Алгоритм автонастройки ПИД – регулятора основанный на методе Циглера - Николса

Глава 4 Безопасность жизнедеятельности

4.1 Анализ условий труда обслуживающего персонала проектируемого программного обеспечения

 

Согласно теме выпускной работы необходимо разработать программное  обеспечение (далее ПО) и провести анализ автонастройки на базе библиотеки стандартных функций СПЛК (Свободно-Программируемых Логических Контроллеров).

В данном разделе выпускной работы необходимо проанализировать условия  труда пользователей ПО, выявить  неблагоприятные влияющие факторы  на окружающую среду и разработать  конкретные меры по обеспечению безопасности труда операторов-пользователей  системы.

Учитывая отсутствие каких-либо вредных  выбросов и экологически неблагоприятных  факторов производства, примем, что  проектируемая система не влияет на окружающую среду, и ограничимся  анализом условий труда сотрудников  кафедры.

Основными пользователями проектируемой  системы являются студенты, использующие ЭВМ и сотрудники кафедры. Особенность  режима труда у работников, чья  деятельность связана с ПЭВМ, - это  значительное умственное напряжение, которое приводит к изменению  функционального состояния центрально-нервной  системы.

На пользователей ПЭВМ воздействует электромагнитное излучение видимого спектра, крайне низких, сверхнизких  и высоких частот. Так исследованием  реакций биоэлектрической активности мозга испытуемых на амплитудно-модулированное световое излучение , в типичных условиях работы с компьютером [11] установлено, что у трех из пяти обследуемых на электроэнцефалограмме регистрировались статистически достоверные вызванные потенциалы (изменение электрической активности головного мозга), представляющие собой ритмические колебания синхронизированные с кадровой разверткой видеомонитора частотой 60 Гц. Долговременная кортикальная синхронизация проекционных зон зрительной системы негативным образом влияет на функциональное состояние окружающих зон и структур мозга и, в частности, на работу автономной нервной системы.

Пользователей ПЭВМ взаимодействуют  с процессором, принтером, клавиатурой, многочисленными соединительными  кабелями.. В первом нормируемом  диапазоне частот 5 Гц ..... 2 кГц допустимые уровни индукции магнитных полей (МП) составляют 0,25 мкТл. Измеренные значения индукции МП достигали у отдельных  типов процессоров и принтеров 12 мкТл., клавиатур 4,5 мкТл.

Практическая реализация требований, изложенных в этом разделе, будет  способствовать улучшению условий  труда, повышению работоспособности  и сохранению здоровья сотрудников  кафедры.

План помещения выбранного для  расположения ЭВМ, на который будет  установлено ПО изображен на рисунке 4.1

 

Рисунок 4.1- План помещения

4.2 Эргономические требования к рабочему месту

 

Проектирование рабочих мест, снабженных видеотерминалами, относится к числу  важных проблем эргономического  проектирования в области 

вычислительной  техники.

Рабочее место и взаимное расположение всех его элементов должно соответствовать антропометрическим, физическим и психологическим требованиям. Большое значение имеет также характер работы. В частности, при организации рабочего места студента должны быть соблюдены следующие основные условия: оптимальное размещение оборудования, входящего в состав рабочего места и достаточное рабочее пространство, позволяющее осуществлять все необходимые движения и перемещения.

Эргономическими аспектами проектирования видеотерминальных рабочих мест, в частности, являются [11]:

• высота рабочей поверхности;
• размеры пространства для ног;
• требования к расположению документов на рабочем месте  (наличие и размеры подставки для документов, возможность различного размещения документов, расстояние от глаз пользователя до экрана, документа, клавиатуры и т.д.);
• характеристики рабочего кресла;
• требования к поверхности рабочего стола;
• регулируемость элементов рабочего места.

Главными элементами рабочего места  студента являются стол и кресло. Основным рабочим положением является положение сидя.

Рабочая поза сидя вызывает минимальное  утомление программиста. Рациональная планировка рабочего места предусматривает  четкий порядок и постоянство  размещения предметов, средств труда и документации. То, что требуется для выполнения работ чаще, расположено в зоне легкой досягаемости рабочего пространства.

Моторное поле - пространство рабочего места, в котором могут осуществляться двигательные действия человека.

Максимальная зона досягаемости рук - это часть моторного поля рабочего места, ограниченного дугами, описываемыми максимально вытянутыми руками при движении их в плечевом суставе.

Оптимальная зона - часть моторного поля рабочего места, ограниченного дугами, описываемыми предплечьями при движении в локтевых суставах с опорой в точке локтя и с относительно неподвижным плечом.

 

Рисунок 4.2 - Зоны досягаемости рук в горизонтальной плоскости.

 

где:   а - зона максимальной досягаемости;

б - зона досягаемости пальцев при  вытянутой руке;

в - зона легкой досягаемости ладони;

г - оптимальное пространство для грубой ручной работы;

д - оптимальное пространство для тонкой ручной работы.

Оптимальное размещение предметов труда и документации в зонах досягаемости:

Дисплей - размещается в зоне а (в центре);

Системный блок- размещается в предусмотренной  нише стола;

Клавиатура - в зоне г/д;

Манипулятор «Мышь»- в зоне в справа;

Документация (необходимая при  работе) - в зоне легкой досягаемости ладони – в, а в выдвижных ящиках стола - литература, неиспользуемая постоянно.

На рисунке 4.3 показан пример размещения основных и периферийных составляющих ПК на рабочем столе студента.

1 –монитор, 2 –клавиатура, 3 – манипулятор  типа «мышь».

 

Рисунок 4.3 - Размещение основных и периферийных составляющих ПК.

Для комфортной работы стол должен удовлетворять  следующим условиям [11]:

• высота стола должна быть выбрана с учетом возможности сидеть свободно, в удобной позе, при необходимости опираясь на подлокотники;
• нижняя часть стола должна быть сконструирована так, чтобы программист мог удобно сидеть, не был вынужден поджимать ноги;
• поверхность стола должна обладать свойствами, исключающими появление бликов в поле зрения студента;
• конструкция стола должна предусматривать наличие выдвижных ящиков (не менее 3 для хранения документации, листингов, канцелярских принадлежностей);
• высота рабочей поверхности рекомендуется в пределах 680-760мм. Высота поверхности, на которую устанавливается клавиатура, должна быть около 650мм.

Большое значение придается характеристикам  рабочего кресла. Так, рекомендуемая  высота сиденья над уровнем пола находится в пределах 420-550мм. Поверхность сиденья мягкая, передний край закругленный, а угол наклона спинки - регулируемый.

Необходимо предусматривать при  проектировании возможность различного размещения документов: сбоку от видеотерминала, между монитором и клавиатурой и т.п. Кроме того, в случаях, когда видеотерминал имеет низкое качество изображения,  например заметны мелькания, расстояние от глаз до экрана делают больше (около 700мм), чем расстояние от глаза до документа (300-450мм). Вообще при высоком качестве изображения на видеотерминале расстояние от глаз пользователя до экрана,  документа и клавиатуры может быть равным.

Большое значение также  придается правильной рабочей позе пользователя. При неудобной рабочей позе могут появиться боли в мышцах, суставах и сухожилиях. Требования к рабочей позе пользователя видеотерминала следующие:

• голова не должна быть наклонена более чем на 20°;
• плечи должны быть расслаблены;
• локти - под углом 80°…100°;
• предплечья и кисти рук - в горизонтальном  положении.

Причина неправильной позы пользователей  обусловлена следующими факторами: нет хорошей подставки для  документов, клавиатура находится слишком  высоко, а документы - низко, некуда положить руки и кисти, недостаточно пространство для ног.

В целях преодоления указанных  недостатков даются общие рекомендации: лучше передвижная клавиатура; должны быть предусмотрены специальные приспособления для регулирования высоты стола, клавиатуры и экрана, а также подставка для рук [11].

Существенное значение для производительной и качественной работы на компьютере имеют размеры знаков, плотность их размещения, контраст и соотношение яркостей символов и фона экрана. Если расстояние от глаз оператора до экрана дисплея составляет 60…80 см, то высота знака должна быть не менее 3мм, оптимальное соотношение ширины и высоты знака составляет 3:4, а расстояние между знаками – 15…20% их высоты. Соотношение яркости фона экрана и символов - от 1:2 до 1:15 [12].

Во время пользования компьютером  медики советуют устанавливать монитор на расстоянии 50-60 см от глаз. Специалисты также считают, что верхняя часть видеодисплея должна быть на уровне глаз или чуть ниже. Когда человек смотрит прямо перед собой, его глаза открываются шире, чем когда он смотрит вниз. За счет этого площадь обзора значительно увеличивается, вызывая обезвоживание глаз. К тому же если экран установлен высоко, а глаза широко открыты, нарушается функция моргания. Это значит, что глаза не закрываются полностью, не омываются слезной жидкостью, не получают достаточного увлажнения, что приводит к их быстрой утомляемости.

Создание благоприятных условий  труда и правильное эстетическое оформление рабочих мест на производстве имеет большое значение как для облегчения труда, так и для повышения его привлекательности, положительно влияющей на производительность труда.

4.3 Расчет системы зануления

 

Необходимо спроектировать зануление электрооборудования  с номинальным напряжением 220В. Электрооборудование  представляет собой компьютерный процессор  с монитором. Мощность процессора составляет 120Вт, монитора – 360Вт. Считаем, что мощность нашего электрооборудования не превышает 1кВт. Следовательно, номинальный ток  составляет I_н = P/U = 4,5 A.[13]

Для питания  электрооборудования от цеховой  силовой сборки используется провод марки АПР, прокладываемый в стальной трубе. Сечение алюминиевого провода S = 2,5 мм^2, Диаметр водогазопроводной трубы для прокладки проводов d = 19,1 мм. Потребитель подключен к третьему участку питающей магистрали. Длина участка 0,05 км. Первый участок магистрали выполнен четырехжильным кабелем марки АВРЕ с алюминиевыми жилами сечением 3х70, 1х25 мм² в полихлорвиниловой оболочке, длина участка 0,23 км. Участок защищен автоматом типа А3134 с комбинированным расцепителем на номинальный ток I_н = 150 A. Участок магистрали №2 выполнен кабелем АВРГ 3х35, 1х10 мм², длина участка 0,075 км, участок защищен автоматическим выключателем А3134 с тепловым расцепителем на номинальный ток I_н = 80 A. Магистраль питается от масляного трансформатора типа ТМ – 1000 с первичным напряжением 10 кВ и вторичным 400/230 В, со схемой соединения обмоток . Магистраль зануления на первых двух участках выполнена четвертой жилой питающего кабеля, на третьем участке – стальной трубой.

На щите подстанции, от которой питается рассматриваемая  магистраль, установлены измерительные  трансформаторы тока.

 

Схема питания  прибора представлена на рисунке  4.4.

 

Рисунок 4.4 – Схема питания

 

 

 ТП – трансформаторная подстанция, РП – распределительный пункт, СП – силовая подстанция.

4.3.1 Выбор аппарата защиты, сопротивления и места сооружения повторных заземлений

 

Применим для  защиты предохранитель типа ПР-2

 

     I_пр = 1,25×I_н                                                                                     (4.1)

 

где I_н - номинальный ток электрооборудования.

 

I_пр = 1,25 × 4,5 = 5,6А

 

Для расчета  выбираем номинал предохранителя 6А.

В схеме электроснабжения используется один участок длиной более 200м, поэтому необходимо сооружение повторного заземления на распределительном  пункте (РП). Сопротивление повторного заземления регламентируется ГОСТом 12,1,030-81, В ПУЭ регламентируется сопротивление  растеканию всех повторных заземлителей, которое в любое время года должно быть не больше 5, 10, 20 Ом соответственно при 380, 220, 127 В источника однофазного  тока. Т.о. сопротивление повторного заземления в нашем случае не должно превышать 10 Ом.

4.3.2 Расчетная проверка зануления

 

Определяем расчетный  ток однофазного короткого замыкания  для предохранителя ПР-2, Если среда  нормальная

 

                                                I _о.к.з. > к I_н,                                                    (4.2)