Общий вид диплома (Разработка мехатронного устройства с системой управления класса Smart House), страница 8

Причины. При работе системы и другого электрооборудования часть энергии выделяется в виде тепла в окружающую среду, что приводит к нагреванию воздуха в системе, нагреванию поверхности электрооборудования системы

Воздействие. Перегрев оборудования может привести к повреждению и разрушению изоляции, что в свою очередь приведет к выходу из строя системы управления или УПД с непредсказуемыми последствиями.

5.1.1.3. Возможность сбоев в работе оборудования при радиопомехах

Причины. Источниками электромагнитных полей радиочастот, влияющих на работу системы управления, являются расположенные поблизости электроустановки, проходящие рядом силовые цепи питания, работа коммутационной аппаратуры.

Воздействие. Радиопомехи, возникающие в цепях питания системы управления могут привести к сбоям в работе микроЭВМ и других устройств системы, что в свою очередь может создать аварийную ситуацию при работе.

5.1.1.4. Возможность коротких замыканий, больших переходных сопротивлений

Причины. Короткие замыкания могут происходить при нарушении изоляции, обусловленной многими причинами. Большие переходные сопротивления в электрических цепях появляются при ослаблении креплений проводов в зажимах, на клеммниках в результате действия вибрации или других причин.

Воздействие. Возможность замыканий слаботочных управляющих цепей, либо проводников с различной полярностью на корпус может привести к сбою в работе системы управления и созданию аварийных ситуаций на станке. Короткие замыкания силовых цепей между собой или на корпус могут привести к разрушению электропроводки и возникновению пожарной опасности из-за большого тока, возникающего при этом. Большие переходные сопротивления приводят к местному перегреву проводников и аппаратов.

5.1.1.5. Наличие аварийных ситуаций при нарушении работоспособности частей и узлов оборудования

Причины. В системе управления и в насосах может произойти сбой работы программы, нарушение работы составляющих полупроводниковых элементов, датчиков, приборов контроля и других узлов, из-за их внезапного отказа или несвоевременного ремонта, замены.

Воздействие. Эти отказы могут вызвать аварии разной степени тяжести. Сбой системы управления приводит к нарушению технологического процесса. В УПД этот фактор может выражаться в виде отказе различных движущихся частей. Отказ в работе датчиков может привести к превышению номинальной мощности и силы, что в свою очередь приведет к поломке датчик, клапана, насоса или УПД в целом.

5.1.2. Опасные, вредные факторы и чрезвычайные ситуации на оборудовании в целом

5.1.2.1. Внезапное прекращение энергоснабжения и возможность повторного внезапного включения оборудования

Причины. Неисправности в системе электроснабжения и работы насосов.

Воздействие. В проектируемом технологическом процессе энерго-носителями являются электроэнергия. При прекращении подачи энергоносителя отключатся исполнительные механизмы, что может привести к аварийной ситуации в системе. При повторном внезапном включении оборудования система управления может выдать произвольную команду на УПД, что вызовет непредсказуемое включение исполнительных механизмов, что моет привести к поломке механизма.

5.1.2.2. Возможность превышения технологических усилий, моментов, мощностей

Причины. Превышение технологических усилий возникает при неправильно выбранных режимах двигателя, мощности, работы изношено механизма.

Воздействие. При этом обычно возникает поломка механизма, сломанные части которого могут попасть в систему и при аварии нанести повреждения людям или др.устройствам.

5.1.2.3. Недостаточная освещенность рабочей зоны

Причины. Возникает вследствие недостаточного естественного, общего и местного освещения на рабочем месте из-за загрязнения или неисправности светильников, недостаточной отражающей способности стен и т.д.

Воздействие. Приводит к утомляемости, ухудшению зрения обслуживающего персонала.

5.1.2.4. Повышенный уровень шума

Причины. Возникает при работе электрических и механических частей проектируемого оборудования. Основные источники шума на станке – электродвигатель главного привода, коробка передач и зона резания.

Допустимые нормы. Для человека практически безвреден шум в 20–30 дБ, 80 дБ – допустимая граница.

Воздействие. Шум в условиях эксплуатации вызывает общее утомление у человека, снижение внимания, реакции на предупредительные сигналы и способствует возникновению травматизма и профессиональных заболеваний оператора. Шум приводит к нарушению слуха, заболеваниям нервной и сердечно-сосудистой системы.

5.1.2.5. Пожарная опасность

По степени пожарной опасности рассматриваемый в дипломной работе тип производства относится к категории D (Низкая пожараопасность).

Причины возникновения пожаров. Основные причины следующие:

неисправность электрооборудования (короткое замыкание, искрение, перегрузки и т.д.;

плохая подготовка оборудования к ремонту;

несоблюдение графика планового ремонта, износ и коррозия оборудования;

ремонт оборудования на ходу;

конструктивные недостатки оборудования;

Воздействие. Пожары на машиностроительных предприятиях представляют большую опасность для работающих и могут причинить огромный материальный ущерб.

5.1.2.6. Нерациональная компоновка рабочего места

Воздействие. Приводит к нервно-психическим нагрузкам, неудобной позе, излишней усталости работающего.

5.1.2.7. Тяжесть и монотонность труда оператора

Физическая нагрузка оператора относится к категории работ легкой тяжести – 2б (работы, связанные с сидячем образом работы оператора).

Монотонность труда и длительное напряжение могут привести к нервно-психическим перегрузкам оператора.

Несоответствие нормам метеорологических условий на рабочем месте может привести к перегреву или переохлаждению организма и к простудным заболеваниям.

Приведенный анализ показывает, что наиболее опасными и вредными факторами в разрабатываемом проекте являются следующие:

опасный уровень напряжения в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека, а также возможность коротких замыканий, больших переходных сопротивлений;

внезапное прекращение подачи энергоносителя и возможность внезапного повторного включения оборудования.

5.2. Разработка мер безопасности

5.2.1. Разработка мер безопасности для систем управления

5.2.1.1. Обеспечение защиты от высокого напряжения при эксплуатации электрооборудования

Эксплуатация системы управления и другого электрооборудования станка производится в соответствии с [5.2].

Система управления привода и другое электрооборудование помещается в отдельном электрошкафу.

Электрошкаф выполняется герметичным во избежание попадания внутрь металлизированной пыли, с двухконтурным охлаждением. Имеет специальное запирающее устройство с целью исключения доступа к оборудованию неэлектротехнического персонала. Кроме того, электрошкаф снабжен встроенной блокировкой дверей, выключающей вводной автомат при попытке открыть дверь включенного электрошкафа. Внутренняя поверхность электрошкафа окрашивается в красный цвет [5.3].

Связь устройства Контроллера электрошкафами осуществляется экранированными жгутами, заключенными в полихлорвиниловую трубку. Жгуты прокладываются в металлическом коробе, который соединяет шкафы. Объединение экранов производится на специальных клеммах каждого из разъемов устройства.

Все металлические части УПД, которые могут оказаться под напряжением выше 220В, оснащаются легкообозримыми устройствами заземления. При этом каждая группа, установленная в электрошкафу, заземляется отдельно. Это делается для того, чтобы при снятии какой-либо заземленной части, например, для ремонта, цепи заземления других частей не прерывались [5.2].

Так как система управления содержит несколько шкафов, то соединительный пруток заземления каждого шкафа по отдельности соединяется с коллекторным заземлительным прутком главного шкафа. Коллекторный пруток заземления главного шкафа соединяется с металлической структурой самого шкафа в точке, называемой «болтом заземления» или «заземляющим винтом». К данному заземляющему винту, кроме того, присоединяются металлические структуры других шкафов и станка. Заземляющий винт соединяется с общим цеховым контуром заземления.

Зная мощность оборудования (N=20 кВт), выбираем наименьший диаметр контактной площадки и наименьший диаметр резьбы винта для заземления [5.3]. Эти параметры определяются в зависимости от номинального тока установленной на станке аппаратуры. Так как мощность N=20 кВт, а напряжение Uп=380В, то номинальный ток электрооборудования равен 52А. Наименьший диаметр резьбы винта заземления для этого тока равен М6, а наименьший диаметр контактной площадки – 16мм.

Заземляющие проводники выполняются из меди. Сечение заземляющего проводника выбираем в зависимости от номинального тока предохранителей от коротких замыканий соответствующих цепей. Следовательно, площадь сечения замыкающего проводника из меди равна 15 мм2.

Сопротивление защитного заземления в любое время года не должно превышать 4 Ом, а электрическое сопротивление, измеренное между устройством заземления на вводе к станку и любой металлической частью станка – не более 0,1 Ом. Если это сопротивление превышает 0,1 Ом, то к соответствующему элементу электрооборудования прокладываются специальные заземляющие провода [5.3].

Во избежание поражения электротоком, все электрические провода имеют надежную изоляцию. Сопротивление изоляции проводов относительно корпуса:

у силовых цепей – более 1 МОм;

у цепей управления – более 0,5 МОм;

у обмоток электродвигателей – не менее 0,5 МОм.

Сопротивление изоляции испытывается на пробой испытательным напряжением, равным U = 1500В.

Зажимы и разъемы для подключения измерительных цепей защищены от случайного прикосновения к ним кожухами и пластиковыми крышками.

5.2.1.2. Защита от воздействия радиопомех

Для защиты от воздействия радиопомех сама система управления имеет структуру «закрытого» типа – помещена в корпус из листового металлического проката. Закрытие передней части реализовано посредством установки плат, оснащенных металлическими козырьками. В местах гнезд системы, занятых платами, также устанавливаются съемные металлические зажимы.

Основные помехи оказываемые на ЭВМ могут только оказываться общим электрическими помехами, по расстоянию находящийся от устройства управления и оператором.

Корпус системы и отгораживающая стенка заземляются, что также снижает возможность воздействия радиопомех на работу системы.

Все жгуты, подходящие к системе, а также жгуты, выполняющие остальную разводку, экранируются. Экраны жгутов заземляются.

5.2.1.3. Защита от перегрева

Во избежание нагрева выше критической температуры компоненты системы, приводов и другой электроаппаратуры постоянно охлаждаются. Воздух внутри электрошкафа охлаждается путем теплообмена через стенки с окружающей средой. Дополнительно внутри электрошкафа установлен вентилятор для более эффективного и надежного охлаждения воздуха.

Система вентиляции разрабатывается с учетом следующих требований: она не должна создавать шум, превышающий предельно допустимые уровни; должна быть электро-, пожаро- и взрывабезопасна, ; проста по устройству, надежна в эксплуатации и эффективна.

5.2.1.4. Защита от коротких замыканий

В системе используются плавкие предохранители и защитное отключение, обеспечивающие автоматическое отключение электроустановки при возникновении в ней коротких замыканий. Устройство защитного отключения обеспечивает отключение неисправной электроустановки за время не более 0,2 с; основными частями устройства являются прибор защитного отключения и автоматический выключатель.

Для снижения больших переходных сопротивлений в электрических цепях необходимо регулярно контролировать качество зажима проводов в местах соединения и на клеммнике.

5.2.2. Мероприятия для оборудования в целом

5.2.2.1. Меры безопасности при работе оборудования

Эксплуатация УПД не связана с травматизмом, который чаще всего имеет место при ремонте и обслуживании линий. Управление работой установки ведется с пульта управления оператора, Используются системы блокировки, не исключающие перевод с дистанционного управления, на управление через контроллер установленный на установке. Применяются сигнальные устройства, извещающие о ходе технологического процесса, о наличии неисправностей и поломок как основного оборудования, так и вентиляции, пневмотранспорта и т.п.

УПД давления работает в отдельном помещении где должно быть ограничение по допуску людей, в это помещение должны допускаться только отслуживающий персонал, которые должны входить в помещения с извещением оператора. Оператор в это время будет следить за работай оборудования для предотвращения травмирования персонала.

5.2.2.2. Защита от шума

Шумовые характеристики станка не должны превышать допустимых уровней, значения которых приведены в ГОСТе [5.4]. Для цехов уровень шума установлен не более 80 дБА.

Для снижения шума используются следующие методы:

уменьшение шума в источнике,