнергетической сфере – ключи, реле для отключения или включения определенных цепей; для водоснабжения – краны для отключения и включения подачи воды и теплоснабжения; ключи и переключатели для отключения и включения газоснабжения и так далее);

- модуль сбора информации с датчиков (счетчиков) и передачи этой информации на серверное оборудование (сервер может быть как отдельно, так и в составе АРМ), а так же для приема управляющих команд от сервера (АРМ) и передачи данных команд в соответствующие исполнительные механизмы для их дальнейшего выполнения. Здесь так же идет привязка показаний с датчиков к времени, когда были получены данные от счетчиков;

- Дополнительные вспомогательные  устройства, предназначенные для передачи информации в различных местах (преобразователи, усилители, ретрансляторы, блоки питания и другие, данное оборудование используется только по нужде – при определенных условиях);

- сервер, или АРМ, который используется дополнительно как сервер, для обработки, сбора данных с разных участков сети – системы, для контроля за потреблением ресурсов в разных участках и цехах (при необходимости отключение отдельных участков и цехов от определенных видов ресурсов как автоматически - при наступлении определенных событий, так и по требованию оператора АРМ, имеющего разрешение для данных операций в   АСКУ). [4]

Рисунок 1.1 Структурная схема АСКУ

Рисунок 1.2 Структурная схема системы в отдельно взятом помещении/цеху.

В общем случае АСКУ работает следующим образом:

  1. Показания счетчиков через каналы связи передаются на модуль-концентратор. Модуль концентратор необходим для объединения большого количества счетчиков в одну сеть для функционирования автоматизированной системы контроля и учета. Так же концентратор имеет возможность сохранения последних полученных данных.
  2. С модуля-концентратора информация отправляется на АРМ (сервер) для получения этих данных сервером, их вторичной обработки, занесения данных в базу данных, а так же дальнейшей обработки полученных от счетчиков данных.
  3. В зависимости от настроек программного обеспечения  можно задавать настройки параметров потребления ресурсами (например, при достижении определенных значений за определенный промежуток времени – сигнализация оператору об этом).
  4. Так же при несовпадении данных с главного счетчика (на вводе в производственное предприятие) и  суммы показаний данного рода ресурсов (со счетчиков в разных участках системы) система оповещает об этом. Исходя из этого сигнала, можно будет судить о том, что на определенном участке передачи ресурсов идет потеря потребляемого ресурса (если рассматривать водоснабжение, то это значит что где-то идет утечка воды).

В совокупности всех устройств будет получена система, реализующая сбор и обработку данных со счетных устройств, а так же оповещения оператора об утечке ресурсов из системы снабжения, о приближении или наступившем ограничении лимита по потреблению данного вида ресурса за определенный период.

  1. Постановка задачи

Для решения задачи  учета и контроля электропотребления на территории небольшого предприятии необходимо разработать систему, состоящую из следующих узлов (для примера взята система, в составе которого имеется 3 цеха для учета электропотребления  и основной счетчик на вводе электроэнергии на территорию предприятия)

Рисунок 1.3. Схема АСКУ для контроля потребляемой электроэнергии

Рисунок 1.4. Схема оборудования в производственном здании №1

Система для данного случая состоит из следующих элементов:

- счетчик потребления электроэнергии (играет роль датчика);

- сам АРМ, играющий роль сервера, предназначается для управления исполнительным механизмом в зависимости от показаний счетчика. Так же это может быть стенд для учета и контроля за  электропотреблением на территории предприятия. Здесь устанавливается соответствующее программное обеспечение, или стенд, на котором будет выводиться информация о работе системы -  показания, состояния переключателей, индикаторы аварийного состояния, а так же другие элементы.

В данной системе наличие модуля-концентратора не обязательно. Объясняется это тем, что в данной системе малое количество устройств, соединенных в единую сеть, а так же в рассматриваемой системе, не большая длина каналов связи (менее километра каждый).

Выводы

В исследовательском разделе выпускной квалификационной работы были рассмотрены методы по снижению расходов потребляемых ресурсов на предприятии. Была приведена общая схема автоматизированной системы контроля и учета потребляемых ресурсов. Представлено задание на разработку автоматизированной системы контроля и учета для предприятия, в состав которого входит 3 цеха, потребляющие электроэнергию.

  1. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ
    1. Выбор и обоснование технических средств автоматической системы контроля и учета электропотребления

Автоматизированная система контроля и учета за потребляемыми ресурсами должна иметь 3 основных узла:

- узел счетчиков;

- блок преобразования каналов связи счетных устройств и АРМ;

- пульт управления (АРМ, для хранения и обработки данных, полученных из счетчиков);

Модуль-концентратор является не обязательным узлом системы (более подробно о целесообразности включения данного узла будет рассмотрено позже).

Структурная схема отдельных узлов автоматизированной системы контроля и учета за потреблением электроэнергии представлена на рисунках 2.1, 2.2, 2.3.

Рисунок 2.1 – Структурная схемамноготарифного электронного однофазного счетчика электроэнергии с интерфейсомRS-485

Рисунок 2.2 – Структурная схема концентратораRS485

Рисунок 2.3 – Структурная преобразователяRS485 вRS232 для подключения к АРМ

  1. Понятия активная, реактивная и полная мощность

Расчет энергии, потребляемой за определенный промежуток времени любой нагрузкой, требует интегрирования текущих значений активных мощностей в течение всего времени измерения. В электромеханических СЭ это осуществляется механическим счетчиком. В цифровых СЭ необходимо реализовать постоянное суммирование вычисленной величины активной мощности за определенные промежутки времени.

В общем случае, значение потребленной энергии выражается формулой:

(2.1)

где p(t) значение мгновенной мощности в момент времени t; T время измерения.

При синусоидальных формах тока и напряжения в сети

p(t) = u(t) * i(t) = Umsinwt * Imsin(wt + j) = UIcosj UIcos(2wt + j)

(2.2)

где u(t) и i(t) мгновенные значения, соответственно, напряжения и тока в сети; Um и Im амплитудные значения напряжения и тока; U и I действующие значения напряжения и тока (U = Um/ 2; I = Im/ 2). Интегрирование выражения (2) по периоду дает значение активной потребляемой мощности:

P = UIcosj = Scosj [Вт]

(2.3)

где S = UI полная мощность потребления [ВА].

Реактивная мощность в этом случае определяется следующим образом:

Q = UIsinj = Ssinj [ВАР]

(2.4)

Для вычисления любых мощностей (P, Q, S) в цифровых счетчиках необходимо измерять любые два значения из четырех величин P, Q, S, j . Это принципиально невозможно реализовать в электромеханическом СЭ из-за их конструктивных особенностей.

Из рассмотренных формул следует что для измерения обьема потребленной электроэнергии необходимо измерять моментальные значения тока (I ) и напряжения (U).[5]

Для измерения значения потребляемого тока можно использовать в качестве датчика тока один из трех видов  датчиков:

— резистивные датчики (токовые шунты); 

— датчики тока на эффекте Холла; 

— трансформаторы тока; 

— волоконно-оптические датчики тока (ВОДТ) на эффекте Фарадея; 

пояс Роговского; 

токовые клещи;

Каждый обладает своими достоинствами и недостатками, которые и ограничивают сферу его применения. Информация о видах датчиков тока указаны в таблице 2.1. [6]

Таблица 2.1

Характеристики датчиков тока

 

Токоизмерительные резисторы

Трансформаторы тока

Датчики холла

Измеряемый ток

Постоянный

Переменный

Постоянный и переменный

Диапазон измеряемого тока

До 20 А

До 1000 А

До 1000А

Погрешность измерений

1%

5%

10%

Гальваническая развязка

Нет

Есть

Есть

Вносимые потери

Есть

Есть

Нет

Частотный диапазон

 100 КГц

50/60/400 Гц

200 КГц

Относительная стоимость

Низкая

Высокая

Средняя

Требуют внешний источник питания

Нет

Нет

Да

Главным недостатком резистивного датчика тока является необходимость подключать датчик непосредственно в цепь измерения.

Главным недостатком трансформатора тока является измерение только переменных токов промышленной частоты.

Датчик тока на основе эффекта Холла обладает рядом преимуществ, которые заключаются в возможности измерения как постоянных, так и переменных токов, и малых размерах. К их главным достоинствам следует отнести отсутствие вносимых с систему потерь мощности, широкий диапазон частот. Недостатком является необходимость внешнего источника питания и зависимость от температуры.[6]

  1. Выбор счетчика электроэнергии

Выбор счетчика для получения данных требуется осуществить исходя из следующих характеристик:

- Требуется, чтобы счетчик потребления электрической энергии учитывал не только активную составляющую электроэнергии, так же реактивную составляющую, так как на многих предприятиях идет потребление по обеим составляющим электрической энергии;

- Следует выбирать счетчик электроэнергии для трехфазных цепей электроэнергии, причиной этого является широкое использование трехфазных цепей питания на производственных предприятиях;

- Следует выбирать счетчики с информационным выходом для подключения счетного устройства к каналу связи стандартаRS485 с целью передачи по нему информации о потреблении, а так же информации о идентификатора счетного устройства;

Рассмотрим два счетчика электроэнергии российского производства: Меркурий 230 AR-01 R а так же Энергомера CE303 R33 745-JАZ.

Рассмотрим характеристики Меркурий 230 AR01R.[7]

Данный счетчик предназначен для учета активной и реактивной электрической энергии и мощности в одном направлении в трехфазных 3-х и 4-х проводных сетях переменного тока частотой 50 Гц через измерительные трансформаторы тока или непосредственно с возможностью передачи измерений и накопленной информации об энергопотреблении по цифровым интерфейсным каналам.

Эксплуатируются автономно или в составе любых информационно-измерительных систем технического и коммерческого учёта.

Счетчики обеспечивают:

Программирование счётчиков в режим суммирования фаз "по модулю" для предотвращения хищения электроэнергии при нарушении фазировки подключения токовых цепей счётчика.

Технические особенности:

На ЖК-индикаторе данного счетчика выводятся следующие значения:

Данная модель счетчика обеспечивает считывание внешним компьютером через интерфейс «CAN» или  «RS-485» параметров и данных. Доступность программирования и считывания информации указаны в таблице 2.2.

Таблица 2.2

Параметры, доступные программированию и считыванию.

Параметры

Программирование

Считывание

учтённой активной и реактивной энергии прямого направления нарастающим итогом

+

Параметров обмена по интерфейсам (запрещено для инфракрасного порта)

- скорости обмена;

+

+

- контроля чётности/нечётности;

+

+

- множителя длительности системного тайм-аута;

+

+

смену паролей первого (потребителя) и второго (продавца) уровня доступа к данным

+

Вспомогательных параметров:

- мгновенных значений (со временем интегрирования 1 с) активной, реактивной и полной мощности по каждой фазе и по сумме фаз; с указанием направления (положения вектора полной мощности);

 

+

- действующих значений фазных напряжений и токов по каждой из фаз;

 

+

- коэффициентов мощности по каждой фазе и по сумме фаз с указанием направления (положения вектора полной мощности);

 

+

- углов между фазными напряжениями;

 

+

- частоты сети;

 

+

- мгновенных значений (со временем интегрирования 1 с) активной, реактивной и полной мощности по каждой фазе и по сумме фаз; с указанием направления (положения вектора полной мощности);

 

+

Индивидуальных параметров счётчика:

- сетевого адреса;

+

+

- серийного номера;

 

+

- даты выпуска;

 

+

Параметры

Программирование

Считывание

- местоположения счётчика;

+

+

- класса точности по активной энергии;

 

+

- класса точности по реактивной энергии;

 

+

- признака суммирования фаз (с учётом знака/по модулю);

+

+

- номинального напряжения;                         

 

+

- номинального тока;     

 

+

- коэффициента трансформации по напряжению;

+

+

- коэффициента трансформации по току;                

+

+

- постоянной счётчика в основном режиме; 

 

+

- температурного диапазона эксплуатации;

 

+

- режима импульсных выходов (основной/поверочный);

+

+

- версии ПО;

 

+

- режима (разрешения/запрета) контроля за превышением установленного лимита активной энергии;

+

+

- значения установленного лимита мощности;

+

+

- значений установленного лимита энергии отдельно для каждого из четырёх тарифов;

+

+

- режима импульсного выхода (выводы 21, 26)   (телеметрия/режим управления блоком отключения нагрузки);

+

+

- режим управления блоком отключения нагрузки (нагрузка включена/выключена);

+

+

словосостояния самодиагностики счётчика.

 

+

Интерфейс PLC обеспечивает:

Передачу следующей информации о потреблённой электроэнергии нарастающим итогом:

- младшие четыре разряда текущих показаний накопленной энергии в кВт*ч с точностью до 1 кВт*ч;

- общий итог по сумме тарифов зафиксированный счётчиками на момент прихода команды точного среза с точностью до 0.01 кВт*ч вне зависимости от того в одно- или многотарифном режиме работает счётчик.

Счётчик с литерой "М" оснащён модемом PLС-I новой ревизии (PLC-I+). В отличии от прежней модификации дополнительно возможна передача следующих данных:

- показания учтённой энергии на начало суток в в том виде как они индицируются на ЖКИ счётчика (в виде XXXXXX,xx кВт*ч).

- серийный номер счётчика.

Приём следующей информации:

- сетевой идентификатор встроенного модема;

- команду временного перехода в режим передачи дополнительной информации;

- текущее время и дата;

Значения параметров для счетчиков серии Меркурий 230 указаны в таблице 2.3.

Таблица 2.3

Значения параметров счетчика.

Наименование параметров

Величины

  - активной энергии;  

- реактивной энергии

1,0 или 2,0

Номинальное напряжение, В

3*57,7/100 или 3*230/400

Номинальный(макс) ток, А

5(7,5); 5(60); 10(100)

  - для Iном  - для Iном=10А

200

  - для Iном(макс)=5(7,5)А,    Uном  - для  Iном(макс)=5(60)А,      Uном  -  для  Iном(макс)=10(100)А,   Uном =230B

0,040

Активная / полная потребляемая мощность каждой параллельной цепью счетчика, Вт/ВА не более

0,5 / 7,5

Полная мощность, потребляемая цепью тока не более, ВА

0,1

Полная мощность, потребляемая цепью тока не более, ВА

0,1

Количество тарифов

1

Скорость обмена, бит/секунду:

- через GSM модем;

9600

Передаточное число основного/поверочного выхода , имп/кВт,имп/кВар:

для Uном  57,7 В, Iномдля  Uном 220 В, Iномдля  Uном 220 В, Iномдля  Uном 220 В, Iном5 A

1000/160000

   - оперативной информации

10

Защита информации

два уровня доступа и аппаратная защита памяти метрологических коэффициентов

Диапазон температур, °С

от -40 до +55

Межповерочный интервал,лет

10

Масса, кг

не более 1,5

Габариты (длина, ширина, высота), мм

258*170*74

Гарантия производителя, лет

3

В таблице 2.4 мы видим варианты исполнений счетчиков меркурий серии 230 в 2016 г.

Таблица 2.4

Варианты исполнений в 2016 г.

Условное обозначение счетчика

В

А

энергии

связи

Меркурий 230 AR-XX R непосредственного и трансформаторного включения

АR-00 R

3*57,7/100

5(7,5)

0,5S / 1,0

RS485

АR-01 R

3*230/400

5(60)

1,0 /2,0

RS485

АR-02 R

3*230/400

10(100)

1,0 / 2,0

RS485

АR-03 R

3*230/400

5(7,5)

0,5S / 1,0

RS485

Меркурий 230 AR-XX CL непосредственного и трансформаторного включения cо встроенным модемом PLC для передачи данных по силовой сети

АR-01 СL

3*230/400

5(60)

1,0 /2,0

CAN, PLC-I

АR-02 СL

3*230/400

10(100)

1,0 /2,0

CAN, PLC-I

АR-03 СL

3*230/400

5(7,5)

0,5S / 1,0

CAN, PLC-I

Обозначение счетчиков:

МЕРКУРИЙ 230AR-XXCRL

Расшифровка обозначения:

МЕРКУРИЙ – торговая марка счётчика;

230 - серия счётчика;

A - измерение активной энергии;

R - измерение реактивной энергии;

XX – модификации, подразделяемые по току, напряжению и классу точности.

Таблица 2.5

Значения модификаций в зависимости от параметров

XX

Номин. напряжение, В

Номин (базовый) ток, А

Макс. ток, А

Класс точности при измерении

активной энергии

реактивной энергии

00

3*57,7(100)

5

7,5

0,5S

1,0

01

3*230(400)

5

60

1,0

2,0

02

3*230(400)

10

100

1,0

2,0

03

3*230(400)

5

7,5

0,5S

1,0

RCL - интерфейсы, а именно:

- R- интерфейс RS485;

- С- интерфейс CAN;

- L - модем PLC-I .

Отсутствие символа в наименовании счётчика свидетельствует об отсутствии соответствующей функции.

Рассмотрим счетчик электроэнергии от другого производителя - Энергомера CE303-R33.[8] Данный счетчик обеспечивает:

- Хранение данных о почасовых объемах потребленной энергии за последние 148 суток.

- Интервал времени усреднения профилей нагрузки: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 10, 12, 15, 20, 30, 60 минут.

- Длительность хранения информации при отключении питании - не менее 10 лет.

- Фиксацию 20 последних корректировок времени, изменения установок времени тарифных зон и перепрограммирования метрологических характеристик счетчика.

- Фиксацию 100 последних пропаданий и выходов за пределы допустимых значений фазных напряжений.

(Т=5-255 с) или пролистывание с помощью элементов управления (кнопки) на лицевой панели.

- Управление нагрузкой с использованием УЗО (или внешнего коммутационного аппарата) по команде диспетчера с индикацией режима отключения.

- Сигнализацию отклонения от лимитов по мощности и потреблению, фиксацию максимального значения мощности для каждого тарифа в течение месяца (интервал усреднения - 30 минут) и контроль превышения лимита для выдачи счетчиком команды на срабатывание внешнего реле сигнализации.

- Защиту от внешних воздействий:

  1. при наличии постоянной составляющей в сети;
  2. при воздействии переменного магнитного поля;
  3. при воздействии постоянного магнитного поля 200 мТ;
  4. при изменении направления тока в фазах (вход-выход счетчика).

- Обеспечение питания как от фазного напряжения (наличие 1 фазы), так и от линейного (обрыв нуля).

- Предусмотрена защита памяти данных и памяти программ от несанкционированных изменений с помощью кнопок или по интерфейсу (два пароля для двух уровней доступа, аппаратное разрешение (кнопка или другое устройство), электронная пломба с фиксацией в журнале событий).

- Контроль обрывов фазных и нулевого проводов на участках линии от трансформаторной подстанции до счетчика, с последующей сигнализацией об авариях на ЛЭП (в исполнениях счетчиков с модулем GSM).

- Задание лимитов по превышению потребляемых токов, с фиксацией в журнал событий и сигнализацией о превышении верхнего лимита.

Нормативно-правовое обеспечение:

  1. ГОСТ 31818.11-2012 (IEC 62058-11-2012)
  2. ГОСТ 31819.21-2012 (IEC 62058-21-2012)
  3. ГОСТ 31819.22-2012 (IEC 62053-22:2003)
  4. ГОСТ 31819.22-2012 (IEC 62053-22:2003)
  5. Сертифицирован и внесен в Государственный реестр средств измерений

РФ.

Характеристики надежности:

- Средняя наработка на отказ - 220 000 часов.

- Средний срок службы - 30 лет.

- Межповерочный интервал - 10 лет.

- Гарантийный срок (срок хранения и срок эксплуатации суммарно) — 4 года с даты выпуска.

Функциональные возможности

- Счетчик обеспечивает учет и вывод на индикацию:

  1. количества потребленной и отпущенной активной и реактивной энергии раздельно и нарастающим итогом суммарно по четырем тарифам на конец месяца и за 12 предыдущих месяцев;
  2. графиков активных и реактивных мощностей потребления, усредненных на заданном интервале времени (30 минут) не менее 75 суток; значение активной и реактивной мощности, усредненное за прошедший трехминутный минутный интервал;
  3. количества потребленной активной и реактивной электроэнергии нарастающим итогом суммарно и раздельно по 4-м тарифам на конец суток и за предыдущие 44 суток;
  4. действующего тарифа и направления электроэнергии (отпуск, потребление);
  5. максимальное значение активной и реактивной мощности, усредненной на 30-минутном интервале, за текущий и прошедших 12 месяцев раздельно по четырем тарифам.

- Счетчик измеряет и показывает:

  1. среднеквадратические значения фазных напряжений и токов;
  2. активную и реактивную мощность.

- Предусмотрена возможность задания следующих параметров:

  1. текущего времени и даты;
  2. разрешение/запрет перехода на "летнее" время (с заданием месяцев перехода на "зимнее", "летнее" время);
  3. до 12-ти дат начала сезона;
  4. до 12-ти зон суточного графика тарификации и до 36-ти графиков тарификации;
  5. до 32-х исключительных дней (дни, в которых тарификация отличается от общего правила и задается пользователем);
  6. коэффициентов трансформации тока и напряжения;
  7. лимитов по потреблению и мощности с процентом превышения для работы сигнализации по каждому тарифу.

Особенности электросчетчика:

- Наличие оптического интерфейса.

- Интерфейс RS485.

- Управление нагрузкой с использованием внешнего коммутационного устройства.

- Для монтажа на плоскую поверхность счетчик комплектуется специальной крышкой закрывающей доступ к тоководам.

- Сигнализация об отклонении от лимитов по мощности и потреблению.

- Защита памяти данных и памяти программ от несанкционированных изменений (пароль счетчика, аппаратная блокировка).

- Устойчивость к климатическим, механическим и электромагнитным воздействиям.

В таблице 2.6 рассмотрены показатели и их величины для электросчетчиков Энергомера серии СЕ303.

Таблица 2.6

Показатели электросчетчиков серии Энергомера СЕ303 и их величины

Показатели

Величины

Класс точности при измерении активной/реактивной энергии

0,5S/0,5; 1/1

Число тарифов

4

Частота измерительной сети, Гц

50±2,5

Номинальное напряжение, В

3х230/400

Базовый (максимальный) ток, А

5(10); 5(60); 5(100)

- для электросчетчиков непосредственного включения, мА

- для электросчетчиков трансформаторного включения, мА

5

Потребляемая мощность параллельной цепи, не более, В*А (Вт)

9,0 (0,8)

Полная потребляемая мощность последовательной цепи, не более, В*А

0,1

Глубина хранения суточных энергий, накопленных по тарифам

129 суток

Количество профилей нагрузки

до 4 (P+, P-, Q+, Q-)

Время усреднения профилейRн, мин

1; 2; 3; 4; 5; 6; 10; 12; 15; 20; 30; 60

Глубина хранения каждого профиля, суток

255 суток (при времени усреднения 60 минут)

Диапазон рабочих температур, °С

от - 40 до + 60

Диапазон рабочих фазных напряжений

(0,75 … 1,15) Uном

Габаритные размеры, не более, мм

72,5 х 143 х 151,5

Масса, не более, кг

1

Степень защиты по ГОСТ 14254-96

IP50

Рисунок 2.4 Расшифровка названия счетчиков

На рисунке 2.4 Расшифрована полное полного наименования электронных  счетчиков серии СЕ303.

Таблица 2. 7

Сравнительная таблица электросчетчиковМеркурий 230 AR-01 R и

ЭнергомераCE303 R33 745-JАZ

Характеристика

Меркурий 230 AR-01 R

ЭнергомераCE303 R33 745-JАZ

Учет активной и реактивной мощности

+

+

Наличие канала RS485 для передачи данных

+

+

Класс точности (активной/реактивной энергии)

1,0/2,0

1/1

Номинальный (максимальный) ток, А

5(60)

5(60)

Номинальное напряжение, В

3х230/400

3х230/400

Тарифность

1

4

Средняя наработка на отказ, часов

70000

220000

Средний срок службы, лет

30

30

Межповерочный интервал, лет

10

10

Стоимость изделия, руб

3935

4149

Исходя из характеристик данных моделей счетчиков более целесообразным будет использование в автоматизированной системе контроля и учета электроэнергии счетчиков производителя Энергомера, семейства СЕ303 полное наименование Энергомера CE303 R33 745-JАZ. Как видно из таблицы 2. , по характеристикам и функционалу, необходимому в моем проекте, счетчики Энергомера и Меркурий имеют небольшую разницу, хотя СЕ303 обойдется дороже, но при этом у нее как видно их таблицы 2. Почти в 3 раза больше наработка на отказ, а так же класс точности имеет  значение 1/1 для значений активной и реактивной мощности.

  1. Выбор стандарта для обмена данными

В первой части к электронным счетчикам предъявлялись требования наличия возможности передачи данных по каналуRS485. Далее разберем, почему же именно этот стандарт я выбрал для связи устройств.

Рассмотрим два стандарта физического уровня для обмена данными:RS 485 иRS422 в таблице 2.8[9]

Таблица 2.8

Отличия стандартаRS422 иRS485.

Стандартные параметры интерфейсов

RS-422

RS-485

Допустимое число передатчиков / приемников

1 / 10

32 / 32

Максимальная длина кабеля

1200 м

1200 м

Максимальная скорость связи

10 Мбит/с

10 Мбит/с

Диапазон напряжений "1" передатчика

+2...+10 В

+1.5...+6 В

Диапазон напряжений "0" передатчика

-2...-10 В

-1.5...-6 В

Диапазон синфазного напряжения передатчика

-3...+3 В

-1...+3 В

Допустимый диапазон напряжений приемника

-7...+7 В

-7...+12 В

Пороговый диапазон чувствительности приемника

±200 мВ

±200 мВ

Стандартные параметры интерфейсов

RS-422

RS-485

Максимальный ток короткого замыкания драйвера

150 мА

250 мА

Допустимое сопротивление нагрузки передатчика

100 Ом

54 Ом

Входное сопротивление приемника

4 кОм

12 кОм

Максимальное время нарастания сигнала передатчика

10% бита

30% бита

СтандартRS485  определяет, что соединение между передающим и принимающим устройствами осуществляется с помощью двух или трех проводов: провод с данными, провод с инвертированными данными и, часто, нулевой провод (земля, 0 В). Два провода с данными представляют собой витую пару, которая заключена в металлический экран, который представляет собой нулевой провод. Использование такого кабеля позволяет уменьшить влияние помех и шумов.

Данные по линии пересылаются в виде последовательности импульсов высокого и низкого уровня. Считается, что по линии передается импульс высокого уровня в том случае, когда провод с данными находится под положительным потенциалом относительно провода с инвертированными данными. Аналогично считается, что по линии передается импульс низкого уровня в том случае, когда провод с данными находится под отрицательным потенциалом относительно провода с инвертированными данными. В некоторых системах нулевой провод используется только в качестве экрана и не подключается к схеме принимающего устройства .

Метод передачи, при котором по одному проводу пересылается нормальный сигнал, а по другому - инвертированный, называется балансированной передачей. Для декодирования сигнала принимающее устройство оценивает разность потенциалов между этими двумя проводами. Любое внешнее воздействие на кабель (электромагнитное и т.п.) будет в одинаковой мере влиять на оба провода, а следовательно будет игнорироваться принимающим устройством.

Два провода, по которым производится передача сигнала, скручены в витую пару для того, чтобы гарантировать, что влияние внешних возмущений в одинаковой мере скажется на обоих проводах. Использование витой пары для ослабления влияния помех является более эффективным, чем применение экрана. По этой причине, не рекомендуется использовать кабель, в котором два нескрученных провода находятся в экране. Такие кабели обычно используются для бытовой и аудио-аппаратуры. Уровни напряжений в соответствии со стандартом EIA485. Согласно стандарта EIA485 принимающее устройство должно определять разность потенциалов между двумя проводами с данными порядка 200 милливольт (200 мВ, 0.2 В). Это позволяет принимающему устройству корректно функционировать даже в том случае, когда на линии передачи сигнала имеет место большое падение напряжения.

Обратите внимание на то, что устройства, использующие оптическую изоляцию DOL, могут не отвечать этим требованиям. Светодиод, расположенный внутри изолятора, обычно требует для своей нормальной работы напряжения порядка 1 В. Это является еще одной причиной, по которой устройства DOL вызывают проблемы в сети и не рекомендуются для использования. Стандарт EIA485 также допускает, что оба провода с данными могут находиться под общим потенциалом смещения относительно нулевого (заземляющего) провода. Потенциал смещения должен находиться в пределах от +12 В до -7 В. Это означает, что нулевые точки передающего и принимающего устройств могут не соединяться непосредственно друг с другом в том случае, если разность потенциалов между ними постоянна и лежит в диапазоне от +12 В до -7 В. В таблице 2.9 указаны значения уровней напряжения при передаче данных по каналуRS-485.[9]

Таблица 2.9

Значения напряжения при передаче логических сигналов.

Минимум

Максимум

Логический уровень

Данные +

Данные -

Данные +

Данные -

0

-7 В

-6.8 В

+11.8 В

+12 В

1

-6.8 В

-7 В

+12 В

+11.8 В

Обратите внимание на то, что не допускается для одной линии иметь потенциал смещения +2.5 В, а потенциал смещения для другой линии изменять в пределах от 0 В до +5 В. Стандарт EIA485 требует, чтобы изменение разности потенциалов между нулевыми точками устройств не превышало 200 мВ. Максимально допустимые отклонения напряжений по стандарту EIA485.[9]

Если потенциал смещения проводов с данными выходит за указанные пределы, это может привести к повреждению электронной части принимающего и передающего устройств.

Исходя из рассмотренной информации, более подходящим по параметрам является стандартRS485. Выбор данного стандарта передачи данных производился из характеристик возможности подключения большого количества устройств к сети,  высокой помехоустойчивости за счет использования витой пары а так же большого расстояния передачи данных без использования ретрансляторов и концентраторов. В моей работе рассматривается система состоящая из 4 счетчиков одного типа, поэтому наличие в ретранслятора и концентратора в моем случае (к сети подключено менее 32 устройств) отпадает. Если же к данной системе будет подключение более 32 устройств, то требуется установить их.

  1. Выбор концентратора для сетейRS-485

Сети, построенные на основе каналаRS-485, могут соединять максимум до 32 узлов (в нашем случае счетчиков). Если же требуется присоединить большее число узлов в единую сеть для построения АСКУ, требуется установка концентраторов, с помощью которых возможно расширить данную сеть.

Модуль-концентратор M930H предназначен для объединения до 8 шин RS-485 в одну сеть. Модуль-концентратор может применяться для подключения мастер-модуля к удаленным модулям ввода/вывода по схеме «звезда». Общее число устройств с интерфейсом RS-485, которое можно подключить к модулю-концентратору M930H - 8.[10]

Конструктивно модуль-концентратор выполнен в пластиковом корпусе, внутри которого установлена печатная плата с элементами. Логически все каналы в модуле равнозначны. Модуль-концентратор осуществляет мониторинг всех каналов, при этом если по одному из каналов поступил запрос на передачу данных, то модуль ретранслирует данные с этого канала на остальные. Этот канал является источником данных до тех пор, пока не будет паузы в передаче длительностью в 1,5 байта, после чего продолжается мониторинг всех каналов. При одновременном запросе на передачу по нескольким каналам, приоритет имеет канал с меньшим номером. Всего модуль содержит 8 каналов RS-485, каждому каналу соответствует номер от 1 до 8. Модуль M930H выполняет восстановление и переформирование битового потока с выравниванием передних и задних фронтов по тактовому генератору. Таким образом модуль M930H может использоваться в качестве репитера, при передачи на большие расстояния. К другим особенностям модуля следует отнести: – блокировку входа с неправильной полярностью кабеля (перепутаны линии A и B); – толерантность входов к авариям на линиях (КЗ или обрыв)

В каждом канале RS-485 содержится 1 приемопередатчик RS-485 (для работы в режиме «полудуплекс»).

В каждом канале реализована гальваническая изоляция сигнальных цепей от цепей питания модуля и цепей других каналов RS-485 в составе модуля. Цепи SG всех каналов изолированы друг от друга и подключаются индивидуально (клеммы B). Если какие-либо каналы не используются, то, для исключения влияния внешних наводок, между цепями A и B шины RS-485 должен быть подключен резистор сопротивлением 1 кОм (допустимое значение от 120 Ом до 1 кОм).

Общие технические характеристики модуля M930H приведены в в таблице 2.10.[10]

Таблица 2.10

Технические характеристики модуля-концентратора M930H

Параметр

Значение

Число каналов RS-485

8

Индикация

по каждому каналу

Скорость обмена по шине ST-BUSM, кбит/с

2,4 / 9,6 / 19,2 / 115,2 250 / 625 / 1 250 / 2 500

Электрическая прочность изоляции:

между каналами RS-485;

между каналами RS-485 и цепями питания, В, не менее

1000

Напряжение питания, В

от 18 до 28

Габаритные размеры модуля, мм

160x128x61

Потребляемая мощность, Вт,

не более 10

В таблице 2.11 приведены данные по скоростям обмена по шине RS-485.

Таблица 2.11

Допустимые скорости обмена по шине RS-485

Номинальная скорость обмена, кбит/с

2,4

9,6

19,2

115,2

250

625

1250

2500

Реальная скорость передачи потока модулем, кбит/с

2,399

9,615

19,231

113,636

250

625

1250

2500

Минимально допустимая скорость для входящего потока, кбит/с

2,33

9,30

18,60

109,90

241,75

604,35

1209

2404

Максимально допустимая скорость для входящего потока, кбит/с

2,48

9,95

19,90

117,60

258,70

646,50

1292

2563

С помощью модуля-концентратора M930H, при необходимости мы можем увеличить количество счетчиков, работающих в автоматизированной системе контроля и учета до 7*31=217 единиц.

  1. Преобразователь изRS-485 вCOM порт.

Для соединения АРМ с системой счетчиков необходимо производить переход от стандарта канала RS485 в стандарт RS232. Для этого необходимо наличие между концентратором сети RS485 и операторским АРМом соответствующего преобразователя. Рассмотрим две модели преобразователей:  Овен АС3-М-220 и VSCOM SER-COMi-M.

Рассмотрим подробнее преобразователь серии Овен АС3-М.[11]

Интерфейс стандарта EIA RS 232C предназначен для последовательной связи двух устройств. Он является общепринятым и широко используется в аппаратных комплексах с подсоединением внешнего оборудования к персональному компьютеру (ПК). Интерфейс RS232C предусматривает использование «несимметричных» передатчиков и приемников, при этом передача данных осуществляется с помощью «несимметричного» сигнала по двум линиям – ТхD и RxD, а амплитуда сигнала измеряется относительно линии GND («нуля») (рисунок 2.5). Логической единице соответствует диапазон значений амплитуды сигнала (напряжения) от –12 до –3 В, логическому нулю – от +3 до +12 В. Диапазон от –3 до +3 В соответствует зоне нечувствительности, определяющей гистерезис приемника. Несимметричность сигнала обуславливает низкую помехозащищенность данного интерфейса, особенно при промышленных помехах. Наличие линий приема (RxD) и передачи (TxD) данных позволяет поддерживать полнодуплексную передачу информации, т.е. одновременно информация может как передаваться, так и приниматься. На рисунке 2.5 показана типовая схема объединения интерфейсов RS232 и RS485 при организации промышленной сети.

Рисунок 2.5 Типовая схема промышленной сети RS485

Для управления потоком данных наиболее широко используется аппаратный способ управления. Для корректной передачи данных необходимо, чтобы приемник находился в состоянии готовности к приему информации. При аппаратном способе управления используется сигнал RTS/CTS, который позволяет остановить передачу данных, если приемник не готов к их приему. Аппаратное управление потоком данных обеспечивает самую быструю реакцию передатчика на состояние приемника. При проектировании промышленных систем автоматизации наибольшее распространение получили информационные сети, основанные на интерфейсе стандарта EIA RS 485. В отличие от RS232, этот интерфейс предусматривает передачу данных с помощью «симметричного» (дифференциального) сигнала по двум линиям (А и В) (см. рисунок 2.5) и использование дополнительной линии для выравнивания потенциалов заземления устройств, объединенных в сеть стандарта RS485. Логический уровень сигнала определяется разностью напряжений на линиях (А – В), при этом логической единице соответствует диапазон значений напряжения от +0,2 до +5 В, а логическому нулю – диапазон значений от –0,2 до –5 В. Диапазон от –0,2 до +0,2 В соответствует зоне нечувствительности приемника. При использовании данного интерфейса максимальная длина линии связи между крайними устройствами может составлять до 1200 м. При этом в максимально удаленных друг от друга точках сети рекомендуется устанавливать оконечные согласующие резисторы (терминаторы), позволяющие компенсировать волновое сопротивление кабеля и минимизировать амплитуду отраженного сигнала.

Оба указанных интерфейса поддерживают асинхронный режим передачи. Данные посылаются блоками (кадрами), формат которых представлен на рисунке 2.6 Передача каждого кадра начинается со старт/бита, сигнализирующего приемнику о начале передачи, за которым следуют биты данных и бит четности. Завершает посылку стоп/бит, гарантирующий паузу между посылками. Для асинхронного режима принят ряд стандартных скоростей обмена: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200 бит/с. Количество бит данных может составлять 5, 6, 7 или 8 (5/ и 6/битные форматы распространены незначительно). Количество стоп/бит может составлять 1, 1,5 или 2 («полтора бита» означает только длительность стопового интервала).

Рисунок 2.6 Формат кадра данных

Прибор предназначен для взаимного электрического преобразования сигналов интерфейсов RS232 и RS485, обеспечивает гальваническую изоляцию входов между собой и от питающей сети. Прибор автоматически определяет направление передачи данных, что позволяет исключить необходимость в дополнительном аппаратном управлении обменом данными по линии RTS и значительно снизить временные интервалы (тайм/ауты) между кадрами данных. При этом в качестве ведущего (мастера) может выступать устройство как с интерфейсом RS232, так и с интерфейсом RS485. Прибор поддерживает любые протоколы данных, физическая реализация которых основана на интерфейсах RS232 и RS485. Прибор позволяет подключать к промышленной информационной сети RS485 устройство с интерфейсом RS232, такое как персональный компьютер, считыватель штрих/кодов, электронные весы и т.д. Основные технические характеристики представлены в таблице 2.12.[11]

Таблица 2.12

Основные технические характеристики

Наименование

Значение

Питание

Напряжение:

– переменное (для АС3/М/220)

– постоянное (для АС3/М/024)

Потребляемая мощность не более

Допустимое напряжение гальванической изоляции входов не менее

~ 85…245 В, 47…60 Гц;

10…30 В;

0,5 ВА;

1500 В;

Интерфейс RS232

Диапазон напряжения входного сигнала Диапазон напряжения выходного сигнала Длина линии связи с внешним устройством не более

Скорость обмена данными до

Используемые линии передачи данных

± 5…15 В;

± 9…11 В;

3 м;

115200 бит/с;

TxD, RxD, GND;

Интерфейс RS485

Диапазон напряжения входного сигнала Диапазон напряжения выходного сигнала Длина линии связи с внешним устройством не более

Количество узлов в сети не более

Используемые линии передачи данных

0,2…5 В;

1,5…5 В;

1200 м;

32;

А (D+), В (D–);

Корпус

Габаритные размеры

Степень защиты

Крепление

Масса не более

54×95×57 мм;

IP20;

на DIN/рейку;

100 г;

Прибор предназначен для эксплуатации в следующих условиях:

– закрытые взрывобезопасные помещения без агрессивных паров и газов;

– температура окружающего воздуха от –20 до +75 ОС;

– относительная влажность воздуха не более 80 % (при температуре 25 ОС и ниже);

– атмосферное давление от 84 до 106,7 кПа;

– место расположения до 1000 м над уровнем моря.[11]

Рассмотрим второй вариант - SER-COMi-M преобразователь RS-232 в RS-422/485[12]. Основные свойства:

- Конвертер RS-232 в RS-422/485;

- Автоматический контроль приёма-передачи данных для RS-485;

- RS-422 с аппаратным контролем соединения;

- Светодиодные индикаторы питания и сигналов;

- Встроенные резисторы терминации и поляризации-смещения (BIAS);

- Встроенная защита от импульсных помех 10 КВ;

- Дальность связи до 1200 м без повторителей;

- Монтаж на стену или DIN-рейку.

Общее описание:

SER-COMi M - преобразователь RS-232 в RS-422 или RS-485 с автоматическим контролем за направлением передачи данных для RS-485, в металлическом корпусе, крепление на DIN-рейку.

Применение:

  1. Промышленная/лабораторная автоматизация;
  2. Системы SCADA;
  3. Построение автоматических систем;
  4. Автоматизация торговли и банковских систем;

Основные характеристики преобразователя представлены в таблице 2.13.

Таблица 2.13

Основные характеристики SER-COMi M

Параметр

Характеристика параметра

Входной интерфейс

Количество портов

1

Тип портов

RS-232, выбор DTE/DCE внутренним переключателем

Передаваемые сигналы

TxD, RxD, RTS, CTS, DTR, GND

Разъёмы

1×DB9 "мама"

Выходной интерфейс

Количество портов

1

Тип портов

Автоматический контроль приёма-передачи данных для полудуплексного RS-485 (адаптация скорости передачи данных в режиме реального времени)

Режимы работы

RS-485: Полу- и Полнодуплекс;

Два основных режима можно выбрать DIP-переключателями

Разъёмы

1×DB9 "папа" + 5-клеммная колодка

Терминатор

Встроенные терминальные резисторы и резисторы поляризации (смещения)

Защита от импульсных помех

10 КВ ESD

Длина связи

Максимально 1200 м

Скорость

Максимально 1 Мбит/с;

С ART максимально 250 Кбит/с;

Светодиодная индикация

Питание, Tx, Rx

Свойства

Режимы работы

RS-485с RTS (ссигналом управления передачей)RS-485сRS-485с ART (Automatic Receive Transmit control);

Режимы ART

Приём/Передача - быстрый, средний, стандарт

Соединение

RS-485: Полудуплексный 2-х проводный без эхо;

Питание и условия экплуатации

Требования к питанию

от 9V до 48V DC

Адаптер питания

12 V, 1 A

Габариты

56×73×23 мм (Ш×Д×В)

Температура эксплуатации

0°C ... 60°C

Температура хранения

-20°C ... 85°C

Материал корпуса

Алюминий (1 мм)

Параметр

Характеристика параметра

Вес

100 г

Монтаж

Настенный или на DIN-рейку

Сертификаты

EMC

FСС Class A, CE Class A

Окружающая среда

RoHS

Технические характеристики

Контроль направления передачи

есть

Защита от импульсных помех

есть

По основным характеристикам данные преобразователи аналогичны. Но SER-COMi M имеет соединения:

  1. RS-422: 4-х проводный;
  2. RS-485: Полнодуплексный 4-х проводный;
  3. RS-485: Полудуплексный 2-х проводный с эхо;
  4. RS-485: Полудуплексный 2-х проводный без эхо;

А так же режимы работы:

  1. RS-422;
  2. RS-485 сRTSсигналом управления передачей);
  3. RS-485с DTR;
  4. RS-485с ART (Automatic Receive Transmit control);

Выводы

В специальном разделе был рассмотрен состав АСКУ, производился выбор и обоснование выбора отдельных узлов АСКУ. Были рассмотрены электрические счетчики МЕРКУРИЙ 230AR-XXCRL а так же Энергомера CE303-R33, при их рассмотрении было принято решение об использовании счетчика Энергомера для реализации АСКУ на предприятии. Так же рассматривались стандарты передачи данных канального уровня, из которых более подходящим стал стандарт связи RS485. Произведен выбор преобразователей для преобразования информационного потока из RS485 в RS232. Для этого был выбранSER-COMi M.

  1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ
    1. Расчет потребляемой мощности

Потребляемая мощность – значение мощности, потребляемой устройствами системы от источника питания в рабочем режиме.

Мощность, потребляемая всей схемой,Рпот.сх численно равна алгебраической сумме мощностей, потребляемых всеми элементами одного типа,Рпот:Рпот. сх=Рi пот ,                                              (3.1)

гдеРпот. сх – мощность, потребляемая всей схемой, Вт;

Рiпот – мощность, потребляемая всеми элементамиi-го типа, Вт;

K – количество разновидностей элементов.

Мощность, потребляемая всеми элементами одного типа,Рпот равна произведению мощности, потребляемой одним элементом,Рпот.эл на количество элементов одного типаN:

Рпот =Рпот. элN ,                                              (3.2)

гдеРпот – мощность, потребляемая всеми элементами одного типа, Вт;

Рпот. эл – мощность, потребляемая одним элементом, Вт;

N – количество однотипных элементов, шт.

Данные, необходимые для расчета потребляемой мощности всей схемы, сводятся в таблицу 3.1 на основании официальных руководств по применяемым микросхемам. ВычислениеРпот будет вестись по формуле (3.1). В таблице 3.1 указаны данные о потребляемой мощности электронных устройств.

Таблица 3.1

Потребляемы мощности узлами системы

Название элемента

Рпот. эл, Вт

N, шт

Pпот, Вт

Электронный счетчик Энергомера СЕ303

0,8

4

3,2

Преобразователь SER-COMi M

12

1

12

Модуль-концентратор M930H

4,8

1

4,8

Общее потребление

20,2

  1. Разработка алгоритма работы АСКУ потребляемых ресурсов на предприятии

Алгоритм работы автоматизированной системы контроля и учета потребляемых ресурсов приведен на рисунке 3.1.

Автоматизированная система контроля и учета потребляемых ресурсов на предприятии предназначено для введения учета за потребляемыми ресурсами, сбора и обработки этих данных, а так же при возможности автоматизированной передачи этих данных в организации предоставляющие ресурсы. При этом так же требуется постоянный контроль за отдельно взятыми узлами данной системы.

Рисунок 3.1 – Алгоритм работы в штатном режиме получения данных системой.

Автоматизированная система контроля и учета потребляемых ресурсов предназначена для контроля за потреблением ресурсов на предприятии а так же ведения учета потребления ресурсов. На рисунке 3.1 изображен алгоритм работы системы в штатном режиме.

В этом режиме работы счетчики присылают данные своих показаний на АРМ. Система проверяет значения показаний счетчиков. В том случае, если значение потребления ресурса, полученное от счетчика, оказывается меньше, чем предыдущее значение потребления, полученное операторским местом и сохраненным в базу данных, появляется сигнализация ошибки на графическом интерфейсе оператора.

Если же новое значение потребления является значением большим, чем предыдущее, система просто переходит к следующему шагу работы – к обработке и сохранению данных в базе данных. При этом сохраняются основные информационные показатели: дата и время, идентификатор счетчика, от которого получено данное значение, значение показания.

Дальше программа переходит на прием следующих данных.

Рисунок 3.2 Алгоритм работы системы при наличии ограничения на потребление ресурсов за учетный.

На рисунке 3.2 мы видим работу программы при наличии ограничения по потреблению ресурсов за определенный промежуток времени. Из этого алгоритма мы видим, что для реализации лимитного оповещения оператора требуется учитывать несколько параметров:

  1. Последнее показание основного счетчика предприятия по данному виду потребляемого ресурса;
  2. Показание основного счетчика предприятия, занесенное в базу данных на начало учетного периода, на который распространяется лимит потребления ресурса;
  3. Само значение лимита на данный период времени.

Программа вычисляет потребление ресурса за учетный период путем нахождения разницы показаний на конец (последнее значение показания расхода, полученного от основного счетчика) и на  начало учетного периода.

При сравнении значения разницы и лимита программа делает вывод о состоянии потребления данного вида ресурса:

- Перерасход – если потребление ресурса за определенный период превысил значение лимита, выделенное на это время;

- Норма расхода -   значения расхода и лимита равны за период;

- Лимит не достигнут – значит что потребление за период оказался ниже предполагаемого значения на этот период, и в будущем, при планировании расхода этого ресурса на данный род ресурса, можно учитывать этот фактор для экономии ресурса.

Рисунок 3.3 Алгоритм проверки системы на наличие утечки ресурсов

Алгоритм проверки системы на утечку – ненужного (нерационального) расхода ресурсов играет большую роль – в случае аварии в системе снабжения ресурсом внутри предприятия дает возможность оперативного обнаружение данного факта, соответственно более ранней реакции обслуживающего персонала на данный факт. А чем раньше отреагирует обслуживающий персонал, тем раньше будет устранена авария, соответственно меньшее количество ресурсов будет потрачено нерационально.

Данный алгоритм возможен в случае подключения к автоматизированной системе через счетчики всех потребителей на территории предприятия, считая основной счетчик потребления ресурса.

Программа при данном алгоритме работает следующим образом:

Находится общий расход исходя из значений показаний всех дополнительных счетчиков одного вида на территории предприятия. Данное значение сравнивается со значением показания расхода по основному счетчику.

Если значение показания основного счетчика больше, чем значение общего расхода дополнительных счетчиков, то это значит:

- утечка ресурса из системы снабжения на территории предприятия

- возможен вариант воровства ресурса (идет расход ресурса в обход дополнительных счетчиков, и считая, что все потребители ресурса на территории предприятия раннее были подключены через эти дополнительные счетчики)

Оба варианта дают отрицательный эффект на режим энергосбережения и поэтому следует незамедлительно принимать меры по нахождению и устранению причины возможной утечки ресурса из системы снабжения.

  1. Реализация алгоритма работы АСКУ потребляемых ресурсов

Рассмотрим разработку управляющей программы для выполнения алгоритмов работы системы при наличии ограничения на потребление ресурсов за учетный период, изображенную на рисунке 3.2 и алгоритма  проверки системы на наличие утечки ресурсов, изображенного на рисунке 3.3.

Разработка будет произведена в интегрированной среде разработкиTraceMode 6.SCADA TRACE MODE - это высокотехнологичная российская программная система для автоматизации технологических процессов (АСУ ТП), телемеханики, диспетчеризации, учета ресурсов (АСКУЭ, АСКУГ) и автоматизации зданий. Данная система  работает под Windows  и Linux.

В данной среде есть возможность реализации программы разных языках программирования:

-ST-программа;

-SFC – диаграмма;

-FBD – диаграмма;

-LD – диаграмма;

-IL – диаграмма;

Реализация алгоритмов  будет происходить в видеFBD – диаграммы с дополнениемST-программы.

Рисунок 3.4 Реализация алгоритмаработы системы при наличии ограничения на потребление ресурсов.

Для разработки управляющей программы алгоритма, изображенного на рисунке 3.2 необходим ввод в разрабатываемую программу трех значений:

znach_o – в значение этой переменной передается последнее значение показания счетчика общего расхода потребляемого ресурса предприятием;

znach_nachalo – данная переменная предназначена для ввода показания общего расхода ресурса на начало учетного периода (на начало отсчета лимита);

znach_lim – переменная для ввода  значения параметра ограничения (лимита потребления ресурса предприятием за период);

Значенияznach_o иznach_nachalo должны показывать расход одного и того же вида ресурса, потребляемого предприятием.

На первом шаге, согласно алгоритму на рисунке 3.3 находим разницу показаний междуznach_o иznach_nachalo. Для реализации этого используется блок вычитания (рисунок 3.5). Данный блок выполняет действие вычитания из значения, поданного на вход Х, значения, поданного на входY. Полученное значение передается на выходной канал О. Математический вид:          (3.1)

Рисунок 3.5 Блок вычитания

Следующий блок – блокsravnenie. Это пользовательский блок, то есть этого блока в стандартном наборе нет, он создается при помощи другого языка программирования вTraceMode6 -ST-программы.

Код программы для блокаsravnenie:

FUNCTIONsravnenie :BOOL /* Начало функции, её название, ооно же передается в название создаваемого блока, и тип выходного сигнала –bool  - логика истинности (два состояния: 1 –true, и 0 –false)*/

VAR_INPUT In1 : REAL; END_VAR

VAR_INPUT In2 : REAL; END_VAR

VAR_OUTPUT Q1 : BOOL; END_VAR

VAR_OUTPUT Q2 : BOOL; END_VAR

/* на данном этапе происходит объявление переменных для функции (названия входов и выхода блока). В данном случае переменныеIn1 иIn2 – объявлены какinput – входы блокаsravnenie.Q1и Q2 – output –выходсблока.*/

if In1<In2 then

Q1=true;

Q2=false;

/*если значение наIn1меньше чем наIn2, то на выходе блока имеемQ1= логический 1  иQ2 = логический 0*/

elsif In1>In2 then

Q1=false;

Q2=true;

/* Иначе, если значение наIn1больше чем наIn2, то на выходе блока имеемQ1= логический 0  иQ2 = логический 1*/

else

Q1=false;

Q2=false;

/* Иначе на выходыQ1 иQ2 будет передаваться значение логического 0*/

end_if;

/*закрытиеблока if */

return 0;

END_FUNCTION

/* конец функции */

Таким образом данный блок работает следующим образом:

Если значение на входеIn1<In2, то на выходеQ1=1,Q2=0;

Иначе, если значение на входеIn1>In2, то на выходеQ1=0,Q2=1;

В другом случаеQ1=Q2=0.

Следующими идут блоки логической  инверсии  (рисунок 3.6).

Рисунок 3.6 Блок инверсии

Этот блок работает следующим образом: если на входе Х имеем значение, отличное от0  то на выходе О будет 1.В остальных случаях О примет значение 0.

Следующий блок  - блок логического умножения (рисунок 3.7).

Рисунок 3.7 Блок логического умножения.

Данный блок работает по следующей логике: если значения Х иY одновременно отличны от 0, то на выходе О= 1, иначе на выходе О всегда будет 0.

Возвращаясь к алгоритму отметим, что согласно  схеме, изображенной на рисунке 3.4 а так же по выходным параметрам из блоковsravnenie и логического умножения, следует, что в выходные переменныеnorma,lim_ne_dostignut иpererashod передаются логические 1 или 0.

В случае, если на выходQ1 блокаsravnenie передается значение логической 1, это значение передается в переменнуюlim_ne_dostignut;

Если логическая 1 передается наQ2 блокаsravnenie, это же значение передается в переменнуюpererashod;

Если жеQ1=Q2=0 то после инверсии и перемножении инверсных значений получаем логическую 1 на выходеnorma.

В дальнейшей выходы данной программыlim_ne_dostignut,pererashod иnorma передадут свое значение на графический интерфейс АРМа для индикации соответствующего состоянию расхода потребляемого ресурса в зависимости от установленного лимита.

Рассмотрим реализацию программы по алгоритму, изображенному на рисунке 3.3– алгоритм проверки системы на наличие утечки ресурсов.

Входными данными для выполнения данной программы являются показания дополнительных счетчиков, а так же показание основного счетчика расхода ресурса. Данная программа так же выполнена в видеFBD-программы и представлена на рисунке 3.8.

Рисунок 3.8 Программная реализация информирования оператора об утечке ресурсов

Входными данными для данной программы являются показания всех счетчиков, которые показывают потребление на предприятии одного рода ресурса.

Данная программа работает для системы, которая состоит из основного счетчика  -znach_0 – показание основного счетчика потребления;

и 3 дополнительных:

znach_1 – показание счетчика №1;

znach_2 – показание счетчика №2;

znach_3 – показание счетчика №3.

Первый блок – блок сложения значений 4-ех переменных (рисунок 3.9)

Рисунок 3.9 Блок сложения 4-ех элементов

Данный блок соединен с входными переменнымиznach_1,znach_2иznach_3. ВходD блока сложения не подключался (в таком случае при вычислении значения данный вход блока имеет нулевое значение). Таким образом на выходе О блока, изображенного на рисунке 3.9, имеем значение суммы потребления определенного ресурса.

Следующий блок – блок сравнения (рисунок 3.10).

Рисунок 3.10 блок сравнения

Данный блок работает следующим образом: если значение наIN1 меньше, чем значение, переданное на входIN2, данного блока, то выходLT этого блока имеет значение логической 1, иначе выходLT будет иметь значение логического 0. ВыходLT блока данного блока идет на выход программы и передает свое значение переменнойutechka. Данная переменная связана с индикатором утечки на графическом интерфейсе оператора и логическая 1 переменнойutechka сигнализирует оператору о наличии факта утечки ресурса из системы снабжения ресурсом на территории предприятия.

  1. Разработка графического интерфейса пользователя

Рисунок 3.11. Графический интерфейс пользователя

На рисунке 3.11 изображен графический интерфейс оператора АСКУ. На нем присутствуют 3 кнопки для управления и контроля:

- Графический элемент кнопка «проверка счетчиков». При воздействии на эту кнопку происходит проверка получаемых данных со счетчиков - в случае если показание какого либо счетчика система посчитает как равным 0 (счетчик отправил значение показания равным 0, или пришли ошибочные данные), то рядом с  названием неисправного счетчика загорится красный индикатор. Если же все счетчики исправно присылают показания, то на графическом интерфейсе рядом с названиями счетчиков горит зеленая индикация.

-Графический элементкнопка «проверка на утечку».  Нажатие на данный графический элемент запускает программу проверки на утечку ресурсов из системы снабжения внутри предприятия. В случае обнаружения программой факта утечки потребляемого ресурса загорается красная панель с надписью «Внимание. УТЕЧКА РЕСУРСА!!!»

-Графический элементкнопка «проверка лимита». Воздействие на данный элемент графического интерфейса оператора осуществляет запуск программы на проверку состояния расхода ресурса по отношению к лимиту, заданному в поле ниже графического элемента кнопки «проверка лимита»

Там же находится индикация начального показания основного счетчика (показание на начало периода осуществления потребления по лимиту) а так же последнего показания основного счетчика, при использовании которых проверяется достижение лимита потребления ресурса.

В нижней части панели проверки лимита находятся индикаторы, сигнализирующие оператора о состоянии потребления ресурса: «Лимит не достигнут», «Норма» а так же «ПЕРЕРАСХОД РЕСУРСА!»

В центральной части есть блок показаний счетчика. На этом блоке находятся индикаторы объёма потребления ресурса в соответствии с названиями в поле для индикации неисправных счетчиков.

Выводы

В данном разделе квалификационной работы был произведен расчет потребляемой мощности автоматизированной системы контроля и учета.

Так же были разработаны  алгоритмы работы АСКУ для работы в штатном режиме – получения и сохранения данных, для обнаружения утечки из системы снабжения ресурсом на территории предприятия а так же разработан алгоритм работы при наличии ограничения в виде лимита на потребление.

По разработанным алгоритмам были разработаны соответствующие программы в интегрированной среде разработкиTraceMode 6. В этой же среде был разработан графический интерфейс пользователя.

  1. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

В данной выпускной квалификационной работе проектируется автоматизированная система контроля и учета потребляемых ресурсов на предприятии. Данная система предназначена для ведения учета потребления предприятиями таких ресурсов, как электроэнергия, водоснабжение, отопление, газоснабжение и т.д. Основа системы – счетные устройства, подсчитывающие объёмы потребленных ресурсов, а так же система передачи и обработки данных о потреблении на АРМ оператора.

  1. Расчет себестоимости системы

Расходы на приобретение материалов вычисляются на основании норм их расходования и цен, с учетом транспортно-заготовительных расходов. Расчет по стоимости материалов занесен в таблицу 4.1.

Таблица 4.1

Стоимость материалов и покупных изделий.

Наименование

Единица измерения

Расход

Цена за единицу

Сумма

Электронный счетчик  Энергомера СЕ303

1 шт

4

4149

16596

ПреобразовательRS485-RS232

1 шт

1

4190

4190

Кабель «Витая пара»ParLan F/UTP Cat5e 4х2х0,52 PVC/PE

1 м

1000

26,48

26480

Труба гофрированная ПВХ d16мм с протяжкой [бухта 100м]

бухта

7

480

3360

Кабель-канал IEK Элекор, 20х10 мм, 2 м, 

1 шт

150

52

7800

Дюбель-гвоздь, 6х80 мм

1 шт

1300

3,3

4290

Кабельные стяжки хомуты 150, цвет ЧЕРНЫЙ, 150 x 2,5 мм, упаковка 100 шт

упаковка

10

39,2

392

Итого

63108

Транспортно-заготовительные работы.10%

6311

Всего:

69419

  1. Расчет основной заработной платы

Затраты по данной статье рассчитываются по каждому виду работ, в зависимости от нормы времени и почасовой тарифной ставки рабочих по формуле (4.1).

(4.1)

где:   - почасовая тарифная  ставка;tі – время на одну  операцию.

Нормы времени на операциях были взяты из технологических карт. Перечень работ отвечает технологическому процессу производства изделия. Нормы времени для монтажных и сборочных работ определяются типичными нормами времени на сборочно-монтажные работы. Данные сведены в таблицу 4.2.

Таблица 4.2

Основная заработная плата

Название  работ

Тарифный

разряд

Часовая ставка руб./час

Норма

времени,

час

Сумма з/п,

руб.

1

Заготовительные

3

280,00

3

840

2

Сверлильные

3

290,00

2

2480

3

Монтажные

4

310,00

8

1500

4

Регулировочные

5

500,00

3

3900

5

Программные

5

390,00

10

8720

Итого

8180

Доплаты и надбавки (20%-60%)

3272

Всего:

11452

Расходы по дополнительной заработной плате определяются в процентах от основной заработной платы (4.2). Ориентировочная величина норматива дополнительной заработной платы для приборостроительных предприятий может быть принята в размере 30-40 %.  Примем 30%.

,(4.2)

гдеСзо- основная заработная плата.

Тогда руб.

Нормативы отчислений на социальное страхование составляет 30% от суммы основной и дополнительной заработной платы (4.3):

.(4.3)

Получим

Сумма отчислений составит 4466 рублей.

Таблица4.3

Смета затрат на ОКР устройства

№ п/п

Затраты по элементам

Сумма, руб.

1

Материалы

69419

2

Основная заработная плата

11452

3

Дополнительная заработная плата

3436

4

Отчисления на страховые взносы

4466

Итого

88773

  1. Общепроизводственные затраты

Учитывая, что себестоимость изделия определяется на ранних стадиях его проектирования в условиях ограниченной информации относительно технологии производства и расходов на его подготовку, в общепроизводственные  расходы включаются, кроме этих расходов, расходы на: освоение основного производства, возмещение износа специальных инструментов и устройств целевого назначения, содержание и эксплуатацию оборудования. При этом общепроизводственные расходы определяются в процентах к основной заработной плате. При таком комплексном составе общепроизводственных расходов их норматив достигает 60% по данным ООО «ЧЭТА». Расчет проведем по формуле 4.4.

                                               (4.4)

Получим:руб.

Таким образом, производственная себестоимость составляет6871рублей.

Административные расходы относятся к себестоимости изделия пропорционально основной заработной плате и на приборостроительных предприятиях они составляют 100–200% (4.5). Зададимся суммой административных расходов на уровне 100%.

                                                     (4.5)

Тогда: руб.

Накладные расходы на сбыт определяются в процентах к производственной себестоимости (обычно 2,5 - 5,0%) по формуле (4.6). Зададимся уровнем 2,5%. Тогда:

руб.  (4.6)

Полученные результаты расчета сведем в таблицу 4.4.

Таблица 4.4

Калькуляция себестоимости

Статьи расходов

Сумма, руб.

1

Материалы  и покупные комплектующие изделия.

69419

2.

Основная заработная плата

11452

3.

Дополнительная заработная плата

3436

4.

Отчисление на социальное страхование

4466

5.

Административные расходы

11452

6.

Накладные расходы

172

Полная себестоимость

100397

Следовательно, полная себестоимость устройства составит100397руб. Постоим  структуру статей расходов на изготовление устройства (см. рис. 4.1).

Рисунок 4.1 - Структура расходов на изготовление устройства

  1. Расчет экономической эффективности от внедрения программы

Использование данной системы позволит пользователю сократить время на получение информации о регистрации данных по показаниям счетчиков электричества и добиться снижения расходов. Расчет экономической эффективности проводится по разности затрат до внедрения (31) и после внедрения данного комплекса (32)

Э=31-32,                                                   (4.7)

31 = ЗПр.ручTl,                                            (4.8)

где:Tl – общее время  на регистрацию показаний электросчетчиков за год в часах. Общее время  на получение информации о температуре за год при условии, что ранее, в ручном варианте на это тратилось 1 час в день, составит:

Tl =Ntl,(4.9)

гдеN – количество измерений (регистрации показаний счетчиков)  за год (совпадает с количеством рабочих дней – 261 среднее значение рабочих дней в год);

tl,- время на получение информации за 1 день. Тогда:

Tl = 1* 261 = 261 ч.

Затраты до внедрения (31) составят:

31 = 280 ∙ 261= 73080 руб.

Затраты после внедрения  данного комплекса (32) определяются:

32 = См.ч.∙T2,                                            (4.10)

где:T2 – общее время работы за год; час.

Смч - стоимость машинного часа (принимаем390 по таблице у меня стоит программные – 390 а вы написали 310 сколько именно тогда получается мне надо взять? руб.);

Общее время работы за год при условии, что в машинном варианте на единоразовое получение информации тратилось 0,1 часа в день, составит:

T2 =Nt2,

гдеN – количестворасчетов за год (совпадает с количеством рабочих дней в году)

t2,- время на один расчет, полученный за счет автоматизации, час. (принимаем 0,1 часа в день). Тогда:

T2 =261∙0,1 = 26,1 ч.

32 =39026,1= 10179 руб.

Годовой экономический эффект:

Э = 73080 –10179=62901 руб.

Поскольку комплекс предназначен для внутреннего использования и будет создан в количестве одной копии, то цена программного продукта будет равна стоимости разработки, то есть88773 руб.

Срок окупаемости данной программы составит:

(4.11)             года

Данное приложение окупится через17 месяцев.

Все полученные данные представлены в таблице 4.5.

Таблица 4.5

Сводные экономические показатели по разработке программы

Показатель

Расчетная формула

Значение

Стоимость одного часа машинного времени, руб.

310

Стоимость разработки комплекс, руб.

Ср=ЗПр.ручn1 +См.часn2

88773

Годовой экономический эффект, руб.

Э=31-32,

62901

Срок окупаемости, год

17

Экономический эффект подсчитан на основе сравнения учета и контроля потребления электроэнергии в ручном режиме и в автоматизированном режиме, то есть с использованием автоматизированной системы контроля и учета потребляемых ресурсов.

Выводы

В технико-экономическом разделе выпускной квалификационной работы были произведены расчеты себестоимости автоматизированной системы контроля и учета за потреблением электроэнергии, были проведены расчеты заработной платы, рассчитаны общепроизводственные  затраты.

Так же был произведен расчёт экономической эффективности автоматизации. В итоге получили, что стоимость разработки комплекса составила 88773 рублей. Годовой экономический эффект составит62901 рублей. Таким образом, данный комплекс окупится через17 месяцев.  Так же появляется возможность уменьшения расходов на потребление электроэнергии, за счет более точного контроля расходов потребляемого ресурса.

  1. РАЗДЕЛ ПО ЭКОЛОГИИ И БЕЗОПАСНОСТИ       ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

При наличии специализированных счетных устройств автоматизированную систему контроля и учета потребляемых ресурсов можно использовать для учета ресурсов широкой области: для контроля и учета потребления ресурсов как внешних – электроснабжение, водо-  и газоснабжения, так и внутренних ресурсов при их передаче на разные уровни их переработки и использования внутри предприятия. Поэтому следует учитывать так же аспекты безопасности жизнедеятельности при работе с этими ресурсами а так же их экологичность.

  1. Правила  техники  безопасности при  работе  с  электрическим 

током

 В этом разделе рассмотрим основные правила безопасной работы с электрическим током.

Действия электрического тока на организм человека весьма разнообразны. Среди них выделяют:

- тепловое (термическое) действие, проявляющееся в нагреве и ожогах участков тела;

- электролитическое действие, проявляющееся в разложении крови и других органических жидкостей на составляющие элементы (может сопровождаться выделением пузырьков газа и закупоркой сосудов);

- биологическое (физиологическое) действие, проявляющееся в раздражении и возбуждении живых тканей организма, что сопровождается непроизвольными судорожными сокращениями мышц, в том числе мышц легких и мышцы сердца.

В результате этих действий возможны два вида поражений электрическим током: электрические травмы и электрические удары.

Электрические травмы - это четко выраженные местные повреждения тканей. Среди травм различают электрические ожоги, электрические знаки (четко очерченные пятна серого или бледного цвета на поверхности тела), металлизация кожи (проникновение в верхние слои кожи мельчайших частичек металла под действием электрической дуги), электроофтальмия (воспаление наружных оболочек глаз, возникшее в результате сильного воздействия ультрафиолетовых лучей) и механические повреждения.

Электрический удар - это результат биологического действия тока, состоящий в возбуждении живых тканей организма при прохождении через них электрического тока, сопровождающийся непроизвольными судорожными сокращениями мышц. Различают четыре степени электрических ударов в зависимости от исхода воздействия на организм, начиная от легкого, без потери сознания (первая степень) до клинической смерти (четвертая степень). В состоянии клинической смерти у человека отсутствует дыхание и сердцебиение, зрачки глаз расширены и не реагируют на свет. Длительность клинической смерти составляет примерно 4-8 минут. По истечении этого времени наступает гибель клеток   головного мозга,  приводящая к необратимому прекращению биологических процессов в организме, распаду белковых структур - биологической смерти.

Причинами смерти от воздействия электрического тока могут быть прекращение работы сердца, прекращение дыхания и электрический шок. При этом следует помнить, что прекращение дыхания примерно через 2 минуты приводит к остановке сердца, и, наоборот, прекращение кровообращения также быстро приводит к прекращению дыхания. Наступает кислородное голодание организма и смерть.

Электрический шок - это тяжелая нервнорефлекторная реакция организма, сопровождающаяся глубокими расстройствами кровообращения, дыхания, обмена веществ. Длится он, как правило, от десятков минут до суток.

Степень поражения человека при воздействии на него электрического тока зависит от нескольких причин: величины тока, проходящего через жизненно важные органы, рода и частоты тока, времени его действия, пути прохождения тока в теле человека и индивидуальных свойств человека.

Одними из основных факторов воздействия являются величина тока и длительность его протекания. Рассмотрим действие различных величин переменного тока  промышленной частоты (50 Гц) на организм человека.

1. Безопасным считается ток, длительное прохождение которого через организм человека не причиняет ему вреда и не вызывает никаких ощущений. Его величина не превышает 50 мкА.

2. Ток величиной от 0,5 до 1,5 мА называется пороговымощутимым током. Он вызывает легкое покалывание, ощущение нагрева кожи.

3. При токе 2-5 мА появляется боли в руке, дрожание кисти.

4. Увеличение тока до 10-15 мА вызывает непереносимую боль и полное прекращение управления мышцами. Если человек просто прикоснулся к находящимся под напряжением участкам, он может освободиться от действия тока посредством отдергивания руки. Если же провод оказался зажатым в руке, то при этом значении тока человек не может по своей воле разжать пальцы от токоведущих частей и остается под напряжением. По этой причине ток величиной больше 10-15 мА называется неотпускающим.

Такое явление объясняется тем, что, если по мышцам, управляющим сгибанием и разгибанием пальцев руки, будет проходить ток одной и той же величины, то сгибательные мышцы, как более мощные, создают несколько большее усилие, поэтому пальцы сжимаются в кулак.При прохождении по руке тока промышленной частоты до 10-15 мА воздействие биологических импульсов по воле человека еще может создать в разгибательных  мышцах  большее усилие, чем  в сгибательных, и  пострадавший может освободиться от действия электрического тока. При  большем токе воздействие биологических импульсов на управление мышцами полностью утрачивается и их сокращение определяется только действием внешнего тока.

Пороговый неотпускающий ток условно можно считать безопасным для человека в том смысле, что он не вызывает немедленного поражения. Но при длительном прохождении величина тока растет за счет уменьшения сопротивления тела, в результате чего могут возникнуть нарушения кровообращения и дыхания и наступить смерть.

5. При токе величиной около 50 мА начинается судорожное сокращение мышц грудной клетки, сужение кровеносных сосудов и повышение артериального давления, что приводит  к потере сознания и смерти.

6. При прохождении тока более 100 мА по пути рука - рука или рука - ноги через 1-2 секунды может наступить фибрилляция сердца (хаотические, разрозненные сокращения отдельных волокон сердечной мышцы). В результате сердце перестает работать как насос, кровообращение нарушается. Фибрилляция продолжается и после прекращения действия тока, в результате наступает смерть.

7. При токе более 5 А фибрилляция, как правило, не наступает, а происходит немедленная остановка сердца. Хотя известно много случаев, когда при кратковременном прохождении через человека тока величиной около 10 А не наступала смерть. Однако в этом случае происходит паралич дыхания. При больших токах, проходящих через тело человека, смерть может наступить и в результате разрушения внутренней структуры тканей организма и глубоких ожогов тела.

При напряжениях до 250-300 В постоянный ток примерно в 4-5 раз безопаснее переменного с частотой 50 Гц, при более высоких напряжениях постоянный ток опаснее.

Величина проходящего через организм тока определяется приложенным напряжением и сопротивлением тела человека. Сопротивление тела человека при сухой, чистой и неповрежденной коже колеблется в пределах от 3000 до 500 000 Ом. Если удалить роговой слой в тех местах, где измеряется сопротивление, то его значение падает до 500-700 Ом. Состояние кожи сильно влияет на величину сопротивления тела человека. Наличие царапин, грязи и влаги очень сильно (в десятки раз) снижает сопротивление. Наименьшим сопротивлением обладает кожа лица, шеи, рук на участке выше ладоней и др. С увеличением тока и времени его  прохождения сопротивление падает, поскольку при этом усиливается местный нагрев кожи, что приводит к увеличению потоотделения.

Причинами несчастных случаев при воздействии электрического тока могут быть:

- случайное прикосновение к токоведущим частям, находящимся под напряжением;

- появление напряжения на металлических частях электрооборудования, которые нормально не находятся под напряжением (вследствие нарушения изоляции, падения на них провода, находящегося под напряжением);

- возникновение шагового напряжения на участке земли, где находится человек.

Основными мерами защиты от поражения электрическим током являются:

- обеспечение недоступности для случайного прикосновения токоведущих частей, находящихся под напряжением;

- обеспечение надежной изоляции электроустановок;

- применение защитного заземления, зануления, отключения и др.;

- применение специальных защитных средств.

Первую доврачебную помощь пораженному током должен уметь оказывать каждый работающий с электроустановками. Она состоит из двух этапов: освобождение пострадавшего от действия тока и оказание ему медицинской помощи.

Освобождение пострадавшего от действия тока необходимо в случае, если он сам не в состоянии этого сделать. Такое положение может возникнуть, если через пострадавшего проходит ток больше 10-15 мА и он не в состоянии разжать руку с зажатым проводом; при параличе или судорожном сокращении мышц; при потере сознания. Следует помнить, что ток, проходящий через человека, может быстро увеличиться до опасного значения, поэтому необходимо срочно освободить его от действия тока.

Такое освобождение можно осуществить несколькими способами. Наиболее простой - отключить электроустановку, которой касается человек, от источника питания.  Если это сделать невозможно, то пострадавшего необходимо оттянуть от токоведущих частей или перерубить провода. При напряжениях до 1000 В допускается оттягивание пострадавшего, взявшись за его одежду и предварительно изолировав руки (диэлектрическими перчатками, шарфом, рукавицами и т.п.). Действовать необходимо одной рукой. Вместо этого можно изолировать себя от пола, встав на резиновый коврик, сухую доску или одежду. Перерубать провода при напряжениях до 1000 В можно топором с сухой деревянной ручкой или другим инструментом с изолированными ручками. Каждый провод следует перерубать отдельно, чтобы не вызвать короткого замыкания и как следствия электрической дуги между проводами.

В электроустановках напряжением выше 1000 В для обеспечения собственной безопасности оказывающий помощь должен надеть диэлектрические перчатки и освобождение пострадавшего от токоведущих частей производить изолирующей штангой или клещами с изолирующими ручками, рассчитанными на соответствующее напряжение.

Сразу же после освобождения пострадавшего от электрического тока ему оказывается первая доврачебная помощь. Для определения ее вида и объема  необходимо выяснить состояние пострадавшего (проверить наличие дыхания, пульса, реакцию зрачков на свет). Если пострадавший находится в сознании, у него нормальное дыхание и сердцебиение, то его все же нельзя считать здоровым. Его следует удобно уложить в сухое место, расстегнуть одежду и обеспечить полный покой до прибытия врача. Дело в том, что отрицательное воздействие электрического тока на человека может сказаться не сразу, а спустя некоторое время - через несколько минут, часов и даже дней.

Если пострадавший находится без сознания, но с нормальным дыханием и пульсом, его следует удобно уложить, обеспечить приток свежего воздуха и начать приводить в сознание (подносить к носу вату, смоченную в нашатырном спирте, обрызгивать лицо холодной водой, растирать и согревать тело).

В случае отсутствия  у пострадавшего дыхания или (и) пульса  ему необходимо производить искусственное дыхание и непрямой массаж сердца. Никогда не следует отказываться от оказания помощи пострадавшему и считать его мертвым из-за отсутствия дыхания, сердцебиения и других признаков жизни. Известно много случаев оживления людей, пораженных током, после нескольких часов, в течение которых непрерывновыполнялись искусственное дыхание и массаж сердца. Однако попытки оживления эффективны лишь когда с момента остановки сердца прошло не более 5-6 минут.

Длительное отсутствие пульса при появлении дыхания и других признаков оживления организма указывает на наличие фибрилляции сердца. В этом случае необходимо произвести его дефибрилляцию. Достигается она путем кратковременного воздействия большого тока на сердце пострадавшего. В результате происходит одновременное сокращение всех волокон сердечной мышцы, которые до того сокращались в разное время. После этого могут восстановиться естественные сокращения сердца. Фибрилляция  производится  с помощью  специального прибора  –  дефибриллятора, основной частью которого является конденсатор емкостью 20 мкФ с рабочим напряжением 6 кВ. Ток разрядки конденсатора при длительности 10 мкс составляет 15-20 А. Электрическую дефибрилляцию сердца может производить только врач.

 Рассмотрим более подробно основные способы защиты человека от поражения электрическим током, а именно, применение защитногозануления и отключения.

Для осуществления защитного зануления кроме нулевого рабочего провода используется нулевой защитный провод, который соединяют с корпусом электроустановки.

Основная функция защитного зануления - отключение поврежденного участка электрической цепи за счет перегорания предохранителей или срабатывания какой-либо другой защиты от перегрузки по току. Вторая функция защитного зануления (если вместо предохранителя вставлен “жучок” из толстого провода) - снижение напряжения, под которым в аварийной ситуации может оказаться человек.

 

Рисунок 5.1 Имитация действия зануления в аварийной ситуации для первого случая

Пусть, например, человек, стоящий в сырой обуви на электрически соединенном с землей полу, коснулся корпуса прибора (рисунок 5.1а). Из рисунка видно, что точки соединения с землей человека и вторичной обмотки трансформатора питания не совпадают (точки з1, з2). Эквивалентная схема такой ситуации приведена на рисунке 5.1б, где FU - предохранитель,  - сопротивление фазного провода,  - сопротивление нагрузки (сопротивление прибора между клеммами шнура питания), R0 - сопротивление рабочего нулевого провода, Zиз - полное сопротивление изоляции между одним из проводов шнура питания и корпусом прибора,  - сопротивление человека, R12 - сопротивление заземления между точками  з1 и з2.

Сопротивление фазного и нулевого рабочего провода составляет обычно десятые доли ома. Сопротивление Zиз в основном определяется емкостной связью между первичной обмоткой трансформатора и магнитопроводом.

На рисунках 5.1в-д показаны этапы упрощения эквивалентной схемы с учетом соотношения сопротивлений. Отключение нагрузки может только увеличить напряжение, приложенное к человеку (рисунок 5.1в). Сопротивлениями R12   и Rф можно пренебречь по сравнению с сопротивлением Zиз (рисунки 5.1г; 5.1д).

Таким образом, при самых неблагоприятных условиях (поранена кожа человека) через человека может протекать ток не более 20 мкА, а протекание такого тока человек не ощущает.

Рассмотрим следующую аварийную ситуацию. Фазный провод соединился с корпусом прибора, а за корпус  прибора   взялся  человек,  стоящий на  сыром полу  или на  соединенных  с землей металлических предметах (рисунок 5.2а). Корпус прибора пока с нулевым проводом не соединен. Эквивалентная схема этой ситуации представлена на рисунке 5.2б. Анализируя схемы на рисунках 5.2в-д, можно показать, что к человеку в этом случае будет приложено практически все напряжение 220 В.

 

Рисунок 5.2 Имитация действия зануления в аварийной ситуации для второго случая

 Если корпус прибора соединен с нулевым защитным проводом (рисунок 5.3а), то получается короткое замыкание. Эквивалентная схема приведена на  рисунке 5.3б, где Rоз - сопротивление нулевого защитного провода. Сопротивление защитного нулевого провода должно быть не более 0,1 Ом. Ток короткого замыкания в этом случае существенно превысит рабочий ток предохранителя, предохранитель перегорит и напряжение с аварийного участка будет снято (см. рисунки 5.3в-д).

  

Рисунок 5.3 Имитация случая соединения корпуса прибора с нулевым защитным проводом

В случае, если при коротком замыкании поставленный вместо предохранителя “жучок” не перегорит, то напряжение, под которым окажется человек, будет меньше 220 В, так как сопротивление нулевого защитного провода выбирается меньше сопротивления фазного.

  1. Влияние вредных веществ на окружающую среду

Для начала определимся, что же считать загрязнением окружающей среды.

Загрязнение – привнесение в среду или возникновение в ней новых, не характерных для среды химических, физических, биологических или информационных агентов; или повышение концентрации этих агентов сверх среднего наблюдавшегося количества или уровня.

Иными словами, загрязнение в общем виде – все то, что не в том месте, не в то время и не в том количестве, которые характерны (естественны) для природы и отличаются от обычно наблюдаемых норм. Загрязнение выводит системы природы из равновесия.

Все виды загрязнителей можно разделить по их природе на:

  1. Физические;
  2. Химические;
  3. Биологические;
  4. Информационные.

Кроме того, существуют классификации загрязнителей по их происхождению (сельскохозяйственные, промышленные, бытовые), по степени их опасности (классы опасности) и ряд других.

Рассмотрим подробнее, какие загрязнения можно отнести к физическим, химическим, биологическим и информационным.

Физическое загрязнение включает в себя

  1. Тепловое загрязнение (один из основных источников – теплоэлектростанции, особенно в случае наших отапливающих “улицу” теплосетей),
  2. Световое загрязнение (фактор беспокойства для многих биологических видов)
  3. Электромагнитные поля (возникают вокруг высоковольтных линий электропередач, а также создаются многочисленными бытовыми приборами, мобильными телефонами и т.д.)
  4. Радиационное загрязнение – связано с дополнительным (к естественному фону) облучением из-за попадания в среду радионуклидов (в том числе, отсутствовавших в биосфере ранее – например, плутоний) вследствие плановых и аварийных выбросов. Причиной дополнительного облучения могут быть также медицинские операции (например, рентгеновское обследование).

Химическое загрязнение. Один из старейших видов загрязнения окружающей среды, с которым сталкивался человек. Включает минеральные и органические вещества. Различают разрушаемые и стойкие химические загрязнители. Последние особо опасны, так как могут накапливаться в биосфере. Наличие стойких загрязнителей объясняется тем, что человек синтезировал новые вещества и даже классы веществ, которые ранее отсутствовали в биосфере, а следовательно, в природе отсутствуют естественные пути утилизации этих веществ. Примером чрезвычайно стойкого загрязнителя является инсектицид ДДТ: не смотря на то, что его не применяют уже несколько десятков лет, ДДТ обнаруживает в крови животных, обитающих в самых удаленных уголках земного шара, где этот ядохимикат никогда не применялся.

Биологическое загрязнение –это привнесение в среду и размножение в ней нежелательных для человека организмов; привнесение патогенных микроорганизмов. В качестве биологического загрязнения может выступать и интродукция безобидных, на первый взгляд, видов (пример: усиленное размножение завезенных в Австралию кроликов, где у них не оказалось естественных врагов).

Информационное загрязнение – поток негативной информации, поступающей человеку по различным информационным каналам. Особенно актуальным информационное загрязнение стало в последнее время: члены современного информационного общества постоянно подвергаются воздействию лавины негативной информации. Все беды и катастрофы мира мгновенно становятся общеизвестны и обрушиваются на индивидуума. Информационное загрязнение ощущают и другие биологические виды – разнообразные факторы беспокойства, которые несут информационную (сигнальную) нагрузку: шум, свет. К информационному загрязнению относятся и визуальное загрязнение, вызванное однообразной архитектурой.

Среди химических загрязнителей выделяют:

Ксенобиотики - вещества, чужеродные по отношению к живым организмам и не входящие в естественные биогеохимические циклы.

Экотоксиканты - ядовитые вещества антропогенного происхождения, вызывающие серьезные нарушения в структурах экосистем.

Суперэкотоксиканты (СЭТ)- вещества, обладающие в чрезвычайно малых дозах мощным токсическим действием. Для СЭТ фактические теряет смысл введение ПДК. К тому же, они сильно повышают чувствительность живых организмов к другим, менее сильным загрязнителям.

Загрязняющие вещества, подвергаясь комплексному воздействию различных факторов среды, трансформируются, в результате чего их токсичность может изменяться.

Примеры трансформации загрязнителей:

- Гербицид симазин окисляется в канцерогенное для млекопитающих вещество;

- Восстановление тетрахлорметана в печени млекопитающих с образованием свободных радикалов, которые повреждают печень;

- Образование намного более токсичной диметилртути (по сравнению с металлической ртутью) после прохождения по цепям питания.

По силе и характеру воздействия на окружающую среду загрязнения бывают:

  1. Импактные (разовые, залповые)
  2. Постоянные (хронические, перманентные)
  3. Постепенно нарастающие и катастрофические

Тяжелый металл (т.м.) – металл с плотностью 8 тыс. Кг/м3 и более (кроме благородных и редких). К  ним относятся: свинец, медь, цинк, никель, кадмий, кобальт, сурьма, олово, висмут, ртуть.

Часть техногенных выбросов т.м., поступающих в атмосферу в виде тонких аэрозолей, переносится на значительные расстояния и приводит к глобальному загрязнению. Основной поставщик – предприятия цветной металлургии. Для таких предприятий характерно наличие 5 км- зоны максимальных концентраций т.м. И 20-50 км- зоны повышенных концентраций. Сильное загрязнение свинцом и другими тяжелыми металлами наблюдается вокруг автострад.

Растения могут накапливать тяжелые металлы, являясь промежуточным звеном в цепи почва –> растение –> животное –> человек (или минуя животных). Однако растения не повторяют химических состав почвы, так как способны к избирательному поглощению. Главным показателем здесь является коэффициент биологического поглощения – отношение содержания элемента в золе растения к концентрации в почве. Медь накапливают растения семейства гвоздичные, кобальт – перцы, цинк поглощают карликовые березы и лишайники и т.д.

Тяжелые металлы являются ядами. Механизмы их токсического действия различны. Многие металлы при определенных концентрациях ингибируют действие ферментов (медь, ртуть). Некоторые металлы образуют хелатоподобные комплексы с обычными метаболитами, нарушая обмен веществ (железо). Другие металлы повреждают клеточные мембраны, изменяя их проницаемость и другие свойства. Некоторые металлы конкурируют с необходимыми организму элементами (Sr-90 может замещать в организме Ca, Cs-137 – калий, кадмий может замещать цигк ).

Пестициды поступают в биосферу путем непосредственного внесения, с протравленными семенами, отмирающими частями растений, трупами насекомых, мигрируют в почве и водах. Особую опасность представляют стойкие и кумулятивные (т.е. Накапливающиеся в экосистемах) пестициды, которые обнаруживаются спустя десятки лет после применения.

Даже при низких концентрациях в воде пестициды опасны из-за способности некоторых организмов накапливать эти вещества в своих тканях. Так, если процесс концентрирования (биологического усиления) хлорпроизводных углеводородов повторяется на нескольких трофических уровнях (планктон – мальки – моллюски – более крупные организмы), то в конце их концентрация может оказаться очень высокой.

В результате накопления пестицидов уменьшается численность популяций некоторых видов рыб. Отмечены многочисленные случаи массовой гибели птиц и насекомых в местах интенсивного использования пестицидов. Выявлены такие негативные аспекты воздействия пестицидов на биологические объекты как мутагенный, канцерогенный, аллергенный.

Нефтепродукты – один из наиболее характерных загрязнителей океана. В Мировой океан и поверхностные воды ежегодно вносится 15-17 миллионов тонн нефти и нефтепродуктов. Влияние нефтяного загрязнения на состояние гидробионтов описывается следующими фактами:

  1. Непосредственноеотравление организмов с летальным исходом
  2. Серьезные нарушения физиологической активности гидробионтов
  3. Прямое обволакивание птиц и других организмов нефтепродуктами. Нефтепродукты нарушают изолирующие функции оперения, а при попытке очистить перья птицы заглатывают нефтепродукты и погибают.
  4. Изменения в организмах, вызванные проникновением нефтепродуктов
  5. Изменение химических, физических и биологических свойств среды обитания.

Наибольшую опасность представляют ароматические углеводороды, растворимые в воде. Смертельные концентрации ароматических углеводородов для мальков и икры очень низки (10-4%). Накопление ПАУ не только ухудшает вкус съедобных организмов (например, моллюсков, рыб), но и является опасным, так как эти вещества канцерогенны. Так, концентрация канцерогенных углеводородов в ткани мидий, выловленных в районе порта Тулон (Франция), достигала 3,5 мг на кг сухого веса.

Под влиянием газопылевых выбросов наблюдается нарушение и даже полное уничтожение естественных фитоценозов. Воздействие высоких концентраций газопылевых выбросов в конечном счете приводит к гибели растительности и эрозии почвы. Формируются геохимические аномалии антропогенного происхождения. В значительной мере изменяется флористический состав, возникают специфические болезни хвойных (например, дехромация, суховершинность).

Зона максимального загрязнения почвенного покрова, угнетения и гибели растительности под влиянием газопылевых выбросов наблюдается в радиусе 5-10 км от источника выбросов. Вокруг медеплавильных предприятий четко выделяется четыре зоны:

  1. С отсутствием или сильным угнетением растительности (техногенная пустыня)
  2. Средне угнетенная, с наличием травянистого покрова
  3. Слабо угнетенная, характеризуется суховершинностью хвойных деревьев
  4. Неповрежденная (фоновая).

Поступление тяжелых металлов в растения может происходить двояко: воздушным путем с пылью, оседающей на листья и стебли, и через почву – при поглощении почвенного раствора, содержащего высокие концентрации тяжелых металлов. Устойчивость различных растений к загрязнению тяжелыми металлами различна. Наиболее устойчивы к загрязнению травянистые рудеральные (т.е. Растущие на мусорных местах) растения, образованные сорными видами разнотравья и злаков (мать-и-мачеха, бодяк, пырей). Из древесных пород к газопылевому загрязнению наиболее устойчивы береза и ива. Полностью выпадают в загрязненных зонах лесные разнотравные и папоротниковые ассоциации.

Различают два вида воздействия химических загрязнителей на человека:

  1. Специфическое - приводит к возникновению определенных заболеваний в результате избирательного воздействия на органы и ткани организма - при высоких дозах
  2. Неспецифическое - способствует росту заболеваний, этиологически связанных с другими факторами; возимкает при хроническом воздействии небольших доз.

Специфическое действие. Отравление кадмием вызывает болезнь итай-итай. Употребеление в пищу рыбы, отравленнной ртутью, приводит к болезни минамата. Специфическая болезнь возникают при отравлении хлебом из пшеницы, протравленной фунгицидом. Поражения слуха наблюдается при выбросах мышьяка. Кожные заболевания – вблизи алюминиевых заводов. И так далее - список можно продолжать: сколько есть специфических ядов, столько и специфических болезней.

Общетоксическое действие высоких доз тяжелых металлов на человека приводит к поражению или изменению деятельности нервной системы, органов кроветворения, эндокринной системы. Некоторые загрязняющие вещества, помимо общетоксического действия, обладают канцерогенным эффектом. Специфическое канцерогенное действие выявлено у следующих веществ: мышьяка, кобальта, кадмия, хрома (VI), некоторых полициклических ароматических углеводородов  (например, бенз(а)пирен), у некоторых пестицидов.

В результате загрязнения атмосферы в индустриальных районах проявляются неспецифические реакции - увеличение заболеваемости и смертности, снижение средней продолжительности жизни, нарушения иммунной системы, замедление физического развития детей, аллергические реакции, синдром хронической усталости и т.д. Можно обратиться к официальной медицинской статистике (взять комплексный доклад о санитарно-эпидемиологической обстановке в вашем регионе, который готовят органы государственного санэпиднадзора), и вы увидете в промышленных районах рост заболеваемости, особенно эндокринных, психических и онкологических заболеваний. Например, в Челябинской области рост онкологических заболеваний за последние 7 лет составил более 13%.

Выводы

В этом разделе были рассмотрены вопросы безопасности при работе с электричеством. Рассмотрены методы для предотвращения травматизма и несчастных случаев при производстве работ, связанных с  электричеством.

Рассмотрены основные виды загрязнений окружающей среды, а так же результаты таких загрязнений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В выпускной квалификационной работе проектируется автоматизированная система контроля и учета потребления электроэнергии на предприятии. В его состав входят следующие узлы: счетный узел – электрический счетчик, концентратор – дает возможность объединения большого количества датчиков и счетчиков в одну сеть для построения АСКУ, преобразователь - для перехода от одного канального стандарта передачи данных к другому, узла АРМ - для сбора данных, их обработки и представления информации пользователю (оператору) АРМ для дальнейшего анализа.

В исследовательском разделе выпускной квалификационной работы были рассмотрены методы по снижению расходов потребляемых ресурсов на предприятии. Была приведена общая схема автоматизированной системы контроля и учета потребляемых ресурсов. Представлено задание на разработку автоматизированной системы контроля и учета для предприятия, в состав которого входит 3 цеха, потребляющие электроэнергию.

В специальном разделе был рассмотрен состав АСКУ, производился выбор и обоснование выбора отдельных узлов АСКУ. Были рассмотрены электрические счетчики МЕРКУРИЙ 230AR-XXCRL а так же Энергомера CE303-R33, при их рассмотрении было принято решение об использовании счетчика Энергомера для реализации АСКУ на предприятии. Так же рассматривались стандарты передачи данных канального уровня, из которых более подходящим стал стандарт связи RS485. Произведен выбор преобразователей для преобразования информационного потока из RS485 в RS232. Для этого был выбранSER-COMi M.

В технологическом  разделе квалификационной работы был произведен расчет потребляемой мощности автоматизированной системы контроля и учета.

Так же были разработаны  алгоритмы работы АСКУ для работы в штатном режиме – получения и сохранения данных, для обнаружения утечки из системы снабжения ресурсом на территории предприятия а так же разработан алгоритм работы при наличии ограничения в виде лимита на потребление.

По разработанным алгоритмам были разработаны соответствующие программы в интегрированной среде разработкиTraceMode 6. В этой же среде был разработан графический интерфейс пользователя.

В технико-экономическом разделе выпускной квалификационной работы были произведены расчеты себестоимости автоматизированной системы контроля и учета за потреблением электроэнергии, были проведены расчеты заработной платы, рассчитаны общепроизводственные  затраты.

Так же был произведен расчёт экономической эффективности автоматизации. В итоге получили, что стоимость разработки комплекса составила 88773 рублей. Годовой экономический эффект составит62901 рублей. Таким образом, данный комплекс окупится через17 месяцев.  Так же появляется возможность уменьшения расходов на потребление электроэнергии, за счет более точного контроля расходов потребляемого ресурса.

В разделе экологии и безопасности жизнедеятельности были рассмотрены вопросы безопасности при работе с электричеством. Рассмотрены методы для предотвращения травматизма и несчастных случаев при производстве работ, связанных с  электричеством.

Рассмотрены основные виды загрязнений окружающей среды, а так же результаты таких загрязнений.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

[1]http://www.kp.ru/guide/ienergosberezhenie-i-povyshenie-ienergeticheskoi-ieffektivnosti.html

2http://www.energylogia.com/business/municipality/jenergosberezhenie-na-predprijatii.html

3http://gisee.ru/articles/energy-solutions/54251/

4http://tgu72.ru/servis/askuje

5http://gaffarov.ru/obshee-ustrojstvo-i-princip-dejstviya-cifrovih-schetchikov-elektricheskoj-energii/

6http://www.platan.ru/news/news124.shtml

7http://www.incotexcom.ru/m230ar.htm

8http://www.energomera.ru/ru/products/meters/ce303r33 а так же документация к электросчетчику Энергомера СЕ303R33

9http://workprof.ru/doc/RS485%20recommendation.pdf

10http://trei.biz/pdf/products-and-services/supplementary-equipment/M930H_UserManual_v1.3.pdf

11http://www.owen.ru/catalog/avtomaticheskij_preobrazovatel_interfejsov_rs_232_rs_485_owen_as3_m/68138639

12http://tkm.ru/tkmnew/index.php?page=shop.product_details&category_id=15&flypage=flypage-vmshopblue.tpl&product_id=1247&option=com_virtuemart&Itemid=64&vmcchk=1&Itemid=64




Похожие работы, которые могут быть Вам интерестны.

1. Разработка автоматизированной информационно-измерительной системы контроля качества электрической энергии на предприятии ООО «НТЛ-Прибор»

2. Проектирование и разработка автоматизированной системы учета оказания социальных услуг центра социальной помощи семье и детям

3. Проектирование автоматизированной системы Магазин электрооборудования

4. Проектирование устройства для контроля и учета газа на микроконтроллерах

5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДОМЕННОЙ ПЕЧЬЮ

6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРОЙ КУПОЛА ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЯ

7. Проектирование автоматизированной информационной системы Учёт торговых точек» для мерии г.Череповца

8. Методы контроля и учета топлива с использованием системы глонасс

9. Как улучшить систему управления земельными ресурсами. Система управления и контроля земельными ресурсами

10. Анализ и проектирование системы управления персоналом на предприятии