4.3 Программа работы микроконтроллера
Программа работы микроконтроллера написана на языке С++ восьмиразрядных RISC микроконтроллеров семейства AVR фирмы ATMEL . Отладка программы производится в программе схемотехнического моделирования Proteus 7. Данная программная среда позволяет провести моделирования работы устройства н всех стадиях, оценить реакцию не внешние воздействия (срабатывание датчиков) и формирование результирующих сигналов (включение индикации и сигнализации).
ГЛАВА 5. ТЕХНИКО-Экономическое ОБОСНОВАНИЕ
5.1 Расчет себестоимости проектируемого устройства
Для создания радиотехнических устройств требуются расходные материалы. Цена на используемые материалы рассчитывается на основании технически обоснованных норм расхода каждого из этих материалов и цены за единицу измерения, установленную продавцом. Результаты расчета приведены в таблице 6.1.
Таблица 5.1 – Расчет стоимости сырья и материалов
| Наименование материала | Ед. измерения | Цена за ед., руб | Норма рас. | Сумма, руб. |
| Стеклотекстолит FR4(СФ1) | м2 | 3200 | 0,00245 | 7,82 |
| Хлорное железо | кг | 360 | 0,2 | 90 |
| Припой ПОС 61 | кг | 2250 | 0,02 | 45 |
| Спирт изопропанол (очиститель универсальный) | л | 390 | 0,1 | 39 |
| Канифоль | кг | 899 | 0,01 | 8,99 |
Суммарная стоимость сырья и материалов:
В процессе создания устройства остаются остатки сырья и материалов, которые не пригодны для дальнейшего использования. Такие остатки называются выходными отходами. Они в среднем составляют 3-5% от суммарной стоимости сырья:
Расчет стоимости комплектующих изделий производится в соответствии с действующими ценами. Исходные данные и результаты расчета приведены в таблице 5.3.
Таблица 5.3 – Расчет стоимости комплектующих изделий
Суммарная стоимость всех комплектующих составляет:
Общая стоимость затрат вычисляется по следующей формуле:
Расходы на доставку определяются в размере 3-5% от общей стоимости купленных материалов и компонентов.
Основная заработная плата рабочих, изготовляющих данное устройство, включает оплату по тарифным ставкам и премию. Результаты расчета приведены в таблице 6.4.
Таблица 5.4 – Расчет основной зарплаты производственных рабочих
Основная зарплата составляет:
Дополнительная зарплата подразумевает под собой оплату отпусков, времени выполнения гособязанностей, декретных отпусков и т.д. Размер устанавливается заводом-изготовителем и составляет приблизительно 8-12%.
Отчисления на социальные нужды составляют 30% от суммы основной и дополнительной заработной платы.
Суммарная зарплата рассчитывается по формуле:
Эксплуатационные расходы включают в себя расходы на содержание, амортизацию и ремонт оборудования и составляет 8% от основной зарплаты:
Цеховые расходы рассчитываются по формуле:
где =127 – цеховой расход, выраженный в процентах.
Общезаводские расходы определяются по формуле:
где — общезаводской расход, в процентах.
Цена за один кВт/ч составляет 3,19 руб. Расход при производстве устройства составил 3,2 кВт/ч. Затраты составили:
Внепроизводственные расходы включают затраты предприятия по реализации продукции.
где — процент непроизводственных расходов;
Результаты калькуляции затрат заносятся в таблицу 6.5.
Таблица 6.5 – Расчет Себестоимости проектируемого РТУ
Прибыль расчитывается по формуле:
где — отраслевая норма рентабельности в приборостроение.
Оптовая цена устройства без учета НДС:
5.2 Определение точки безубыточности
Расходы, которые входят в состав себестоимость, разделяют на две группы:
- постоянные затраты FC;
- переменные затраты VC.
Издержки независящие напрямую от выпуска продукции являются постоянными затратами. К переменным относятся затраты на материалы, сырье, комплектующие и т.п.
Себестоимость вычисляется по формуле:
Что бы производство было прибыльным, нужно выпускать определенное количество изделий. Минимальное количество таких изделий можно рассчитать по формуле:
где — планируемый объем производства.
Прибыль с одного устройства составляет:
Прибыль за месяц:
Рентабельность производства составляет:
График определения точки безубыточности представлен на рисунке 5.1.
ГЛАВА 6. ОХРАНА ТРУДА И БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
6.1 Нормативно-правовое обеспечение охраны труда
Проблема профессиональной безопасности и охраны труда на предприятиях не перестаёт быть актуальной. Охрана труда со стороны государства представляет собой отдельный и единичный институт, который нашёл своё отражение в разделе 10 Трудового кодекса РФ. Согласно статье 209 ТК РФ под охраной труда следует понимать такую систему, при которой сохраняется жизнь и здоровье работников в процессе труда, включающую в себя правовые, социально-экономические, санитарно-гигиенические, лечебные профилактические, реабилитационные и иные мероприятия. Данный институт упоминается и в Конституции РФ, а именно в ч.2 ст. 7, где сказано, что в Российской Федерации здоровье человека и его труд находятся под охраной и в ч. 3 ст. 37, где говорится, что каждый имеет право на трудовую деятельность в условиях, которые отвечают требованиям безопасности и гигиены; в ФЗ, Указах Президента, Постановлениях Правительства, в локальных правовых актах. [46].
В Российской Федерации основные нормативные требования охраны труда содержатся в федеральном законе «Об основах охраны труда в Российской Федерации» (№ 181-ФЗ), где прописаны направления государственной политики в области охраны труда.
Помимо, федерального закона в Российской Федерации существует Система стандартов безопасности труда (ССБТ), представляющая собой важное направление в комплексной стандартизации и имеющая большое социальное значение. Она позволяет повысить роль стандартов в создании безопасной техники, обеспечить всесторонний учет требований безопасности труда при проектировании и эксплуатации предприятий, технологических процессов, машин и оборудования на единых методологических принципах в тесной взаимосвязи с другими системами государственной стандартизации. В частности, разработан отраслевой стандарт в соответствии с ГОСТ 5471001-82 «Общие требования безопасности». В нем сформулированы опасные и вредные производственные факторы, которые могут воздействовать на инженерно-технический персонал при выполнении технического обслуживания. На базе этого стандарта создана серия ГОСТов, которые углубляют и дифференцируют требования безопасности при техническом обслуживании основных элементов и систем. Одним из этой серии является ГОСТ 5471003-85 «Техническое обслуживание систем автоматики, электро-, радио и приборного оборудования. Общие требования безопасности». При проведении работ следует руководствоваться типовой инструкцией по охране труда при проведении электрических измерений и испытаний. Типовые инструкции носят межотраслевой характер. На основании этих инструкций на предприятиях и в организациях, независимо от форм собственности и организационно-правовых форм, должны разрабатываться и утверждаться в установленном порядке инструкции по охране труда для работников, связанных с эксплуатацией электроустановок, выполнением строительных, монтажных, наладочных и ремонтных работ, проведением электрических испытаний и измерений, с учетом местной специфики условий обслуживания электрооборудования. [11]
6.2 Опасные и вредные производственные факторы и их классификация
К опасным относят производственные факторы, воздействие которых на работающих в определённых условиях приводит к травме или другому внезапному ухудшению здоровья. Вредными считают производственные факторы, воздействие которых на работающих в определённых условиях к заболеванию или снижению работоспособности.
Согласно ГОСТ 12.0.003-74 системы стандартов безопасности труда опасные и вредные производственные факторы подразделяются по природе действия на физические, химические, биологические, психофизиологические.
Согласно СанПин 2.2.2/2.5.1340-03 площадь на одно рабочее место с ПЭВМ для взрослых пользователей должна составлять не менее 6,0 м2, а объем — не менее 20,0 м3. В действительности мы имеем в лаборатории 4 рабочих места с площадью по 6,75 м2 и объёмом по 27 м3 на каждого человека., что соответствует нормам СанПин 2.2.2/2.5.1340-03.
Микроклимат на рабочем месте определяется температурой, относительной влажностью воздуха, скоростью движения воздуха и интенсивностью теплового излучения. Значительные колебания параметров микроклимата приводят к нарушению терморегуляции организма. Неблагоприятные микроклиматические условия могут стать причиной различных заболеваний.
Лаборатория представляет собой помещение размерами 4,5×6 метров и высотой 4 метра. В лаборатории имеется одно окно размером 1,5×3 метра, имеется четыре потолочных светильника ЛСП-12 с люминесцентными лампами. Для устранения стробоскопического эффекта светильники включены в различные фазы питающей сети. В лаборатории установлено четыре персональных компьютера. Обеспечение необходимого микроклимата осуществляется с помощью системы центрального отопления.
Работа в лаборатории относится к работе малой точности (разряд 5, объект различения от 1 до 5 мм.) Рекомендуемый уровень освещенность на рабочей поверхности от системы общего освещения 500 лк, коэффициент пульсации 10 %.
К наиболее часто встречающимся опасным и вредным производственным факторам, которые связаны с работой аппаратуры управления, относятся: недостаточное освещение рабочих мест; производственный шум; электрический ток и электрические поля; повышенная запылённость воздуха рабочей зоны, повышенная или пониженная температура воздуха рабочей зоны, повышенная или пониженная влажность воздуха, его подвижность; патогенные микроорганизмы (бактерии, вирусы, грибы, простейшие) и макроорганизмы (растения и животные); физические и нервно-психические перегрузки.
В процессе жизнедеятельности человек подвергается воздействию различных опасностей, под которыми обычно понимают явления, процессы, объекты, способные в определенных условиях наносить ущерб здоровью человека непосредственно или косвенно, т.е. вызывать различные нежелательные последствия.
Рисунок 6.1– Опасные и вредные производственные факторы при работе с устройствами автоматизации
Все опасные и вредные производственные факторы в соответствии с ГОСТ 12.0.003-74 подразделяются на физические, химические, биологические и психофизиологические.
К физическим факторам относят электрический ток, кинетическую энергию движущихся машин и оборудования или их частей, повышенное давление паров или газов в сосудах, недопустимые уровни шума, вибрации, инфра- и ультразвука, недостаточную освещенность, электромагнитные поля, ионизирующие излучения и др.
Химические факторы представляют собой вредные для организма человека вещества в различных состояниях.
Биологические факторы — это воздействия различных микроорганизмов, а также растений и животных.
Психофизиологические факторы — это физические и эмоциональные перегрузки, умственное перенапряжение, монотонность труда.
Опасным производственным фактором (ОПФ) называется такой производственный фактор, воздействие которого на работающего в определенных условиях приводит к травме или к другому внезапному резкому ухудшению здоровья. Травма — это повреждение тканей организма и нарушение его функций внешним воздействием. Травма является результатом несчастного случая на производстве, под которым понимают случай воздействия опасного производственного фактора на работающего при выполнении им трудовых обязанностей или заданий руководителя работ.
Вредным производственным фактором (ВПФ) называется такой производственный фактор, воздействие которого на работающего в определенных условиях приводит к заболеванию или снижению трудоспособности. Заболевания, возникающие под действием вредных производственных факторов, называются профессиональными.
6.3 Анализ опасных и вредных производственных факторов, воздействующих при изготовлении, монтаже и эксплуатации разрабатываемого устройства
В процессе изготовления и эксплуатации разрабатываемого устройства на организм человека оказывают влияние опасные и вредные факторы, к которым следует отнести:
– опасный уровень напряжения в электрической цепи, напряжение питания 24,0-25,0В, замыкание которой может произойти через тело человека;
– повышенная или пониженная температура, влажность в зоне
технического обслуживания системы.
В процессе изготовления, настройки и исследования параметров разрабатываемой микропроцессорной системы присутствуют факторы, оказывающие неблагоприятное воздействие на организм человека.
Одним из опасных факторов являются питающие напряжения, так как могут стать причиной поражения электрическим током. Воздействие напряжений на организм человека может произойти по причине случайного прикосновения к токоведущим частям устройства или появления напряжения на металлических деталях конструкции устройства.
В процессе изготовления и ремонта разрабатываемого устройства производится изготовление печатных плат в растворе хлорного железа, пайка радиоэлементов посредством использования оловянно-свинцовых припоев и безкислотных флюсов, что вызывает загрязнение воздуха и как следствие — угрозу отравления организма парами флюса и свинца. При гальваническом травлении и осаждении происходит загрязнение воздуха парами серной, соляной и азотной кислот. Также в проектируемом устройстве применяются микросхемы в пластиковых корпусах, что является причиной появления электризации элементов. Для предупреждения неблагоприятного воздействия на работающих опасных и вредных производственных факторов обязательным является использование средств индивидуальной защиты.
К опасным факторам следует отнести и питающие напряжения, так как они могут стать причиной поражения электрическим током. Воздействие напряжений на организм человека может произойти по причине случайного прикосновения к токоведущим частям устройства или появления напряжения на металлических деталях конструкции устройства.
Таким образом, на основании проведенного анализа к опасным и вредным производственными факторам следует отнести:
- опасность поражения электрическим током;
- наличие или выделение вредных веществ при производстве, ремонте или техническом обслуживании устройства;
- наличие статического электричества;
- неправильная компоновка элементов конструкции устройства.
Освещение на рабочем месте имеет большое практическое значение, т.к. плохое освещение не только угнетает организм, отрицательно действуя на нервную систему человека, но и приводит к быстрой утомляемости и снижению работоспособности.
Освещенность должна быть достаточной для быстрого и легкого различения объектов работы, соответствовать характеру производственных функций; не меняться во времени; быть равномерной, без резких теней; между объектом рассмотрения и фоном, на котором рассматривается объект, необходима некоторая контрастность; источник света не должен создавать бликов на объекте рассмотрения и ослеплять работающего.
Шумом называют звуки, мешающие восприятию полезных звуков или нарушающие тишину, а также звуки, оказывающие вредное или раздражающее действие на организм. Шум является одним из наиболее распространенных факторов внешней среды, неблагоприятно воздействующих на организм человека. Шум вредно действует не только на органы слуха, но и на весь организм через центральную нервную систему. Постоянный шум повышает нервное напряжение, вызывает преждевременное утомление работающих и на 10-15% снижает производительность труда.
Характеристикой постоянного шума являются уровни звукового давления, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 31,5, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц. Характеристикой непостоянного шума является интегральный критерий – эквивалентный (по энергии) уровень звука, дБА. Снижение шума, создаваемого на рабочих местах внутренними источниками, а также шума, проникающего извне, осуществляется следующими методами: уменьшением шума в источнике – замена устаревшего оборудования; акустической обработкой помещений; рациональной планировкой помещения.
Опасное воздействие электрического напряжения определяется током, протекающим через тело человека под воздействием этого напряжения, который принято измерять в миллиамперах (мА). Электрический ток, проходя через тело человека, может оказывать следующие виды воздействий: биологическое (раздражает и возбуждает живые ткани), термическое (вызывает ожоги тела), механическое (приводит к разрыву тканей), химическое (приводит к электролизу крови).
Характер воздействия электрического тока на человека и тяжесть поражения пострадавшего зависят от многих факторов, таких как величина, длительность воздействия и род тока (постоянный или переменный), его частота и путь прохождения (схема включения в электрическую цепь), окружающая среда и др.
Предельно допустимые уровни для электрического поля (ЭП) токов промышленной частоты устанавливаются ГОСТ 12.1.002-85. Максимально допустимый уровень напряженности ЭП устанавливается равным 25кВ/м. Пребывание в ЭП напряженностью больше 25кВ/м без средств защиты не допускается. Пребывание в ЭП напряженностью до 5кВ/м допускается в течение всего рабочего дня. При напряженности ЭП свыше 20 до 25кВ/ч время пребывания в нем не должно превышать 10мин.
Электробезопасность должна обеспечиваться: конструкцией электроприборов; организационными и техническими мероприятиями; техническими способами и средствами защиты. К ним относятся: защитное заземление; зануление; выравнивание потенциалов; малое напряжение; электрическое разделение сетей; защитное отключение; изоляция токоведущих цепей; изолирующие защитные средства и т.п.
Эффективным средством защиты от воздействия электромагнитных излучений является экранирование источников излучения и рабочего места с помощью экранов, поглощающих или отражающих электромагнитную энергию.
Электроустановки высокого напряжения постоянного тока создают электростатические поля, которые оказывают негативное влияние на людей, работающих в зоне воздействия электростатического поля.
Основными мерами защиты являются: устройство электропроводящих полов или заземленных зон, помостов и рабочих площадок, заземление ручек дверей.
Влияние электромагнитных полей на организм человека определяется согласно ГОСТ 54-3-2622.75-2000. Предельно допустимое значение плотности потока мощности не должно превышать следующего воздействия на персонал:
- в течение рабочего дня — 1Вт/м2;
- 10Вт/м2 — не более двух часов за рабочий день.
По данному показателю устройство позиционирования двух координатной платформы соответствует требованиям и может применяться в рабочем процессе.
Так же при разработке мер по технике безопасности при эксплуатации устройства управления руководствуемся требованиями нормативно-технической документации ГОСТ 13.1.030-81 (1996) «ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление, зануление»; ГОСТ 12.1.038-82 (2001) «ССБТ. Электробезопасность. Предельно-допустимые уровни напряжений прикосновения и токов».
Разработанное устройство (микропроцессорная система охранно-пожарной сигнализации) не использует СВЧ-энергии, опасного электрического тока и не требует применения индивидуальных средств защиты, так как, не оказывает вредного влияния на здоровье человека, но при соблюдать все технических правил и норм работы с данным устройством.
Эксплуатация разработанного устройства должна осуществляться инженерно-техническим составом предприятия, имеющим специальную подготовку и допуск (сертификат) к работе на данном виде техники, прошедшим инструктаж по охране труда. Порядок проведения инструктажа на предприятиях регламентирован ГОСТ 120.004-90. [10]
6.4 Требования безопасности во время монтажных работ
При работе в установках напряжением до 1000В без снятия напряжения на токоведущих частях и вблизи них необходимо:
Оградить токоведущие части, к которым возможно случайное прикосновение. Работать в диэлектрических перчатках галошах или стоя на изолирующей подставке либо коврике. Применять инструмент с изолирующими рукоятками. Без применения защитных средств запрещается прикасаться к изоляторам электроустановки, находящейся под напряжением.
Запрещается работать в согнутом положении. Запрещается располагаться так, что бы эти части находились сзади или с обеих боковых сторон.
Устанавливать и снимать предохранители следует, как правило, при снятом напряжении. Под напряжением, но без нагрузки допускается снимать и устанавливать предохранители на присоединениях, в схеме которых отсутствуют коммутационные аппараты.
Под напряжением и под нагрузкой допускается снимать и устанавливать предохранители трансформаторов напряжения и предохранители пробочного типа в установках до 1000 В. (Пользоваться диэлектрическими перчатками, очками)
При выполнении работ в помещениях с повышенной опасностью не разрешается:
Ремонтировать оборудование и сети, находящиеся под напряжением, эксплуатировать оборудование при неисправном защитном заземлении. Оставлять открытыми двери помещений, отделяющих взрывоопасные помещения от других. Работы в условиях повышенной опасности следует осуществлять вдвоем.
Измерение сопротивления изоляции мегаомметром следует осуществлять на полностью обесточенной установке. Перед измерением убедиться в отсутствии напряжения на испытываемом оборудовании. (Запрещается измерение во время грозы).
6.5 Расчет параметров освещения
Показатели микроклимата воздуха рабочей зоны при обслуживании: температура, относительная влажность, интенсивность теплового излучения должны соответствовать СанПиН 2.2.5.548–96 «Санитарным нормам микроклимата в производственных помещениях».
Производственное освещение также является одним из факторов, определяющих благоприятные условия труда. Проектируемое устройство используется в лабораторных условиях. Микроклиматические условия производственных помещений должны удовлетворять требования ГОСТ 12.1.005-88 (2001) «Общие санитарно-гигиенические требования ССБТ, воздух рабочей зоны».
Применяют кондиционирование и обогрев воздуха. Необходимая температура + 23°С; влажность – 70%. В помещении разрешается устанавливать светильники мощностью 40 или 36Вт с использованием ламп с цветовой температурой 3500-4000 градусов К. Стены в помещении должны иметь антистатическое покрытие.
Расчет необходимой освещенности помещения. Этот метод даёт возможность подсчитать световой поток источников света, необходимый для создания нормированной освещённости расчётной горизонтальной поверхности при равномерном распределении светильников с симметричным распределением света.
Данные для расчётов:
Е – минимальная нормируемая освещённость, лк;
К – коэффициент запаса (для люминесцентных ламп);
S – площадь помещения кв.м;
Z – средний коэффициент неравномерности распределения освещённости (для люминесцентных ламп);
N – количество светильников;
Расчётное уравнение метода коэффициента использования имеет вид:
h — находится в зависимости от величины индекса помещения i-коэффициентов отражения от потолка, пола и стен, а также от типа принятого светильника.
Индекс помещения определяется по формуле:
где h – высота;
А и В – длина и ширина помещения.
Для расчёта освещённости негоризонтальных поверхностей, а также локализованного и наружного освещения производится различными методами. К ним относится метод удельной мощности, точечный, комбинированный, изолюкс. Наиболее распространённым в проектной практике является расчёт освещения по методу коэффициента использования светового потока.
Одним из главных факторов, влияющих на производительность труда, является освещение рабочей зоны. Освещение соответствующее СНиП II 4-79 (2002) необходимое условие производственной санитарии.
Платы изделия имеют большое количество элементов на малой площади, что требует при техническом обслуживании дополнительную освещенность рабочей зоны. Средняя освещенность рассчитывается по формуле:
где n – количество ламп, шт.;
FЛ – световой поток, лм;
К – коэффициент запаса;
– коэффициент использования светового потока;
Sk – площадь рабочей зоны;
Z – поправочный коэффициент.
Проведем расчет для лаборатории
Вид и система освещения — система освещения общая равномерная, вид — рабочее.
Нормируемая освещенность для закрытых складов при хранении в таре — Ен = 400 лк[3].
Коэффициент запаса Кз = 1.3 [3]
Коэффициенты отражения: потолка — 50, стен — 30, пола — 10.
Размеры помещения: м. Высота помещения:
Используем светильники ARS/R 4×18, в одном светильнике 4 люминесцентных лампы мощностью по 18 Вт.
Световой поток лампы 1150 лм
Определим индекс помещения:
Зная индекс помещения, а также коэффициенты отражения потолка, стен и пола находим коэффициент использования по [2]:
Коэффициент использования составляет [35]
Число требуемых светильников:
Коэффициент запаса Кзап принимаем равным 1,4. Коэффициент Z, учитывающий равномерность освещения, выбираем 1,2 для светильников с лампами накаливания и 1,2 для люминесцентных светильников согласно рекомендациям [1]. Требуемое количество светильников 7 шт.
Особое место в процессе проектирования занимают требования эргономики и эстетики согласно ГОСТ 12.2.043-80 (1999). Общие требования эргономики: необходимо учитывать закономерности психических и физиологических процессов, лежащих в основе проектируемого устройства.
Удобное размещение устройства в лабораториях, рабочих местах аэропортов, создание благоприятных санитарно-технических условий рационального размещения, дизайн и другие факторы влияют на психологическое состояние персонала и в конечном итоге на качество технического обслуживания.