Автоматизация процесса дистилляции тетрахлорида германия

Содержание

 

Введение

1. Технология процесса получения полупроводникового германия

1.1 Технологическая схема процесса и общий принцип получения полупроводникового германия

1.2 Получение технического тетрахлорида германия из германиевых концентратов

1.3 Очистка технического тетрахлорида германия

1.3.1 Очистка технического тетрахлорида германия дистилляцией

1.3.2 Очистка технического тетрахлорида германия экстракцией

1.3.3 Очистка технического тетрахлорида германия ректификацией

1.4 Гидролиз тетрахлорида германия

1.5 Восстановление диоксида германия

1.6 Зонная очистка

1.7 Выращивание монокристаллов

2. Автоматизация процесса дистилляции тетрахлорида германия

2.1 Описание куба-испарителя как объекта управления

2.2 Выбор и обоснование контролируемых и регулируемых параметров

2.3 Выбор и обоснование приборов и средств автоматизации для АСУ ТП дистилляции тетрахлорида германия

2.4 Выбор микропроцессорного контроллера для АСУ ТП дистилляции тетрахлорида германия

2.5 Выбор ЭВМ для АСУ ТП дистилляции тетрахлорида германия

2.6 Описание функциональной схемы автоматизации процесса дистилляции тетрахлорида германия

2.7 Структура АСУ ТП дистилляции тетрахлорида германия

3. Специальная часть

3.1 Математическое описание объекта управления

3.2 Выбор типа регулятора для АСР температуры в кубе-испарителе

3.4 Исследование устойчивости системы

3.5 Проверка настроек регулятора на оптимальность

3.6 Построение переходного процесса в АСР при возмущении по заданию

3.7 Проверка системы на грубость

4. Электроснабжение

4.1 Описание общей системы электроснабжения предприятия в целом и проектируемого участка

4.2 Схема электроснабжения проектируемого цеха

4.3 Расчет электрического освещения цеха и общей осветительной нагрузки

4.4 Расчет электрических нагрузкок

4.5 Расчет мощности и выбор трансформаторов цеховой подстанции

4.6 Расчет сечений и выбор кабеля напряжением 0,4 кВ и 6 кВ

4.7 Расчет годовой стоимости электроэнергии

4.8 Основные меры безопасности при эксплуатации электроустановок

5. Безопасность жизнедеятельности

5.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов

5.2 Технические и организационные мероприятия по охране труда

5.3 Электробезопасность

5.4 Мероприятия по производственной санитарии

5.4.1 Расчет производственного освещения

5.4.2 Искусственное освещение

5.4.3 Расчет воздухообмена

5.5 Мероприятия по пожарной и взрывной безопасности

5.6 Охрана окружающей среды

5.7 Безопасность жизнедеятельности в чрезвычайных ситуациях

6. Экономическая часть

6.1 Краткая характеристика объекта автоматизации

6.2 Технико-экономическое обоснование проекта автоматизации

6.3 Расчет капитальных вложений и амортизационных отчислений

6.4 Организация труда и планирование численности рабочих

6.5 Расчет годового фонда заработной платы

6.6 Расчет себестоимости продукции

6.7 Расчет технико-экономических показателей

Заключение

Список использованных источников

Введение

Научно-техническая революция в современном промышленном производстве в значительной мере связана с автоматизацией. Автоматизация играет решающую роль при организации промышленного производства по принципу: выпуск заданного количества продукции при минимуме материальных затрат и затрат ручного труда. Приоритетным направлением развития автоматизации в Российской Федерации является создание автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУТП), а также массовое внедрение робототехники.

Характерные особенности современного этапа автоматизации будут состоять в том, что она должна опираться на революцию в электронно-вычислительной технике, на самое широкое использование мини и микро-ЭВМ, а также на быстрое развитие робототехники и гибких производственных систем.

Применение современных средств и систем автоматизации, позволяют решать следующие задачи: управлять процессом, постоянно учитывая динамику производственного плана; автоматически управлять процессами во вредных и опасных условиях для человека.

Под автоматизацией понимают применение методов и средств автоматики, для превращения неавтоматических линий в автоматические. Это замена труда человека работой автоматов, оснащение технологических установок самодействующими аппаратами.

Внедрение специальных автоматических устройств в промышленности способствует безаварийной работе оборудования, исключает случаи травматизма, предупреждает загрязнение окружающей среды промышленными отходами.

Автоматизация решает задачи механизации управления производственными процессами и таким образом является высшей степенью механизации. Её средствами заменяется не только физический, но и умственный труд человека. Оснащение современного производства с его быстро протекающими непрерывными процессами, автоматическими устройствами позволяют обеспечить высокую производительность труда. Поэтому в настоящее время вопросам автоматизации уделяется большое внимание.

Конечной целью автоматизации является создание полностью автоматизированных производств, где роль человека сводится к составлению режимов и программ протекания технологических процессов, контролю за работой приборов и их наладке.

Основные преимущества автоматизированного производства: облегчение труда; улучшение санитарно-гигиенических условий труда; повышение общего культурного уровня жизни человека; улучшение технико-экономических показателей; повышение качества продукции; повышение производительности труда; снижение себестоимости продукции.

Российское государственное предприятие "Германий" образовалось на базе цеха по производству германия Красноярского завода цветных металлов (цех введен в строй в 1961 года).

За этот срок предприятие прошло путь от поставщика продукции на внутренний рынок России до экспортера своей продукции на внешний рынок Европы, США, Японии.

Предприятие признано зарубежными производителями германия как полноправный партнер и занимает свою нишу в пятерке мировых производителей германия.

В настоящее время ГП "Германий" - единственное предприятие в России, имеющее полный цикл переработки, широкую номенклатуру продукции и большие производственные мощности.

Сложившийся на производстве стиль работы - неустанный творческий поиск, постоянное совершенствование технологии, позволил обеспечить выпуск продукции, отвечающую требованиям сегодняшних применений.

дистилляция тетрахлорид германий контроллер

Качество есть и будет стратегическим направлением, лежащим в основе всей деятельности. Гарантия качества - аналитическая лаборатория ГП "Германий". Она включает два отделения: химико-спектральное и отделение замеров электрофизических параметров германия.

В химико-спектральном отделении производится анализ первичного и вторичного германиевого сырья и готовой продукции - диоксида германия и тетрахлорида германия. Применяемые методики и современное лабораторное оборудование позволяют с высокой точностью определять содержание германия в сырье от 5·10^-4 % до 100 %, а содержание примесей в продукции на уровне 10^-9-10^-4%.

Предприятие применяет высокоэффективное гидрометаллургическое обогащение сырья, переведение ценного компонента в раствор, методы селективного разделения ценного компонента от примесных элементов с получением одного из видов продукции и очисткой промвыбросов.

Применяемая технология позволяет перерабатывать разнообразные материалы: отходы производств; золу от сжигания углей; германиевые концентраты, содержащие германия от 2 % и выше; вторичное сырье различного происхождения.

Продукты производства:

германия тетрахлорид GeCl₄;

германия диоксид GeO₂;

германий поликристаллический незонноочищенный и зонноочищенный;

германий монокристаллический;

обработанные заготовки для приборов.

Продукция находит применение в радиоэлектронике, инфракрасной оптике, волоконно-оптических линиях связи, используется при производстве катализаторов, препаратов для медицинских целей, сплавов, элементов для солнечных батарей в космосе.

1. Технология процесса получения полупроводникового германия

1.1 Технологическая схема процесса и общий принцип получения полупроводникового германия

Технология переработки германиевого сырья включает четыре основные стадии:

получение технического тетрахлорида германия из германиевых концентратов;

очистку технического тетрахлорида германия;

получение диоксида германия из очищенного тетрахлорида германия;

восстановление диоксида германия с получением поликристаллических слитков чистого металла. [1]

Общая технологическая схема переработки германиевого сырья представлена на рисунке 1.1.

1.2 Получение технического тетрахлорида германия из германиевых концентратов

Особенность разложения определяется составом сырья и количеством содержащегося в нем диоксида германия.

Общее правило: чем больше германия в сырье, тем больше соотношение соляной кислоты и концентрата, требующихся для переработки. Это положение обусловлено тем, что чем больше концентрация германия в сырье, тем больше соляной кислоты расходуется на образование тетрахлорида германия и выводится в виде хлорида.

Технология хлорирования различного вида сырья неодинакова, в результате чего представляется возможным разделить их на три группы:

продукты, содержащие германий в окисленном виде (концентраты и кеки);

отходы, содержащие германий в виде мелкодисперсного металлического порошка (шлифпорошки);

кусковые отходы металлического германия.

Общая схема получения технического тетрахлорида германия из различных видов сырья представлена на рисунке 1.2.

Извлечение германия из концентратов и кеков основано на обработке их соляной кислотой. Пульпу медленно нагревают до 105-110 °С, германий при этом переходит в тетрахлорид по реакции

₂ + 4HCl ® GeCl₄ + 2H₂O. (1.1)

Сульфидные германиевые концентраты перед разложением соляной кислотой подвергают окислительному обжигу для перевода германия в оксиды. [2]

Используя растворимость GeO₂ в соляной кислоте и летучесть тетрахлорида германия, можно достаточно полно перевести германий в хлорид, попутно отделив дистилляцией многие примеси.

Разложение осуществляется в герметично закрытых реакторах емкостью 2 м³ с механическим перемешиванием и электрообогревом (рисунок 1.3).

Внутренняя поверхность чаши реакторов гуммирована и футерована кислотостойкой плиткой на арзолитовой замазке. Крышка реактора только гуммирована. Электрообогрев осуществляется с помощью двух графитовых электродов.

Паро-газовая смесь из реактора поступает в графитовый, охлаждаемый оборотной водой, холодильник с площадью теплообмена 5 м³. Основное количество GeCl₄ конденсируется и сливается в приемные емкости из стекла "Пирекс", установленные под холодильником. Остатки несконденсированного хлорида улавливаются в отдельно установленном холодильнике, охлаждаемым рассолом с температурой минус20 °С. Затем газовый поток отправляется в колонны орошения и далее на газоочистку.

При отгонке происходит расслоение: слой GeCl₄ внизу, а слой HCl вверху. В случае разложения богатых мышьяком концентратов добавляют окислители, которые переводят его в растворимую нелетучую мышьяковую кислоту (H₃AsO₄), остающуюся в кислых сливах. В качестве окислителей применяют газообразный хлор, перекись водорода, азотную кислоту, марганцевую руду. Окислитель должен быть стоек в солянокислых растворах, обладать высокой окислительной способностью, не вызывать дополнительного расхода кислоты.

Наиболее прост способ применения газообразного хлора. Избыток хлора предотвращает образование низших хлоридов германия.

Окисление мышьяка идет по реакциям

As₂O₃ + 6HCl = 2AsCl₃ + 3H₂O, (1.2)₃ + Cl₂ + 4H₂O = H₃AsO₄ + 5HCl, (1.3)₂O₃ + 2Cl₂ + 5 H₂O = 2 H₃AsO₄ + 4HCl. (1.4)

В период отгонки важно не допустить образование побочных газов (HCl, Cl₂), т.к. с ними теряется 5-7 % GeCl₄, для этого процесс ведут при медленном разогреве.

Окисление мышьяка при использовании марганцевой руды идет по схеме:

₂O₃ + 6HCl = 2AsCl₃ + 3H₂O, (1.5)₂ + 4HCl = MnCl₂ + Cl₂ + 2H₂O, (1.6)₃ + Cl₂ + 4H₂O = H₃AsO₄ + 5HCl, (1.7)₂O₃ + 2MnO₂ + 4НCl + H₂O = 2H₃AsO₄ + MnCl₂. (1.8)

Необходим дополнительный расход кислоты на реакцию с MnO₂.

Окисление мышьяка перекисью водорода происходит по следующей реакции

₂O₃ + 2H₂O₂ + H₂O = 2H₃AsO₄. (1.9)

Применение H₂O₂ не требует дополнительного расхода кислоты, и подачу ее в реактор можно организовать непрерывно по мере необходимости. Однако вследствие интенсивного протекания побочных реакций с HCl расход перекиси водорода и последующее разбавление смеси продуктами реакции возрастают и делают процесс не экономичным.

1.3 Очистка технического тетрахлорида германия

Все примеси, встречающиеся в техническом тетрахлориде германия можно разделить на несколько групп:

хлориды различных элементов, образующихся наряду с тетрахлоридом германия при вскрытии сырья;

растворенные газы, хлористый водород;

механические взвеси;

органические соединения, применяемые или образующиеся на отдельных стадиях переработки и очистке германиевого сырья.

Наиболее нежелательными являются примеси первой группы, особенно хлорид мышьяка. Основным критерием чистоты германия принято считать его удельное сопротивление, которое определяется концентрацией примесных компонентов (Cu, Fe, Pb, P, As и др.). Следовательно, главное при очистке хлорида германия - удаление хлоридов этих примесей.

Наиболее широкое значение в практике получения германия имеют такие методы очистки как дистилляция, экстракция, ректификация.

1.3.1 Очистка технического тетрахлорида германия дистилляцией

Назначение - усреднение хлорида германия, получаемого из различных видов сырья, промежуточная очистка от взвешенных частиц и примесей органического характера.

Процесс дистилляции осуществляется из под слоя разбавленной до 75 % серной кислоты в установке дистилляции. В зависимости от требуемой степени очистки тетрахлорида германия, по распоряжению старшего мастера, раствор серной кислоты готовится из кислоты марки "ХЧ" или "Техническая". Аппаратурно-технологическая схема дистилляции представлена на рисунке 1.4.

Кубом-испарителем установки служит 300 литровый фарфоровый реактор. Нагрев куба-испарителя осуществляется электрическим током, путем его пропускания через раствор с помощью графитовых электродов. Температура в кубе-испарителе регулируется с помощью регулятора путем изменения напряжения, подаваемого на электроды. Мощность нагревателя составляет 6 кВт.

Хлорид загружается в куб-испаритель через дрот с вентилем, подведенный

через крышку люка и опущенный в серную кислоту. Для загрузки и выгрузки содержимого куба имеется разгрузочный дрот, опущенный до дна и снабженный вентилем.

Конденсация хлорида осуществляется в змеевиковом холодильнике из стекла "Пирекс". Хладагентом служит внутрицеховая оборотная вода.

Дистиллят собирается в 100 литровую емкость "Симакс" и направляется на экстракцию.

В качестве носителя во время процесса на установку подается хлор или воздух 0,1-0,2 м³/час.

Процесс дистилляции ведется при температуре 100-110°С.

Хлорид из напорной емкости через капилляр поступает в куб установки. Скорость загрузки и отбора дистиллята не более 10 л/час. Проходя через слой горячей серной кислоты, пары хлорида очищаются от примесей. После переработки 1500-2000 литров хлорида установка останавливается, охлаждается до 50°С. Производится выгрузка отработанной серной кислоты, зачистка куба и электродов. [3]

 

.3.2 Очистка технического тетрахлорида германия экстракцией

Экстракция тетрахлорида германия соляной кислотой - очистка тетрахлорида германия от примесей, главным образом, от мышьяка, после его предварительного окисления до пятивалентного состояния.

Осуществляется в установке непрерывного действия, состоящей из трех кварцевых аэролифтных аппаратов.

Аэролифтные аппараты работают последовательно с противотоком хлорида и соляной кислоты. Хлорид после дистилляции поступает в первый аэролифт. Аппаратурно-технологическая схема экстракции представлена на рисунке 1.5.

Соляная кислота и перекись водорода подаются через дозирующее устройство и стакан-смеситель в третий аэролифт.

Перемешивание хлорида и соляной кислоты в аэролифтах осуществляется газообразным хлором, подаваемым с помощью газового насоса. Хлор образуется в системе при взаимодействии соляной кислоты и пергидроли.

Экстракция проводится в концентрированной соляной кислоте.

Скорость подачи хлорида 8-10 л/час, соляной кислоты 5-8 л/час пергидроли 250-500 мл/час. При взаимодействии соляной кислоты с перекисью водорода происходит насыщение системы хлорид-соляная кислота хлором

HCl + H₂O₂ = 2H₂O + Cl_2. (1.10)

В насыщенной хлором системе на разделе фаз идет реакция окисления мышьяка

₃ + Cl₂ +4H₂O = H₃AsO₄ + 5HCl. (1.11)

Образующаяся мышьяковая кислота практически нерастворима в хлориде германия, хорошо растворяясь в соляной кислоте, переходит в нее из хлорида германия. Хлорид, пройдя последовательную очистку во всех трех аппаратах, собирается в две 100-литровые емкости из стекла "Пирекс".

После отбора 100 литров партии экстрагированного хлорида производят его опробование и передачу на ректификацию. Массовая доля мышьяка должна быть меньше 1∙10^-6 %.

Отработанная соляная кислота используется на разложении.

1.3.3 Очистка технического тетрахлорида германия ректификацией

Назначение - глубокая очистка хлорида германия от мышьяка и других примесей. Процесс осуществляется в колоннах ректификации периодического действия с одновременным отбором нижекипящих (легкой фракции) и вышекипящих примесей (тяжелой фракции).

Ректификационная установка (рисунок 1.6) состоит из колонны с двумя рабочими частями (тарелки продольно-щелевого типа); среднего куба и куба-испарителя, объемом соответственно 100 л и 30 л; теплообменника, охлаждаемого оборотной водой, емкостей из стекла "Пирекс" объемом 50 л для фракций, обогащенных примесями. Верхняя рабочая часть предназначена для очистки от нижекипящих примесей, нижняя рабочая часть - для очистки от вышекипящих примесей. Нагрев куба-испарителя осуществляется внутренним нагревателем из

танталовой ленты. Подогрев хлорида из среднего куба перед подачей на орошение осуществляется в промежуточном стакане со спиральным нихромовым нагревателем.

Уровень хлорида в кубе-испарителе - 15 л поддерживается автоматически с помощью дифференциально-трансформаторного датчика и прибора КСД-3.

Загрузка экстрагированного хлорида в средний куб в количестве 100 л (партия) производится через куб-испаритель. Первоначально в куб-испаритель загружается 15-20 л хлорида и включается нагрев.

Остальной хлорид загружается со скоростью 15-20 л/час. Температура в кубе-испарителе 88-95°С.

Пары хлорида из куба-испарителя проходят через обе рабочие части, конденсируются в теплообменнике и стекают в средний куб. По окончании загрузки начинается очистка хлорида от примесей. Для орошения нижней рабочей части используется хлорид из среднего куба: орошение верхней рабочей части производится хлоридом, сконденсированным в теплообменнике. Расход хлорида на орошение нижней и верхней рабочих частей поддерживается в пределах 15-20 л/час.

После вывода колонны на режим производится отбор примесей (легкой фракции и тяжелой фракции) со скоростью 0,5 л/час. Отбор тяжелой фракции производится из куба-испарителя, а легкой фракции - из разделительной головки верхней колонны.

Процесс очистки считается законченным после отбора 10 л каждой фракции.

Дополнительное улавливание хлорида после установок ректификации осуществляется совместно с газами колонн дистилляции в графитовом теплообменнике, охлаждаемом рассолом (вторая стадия конденсации).

1.4 Гидролиз тетрахлорида германия

Процесс осуществляется в установке непрерывного действия, состоящей из двух последовательно расположенных бачков-гидролизеров с мешалками и двух вакуумных фильтров (рисунок 1.7).

Гидролизеры охлаждаются пожарохозяйственной водой. Получение двуокиси германия осуществляется по реакции

₄ + 2H₂O = GeO₂ + 4HCl. (1.12)

Соотношение хлорида германия и воды поддерживается в пределах 1: 7. Процесс идет с выделением тепла. Температура пульпы в первом гидролизере 30-45°С, во втором 20-35°С. Загрузка хлорида с массовой долей мышьяка не более 5∙10^-7 и деионизованной воды с удельным сопротивлением не менее 15 мОм∙см производится одновременно при непрерывном перемешивании и охлаждении пульпы. Скорость загрузки хлорида 5-9 л/час, деионизованной воды 35-63 л/час.

Пульпа непрерывно разгружается на один из вакуум-фильтров. Каждая полученная партия двуокиси на фильтре соответствует 20-25 л загруженного ректификата. Двуокись германия на фильтре промывается деионизованной водой и спиртом. После промывки двуокись подсушивается на фильтре с помощью вакуума в течение 2-2,5 часов. Двуокись снимается с фильтра, опробуется и анализируется на массовую долю влаги, потерь при прокаливании хлора.

Двуокись, предназначенная для восстановления, затаривается в гранитовые лодочки по 1800-2000 г и передается на передел. Свежеприготовленная двуокись с влагой не более 1,2-2,0 %, предназначенная для получения товарной продукции, выдерживается не менее 30 суток для "Старения" ее с целью перевода кристаллизационной (связанной) влаги в гигроскопическую (свободную), выдержанная двуокись подвергается дополнительной пересушке на вакуум-фильтре. Пересушка производится в течение 12-16 часов.

1.5 Восстановление диоксида германия

Назначение - получение поликристаллического германия. Осуществляется в трубчатых печах с двумя температурными зонами: зона восстановления - температура 680-800°С, зона плавления - температура 1050-1100°С (рисунок 1.8).

Восстановление ведется в среде водорода, избыток его сжигается на выходе из печи под вытяжным зонтом. Жидкие продукты реакции собираются в специальную емкость-барботер, растворы из барботера периодически передаются на осаждение. Водород подается навстречу движению лодочек под давлением не менее 0,3 атм. Расход водорода при проведении процесса 0,9-1,0 м/час на каждой трубе. В качестве рабочих контейнеров используются лодочки длиной 500 мм из графита. Скорость движения лодочек в трубе 2-3 мм/мин. Единовременная загрузка двуокиси в лодочку 1700-2000 г. Загрузка и выгрузка печи производится периодически с интервалом в 4 часа.

В зоне восстановления диоксида германия, взаимодействуя с газообразным водородом, восстанавливается до металлического германия по реакциям

₂ + H₂ = GeO + H₂O, (1.13)+ H₂ = Ge + H₂O. (1.14)

Суммарная реакция

₂ + 2H₂ = Ge + 2H₂O. (1.15)

Восстановленный германий расплавляется, подвергается направленной кристаллизации, охлаждается и выгружается из печи.

Полученный слиток поликристаллического германия является конечным продуктом гидрометаллургического участка. Слитки восстановленного германия передаются на измерение удельного сопротивления. На каждом слитке наносят метки, разделяющие слиток на части с удельным сопротивлением выше 30 Ом∙см и ниже 5 Ом∙см.

В случае если часть королька с удельным сопротивлением менее 5 Ом∙см составляет только металлургический "выпор", метки не наносятся. Корольки разрезают на части с удельным сопротивлением выше 30 Ом∙см и ниже 30 Ом∙см. Части с удельным сопротивлением выше 30 Ом∙см направляются на зонную очистку. Остальные части возвращаются на гидрометаллургический участок: с удельным сопротивлением менее 5 Ом∙см на хлорирование; от 5 до 30 Ом∙см - на направленную кристаллизацию.

Направленная кристаллизация проводится в специально выделенной трубе при тех же температурных режимах, что и процесс восстановления, но при уменьшенном расходе водорода - 0,3 мі/час.

Загрузка предварительно протравленного материала в одну лодочку составляет 1100-1300 г.

Части слитков, полученных после направленной кристаллизации, с удельным сопротивлением менее 30 Ом∙см направляются на хлорирование, выше

Ом∙см на предварительную зонную очистку.

1.6 Зонная очистка

Назначение - металлургическая очистка германия путем многократной перекристаллизации с получением зонноочищенного поликристаллического германия (рисунок 1.9).

Готовая продукция:

корольки восстановления с удельным сопротивлением выше 30 Ом∙см;

германий зонноочищенный после предварительной зонной очистки с удельным сопротивлением более 47 Ом∙см;

остатки слитков с удельным сопротивлением выше 1 Ом∙см;

германий оборотный.

Очистка основана на различной растворимости примесей в твердой и соприкасающейся с ней жидкой фазах.

Процесс зонной очистки осуществляется на многотрубных установках с подвижными индукторами, питаемыми от высокочастотных генераторов и заключается в многократном перемещении узких участков расплавленной зоны вдоль слитка.

При этом, примеси с низким коэффициентом распределения оттесняются к концу слитка. Зонная очистка проводится в атмосфере проточного водорода, который сжигается на выходе из печи. Давление водорода в линии должно быть не менее 0,2 атм.

В случае очистки "голов" зонных слитков, имеющих повышение содержание германия, два прохода проводятся в атмосфере аргона, остальные четыре в атмосфере водорода. Цель такой обработки - ошлакование германия кислородом, содержащимся в аргоне.

Скорость перемещения расплавленной зоны 4-5 мм/мин. Ширина расплавленной зоны на первом проходе до 150 мм, на остальных 80-100 мм. Число проходов на многотрубных печах - пять, в исключительных случаях количество проходов сокращается до четырех или увеличивается до шести.

Германий, в зависимости от вида легирующих примесей, перерабатывается на зонной очистке отдельными потоками с закреплением лодочек за каждым потоком согласно схеме технологических потоков германия на зонной очистке.

1.7 Выращивание монокристаллов

Назначение - получение монокристаллического германия с определенными электрофизическими параметрами.

Исходное сырье:

германий зонноочищенный протравленный, однородного типа проводимости с удельным сопротивлением выше 47 Ом∙см при температуре 20°С;

для выращивания монокристаллов германий зонноочищенный от корольков восстановления с удельным сопротивлением 47 Ом∙см при 20°С и 200 Ом∙см при температуре 60°С;

обороты выращивания протравленные (лепешки, обрезки монокристаллов);

легирующие добавки: германий-сурьма, германий-галлий, фосфор;

затравки монокристаллические протравленные, ориентированные в требуемом кристаллографическом направлении с точностью ± 1°С.

Заготовки, из которых вырезаются затравки, не должны содержать дислокаций более 2∙10⁴ см^-2, малоугловых границ и скоплений дислокаций.

Выращивание монокристаллов германия осуществляется в печах типа Редмет-1, 4, 8, 10.

На процесс и результаты выращивания оказывают влияние следующие основные факторы: температура расплава, скорость выращивания к ее стабильности, отсутствие вибраций узлов печи, скорость вращения затравки и тигля, степень предварительного вакуумирования, давление инертного газа в печи.

Процесс выращивания проводят из расплава германия в атмосфере аргона на монокристаллическую затравку. Подготовленную загрузку германия массой 2-8 кг и легирующую добавку с помощью беззольных фильтров помещают в тигель. Печь закрывают, вакуумируют до давления 1∙10 мм рт. ст (натекание не более 10 микрон/мин), затем печь заполняют аргоном до давления 0,05 атм. При плавлении давление возрастает. Необходимо следить, чтобы оно было в пределах 0,2 атм.

После расплавления металла включают вращение тигля и затравки. Скорость вращения тигля и затравки задаются отдельно для каждой марки в пределах: тигля 3-18 об. /мин., затравки 20-100 об. /мин., скорость подъема программируется от 2,4 до 0,8 мм/мин., или поддерживается постоянной в пределах 0,2-2,3 мм/минут.

Для выращивания монокристалла затравку опускают в расплав на 1-2 мм, подплавляют, включают механизм подъема затравки и слиток плавно выводят на диаметр нужной величины. В конце процесса кристалл отрывают от расплава и поднимают на расстояние 2-3 см от уровня расплава.

Монокристалл выгружают из печи не ранее, чем через 5 часов после отключения нагрева печи. Через девять плавок или по мере загружения лепешку выгружают и травят. После 25 плавок лепешку от получения рядовых марок выводят из процесса на зонную очистку.

Далее будет рассмотрена разработка АСУ процессом очистки технического тетрахлорида германия (ТХГ) дистилляцией.

2. Автоматизация процесса дистилляции тетрахлорида германия

2.1 Описание куба-испарителя как объекта управления

Любой производственный процесс это последовательность смены состояний технологических операций во времени, определяемая входными и выходными переменными. Для технологических процессов входными переменными являются физические параметры входных потоков сырья или исходных продуктов, а также параметры различных физико-химических воздействий окружающей среды.

Управляющими воздействиями для производственного процесса являются управляемые изменения расходов материальных и энергетических потоков.

На рисунке 2.1 представлен куб-испаритель как объект управления с входными и выходными параметрами, возмущающими воздействиями.

Входные параметры:

уровень в кубе-испарителе;

уровень в напорной емкости;

уровень в емкости накопителе ТХГ технического;

уровень в приемной емкости;

уровень в холодильнике.

Выходные параметры:

расход ТХГ очищенного;

температура в кубе-испарителе.

Возмущающие воздействия:

расход оборотной воды;

уровень заглубления электродов.

Основным параметром, характеризующим технологический процесс и определяющим выходные показатели, является температура ТХГ в кубе-испарителе. [4]

2.2 Выбор и обоснование контролируемых и регулируемых параметров

Контролю подлежат технологические параметры, по которым можно наиболее полно оценить правильность протекания технологического процесса дистилляции тетрахлорида германия.

При выборе контролируемых величин необходимо руководствоваться тем, чтобы при минимальном их числе обеспечивалось наиболее полное представление о процессе. Контролю подлежат, прежде всего, те параметры, текущие значения которых облегчают ведение технологического процесса.

Анализ технологического процесса дистилляции тетрахлорида германия позволяет определить основные контролируемые и регулируемые параметры.

Контролируемыми параметрами являются:

уровень в кубе-испарителе;

расход оборотной воды;

расход очищенного ТХГ.

Регулируемыми параметрами являются:

температура в кубе-испарителе;

расход ТХГ в емкость-накопитель;

расход хлора в куб-испаритель;

уровень ТХГ в емкости накопителе;

уровень ТХГ в напорной емкости;

уровень ТХГ в холодильнике;

уровень ТХГ в приемной емкости.

Регулирование температуры ТХГ необходимо для того, чтобы знать, достаточно ли разогрет ТХГ. Температура ТХГ должна поддерживаться около 110 °С, так как при низкой температуре ТХГ будет плохо очищен, следовательно, необходимо будет повторять дистилляцию, а это ведет к дополнительным затратам электроэнергии. Повышенное напряжение электродов приведет к повышению температуры, что, в свою очередь, приведет к перегреву ТХГ и перерасходу энергии.

Для того, чтобы не происходил нагрев стаканов электродов и нагрев холодильника, предусмотрен контроль расхода оборотной воды на охлаждение электродов и конденсацию паров тетрахлорида германия.

Контроль расхода очищенного ТХГ необходим для наблюдения за подачей на экстракцию.

Регулирование уровней сред необходимо для предотвращения возможности переполнения емкостей выше установленной нормы.

2.3 Выбор и обоснование приборов и средств автоматизации для АСУ ТП дистилляции тетрахлорида германия

Выбор датчиков и преобразователей для систем автоматического контроля и регулирования определяется:

пределами и необходимой точностью измерений;

условиями работы (запыленностью, наличие агрессивных сред и т.д.);

экономическими обоснованиями.

Для измерения температуры в кубе-испарителе используем термопреобразователь ТСМУ 205 [5] Термопреобразователи с унифицированным выходным сигналом предназначены для преобразования значения температуры различных (как нейтральных, так и агрессивных) сред в унифицированный токовый выходной сигнал 4-20мА, 0-5 мА. Чувствительный элемент первичного термопреобразователя и встроенный в головку датчика измерительный преобразователь (ИП), в виде герметичной "таблетки", преобразует измеряемую температуру в унифицированный токовый выходной сигнал, что дает возможность построения систем АСУТП без применения дополнительных нормирующих преобразователей.

Технические характеристики датчика:

диапазон измеряемых температур от минус 50 до 150°С;

класс точности 0,25 и 0,5;

защитная арматура, контактирующая с измеряемой средой сталь 12х18н10т;

вид климатического исполнения по ГОСТ 12997 - С4;

рабочая температура окружающей среды от минус 50 до 70°С.

ТСМУ 205 показан на рисунке 2.2.

Для измерения мощности нагревателя применяем тиристорный преобразователь напряжения ПН ТТЕ-250 [6]. Преобразователи переменного напряжения тиристорные ПН-ТТ предназначены для регулирования напряжения на активной, активно-индуктивной и индуктивной нагрузках. Преобразователи также предназначены для работы в режиме "включено-выключено" с плавным стартом на заранее установленный уровень напряжения. ПН-ТТ применяется как регулируемый источник электропитания для обеспечения заданной температуры электропечей сопротивления, а также для других потребителей, требующих регулируемое входное напряжение.

Преобразователи обеспечивают при включении плавное нарастание выходного напряжения в течении 0,2 или 1,4 с.

Технические характеристики преобразователя:

номинальный ток 250 А;

номинальное напряжение питающей сети 380 В;

номинальное выходное напряжение 340 В;

номинальная выходная частота 50 ±2,5 Гц;

внешние управляющие сигналы: ток 0-5 мА, напряжение 0-10 В.

Преобразователь имеет следующие защиты:

от перегрева тиристоров;

от перегрузки по току;

защита тиристоров от короткого замыкания.

ПН ТТЕ-250 представлен на рисунке 2.3.

Для измерения уровня в кубе-испарителе, емкости накопителе ТХГ, в напорной емкости, в холодильнике и приемной емкости применяем ультразвуковой уровнемер Rosemount 3101 [7]. Ультразвуковые уровнемеры Rosemount серии 3101 предназначены для обеспечения непрерывного измерения уровня жидкости и расстояния до поверхности жидкости.

Технические характеристики уровнемера:

измеряемые среды: жидкие (нефть, темные и светлые нефтепродукты, вода, водные растворы, сжиженный газ, кислоты, щелочи, растворители, алкогольные напитки и др.);

диапазон измерений: от 0,3 до 8 м;

наличие взрывозащищенного исполнения;

погрешность измерения ± 5 мм;

обновление показаний: 1 раз в секунду;

заземление не требуется;

выходной сигнал аналоговый 4-20 мА.

Его особенностью являются:

недорогое и надёжное решение для непрерывного измерения уровня;

простой ввод в эксплуатацию и использование;

отсутствие движущихся частей и частей, контактирующих со средой;

минимальное время простоев;

наличие встроенного дисплея и кнопок для конфигурирования в стандартной комплектации.3101 показан на рисунке 2.4.

Для измерения расхода ТХГ в емкость накопитель, расхода ТХГ очищенного и расхода хлора в куб-испаритель применяем ультразвуковой счетчик-расходомер Расход-7 [8]. Он предназначен для измерения мгновенного и суммарного расходов воды, а также других однофазных жидкостей (нефти, нефтепродуктов, бензина, кислот, щелочей и т.п.). Расход-7 не имеет подвижных изнашивающихся частей, не перекрывает сечения трубопровода, мгновенно реагирует на изменение расхода, имеет высокие метрологические показатели, надежен и удобен в эксплуатации, имеет различные выходные сигналы, легко сопрягаемые с современной вычислительной техникой. Счетчик снабжен устройством автономного контроля сбоя в работе прибора. Его показания не зависят от параметров измеряемой среды. Счетчик состоит из прибора измерительного и преобразователя расхода.

Техническая характеристика расходомера:

условные диаметры трубопровода 10-1400мм;

максимальная допустимая погрешность при кратности диапазона расхода 1: 10 не более 1 %;

максимальная допустимая погрешность при кратности диапазона расхода 1: 2 не более 0,5 %;

температура измеряемой жидкости от 40 до 80°С;

исполнение искробезопасное;

масса не более 10 кг;

потребляемая мощность не более 50 Вт;

выходной сигнал аналоговый 0-5 мА (не нормирован).

Расход-7 показан на рисунке 2.5.

Для измерения расхода оборотной воды поступающей на охлаждение головок электрода и в холодильник выбираем камерную диафрагму ДКС 0,6-50 диаметром 50 мм на условное давление 0,6 МПа (рисунок 2.6), которая работает вместе с измерительным преобразователем расхода Метран 49-ДД (рисунок 2.7), на выходе которого формируется выходной унифицированный сигнал 0-5мА.

В качестве исполнительного механизма выбираем МЭО 16/25, где 16 - номинальный крутящий момент на выходном валу, Н·м; 25 - номинальное время полного хода выходного вала.

В качестве пускателя выбираем ПБР-2М, так как в соответствии с документацией к выбранному исполнительному механизму МЭО 16/25 рекомендуемым управляющим устройством является ПБР-2М. У данного пускателя питание осуществляется однофазной сетью переменного тока напряжением 220 В и частотой 50 Гц. Максимальный коммутируемый ток составляет 4 А, потребляемая мощность - 10 В·А. Входной сигнал постоянного тока 24±6 В; входное сопротивление пускателя не менее 752 Ом.

В качестве регулирующего клапана выбираем КМР-50. Конструкция клапана превосходит основные типы устаревших клапанов по ряду показателей:

точности и плавности регулирования;

отсутствию перепада давления на направляющей втулке;

высокой устойчивостью к загрязненных средам;

расширенному диапазону регулирования;

устойчивостью к автоколебаниям

возможностью монтажа клапана в любом положении относительно вертикали и др.

2.4 Выбор микропроцессорного контроллера для АСУ ТП дистилляции тетрахлорида германия

До последнего времени роль контроллеров в АСУ ТП в основном исполняли PLC (Programmable Logic Controller - программируемые логические контроллеры) зарубежного и отечественного производства. Наиболее популярны в нашей стране PLC таких зарубежных производителей, как Allen-Braidly, Siemens, ABB, Modicon, а также отечественные модели: "Ломиконт", "Ремиконт", "Микродат", "Эмикон" и др.

В связи с бурным ростом производства миниатюрных РС-совместимых компьютеров последние все чаще стали использовать в качестве контроллеров.

Первое и главное преимущество РС-контроллеров связано с их открытостью, позволяющей применять в АСУ оборудование разных фирм. Теперь пользователь не привязан к конкретному производителю.

Второе важное преимущество их заключается в более "родственных" связях с компьютерами верхнего уровня. В результате не требуются дополнительные затраты на подготовку персонала.

Третье преимущество − более высокая надежность. Обычно различают физическую и программную надежность контроллеров. Под физической надежностью понимают способность аппаратуры устойчиво функционировать в условиях окружающей среды промышленного цеха и противостоять ее вредному воздействию. Под программной понимается способность программного обеспечения устойчиво функционировать в ситуациях, требующих реакции в заданное время. Программная надежность определяется в первую очередь степенью отлаженности программного обеспечения. Поскольку в большинстве РС-контроллеров используются коммерческие широко распространенные и хорошо отлаженные операционные системы (Windows, Unix, Linux, QNX и др.), программная надежность PC выше, чем у PLC. Операционные системы контроллеров должны удовлетворять не только требованиям открытости, но и требованиям работы в режиме реального времени, быть компактными и иметь возможность запуска из ПЗУ или флеш-памяти. Для автоматизации процесса дистилляции тетрахлорида германия необходимо подключить 10 датчиков к модулю аналогового входа, 1 датчик к модулю аналогового выхода, 7 пускателей к модулю дискретного выхода, 6 сигналов с исполнительных механизмов (ИМ) о местоположении регулирующего органа (РО) к дискретному входу. В качестве микропроцессорного контроллера для управления технологическим процессом дистилляции тетрахлорида германия выбираем Simatic S7-300 компании SIEMENS (рисунок 2.8) [9].S7-300 - это модульный программируемый контроллер для решения задач автоматизации низкого и среднего уровня сложности. Контроллер Simatic S7-300 обладает широким спектром модулей для максимальной адаптации к требованиям решаемой задачи. Особенностью Simatic S7-300 является использование распределенных структур ввода-вывода и простое включение в сетевые конфигурации. Удобная конструкция контроллера позволяет работать с естественным охлаждением. Simatic S7-300 не только обладает высокой мощностью благодаря наличию большого количества встроенных функций, также при модернизации добавляются дополнительные функциональные возможности.

Для нашего процесса необходимо наличие следующих модулей:

модуль центрального процессора (CPU). В зависимости от степени сложности решаемой задачи в контроллерах могут быть использованы различные типы центральных процессоров, отличающихся производительностью, объемом памяти, наличием или отсутствием встроенных входов-выходов и специальных функций, количеством и видом встроенных коммуникационных интерфейсов и т.д. Для нашего процесса оптимальным является процессор CPU 314, который управляет системой управления средней степени сложности со скоростной обработкой;

модуль блока питания (PS 307), обеспечивающий возможность питания контроллера от сети переменного тока напряжением 120/230 В или от источника постоянного тока напряжением 24/48/60/110 В;

коммуникационный процессор (CP 342-5) - интеллектуальный модуль, выполняющий автономную обработку коммуникационных задач в промышленных сетях AS-Interface, PROFIBUS, Industrial Ethernet, PROFINET и системах PtP связи;

функциональный модуль (FM 355S) - интеллектуальный модуль, оснащенный встроенным микропроцессором и способный выполнять задачи автоматического регулирования, взвешивания, позиционирования, скоростного счета, управления перемещением и т.д. Целый ряд функциональных модулей способен продолжать выполнение возложенных на них задач даже в случае остановки центрального процессора;

модуль ввода аналоговых сигналов SM 331, к которому возможно подключить до 10 датчиков (с учетом резерва нам необходимо место под 11 датчиков, поэтому необходимо два модуля);

модуль вывода аналоговых сигналов SM 332, к которому возможно подключить до 10 датчиков (с учетом резерва нам необходимо место под 2 датчика);

модуль вывода дискретных сигналов SM 322, к которому возможно подключить до 10 устройств (с учетом резерва нам необходимо место под 8 устройств);

модуль ввода дискретных сигналов SM 321, к которому возможно подключить до 10 датчиков (с учетом резерва нам необходимо подключить 7 устройств.)

Конструкция контроллера отличается высокой гибкостью и удобством обслуживания:

все модули устанавливаются на профильную шину S7-300 и фиксируются в рабочих положениях винтами. Объединение модулей в единую систему выполняется с помощью шинных соединителей (входят в комплект поставки каждого модуля), устанавливаемых на тыльную часть корпуса;

произвольный порядок размещения модулей в монтажных стойках. Фиксированные посадочные места занимают только модули PS, CPU и IM;

наличие съемных фронтальных соединителей, позволяющих производить быструю замену модулей без демонтажа их внешних цепей и упрощающих выполнение операций подключения внешних цепей модулей. Механическое кодирование фронтальных соединителей исключает возможность возникновения ошибок при замене модулей;

применение гибких и модульных соединителей TOP Connect, существенно упрощающих выполнение монтажных работ и снижающих время их выполнения.

Все модули, используемые в данном процессе, приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Перечень выбранных составных модулей микропроцессорного контроллера Simatic S7-300

Позиция	Наименование	Кол.
6ES7321-1BH02-0AA0	Модули ввода дискретных сигналов SM 321	1
6ES7 322-1BF01-0AA0	Модули вывода дискретных сигналов SM 322	1
6ES7 331-7HF01-0AB0	Модули ввода аналоговых сигналов SM 331	2
6ES7 332-5HB01-0AB0	Модули вывода аналоговых сигналов SM 332	1
6ES7 314-3XL04-0AB0	Центральные процессоры CPU 314	1
6ES7 335-1VS00-0AE0	Функциональный модуль FM 335	1
6ES7 307-ODA01-0AA0	Блок питания PS 307	1
6GK7 342-5EX20-OXEO	Коммуникационный процессор CP 342-5	1

Все модули установлены в щит шкафного исполнения TS 8 1800x1800x600 RAL 7035.

Программирование контроллера осуществляют с помощью поставляемой в комплекте с контроллером программы Simatic STEP 7. С помощью этой программы выполняется комплекс работ по созданию и обслуживанию систем автоматизации на основе программируемых логических контроллеров (ПЛК) Simatic S7-300 и Simatic S7-400 фирмы Siemens. В первую очередь это работы по программированию контроллеров. На ПЛК возложена задача сбора сигналов от датчиков и их обработки по прикладной программе пользователя с выдачей управляющих сигналов на исполнительные устройства. В основе работы лежит концепция проекта, под которым понимается комплексное решение задачи автоматизации, включая несколько взаимосвязанных контроллеров, соединяющие их сети и системы человеко-машинного интерфейса. Работу с проектом в целом обеспечивает главная утилита STEP 7 - Simatic Manager. STEP 7 позволяет производить конфигурирование программируемых логических контроллеров и сетей (утилиты HWConfig и NetPro). В процессе конфигурирования определяется состав оборудования в целом, разбиение на модули, способы подключения, используемые сети, выбираются настройки для используемых модулей. Система проверяет правильность использования и подключения отдельных компонент. Завершается конфигурирование загрузкой выбранной конфигурации в оборудование, что по сущности является настройкой оборудования. Утилиты конфигурирования позволяют осуществлять диагностику оборудования, обнаруживать аппаратные ошибки или неправильный монтаж оборудования. Программирование контроллеров производится редактором программ, обеспечивающим написание программ на трех языках:- язык релейно-контактной логики;- язык функциональных блочных диаграмм;- язык списка инструкций.

В дополнение к трем основным языкам могут быть добавлены четыре дополнительные языка, поставляемые отдельно:- структурированный язык управления, по синтаксису близкий к Pascal;7 - язык управления последовательными технологическими процессами;7 - язык управления на основе графа состояний системы;- постоянные функциональные схемы.

Возможность наблюдения за текущим состоянием программы, доступное при использовании любого языка программирования, обеспечивает не только отладку программного обеспечения, но и поиск неисправностей в подключаемом оборудовании, даже если оно не имеет средств диагностики. В проект STEP 7 могут быть, включены системы человеко-машинного интерфейса (ЧМИ), например, операторские панели, конфигурируемые с помощью производимого Siemens программного обеспечения ProTool или WinCC Flexible, или персональный компьютер с программным обеспечением WinCC. Интеграция проектов для ЧМИ в проект STEP 7 облегчает автоматическое связывание проектов для контроллера и операторского интерфейса, ускоряет проектирование и позволяет избежать ошибок, связанных с раздельным использованием программ. В полной мере эти преимущества проявляются при использовании системы проектирования PCS7, в основе которой также используется STEP 7.

Решение данной задачи возможно лишь после установки цели оптимизации в форме критерия оптимальности. Рассмотрим способы построения критериев применительно к задаче выбора ЭВМ.

Для ЭВМ, работающей в системе управления, таким критерием должен быть показатель, позволяющий решать задачи управления наиболее эффективно.

Эффективные устройства - устройства удовлетворяющие следующим требованиям:

полностью и в установленные сроки выполняют стоящие перед ними задачи (степень соответствия данному требованию называют технической эффективностью);

стоимость создания и их эксплуатации меньше стоимости получаемого с их помощью продукта или услуг за определенный промежуток времени (степень соответствия данному требованию называют экономической эффективностью).

Объединение в одном показателе показателей как технической, так и экономической эффективности, называется технико-экономической эффективностью устройства. В общем случае устройство будет лучше, если критерий оценки ее технико-экономической эффективности выше.

Существуют различные способы построения критериев оценки эффективности технических устройств. Критерии эффективности можно разделить на обобщенные и частные.

Обобщенные критерии эффективности - критерии, в которых учитываются все основные показатели технического устройства или один из главных для проводимого исследования показатель.

Частные критерии эффективности - критерии, в которых учитываются лишь некоторые показатели, отражающие отдельные свойства (характеристики) устройства.

Как обобщенные, так и частные критерии эффективности могут строиться в форме оптимизации одного или комбинации нескольких параметров (показателей), принятых для оценки эффективности устройства. В первом случае показатель называется однофакторным, во втором - многофакторным.

Выбор машины осуществляется из группы ЭВМ, полностью удовлетворяющих всем требованиям системы:

способ последовательного повышения разрешающей способности критерия;

выбор по критерию максимального удовлетворения заданным требованиям группой параметров.

Первый критерий выбора называют нормальным, второй - инверсным. Если существуют типы ЭВМ, удовлетворяющие лишь части требований, предъявляемых системой к устройствам управления, необходимо либо изменить алгоритм или структуру системы, либо приступить к разработке новой ЭВМ.

Техническими характеристиками ЭВМ называют специальные характеристики, позволяющие производить количественную оценку схемных и конструктивных особенностей построения и работы машины. Технические характеристики определяются в процессе проектирования, отработки и опытной эксплуатации устройства. Как правило, технические характеристики машин в процессе эксплуатации не изменяются.

Основными техническими характеристиками ЭВМ принято считать:

используемую систему счисления;

адресность;

систему команд;

емкость памяти;

временные параметры работы основного блока ЭВМ;

разрядность основных устройств;

характеристику устройств связи машины с объектом;

характеристику надежности.

Обычно выбор ЭВМ наиболее целесообразно производить по критерию минимума суммы приведенных капитальных и эксплуатационных затрат при выполнении ограничений на характеристики качества решения задач.

Учитывая все перечисленные требования и критерии выбираем IBM-совместимый компьютер с процессором типа Phenom X4 Quad-Core-9600 MHz, оперативной памятью DDR3-PC8500-1033MHz объемом 4 Гб, видеоадаптером GeForce 9800 GX2 512bit.

2.6 Описание функциональной схемы автоматизации процесса дистилляции тетрахлорида германия

На функциональной схеме автоматизации (СФУ ИЦММ ДП - 220301.65 - АМЦ 06860 А2) изображен процесс дистилляции тетрахлорида германия с соответствующими приборами и средствами автоматизации его регулирования.

Для контроля и регулирования температуры в кубе-испарителе применяется термопреобразователь сопротивления ТСМУ 205 (поз.1-1, 1-2), в котором значение температуры преобразуется в выходной унифицированный токовый сигнал 0-5 мА. Далее сигнал поступает на аналоговый вход контроллера и на ЭВМ. Затем сигнал с ЭВМ подается на аналоговый выход контроллера и затем на тиристорный преобразователь ПН ТТЕ-250 (позиция 1-3). ПН ТТ-250 преобразует сигнал с контроллера в необходимое напряжение и далее подает его на электроды для поддержания температуры в кубе-испарителе.

Для контроля уровня в кубе-испарителе применяется ультразвуковой уровнемер Rosemount 3101 (поз.2-1). Ультразвуковые импульсы излучаются уровнемером и отражаются от поверхности жидкости. Уровнемер улавливает отраженные эхо-сигналы и измеряет временной интервал между моментом излучения и приема отраженного сигнала. На основании полученного временного интервала рассчитывается расстояние до поверхности жидкости. Результаты измерения выводятся в виде токового сигнала 0-5 мА, который подается на аналоговый вход контроллера и на ЭВМ.

Контроль и регулирование расхода ТХГ в емкость накопитель и хлора в куб-испаритель производится одинаковыми датчиками. Для контроля и регулирования расхода применяется ультразвуковой счетчик-расходомер Расход-7 (поз. 3-1, 7-1). Затем сигнал поступает на преобразователь расхода, поставляемый в комплекте со счетчиком (поз.3-2, 7-2), затем на аналоговый вход контроллера и на ЭВМ. Контроллер вырабатывает управляющее воздействие, которое через пускатель бесконтактный реверсивный ПБР-2М (3-3, 7-3) запускает исполнительный механизм МЭО 16/25 (позиции 3-4, 7-4), управляющий клапаном регулирующим КМР-50 (позиции 3-5, 7-4). Исполнительным механизмом формируется информационный сигнал о положении рабочего (регулирующего) органа и поступает на дискретный вход контроллера.

Контроль и регулирование уровня в емкости накопителе в напорной емкости, в холодильнике и в приемной емкости производится одинаковыми датчиками. Для измерения уровней применяются ультразвуковые уровнемеры Rosemount 3101 (позиция 4-1, 6-1, 8-1, 9-1). Результаты измерения выводятся в виде токового сигнала 0-5 мА и подаются на аналоговый вход контроллера и на ЭВМ. Далее контроллер вырабатывает управляющее воздействие, которое через пускатель бесконтактный реверсивный ПБР-2М (позиции 4-2, 6-2, 8-2, 9-2) запускает исполнительный механизм МЭО 16/25 (позиции 4-3, 6-3, 8-3, 9-3), управляющий клапаном регулирующим КМР-50 (позиции 4-4, 6-4, 8-4, 9-4). Исполнительным механизмом формируется информационный сигнал о положении рабочего (регулирующего) органа и поступает на дискретный вход контроллера.

Для контроля расхода очищенного ТХГ применяется ультразвуковой счетчик-расходомер Расход-7 (позиция 10-1). С измерительного прибора сигнал поступает на преобразователь расхода (позиция 10-2), на аналоговый вход контроллера и на ЭВМ.

Для контроля расхода оборотной воды поступающей на охлаждение головок электрода и в холодильник применяется камерная диафрагма ДКС 0,6-50 (позиция 11-1). Далее сигнал поступает на измерительный преобразователь расхода Метран 49-ДД (позиция 11-2). Затем унифицированный сигнал с выхода преобразователя поступает на аналоговый вход контроллера и на ЭВМ.

2.7 Структура АСУ ТП дистилляции тетрахлорида германия

Для предприятий металлургической промышленности характерны специфические особенности. Здесь преобладают в основном непрерывные и непрерывно-дискретные технологические процессы. Основная их цель - обеспечение стандартного качества продукции при максимально возможной производительности.

Под структурной (конструкторской) АСУ ТП понимают совокупность частей (элементов) системы, на которые ее можно разбить по определенным признакам, и путей передачи сигналов между ними.

Автоматизация технологических процессов является одним из решающих факторов повышения производительности и улучшения условий труда. Все существующие и строящиеся промышленные объекты в той или иной степени оснащаются средствами автоматизации.

Структурная схема АСУ ТП дистилляции представлена на рисунке 2.9.

Автоматизированную систему управления технологическим процессом (АСУ ТП) дистилляции тетрахлорида германия по логике построения можно разделить на два основных уровня:

нижний уровень - уровень реализации задачи на базе промышленных контроллеров (PLC), датчиков, преобразователей, пусковой аппаратуры, исполнительных механизмов, регулирующих органов;

На нижнем уровне система решает следующие основные задачи:

сбор первичной информации о ходе технологического процесса;

анализ собранной информации;

отработка логики технологического процесса с учетом всех современных требований;

выдача управляющих воздействий на исполнительные устройства.

На верхнем уровне система решает другие задачи:

визуализация основных технологических параметров (состояние исполнительных органов, уровни в емкостях, температура в кубе-испарителе и т.д.);

архивирование параметров процесса дистилляции тетрахлорида германия;

выдача команд на воздействие регулирующих органов исполнительным механизмам;

выдача команд на изменение параметров внешних воздействий.

В соответствии с задачами, стоящими перед каждым уровнем системы, используются специфические и узконаправленные программные продукты, реализующие эти функции.

Для решения задач нижнего уровня используется ISaGRAF - программный продукт фирмы CJ International. Этот программный продукт реализует все пять языков программирования, заданных международным стандартом МЭК 1131-1 для программирования промышленных контроллеров. Данный программный продукт признан в мире одним из лучших для задач промышленной автоматики.

Для разработки верхнего уровня используем программный комплекс Genesis-32. Данный программный продукт предназначен для разработки, настройки и запуска в реальном времени систем управления технологическими процессами.

Физической средой, связывающей верхний и нижний уровни, является Profibus, общепризнанный протокол для задач такого уровня.

Программной средой, обеспечивающей связь верхнего и нижнего уровня, является OPC сервер.

На рисунке 2.10 представлена мнемосхема процесса дистилляции тетрахлорида германия, выполненная в GENESIS-32.системы предназначены для мониторинга и диспетчерского контроля множества удаленных объектов или одного территориально распределенного объекта.

К основным задачам, решаемым SCADA-системами, относятся: обмен данными с УСО (устройством связи с контролируемым объектом); обработка информации по заданным алгоритмам; отображение информации на экране монитора в понятной для человека форме; ведение базы данных с технологической информацией; аварийная сигнализация и управление тревожными сообщениями;

При помощи приложения GraphWorX32 разработана мнемосхема процесса дистилляции тетрахлорида германия, предназначенная для визуализации процесса и оперативного диспетчерского управления на верхнем уровне.

С помощью приложения TrendWorX32 выполнено графическое представление контролируемых и регулируемых параметров АСУ ТП.отображает информацию об аварийных событиях. Имеется возможность просмотра сводок аварийных событий и действий персонала, как в текущий момент времени, так и за прошедшее время.

 

3. Специальная часть

В специальной части проекта выполнен расчет автоматической системы регулирования температуры в кубе-испарителе.

Расчет произведен при максимальном внешнем возмущающем воздействии DX_{вх. max} = 0,5 мА.

Показатели качества регулирования, определяемые технологическим процессом:

статическая ошибка, DТ_cт= 0;

максимальное динамическое отклонение, DТ₁ ≤ 3°С;

время регулирования, t_р ≤ 500 с;

переходной процесс с минимальным квадратичным интегральным показателем (min ∫y² dt).

3.1 Математическое описание объекта управления

Данные кривой разгона приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Исходные данные при А = 0,2 мА ХРО

t, c	0,0	67,5	135,0	180,0	270,0	360,0	405,0	450,0	495,0	540,0
∆T,°C	0,0	0,0	1,0	2,0	4,0	5,5	6,0	6,4	6,7	6,8

Построим график возмущающего воздействия (рисунок 3.1) и кривой разгона объекта (рисунок 3.2).

Находим единичную ∆T° (t) и нормированную ∆T^н (t) переходные функции

∆T° (t) = ∆T (t) /А, (3.1)

∆T^н (t) = ∆T° (t) /∆T° (T_у), (3.2)

где А - скачкообразное возмущающее воздействие, при котором снята переходная характеристика;

∆T° (T_у) - установившееся значение переходной характеристики.

Результаты расчетов сводим в таблицу 3.2.

Таблица 3.2 - Ординаты переходных функций

t, c	0	67,5	135,00	180,00	270,00	360,00	405,00	450,00	495,00	540,00
DТ (t),°C	0	0,0	1,00	2,00	4,00	5,50	6,00	6,40	6,70	6,80
DТ° (t),°C	0	0,0	5,00	10,00	20,00	27,50	30,00	32,00	33,50	34,25
DТн (t)	0	0,0	0,15	0,29	0,58	0,80	0,88	0,93	0,98	1,00

По данным таблицы 3.2 построены единичная и нормированная переходные характеристики (рисунок 3.3).

Определяем динамические характеристики объекта при аппроксимации его последовательным соединением апериодического звена и звена запаздывания.

. (3.3)

Находим величину коэффициента усиления объекта К_об

К_об =∆T° (t_y), (3.4)

К_об = 34,25°С/мА. (3.5)

По нормированной переходной характеристике (рисунок 3.3) определим время t_A и t_Б для DТ^н (t) = 0,1 и DТ^н (t) = 0,7 соответственно

_A = 120 - 67,5 = 52,5 с, t_Б = 315 - 67,5 = 247,5 с.

Теперь определим дополнительное запаздывание по формуле

, (3.6)

Находим общее запаздывание по формуле

τ_об = τ+τ_д, (3.7)

τ_об = 67,5+33,79=101,29 с.

Постоянная времени находится по формуле

Т_об = , (3.8)

.

Таким образом, подставив значения в формулу 3.3 передаточная функция объекта будет иметь вид

.

Для определения точности аппроксимации экспериментальной переходной функции решением дифференциального уравнения первого порядка с запаздывающим аргументом рассчитываем ординаты аппроксимирующей кривой

 (3.9)

Для нахождения среднеквадратической ошибки аппроксимации вычислим отношение

_а1 = { [ΔT^н (t) - ΔТ^н_а1 (t)] /ΔT^н (T_y) }². (3.10)

Результаты расчетов приведены в таблице 3.3, а аппроксимирующая кривая показана на рисунке 3.5.

Таблица 3.3 - Ординаты переходной функции.

t,c	0	67,5	135,00	180,00	270,00	360,00	405,00	450,00	495,00	540,00
DТн (t)	0	0,0	0,15	0,29	0,58	0,80	0,88	0,93	0,98	1,00
DТнап1 (t)	0	0,0	0,17	0,36	0,61	0,77	0,82	0,86	0,89	0,92
da1·10-3	0	0,0	0,07	4,23	0,78	1,37	3,36	5,63	7,71	7,23

Рассчитаем среднеквадратичную ошибку аппроксимации по формуле

, (3.11) δ = 5,5%

Так как ошибка аппроксимации больше допустимого значения 3 %, осуществляем аппроксимацию объекта последовательным соединением двух апериодических звеньев и звена запаздывания (решением дифференциального уравнения второго порядка с запаздывающим аргументом). Передаточная функция будет иметь вид

, (3.12)

где Т₁ и Т₂ - постоянные времени объекта.

Находим относительное время по формуле

, (3.13), .

По графику [10, рисунок 6.2] найдем значения T^*₁ и T^*₂ и определим действительные значения постоянных времени (T_1, T₂)

Т^*₁ = 0,32,Т^*₂ = 0,48.

Следовательно

Т₁ = Т^*₁·t₇, (3.14), Т₂ = Т^*₂·t₇. (3.15)

Подставив значения получаем

Т₁ = 0,32·247,5 = 79,2,Т₂ = 0,48·247,5 = 118,8.

Таким образом, передаточная функция объекта будет иметь вид

. (3.16)

Найдем координаты аппроксимирующей кривой по формуле

 (3.17)

Для нахождения среднеквадратической ошибки аппроксимации вычислим отношение

_а2 = { [ΔT^н (t) - ΔТ^н_а2 (t)] /ΔT^н (T_y) }². (3.18)

Результаты расчетов приведены в таблице 3.4, а аппроксимирующая кривая показана на рисунке 3.6.

Таблица 3.4 - Ординаты переходной функции

t,c	0	67,5	135,00	180,00	270,00	36,00	450,00	495,00	540,00
DТн (t)	0	0,0	0,15	0,29	0,58	0,80	0,93	0,98	1,00
DТнап2 (t)	0	0,0	0,15	0,32	0,61	0,79	0,89	0,93	0,95
da2·10-3	0	0,0	0,05	0,73	0,63	0,08	1,44	2,60	2,60

Рассчитаем среднеквадратичную ошибку аппроксимации по формуле

. (3.19), δ = 2,94 %.

Так как погрешность аппроксимация меньше 3%, окончательно принимаем передаточную функцию объекта в виде

. (3.20)

 

.2 Выбор типа регулятора для АСР температуры в кубе-испарителе

Исходными данными для определения настроек регулятора являются заданные показатели качества регулирования, определяемые технологическим процессом и параметры объекта управления

К_об =34,25,°С/мА, Т_об = 177,6 с, τ_об = 101,29 с.

Тип регулятора выбираем из таблицы [10, таблица 2.1] по отношению

_б/Т_об = 101,29/177,6 = 0,57.

В соответствии с этой таблицей выбираем регулятор непрерывного действия.

Рассчитываем динамический коэффициент регулирования по формуле

_д = y₁/ (К_об·ΔX_{вх. max}), (3.21)_д = 3/34,25·0,5 = 0,175.

По графику [10, рисунок 2.3] определяем, что R_д = 0,175 для требуемого вида переходного процесса, а именно, с минимальным квадратичным интегральным показателем, может обеспечить ПИД-регулятор.

По графику [10, рисунок 2.4] находим для ПИД-регулятора отношение

_p/τ_об = 10.

Откуда время регулирования

_р = 10∙τ_об,_р = 10·101,29 = 1012,9 с,

что больше допустимого времени регулирования t_р ≤ 500 с.

Несмотря на то, что полученное время регулирования превысило допустимое значение выбираем закон ПИД-регулирования, так как он является наиболее сложным законом регулирования.

Передаточная функция ПИД-регулятора имеет вид

, (3.22)

где К_р - коэффициент пропорциональности;

Т_и - постоянная времени интегрирования;

Т_д - постоянная времени дифференцирования

.3 Определение настроек регулятора для АСР температуры в кубе-испарителе

Расчёт настроек регулятора на практике обычно настройки определяют по приближённым формулам, а затем производят их уточнение.

Определим настройки ПИД-регулятора по приближённым формулам [10, таблица 2.2]

К_р = 1,4·Т_об/ (К_об·τ_об), (3.23)

Т_и = 1,3·τ_об, (3.24)

Т_д = 0,5·τ_об. (3.25)

Подставив значения получаем

К_р = 1,4·177,6/ (34,25·101,29) = 0,072 мА,

Т_и = 1,3·101,29 = 131,68 с,

Т_д = 0,5·101,29 = 50,65 с.

Для построения переходного процесса и определения оптимальных настроек регулятора используем ПП VisSim 3.0.

Для оптимизации необходимы начальные значения коэффициентов составляющих ПИД-закона регулирования

К_п = К_р, (3.26)

К_и = К_п/Т_и, (3.27)

К_д = К_п·Т_д (3.28)

Получаем

К_п = 0,072 мА,

К_и = 0,00055 с,

К_д = 3,65 с.

Переходной процесс с рассчитанными настройками ПИД-регулятора изображен на рисунке 3.7.

Далее проводим оптимизацию. После проведения оптимизации переходной процесс принимает вид, приведенный на рисунке 3.8.

В результате проведения оптимизации процесса были получены следующие оптимальные настройки регулятора

К_п = 0,0956; Т_и = 0,0956/0,00080784 = 118,3 с;

Т_д = 4,95/0,0956 = 51,778 с.

Из графика переходного процесса (рисунок 3.8) видим, что при найденных настройках регулятора время переходного процесса равно 500 с (учитывая коридор равный 0,04°С) и максимальное динамическое отклонение менее 3°С, что удовлетворяет заданным показателям качества регулирования процесса.

3.4 Исследование устойчивости системы

Исследуем устойчивость системы регулирования температуры в кубе-испарителе определим запасы устойчивости системы по модулю и по фазе, используя частотный критерий Найквиста.

Для этого рассчитаем АФЧХ объекта и регулятора, которые получают подстановкой p = jω в передаточные функции (3.20) и (3.22).

Передаточная функция объекта примет вид

.

Для начала определим АФХ объекта без учета запаздывания

.

Разделим выражение W_о (jω) на вещественную и мнимую части. Для этого умножим числитель и знаменатель W_о (jω) на комплексно-сопряженное знаменателю выражение

Выражения для вещественной P_o (ω) и мнимой Q_o (ω) частей равны

.

.

Учтем запаздывание в системе

_з (jω) = e^-jωτ = cos (ωτ) - jsin (ωτ) = P_з (ω) - jQ (ω). (3.29)

Тогда АФЧХ объекта будет

(jω) = W_о (jω) ·W_з (jω) = [Р_о (ω) + jQ_о (ω)] · [Р_з (ω) + jQ_з (ω)] = [Р_о (ω)

·Р_з (ω) - Q_о (ω) ·Q_з (ω)] +j [Q_о (ω) ·Р_з (ω) + Р_о (ω) ·Q_з (ω)]. (3.30)

Подставив выражения Р (ω), Q (ω), Р_з (ω),Q_з (ω), получим

Выразим действительную и мнимую части

,

.

Рассчитаем передаточную функцию регулятора

 

.

Выделим вещественную и мнимую части и подставим значения оптимальных настроек регулятора К_п = 0,0956, Т_и = 118,3, Т_д = 51,778, в результате получим

Р_р (ω) = К_п = 0,0956;_p (ω) = К_п· (Т_д·ω - 1/Т_и·ω),_p (ω) = 0,0956· (51,778_·ω - 1/118,3·ω) = 4,949·ω - 0,000808/ω.

Передаточную функцию разомкнутой системы получим как произведение передаточной функции объекта и регулятора

_раз (jω) = W_об (jω) ·W_р (jω) = [Р_об (jω) + jQ_об (ω)] · [Р_р (jω) + jQ_р (ω)]. (3.31)

Выделим вещественную и мнимую части

Задаваясь значениями частоты ω, находим числовые значения P_об (ω), Q_об (ω), P_р (ω), Q_р (ω), Р_раз (ω) и Q_раз (ω), данные сводим в таблицу 3.5.

Таблица 3.5 - Значения АФЧХ объекта, регулятора и разомкнутой АСР

ω,рад/с	0,000	0,010	0,040	0,060	0,186	0,262	0,312	0,411	0,487
Po (ω)	34,25	-10,397	1,227	0,829	0,104	-0,016	0,019	0,018	-0,003
Qo (ω)	-∞	13,815	1,733	0,522	0,008	-0,051	0,032	0,011	0,015
Pp (ω)	0,096	0,096	0,096	0,096	0,096	0,096	0,096	0,095	0,096
Qp (ω)	-∞	-0,031	0,178	0,283	0,919	1,292	1,539	2,035	2,407
Pраз (ω)	-∞	-1,427	-0, 190	0,227	0,002	0,064	-0,047	-0,021	-0,037
Qраз (ω)	-∞	-0,995	0,384	0,185	0,096	-0,025	0,033	0,039	-0,005
ω,рад/с	0,537	0,587	0,637	0,762	0,812	0,912	0,987	0,861	0,912
Po (ω)	-0,001	0,003	-0,004	-0,003	0,001	-0,001	0,003	0,0001	-0,001
Qo (ω)	-0,013	0,010	-0,008	0,006	-0,005	-0,004	-0,002	0,005	-0,004
Pp (ω)	0,096	0,096	0,096	0,096	0,096	0,096	0,096	0,096	0,096
Qp (ω)	2,654	2,902	3,149	3,768	4,016	4,511	4,882	4,263	4,511
Pраз (ω)	0,033	-0,029	0,024	-0,021	0,022	0,0190	0,011	-0,021	0,0190
Qраз (ω)	-0,003	0,009	-0,015	-0,009	0,004	-0,005	0,015	0,001	-0,005
ω,рад/с	0,861	0,987	1,037	1,137	1,237	1,312	1,412	1,562	1,612
Po (ω)	0,0001	0,003	-0,002	-0,001	0,001	-0,002	-0,001	-0,001	0,001
Qo (ω)	0,005	-0,002	0,003	0,003	0,002	0,001	0,002	0,001	-0,001
Pp (ω)	0,096	0,096	0,096	0,096	0,096	0,095	0,096	0,096	0,0956
Qp (ω)	4,263	4,882	5,129	5,625	6,119	6,491	6,986	7,852	8,099
Pраз (ω)	-0,021	0,011	-0,013	-0,015	-0,014	-0,007	-0,011	-0,003	0,005
Qраз (ω)	0,001	0,015	-0,011	-0,004	0,003	-0,012	-0,006	-0,011	0,009

По результатам таблицы 3.5 на комплексной плоскости строим АФЧХ системы (рисунок 3.9).

Годограф Найквиста не пересекает точку на комплексной плоскости (-1; j0), поэтому система в замкнутом состоянии является устойчивой и обладает достаточным запасом устойчивости по амплитуде Δa = 0,42 и по фазе Δφ = 30є, что удовлетворяет требуемым показателям качества [11].

3.5 Проверка настроек регулятора на оптимальность

Для того чтобы убедиться в правильности нахождения настроек регулятора, изменим настройки ПИД-регулятора на 20 % в большую и меньшую сторону (таблица 3.6).

Таблица 3.6 - Настройки регулятора

Настройки ПИД-регулятора	Оптимальные	Увеличенные на 20 %	Уменьшенные на 20 %
Кр Ки Кд	0,09560000 0,00080784 4,95000000	0,114720 0,000969 5,940000	0,076480 0,000645 3,960000

Переходные процессы, полученные в результате моделирования с начальными настройками регулятора, с оптимальными настройками регулятора, а также с настройками регулятора, увеличенными и уменьшенными на 20 %, представлены на рисунке 3.10.

Определим показатели качества полученных процессов, для удобства их восприятия полученные данные сведем в таблицу 3.7.

Таблица 3.7 - Сравнительный анализ показателей качества переходных процессов

Показатели качества	Переходной процесс
	с оптимальными настройками ПИД-регулятора	с увеличенными на 20 % настройками ПИД-регулятора	с уменьшенными на 20% настройками ПИД-регулятора
Максимальное динамическое отклонение ΔТ1, єС	2,2	2	2,35
Статическая ошибка ΔТст,%	0	0	0
Время регулирования tр, с	500	900	700

Переходной процесс с оптимальными настройками лучше, чем с увеличенными и уменьшенными настройками, так как при изменении настроек ПИД-регулятора ухудшаются показатели качества, а именно, увеличивается время регулирования и максимального динамического отклонения.

3.6 Построение переходного процесса в АСР при возмущении по заданию

Переходной процесс по заданию представлен на рисунке 3.11

Определим параметры переходного процесса (рисунок 3.11):

максимальное динамическое отклонение, ΔТ₁ = 1,4 єС;

статическая ошибка, ΔТ_ст = 0;

время регулирования, t_р = 500 с.

3.7 Проверка системы на грубость

Зачастую параметры объекта управления изменяются во времени. Поэтому необходимо проверять рассчитанную систему на нечувствительность (грубость) к возможным вариациям параметров системы для наихудших условий. Для проверки нашей системы специально изменим её параметры, а именно, увеличим их на 20 %, и посмотрим, как будет выглядеть переходной процесс в системе. Конечно, нас будут интересовать показатели качества переходного процесса, то есть качество регулирования системы, при изменения параметров объекта, ведь изменять мы будем именно их: К_об и τ_об. На рисунке 3.12 представлен переходной процесс с увеличенными параметрами объекта.

Определяем по графику параметры переходного процесса с увеличенными на 20 % К_об и τ_об:

максимальное динамическое отклонение, ΔТ₁ = 2,75;

статическая ошибка, ΔТ_ст = 0;

время регулирования, t_р = 3600 с.

Из рисунка 3.12 видно, что при изменении коэффициента усиления и времени запаздывания качество процесса регулирования сильно ухудшается, но система остается устойчивой, поэтому система является грубой к изменению параметров объекта.

 

4. Электроснабжение

4.1 Описание общей системы электроснабжения предприятия в целом и проектируемого участка

Электроснабжение ФГУП "Германий" осуществляется от системы "Красноярскэнерго" через районную подстанцию РЭС-3 "Правобережную" по двум воздушным ЛЭП напряжением 110 кВ.

Для приема и распределения электроэнергии на территории предприятия сооружена главная понизительная подстанция (ГПП) 110/6 кВ, от которой получают питание все цеховые трансформаторные подстанции и распределительные пункты.

4.2 Схема электроснабжения проектируемого цеха

Проектируемый цех получает питание по двум кабелям напряжением 6 кВ и относится ко второй категории бесперебойности. Цеховая подстанция располагается в пристройке к зданию цеха. Для распределения электроэнергии между потребителями цеха принята радиальная схема электроснабжения с оборудованием распределительных пунктов (РП) и щитов ЩСУ. Освещение питается от общей с силовыми потребителями четырехпроводной сети.

Однолинейная схема электроснабжения цеха дистилляции и разложения приведена на рисунке 4.1.

4.3 Расчет электрического освещения цеха и общей осветительной нагрузки

Расчет электрического освещения проектируемого цеха производим по методу удельной мощности. При расчетах используем справочные данные [12].

В зависимости от условий окружающей среды по справочнику выбираем люминесцентные светильники типа ДРЛ-125 [13, таблица 4-24], мощность каждой лампы 125 Вт.

Выбираем светильник типа УПД ДЛР-125. Для принятого типа светильника в зависимости от высоты (7 м), площади помещения (150 м²) и требуемой освещенности при периодическом наблюдении за ходом процесса (50 лк) определяем удельную мощность на освещение Р₀ = 7,5 Вт/м².

Определяем расчетную активную мощность на освещение участка по формуле

Р_осв = Р₀ ×S, (4.1)

где S - площадь участка, м². Таким образом, получаем

Р_осв = 7,5×150 = 1125 Вт.

Находим требуемое число светильников по формуле

= Р_осв / Р_св, (4.2)

где Р_св= 125 Вт.

В результате получаем

= 1125/125 = 9 шт.

Определяем произвольно число рядов светильников, количество светильников в ряду и расстояние между светильниками с учетом обеспечения равномерного освещения. Светильники располагаем в 3 ряда по 3 светильника. Расстояние между светильниками в ряду 6 м, расстояние между рядами 2,5 м, от светильника до стен 3 м.

4.4 Расчет электрических нагрузкок

Расчет электрической нагрузки производим по методу коэффициента спроса.

Значение коэффициента спроса К_с, коэффициента использования и коэффициента мощности соs j для электроприемников различных отраслей промышленности приведены в [13].

Расчетные значения активной Р_р, кВт и реактивной Q_p, квар мощности n одинаковых электроприемников находятся по номинальной мощности Р_н из формул

, (4.3)

, (4.4)

Значения tgj находится по известному значению соsj.

Расход активной W_a, кВт×ч и реактивной W_p, квар×ч электроэнергии по числу часов работы в сутки t находится из формул

, (4.5)

, (4.6)

Результаты расчета электрических нагрузок сводим в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 - Электрические нагрузки цеха дистилляции и разложения

Наименование электроприемников	Количество электроприемников n, шт.	Номинальная мощность Рн, кВт	Установленная мощность Руст, кВт	Коэффициент спроса Кс	Коэффициент мощности соsj	tgj	Расчетная активная мощность Рр, кВт	Расчетная реактивная мощность Qp, квар.	Число часов работы в год t, ч	Расход активной электроэнергии Wa, кВт×ч	Расход реактивной электроэнергии Wp, квар×ч
Участок дистилляции и разложения
Электрический нагреватель	4	60,00	240,0	0,85	0,90	0,48	204,00	97,92	8400	1 713 600	822 528
Двигатель мешалки	3	3,00	9,00	0,80	0,83	0,67	7, 20	4,82	8400	604 480	40 488
Циркуляционный насос	1	10,00	10,00	0,75	0,80	0,75	7,50	5,63	8400	63 000	47 292
Насос разряжения	3	7,00	21,00	0,75	0,80	0,75	15,75	11,81	8400	132 300	99 204
Водяной насос	3	6,00	0,75	0,80	0,75	13,50	10,13	8400	113 400	85 092
Вентилятор	4	8,00	32,00	0,70	0,80	0,75	22,40	16,80	8400	188 160	141 120
Освещение	9	0,125	1,13	0,80	0,70	1,02	0,90	0,92	8400	7 560	7 728
Итого	-	-	-	-	-	-	271,25	148,03		2 822 500	1 243 452

По данным таблицы 4.1 электрических нагрузок вычисляем значение средневзвешенного коэффициента мощности

, (4.7)

.

Цех питается от районных сетей напряжением 110 кВ, значит для данного случая нормативное значение сosj_н = 0,93.

Для повышения сosj_н применяем конденсаторные установки. Расчет мощности конденсаторных установок ведем по суммарной расчетной мощности.

Необходимую мощность конденсаторной установки определяем по формуле

_{к. у.} = åР_р· (tgj₁ - tgj₂), (4.8)

где åР_р - суммарная расчетная активная мощность (таблица 4.1), кВт;j₁, tgj₂ - коэффициенты реактивной мощности, вычисляемые, соответственно, по значениям сosj_{ср. вз} и сosj_н,, рассчитанные по формулам

tgj₁ = tg [arccos (cosj_{ср. вз.)}], (4.9)j₂ = tg [arccos (cosj_н)]. (4.10) tgj₁ =0,67,tgj₂ = 0,4.

Подставив значения tgj₁ и tgj₂в (4.8), получаем

_{к. у.} = 271,25· (0,67 - 0,4) = 73,24 квар.

Значит, каждый каскад получает излишнюю реактивную мощность 73,24 квар. Тогда для каждого каскада выбираем установку для компенсации реактивной мощности типа УК2-0,38-50 У3 [14] напряжением U_н = 380 В, с номинальной мощностью Q = 50 квар, подсоединив их к шинам подстанции разных секций.

Фактическая мощность конденсаторной установки рассчитывается по формуле

_{к. у. факт}=2∙Р, (4.11)_{к. у. факт}= 2×50 =100 квар.

После выбора типа конденсаторной установки находим фактический коэффициент реактивной мощности

 (4.12)

Значение фактического коэффициента мощности

j_{ср. вз. факт} = cos [arctg (tgj_2факт)], (4.13) cosj_{ср. вз. факт} = 0,93.

4.5 Расчет мощности и выбор трансформаторов цеховой подстанции

По суммарной активной нагрузке ∑P_p (таблица 4.1) и фактическому коэффициенту мощности определяем расчетную мощность для выбора трансформаторов на цеховой подстанции

 (4.14)

Мощность трансформаторов выбираем так, чтобы при аварии одного трансформатора, второй обеспечивал бы питание всех электроприемников в цехе. При этом в нормальном режиме трансформаторы должны быть загружены на 60-80 % номинальной мощности, в аварийном режиме при выходе из строя одного трансформатора допускается загрузка второго трансформатора до 140 %. Для проверки выполнения этого условия вычисляются коэффициенты загрузки трансформатора в нормальном К_{з. н} и аварийном К_{з. ав} режимах, которые в соответствии с требованиями правил технической эксплуатации (ПТЭ) электроустановок потребителей, должны находится в следующих пределах

0,6-0,8, (4.15)

1,1-1,4. (4.16)

Выбираем два масляных трансформатора мощностью 250 кВА типа ТМ-250/10 (6).

,

.

Полученные значения коэффициентов загрузки находятся в заданных пределах, поэтому окончательно принимаем к установке двухтрансформаторную КТП с трансформаторами мощностью 250 кВА.

4.6 Расчет сечений и выбор кабеля напряжением 0,4 кВ и 6 кВ

Прокладку силовых кабелей предусматриваем в глухих каналах, устроенных в полу цеха. В зависимости от принятого способа прокладки принимаем трехжильные кабели напряжением до 6 кВ с алюминиевыми жилами без брони с поливинилхлоридной оболочкой марки АВРГ и кабель напряжением до 0,4 кВ с медными жилами, с резиновой изоляцией, в поливинилхлоридной оболочке ВРГ.

Для выбора сечения определяется расчетный ток нагрузки на кабель по формуле

, (4.17)

где Р_{р. к} - расчетная нагрузка на кабель, определяемая по данным таблиц  нагрузок, кВт;н - номинальное линейное напряжение сети, В;

cosφ_{cр. вз. к -} средневзвешенный коэффициент мощности, определяемый с уче - том нагрузок только выбираемого кабеля;

η_с - КПД электрической сети, 0,92-0,95 %.

По расчетному току I_{р. к.} выбирается сечение кабеля, для которого длительный допустимый ток нагрузки I_доп. больше или равен I_{р. к.}

При выборе марки кабеля следует в первую очередь выбирать кабели с алюминиевыми жилами и только, если кабель с алюминиевыми жилами не проходит по длительному току нагрузки, выбирать кабель с медными жилами.

Выбор кабеля, идущего от ГПП (главная понизительная подстанция) к РП (распределительный пункт)

Выбираем трехжильный кабель с алюминиевыми жилами, с резиновой изоляцией, в поливинилхлоридной оболочке, прокладываемый в земле. Сечение кабеля s = 4 мм², I_доп. = 38 А.

Выбранный кабель проверяется по потере напряжения (В), которая вычисляется по формуле

, (4.18)

где l - длина, м;- сечение кабеля м²;

g - удельная проводимость материала жилы кабеля м/ (Ом×мм²).

Для алюминия g = 32 м/ (Ом×мм²); для меди g = 55 м/ (Ом×мм²).

.

Потеря напряжения в кабеле не должна превышать 5 % от значения номинального напряжения, т.е.

, (4.19)

.

Следовательно, выбранный кабель удовлетворяет нормам.

Выбор силового кабеля на освещение

.

Выбираем трехжильный кабель с медными жилами. Сечение кабеля s = 4 мм², I_доп = 27 А.

Выбранный кабель проверяем по потере напряжения по формуле (4.18)

.

Потеря напряжения в кабеле не должна превышать 5 % от значения номинального напряжения, т.е.

.

Следовательно, выбранный кабель удовлетворяет нормам.

Выбираем силовой кабель для оборудования

.

Выбираем четырехжильный кабель с алюминиевыми жилами. Сечение кабеля s = 185 мм², I_доп = 345 А.

Выбранный кабель проверяем по потере напряжения:

.

Потеря напряжения в кабеле не должна превышать 5 % от значения номинального напряжения, т.е.

.

Выбранный кабель удовлетворяет нормам.

Результаты расчетов сводим в таблицу 4.2.

Таблица 4.2 - Марки кабелей

№	Длина кабеля, м	Принятая марка и сечение кабеля	Расчетный ток, А	Iдоп, А	Потеря напряжения Uк, %
1	100	АВРГ 3´4	29,54	38	0,99
2	100	ВРГ 3´4	2,67	27	2,4
3	100	АВРГ 3´185	340,8	345	1,93

4.7 Расчет годовой стоимости электроэнергии

В большинстве случаев суммарная присоединенная мощность нагрузки металлургических предприятий превышает 1000 кВА, поэтому расчет годовой стоимости электроэнергии для них производится по двухставочному тарифу по формуле

, (4.20)

где а - годовая стоимость 1 кВт максимальной активной нагрузки, руб.; Р_макс - заявленная предприятием максимальная активная мощность, кВт; b - стоимость 1 кВт×ч активной энергии, коп.; SW_а - годовой расход активной энергии, кВт×ч; с - годовая стоимость 1 квар максимальной реактивной нагрузки, руб.; Q_макс - максимальная реактивная мощность, квар; d - стоимость 1 квар×ч реактивной энергии, коп.; SW_р - годовой расход реактивной энергии, квар×ч.

Величины Р_макс и Q_макс при расчете принимаются равными суммарным расчетным значениям активной åР_р и реактивной åQ_р мощности из таблицы 4.1 электрических нагрузок. Годовой расход активной åW_а и реактивной åW_р энергии определяется произведением соответственно åР_р и åQ_р на годовой фонд времени работы основного оборудования и его значения берутся из таблицы нагрузок 4.1.

Определяем

åР_р= 271,25 кВт,

åQ_р = 148,03 квар.

Находим годовой расход электроэнергии активной

SW_а = åP_р·t_год, (4.21)

где t_год - годовой фонд рабочего времени основного оборудования, t_год = 8400 ч.

В результате получаем

SW_а = 271,25·8400 = 2 278 500 кВт·ч.

Реактивной

SW_р = åQ_р·t_год (4.22) SW_р = 148,03Ч8400 = 1 243 452 квар·ч.

Тогда подставив значения в формулу (4.20), получим

.

Годовая стоимость электроэнергии составит С_{э. год} = 277 898,7 руб.

4.8 Основные меры безопасности при эксплуатации электроустановок

Для защиты от поражения электрическим током при эксплуатации электроустановок на предприятиях используются различные технические и организационные мероприятия, предусмотренные "Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей".

К числу организационных защитных мер относятся:

оформление работы нарядом или распоряжением;

допуск к работе;

надзор во время работы;

оформление перерыва в работе, переводов на другое рабочее место, окончания работы.

Правильная организация безопасного ведения ремонтных работ в действующих электроустановках предусматривает:

производство необходимых отключений и принятие мер, препятствующих подаче напряжения к месту работы вследствие мер, препятствующих подачи напряжения к месту работы вследствие ошибочного или самопроизвольного включения коммутационной аппаратуры;

вывешивание плакатов: "Не включать - работают люди", "Не включать - работа на линии" и при необходимости установка ограждений;

присоединение к "земле" переносных заземлений; проверка отсутствия напряжения на токоведущих частях, на которое должно быть наложено заземление;

наложение заземлений (непосредственно после проверки отсутствия напряжения);

ограждение рабочего места и вывешивание плаката: "Стой - высокое напряжение", "Не влезай - убьет", "Работать здесь".

К числу технических защитных мер электробезопасности относятся:

применение малых напряжений (12, 36 В);

электрическое разделение сети;

контроль за состоянием изоляции электроустановок;

компенсация емкостной составляющей тока замыкания на землю;

обеспечение недоступности токоведущих частей;

защитное заземление корпусов электроустановок;

двойная изоляция;

защитное отключение.

В цехе используются четырехпроводные электрические сети напряжением 0,4 кВ TN-C-S (с глухозаземленной нейтралью). Это позволяет от одной сети питать трехфазные силовые электроприемники (электродвигатели) напряжением 380 В и осветительную нагрузку напряжением 220 В.

В сетях с глухозаземленной нейтралью основной защитной мерой от поражений электрическим током при случайных прикосновениях персонала к металлическим нетоковедущим частям цеха является зануления корпусов электрооборудования, которое осуществляется их присоединением четвертой жилой кабеля к нулевому заземленному выводу трансформатора.

Назначение зануления состоит в том, чтобы превратить замыкание на корпус электроустановки при повреждении ее изоляции в однофазное короткое замыкание, которое приводит к срабатыванию максимально-токовой защиты (автоматического выключателя, предохранителя) и быстрому (не более 30 с) селективному отключению поврежденной электроустановки. Однако в течение времени существования однофазного замыкания на корпусе электроустановки присутствует опасное для человека напряжение (от 110 В и выше в сети напряжением 380/220 В).

Заземление нулевой точки трансформатора и соединение с ней нулевого проводника призвано снизить напряжение на корпусах электроустановок за счет выноса потенциала при однофазном замыкании на землю. Для этого сопротивление заземления нейтрали трансформатора должно быть значительно меньше переходного сопротивления в месте замыкания проводника на землю. Поэтому сопротивление заземляющего устройства, к которому присоединяется нулевая точка силового трансформатора ТП, должно в любое время года быть не более 4 Ом при линейном напряжении сети 0,38 кВ.

5. Безопасность жизнедеятельности

Одним из важнейших социально-экономических факторов развития современного общества является создание безопасных условий труда работающих, снижение уровня производственного травматизма и профессиональных заболеваний. Для обеспечения здоровых и безопасных условий труда большое значение имеет соблюдение правил по технике безопасности и норм производственной санитарии. Существует целый ряд норм, выполнение которых позволяет во многом обеспечить такие условия, а также уменьшить влияние вредных производственных факторов на здоровье человека.

5.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов

На промышленных предприятиях существуют опасные и вредные производственные факторы, которые губительно сказываются на здоровье человека:

опасные факторы воздействием на рабочих приводят к внезапному, резкому ухудшению здоровья человека, к травме или летальному исходу;

вредные производственные факторы воздействием на рабочих приводят к профессиональным заболеваниям или к обострению существующих.

Также эти факторы могут вызывать снижение работоспособности, быструю утомляемость, нервозность, а также приводить к более серьезным последствиям.

Процесс дистилляции тетрахлорида германия связан с воздействием на персонал ряда опасных и вредных факторов, к которым относят:

поражение электрическим током от прикосновения к токоведущим частям, вследствие нарушения изоляции, отсутствия или неисправности заземления;

термические ожоги вследствие возможного теплового воздействия нагретых до 100-110°С жидкостей;

механические повреждения от движущихся частей насоса при отсутствии защитных кожухов;

отравление парами тетрахлорида германия, хлором при разгерметизации оборудования, прекращение работы приточно-вытяжной вентиляции;

токсичное воздействие химических веществ, раздражающее кожные покровы, вызывающее отравление, химические ожоги;

воздействие теплового излучения;

опасность травматизма при проведении технологических процессов и обслуживании оборудования;

производственные аварии.

Ниже приведена оценка химической опасности сырья и материалов используемых в ходе процесса дистилляции:

тетрахлорид германия GeCl₄ - бесцветная жидкость с резким запахом, удельный вес 1,87 г/см³, температура кипения 83,1°С. Является легкоиспаряющейся жидкостью, дымит на воздухе, в воде гидролизуется с выделением хлористого водорода. Вызывает токсичное, раздражающее действие, отравление, ожоги кожи, органов дыхания, глаз;

серная кислота Н₂SO_{4 -} бесцветная жидкость с удельным весом 1,85-1,87 г/см³, в воде растворяется с выделением большого количества тепла, вызывает сильные и глубокие ожоги кожи, слизистой оболочки глаз, раздражение органов дыхания;

хлор Cl - газ желто-зеленого цвета с резким запахом, в 2,5 раза тяжелее воздуха, скапливается в нижних частях помещений, токсичен, поражает в основном дыхательные пути, вызывает отек легких [2].

Приведенные выше опасные и вредные производственные факторы сведены в таблицу 5.1.

Таблица 5.1 - Анализ опасных и вредных производственных факторов

Рабочее место или операция технологического процесса	Оборудование	Опасный (вредный) фактор, единица измерения	Величина фактора	Норматив (безопасная величина) со ссылкой на ГОСТ, СНиП
Процесс дистилляции тетрахлорида германия	Куб -  испаритель	GeCl4 (газ), мг/м3	0,25	ПДК=1 (ГОСТ 12.1.005-01)
		Н2SO4 (жидкость), мг/м3	0,31	ПДК=1 (ГОСТ 12.1.005-01)
		Cl (газ), мг/м3	0,15	ПДК=1 (ГОСТ 12.1.005-01)
		Поражение электрическим током, мА	>15	< 10 (ГОСТ12.1.038-01)
		Тепловое излучение, Вт/м2	456	≤350 СН 245-96

В таблице 5.2 приведена характеристика метеоусловий на рабочем месте, в сопоставлении их с нормативными данными.

Таблица 5.2 - Параметры микроклимата

Период года	Фактические			Оптимальные			Допустимые
	t,°C	j, %	u, м/с	t,°C	j, %	u, м/с	t,°C	j, %	u, м/с
Холодный	18-20	20-30	0,2	16-18	40-60	<0,3	13-17	15-75	<0,5
Теплый	25-26	40-60	0,68	18-21	40-60	0,3-0,7	<26	<70	0,5-1,0

По таблице 5.2 можно сделать вывод, что температура воздуха в цехе немного больше оптимального, но не превышает допустимого значения, влажность воздуха и скорость движения воздуха не превышает оптимального значения.

5.2 Технические и организационные мероприятия по охране труда

Охраной труда называют систему мер, обеспечивающих безопасность, сохранение здоровья и работоспособность человека в процессе труда, т.е. создание таких условий, при которых исключается воздействие на трудящихся опасных и вредных производственных факторов. Технические мероприятия по охране труда учитывают правильное размещение в пространстве средств технического оснащения, включающих в себя технологическое оборудование, инструменты, контрольно-измерительную аппаратуру, средства связи и сигнализации, а также степень механизации и автоматизации выполняемых операций и т.д.

Комплекс мероприятий и средств, направленных на предотвращение опасных производственных факторов, называется техникой безопасности [16].

Главной задачей техники безопасности является профилактика производственного травматизма на основе исследований производственных процессов и безопасных приемов труда.

Для обеспечения безопасной работы и предотвращения травматизма большое значение имеет инструктаж по безопасным методам работ при эксплуатации и ремонте оборудования.

В соответствии с требованиями к технике безопасности на предприятиях проводятся следующие виды инструктажей:

вводный инструктаж для всех принимаемых на работу, проводят инженер по охране труда и работник пожарной охраны, газоспасательной службы, если такая имеется на предприятии;

первичный инструктаж на рабочем месте проходят все работники, вновь поступившие на работу и прошедшие вводный инструктаж, переведенные из одного цеха в другой, а также переведенные с одной работы на другую в одном и том же цехе; проводится непосредственно руководителем работ (мастером);

повторный (плановый), проводится мастером раз в полгода в обязательном порядке;

внеочередной инструктаж, проводится при изменении технологического процесса или правил по охране труда, замене или модернизации оборудования, нарушении работникам требований безопасности труда (если произошел несчастный случай), перерывах в работе свыше 60 дней;

целевой инструктаж, проводится для работников, выполняющих особо опасные работы.

Для нормальной работы действующего оборудования и предотвращения каких-либо вредных воздействий на работающих предусмотрены мероприятия:

ограждения от движущихся частей, электрического тока, тепловых излучений, люков, проемов, площадок;

для контроля за содержанием вредных веществ в воздухе рабочей зоны, оповещения о загазованности на переделе установлен газоанализатор "Хмель-СВ", сблокированный с аварийным вентилятором ВС-75;

токопроводы имеют защитные кожухи, металлические части оборудования заземлены;

производственные помещения обеспечены приточно-вытяжной вентиляцией;

рабочие места имеют нормальный уровень освещенности;

фланцевые соединения трубопроводов агрессивных жидкостей имеют защитные кожухи;

трубопроводы имеют сигнально-предупредительную окраску;

на переделе имеются знаки безопасности: предупреждающие ("осторожно едкие вещества"), предписывающие ("работать в защитных средствах") и другие;

применяются индивидуальные средства защиты согласно типовым нормам (спец. одежда, спец. обувь, защитные очки, перчатки, фартуки, резиновые сапоги, респираторы, противогазы).

Для безопасного ведения технологического процесса рабочие места снабжены инструкциями различного рода, технической схемой цепи аппаратов, подписями, плакатами.

5.3 Электробезопасность

Помещение передела дистилляции по электроопасности относится к особо опасным. Оборудование передела работает на переменном токе.

Используемый в технологическом процессе электрический ток является источником опасности для обслуживающего персонала, поэтому для работников цеха важно знать и соблюдать правила электробезопасности. Работающие должны знать причины возможных поражений электрическим током, его возможное действие на организм человека и меры защиты.

Основными причинами поражений электрическим током являются:

появление напряжения там, где его в нормальных условиях не должно быть, под напряжением могут оказаться металлические конструкции, строительные элементы здания и так далее;

соединение изолированных от земли токоведущих частей оборудования с заземлёнными участками здания, оборудования или предметами;

прикосновение к неизолированным токоведущим частям оборудования;

прочие причины, к числу которых относятся несогласованные действия персонала.

Влияние электрического тока на организм человека проявляется в разнообразных формах: тепловое действие вызывает ожоги тела; световое - заболевание глаз; механическое - разрыв тканей, повреждение костей; биологическое - паралич нервной и сердечно - сосудистой системы. При поражении электрическим током различают электрические травмы и электрический удар, который сопровождается потерей сознания, появлением судорог, частичным или полным прекращением дыхания и сердечной деятельности.

Выделяют следующие пороговые величины тока: опасным для жизни является ток силой (10-15) мА, ток выше 100 мА является смертельным.

Основные защитные мероприятия от электрического тока:

недоступность токоведущих частей (изоляция);

применение малого напряжения;

применение двойной изоляции - рабочей и дополнительной;

защитное заземление - преднамеренное соединение с "землёй" или её эквивалентом, металлических не токоведущих частей оборудования;

защитное зануление - это преднамеренное соединение металлических не токоведущих частей с нулевым защитным проводником;

применение установок защитного отключения;

применение средств защиты (инструмент с изолированными ручками, диэлектрические перчатки, ботинки кожаные закрытого типа и т.д.).

Для предупреждения поражений электрическим током персонала при случайных прикосновениях к токоведущим частям необходимо выполнять технические и организационные мероприятия, предусмотренные "Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей".

К числу технических мероприятий относятся:

производство необходимых отключений и принятие мер, препятствующих подаче напряжений к месту работы вследствие ошибочного или самопроизвольного включения коммутационной аппаратуры;

вывешивание плакатов: "Не включать - работают люди", "Не включать - работа на линии" и при необходимости установка ограждений;

присоединение к "земле" переносных заземлений;

проверка отсутствия напряжения на токоведущих частях, на которое должно быть наложено заземление;

наложение заземлений (непосредственно после проверки отсутствия напряжения);

ограждение рабочего места и вывешивание плаката "Стой - высокое напряжение", "Не влезай - убьет", "Работать здесь".

5.4 Мероприятия по производственной санитарии

Предприятие ФГУП "Германий", в зависимости от санитарной характеристики, относится к предприятию, которое характеризуется неблагоприятными условиями с выделением вредных газов, пыли, лучистой энергии с напряженной физической работой.

Такие производства оборудуются гардеробами, душевыми, умывальниками, туалетами.

На переделе дистилляции стены бетонные, серого цвета. Пол бетонный. Уборка производится рабочим персоналом - влажная.

Так как передел дистилляции является лишь частью предприятия, то все питьевое водоснабжение и санитарно-бытовые помещения расположены в центральном коридоре (газированные аппараты, умывальные, санузлы).

Отопление подводится от центральной сети завода "КрасЦветМет", где расположено само предприятие "Германий". На предприятии установлены радиаторы отопления и калориферы для поддержания температуры окружающего воздуха в пределах нормативов.

Основной причиной возможных неблагоприятных условий труда является неудовлетворительная теплоизоляция нагретых поверхностей насосов и трубопроводов, а так же колонны дистилляции.

Трубопроводы, технологическое оборудование, имеющие температуру свыше 45°С покрыты тепловой изоляцией, температура наружной поверхности которой не должна превышать 45°С.

Режим труда и отдыха для работников ФГУП "Германий" регулируется правилами внутреннего трудового распорядка, согласованными с профсоюзным комитетом.

Технологический процесс дистилляции является непрерывным, поэтому рабочие обслуживающие непрерывные технологические процессы работают в три смены по 8 часов каждая. В течение смены выделяются десятиминутные перерывы через каждые 2 часа. Для остальных работников предприятия устанавливается пятидневная рабочая неделя с двумя выходными днями (суббота, воскресенье). Продолжительность ежедневной работы устанавливается в количестве 8 часов с перерывом на питание 1 час, через 4 часа после начала смены. На территории завода "КрасЦветМет" находится столовая. Сверхурочные работы, работы в выходные и праздничные дни допускаются в исключительном случаях, предусмотренных законодательством, на основе приказа администрации по согласованию с профсоюзным комитетом.

Всем работникам предоставляется ежегодный отпуск (28 календарных дней) с сохранением места работы и среднего заработка.

5.4.1 Расчет производственного освещения

Естественное освещение в помещениях регламентируется нормами СНиП 23-05-95 [17]. Для оценки качества естественного освещения необходимо расчетное значение коэффициента естественной освещенности е_р сравнить с нормированным е_н, определяемое с учетом характера зрительной работы, системы освещения, района расположения здания на территории страны.

Нормированные значения коэффициента естественного освещения (КЕО) определяется по формуле

е_н = e_n·m_n, (5.1)

где е_n - значение КЕО равное 0,6 %, так как характеристика зрительной работы грубая (очень малой точности);- номер группы обеспеченности естественным светом, равный 2;_{n -} коэффициент светового климата, равный 0,9 [18, таблица 3].

В результате получаем

е_н = 0,6·0,9=0,54. (5.2)

Значения КЕО при боковом и верхнем освещении определяется по формуле

, (5.3)

где S_о - площадь окон, м^{2 (}S_о = 35 м²); S_п - площадь пола, м^{2 (}150 м²); t_о - общий коэффициент светопропускания (t_о = 0,5); h_о - световая характеристика окна (h_о = 15); r₁ - коэффициент, учитывающий, влияние отраженного света при боковом освещении (r₁ = 2); К_зд - коэффициент, учитывающий затенение окон противостоящими зданиями (К_зд = 1,4); К_з - коэффициент запаса (К_з = 1,3).

Таким образом, подставив значения и выполнив преобразование, получаем

; e_p = 0,85.

Для обеспечения нормального освещения значения расчетного коэффициента естественной освещенности e_р должно быть больше или равно нормируемому КЕО, т.е. должно выполняться условие

_р ≥e_н,

,85≥0,54.

Данное условие выполняется, однако для работы в цехе непрерывного процесса одного естественного освещения недостаточно, поэтому используют искусственное освещение, так как плохое освещение может привести к профессиональному заболеванию органов зрения.

5.4.2 Искусственное освещение

Искусственное освещение - общее равномерное, характеризуется равномерным распределением светового потока без учета особенностей потребляемой освещенности и расположения оборудования. Освещенность нормативная равна 200 лк. Для искусственного освещения применяют светильники ДРЛ-125. Светильники располагают в три ряда на высоте 7 метров от пола, расстояние между рядами светильников 2 метра. Кроме искусственного освещения, обеспечивающего нормальные условия труда, предусмотрено аварийное освещение. Аварийное устраивается в тех случаях, когда оно необходимо для продолжения работы или для эвакуации людей при выключении основного рабочего освещения.

5.4.3 Расчет воздухообмена

Задачей промышленной вентиляции является создание на производстве нормальных метеорологических и гигиенических условий за счёт качественного и своевременного удаления вредных газов, пыли, паров, влаги и тепловыделений. По способу перемещения воздуха вентиляция бывает естественной и искусственной. Для организации естественной вентиляции в цехе предусмотрен аэрационный фонарь.

Рассчитаем общий воздухообмен. Расчёт ведем по вредным выделениям, исходя из того, что количество вредного вещества, выделившегося в воздух работающими установками цеха равно G = 2400 мг/час (заводские данные).

Необходимое количество воздуха рассчитаем по формуле

, (5.4)

где G - количество вредного вещества, мг/ч;_выт - концентрация вредного вещества в удаленном воздухе;_пр - концентрация вредного вещества в поступающем воздухе.

По заводским данным

_выт = 0,8 мг/м^3,g_пр = 0,3 мг/м³.

Подставив значения получаем

 м³/ч.

Рассчитываем кратность воздухообмена К по формуле

, (5.5)

где V_ц - объем цеха,

_ц = 12,5×12×7 = 1050 м³.

Кратность воздухообмена равна

К = 4800/1050 = 4,57 1/ч.

5.5 Мероприятия по пожарной и взрывной безопасности

Организация пожарной безопасности на предприятии проводится с широким привлечением работающих путем комплектования добровольных пожарных дружин (ДПД). Члены ДПД содействуют проведению пожарно-профилактической работы и тушат начавшиеся пожары, причем как командир, так и члены ДПД имеют строго определенные обязанности.

Ответственность за пожарную безопасность на предприятии несет директор предприятия, а в цехах, отделах и других участках работ - их непосредственные начальники. Руководитель (директор) предприятия имеет право налагать административные взыскания на нарушителей правил инструкций пожарной безопасности и, при необходимости, возбуждать дело о привлечении виновных к уголовной ответственности.

На предприятии устанавливается порядок пропаганды пожарной безопасности в виде противопожарного инструктажа и занятий по пожарно-техническому минимуму.

Для каждого предприятия, а также цеха (участка) разрабатываются обще-объектные и участковые противопожарные инструкции.

Инженерно-технические работники, ответственные за пожарную безопасность на отдельных участках, обязаны знать пожарную опасность технологического процесса и строго выполнять требования противопожарных правил, норм и инструкций, применяемых на предприятии; следить за их соблюдением.

Система противопожарного водоснабжения на предприятии состоит из наружной водопроводной сети, предназначенной для питания пожарных автомашин. Ее сооружают вдоль дорог на расстоянии 5 м от зданий, через каждые 100 м на ней устанавливают краны - гидранты. Расход воды на наружное пожаротушение составляет 15 л/с.

Переносные огнетушители типа ОВП-10 (химически-воздушно-пенные) размещены на пожарных щитах по всему предприятию на расстоянии высоте не более 1,5 м от уровня пола. Запорная арматура химических огнетушителей опломбирована. Использованные огнетушители, а также огнетушители с сорванными пломбами немедленно изымаются для проверки или перезарядки.

Начальник смены цеха в начале и конце рабочего дня обязан производить проверку состояния средств пожаротушения с записью в специальном журнале.

На предприятии имеется охранно-пожарная сигнализация. Для сигнализации о пожаре в помещении используются тепловые извещатели. Расстояние между извещателями 4,5 м, извещателем и стеной 2,6 м. Площадь контролируемая одним извещателем 20 м³.

5.6 Охрана окружающей среды

Германиевое производство наряду со многими другими отраслями является одним из возможных источников серьёзного загрязнения окружающей среды.

Вероятность его вредного воздействия на окружающую среду наиболее резко может проявиться в отсутствии на предприятии технологических систем, обеспечивающих обезвреживание всех вредных отходов и выбросов.

В процессе эксплуатации установки дистилляции возможны выделения паров тетрахлорида германия и хлора через абгазную линию.

Абгазная линия направлена на скруббера газоочистки для полного улавливания хлора, тетрахлорида германия перед выбросом в атмосферу в протоке 5% -ного раствора каустической соды (NaOH).

Количество вредных газов, выбрасываемых в атмосферу, планируется предприятию на основании разрешения Енисейского межрегионального управления по технологическому и экологическому надзору.

Периодически, не менее двух раз в месяц, на ЛКП ФГУП "Германий" производятся замеры количества выбрасываемых в атмосферу газов через местную вентиляцию ВС-9.

В таблице 5.3 представлены технологические выбросы в атмосферу через местную вентиляционную систему ВС-9.

Таблица 5.3 - Выбросы в атмосферу

№ ВС	Выбросы по ингредиентам	Количество отходящих газов, производительность, м3/ч	Содержание лимитированных выбросов (ПДВ), мг/м3	Место отбора проб
ВС-9	HCl	10200	21,18	Отм. +15,0 м
	Cl2		32,47
	NH3		6,53

Образующаяся отработанная серная кислота передается для повторного использования на передел разложения. Сбросовые растворы и твердые отходы не образуются [2].

5.7 Безопасность жизнедеятельности в чрезвычайных ситуациях

Предприятие ФГУП "Германий" является крупным промышленным объектом. Возможность возникновения чрезвычайных ситуаций различного характера на данном производстве не исключается. Так, например, предприятие в силу определенных факторов может стать очагом химического заражения. Химическое заражение создает особо опасную обстановку на объекте. Объект вынужден прекратить работу и принять меры к защите людей и ликвидации последствий заражения.

К таким мерам относится целый ряд мероприятий. Необходимо обеспечить рабочих и служащих средствами индивидуальной защиты, обучить людей пользоваться ими, поэтому в помещениях предприятия предусмотрено наличие индивидуальных средств защиты на непрерывных участках производства.

Здание предприятия снабжается несколькими эвакуационными выходами.

Помещение цеха необходимо подготовить к герметизации на случай заражения. Для этого окна, двери, другие проемы оборудуют специальными уплотнениями. Для быстрой ликвидации заражения и дегазации, то есть по ликвидации очага химического заражения проводятся специальные формирования.

Большое значение для своевременного применения средств защиты и мер к ликвидации чрезвычайной ситуации имеет система оповещения. Поэтому на предприятии предусмотрены средства подачи сигналов гражданской обороны. Кроме того, на предприятии осуществляются периодические, плановые учения по гражданской обороне, с целью обучения людей поведению в условиях чрезвычайной ситуации.

6. Экономическая часть

6.1 Краткая характеристика объекта автоматизации

В данном разделе рассматривается проект автоматизации процесса дистилляции тетрахлорида германия на ФГУП "Германий". Целью данной части является экономическое обоснование внедрения АСР температуры в кубе-испарителе. Принципиальная технологическая схема переработки германиевого сырья была приведена на рисунке 1.1.

6.2 Технико-экономическое обоснование проекта автоматизации

В дипломном проекте предлагается оценить необходимость внедрения АСР температуры в кубе-испарителе. Температура ТХГ должна поддерживаться на уровне не более 110°С, так как при низкой температуре ТХГ будет плохо очищен, следовательно, необходимо будет повторять дистилляцию, а это ведет к дополнительным затратам электроэнергии. Повышенное напряжение электродов приведет к повышению температуры, что, в свою очередь, приведет к перегреву ТХГ и перерасходу энергии. Исходя из этого, необходимо контролировать мощность нагревателя, которая непосредственно влияет на температуру ТХГ.

В результате внедрения АСР температуры в кубе-испарителе планируется уменьшить расход электроэнергии на 15 %.

Исходные данные приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1 - Исходные данные

Показатель	Аналог	Проект
Производительность куба-испарителя, л/сут.	166,7	166,7
Расход электроэнергии, кВт·ч/сут.	900	765
Стоимость электроэнергии, руб. /кВт·ч	2,6	2,6
Стоимость АСР, руб.	-	150 000
Текущий ремонт и обслуживание АСР, %	-	6
Норма амортизации, %	-	20

Режим работы предприятия непрерывный. Длительность простоя оборудования в планово-предупредительном ремонте составляет 10 дней, коэффициент использования оборудования по мощности равен 0,75.

Рассчитываем производственную программу до и после внедрения АСР. Данные представлены в таблице 6.2.

Таблица 6.2 - Производственная программа

Показатель	Ед. измерения	Условное обозначение или расчетная формула	Аналог	Проект
Количество единиц ведущего оборудования	шт.	А	1	1
Календарное время	сут.	Тк	365	365
Количество выходных и праздничных дней	сут.	Тв	-	-
Номинальное время	сут.	Тн= Тк - Тв	365	365
Длительность простоя в планово-предупредительном ремонте	сут.	Тппр	10	10
Действительный фонд времени	сут.	Тд= Тн - Тппр	355	355
Действительный фонд времени	час	Тд	8 520	8 520
Производительность единицы оборудования	л/сут.	П	166,7	166,7
Коэффициент использования оборудования по мощности	ед.	Км	0,75	0,75
Годовой выпуск	л/год	Вгод = А · Тд· П ·Км	44 383,875	44 383,775

Находим экономию на расходе электроэнергии по формуле

ΔС_э = (q₁ - q₂) · Т_д ·Ц, (6.1)

где q₁ и q₂ - расход электроэнергии, соответственно, до и после внедрения проекта, кВт·ч/сут.,

Т_д - действительный фонд рабочего времени, сут.,

Ц - цена электроэнергии, руб. /кВт·ч.

ΔС_э = (900 - 765) · 355·2,6 = 124 605 руб.

Затраты на амортизацию и текущий ремонт АСР ∆З_{а. р.} рассчитывают по следующей формуле

ΔЗ_{а. р.} = К_{АСУ ТП}· (Н_а + Р) /100, (6.2)

где К_АСУ - капитальные вложения в АСУ ТП, руб.;

Н_а - норма амортизации АСУ ТП, %;

Р - текущий ремонт и содержание АСУ ТП, %.

ΔЗ_{а. р.} = 150 000· (20 + 6) /100 = 39 000 руб.

Результаты расчетов условно-годовой экономии приведены в таблице 6.3.

Таблица 6.3 - Расчет условно-годовой экономии

Показатель	Отклонение, руб.
Расход электроэнергии	- 124 605
Затраты на амортизацию и ремонт АСР	+ 39 000
УГЭ	- 85 605

Таким образом, условно-годовая экономия после внедрения АСР составит 85 605 руб. Найдем дополнительную прибыль. Так как выпуск не изменяется, то прибыль будет равна условно-годовой экономии

ΔП = УГЭ = 85 605 руб.

Определяем статические показатели эффективности.

Абсолютная экономическая эффективность определяется по формуле

Е_а = ΔП/ΔК, (6.3)

где ΔП - дополнительная прибыль, руб.;

ΔК - дополнительные капитальные вложения, руб.

Получаем

Е_а = 85 605/150 000 = 0,57.

Годовой экономический эффект рассчитываем по формуле

Э_год = DП ± Е_н·ΔК, (6.4)

где Е_н - нормативный коэффициент, Е_н = 0,32.

Получаем

Э_год = 85 605 - 0,32·150 000 = 37 605 руб.

Срок окупаемости рассчитываем по формуле

Т = 1/Е_а, (6.5)

Т = 1/0,57 = 1,75 года.

Абсолютная экономическая эффективность равна 0,57, что больше нормативной величины 0,32. Срок окупаемости равен 1,75 года. Годовой экономический эффект положителен и составляет 37 605 руб. Следовательно, статические показатели подтверждают эффективность проекта.

Оценим динамические показатели эффективности проекта [19].

Исходными данными для расчета чистого дисконтированного дохода (ЧДД) являются:

дополнительный инвестиционный поток (150 000 руб.);

дополнительный поток от операционной деятельности:

DОП= ΔП∙ (1 - 0, 20) +DЗ_{а. р., (}6.6)

DОП = 85 605∙0,76 + 39 000 = 104 059,8 руб.;

количество расчетных периодов принимаем 5 лет;

норма дисконта 15 %.

ЧДД рассчитывается по формуле

, (6.7)

где Т - длительность расчетного периода, лет;

П_t - прибыль в периоде t, руб.;

А_t - сумма амортизационных отчислений в периоде t, руб.;

К_t - капитальные вложения в периоде t, руб.;- норма дисконта за период.

Проект считают эффективным, если ЧДД положителен за расчетный период. Для простоты и наглядности расчет приведен по форме таблицы 6.4.

Таблица 6.4 - Расчет ЧДД

Кол-во расчетных периодов t_I, лет  Коэфф. дисконтирования, К_I=Дисконтированный дополнительный операционный поток,

DОПI = 104 059,8 · КI, руб. ЧДДI = - 150 000 + åDОПi, руб.
1	1,00104 059,80 - 45 940,2
2	0,87	90 532,03	44 591,83
3	0,75	78 044,85	122 636,68
4	0,65	67 638,87	190 275,55
5	0,57	59 314,08	249 589,63
Итого	-	399 589,63	249 589,63

Индекс доходности дисконтированных инвестиций (ИДД) рассчитывается по формуле

. (6.8)

Проект считают экономически эффективным, если ИДД выше единицы.

ИДД = 399 589,63/150 000 = 2,66.

Таким образом, статические и динамические показатели эффективности подтверждают целесообразность внедрения данной АСР, так как чистый дисконтированный доход положителен и равен 249 589,63 руб., а индекс доходности дисконтированных инвестиций больше единицы.

6.3 Расчет капитальных вложений и амортизационных отчислений

В данном разделе приведем обоснование стоимости капитальных вложений в основные средства по проекту.

Общие капитальные вложения включают в себя стоимость зданий, сооружений, передаточных устройств, машин и оборудования, транспортных средств и инвентаря.

Затраты на приобретение и монтаж оборудования и сумму амортизационных отчислений рассчитываем по каждому виду в соответствии с таблицей 6.5 Затраты на транспортировку и монтаж оборудования составляют 15 % от его стоимости.

Таблица 6.5 - Капитальные вложения и амортизационные отчисления по оборудованию

Оборудование	Количество, шт.	Цена, тыс. руб.	Сумма, тыс. руб.	Затраты на монтаж и транспортировку, тыс. руб.	Первоначальная стоимость, тыс. руб.	Норма амортизации, %	Сумма амортизационных отчислений, тыс. руб.
Куб-испаритель	1	800	800	120,00	920,00	15,0	138,00
Приемная емкость	1	370	370	55,50	425,50	12,3	52,33
Напорная емкость	1	350	350	52,50	402,50	12,6	50,72
Холодильник	1	320	320	48,00	368,00	13,1	48,21
Емкость накопитель ТХГ	1	350	350	52,50	402,50	12,6	50,72
Фильтр технического ТХГ	1	5	5	0,75	5,75	8,9	0,51
Насос подачи ТХГ	1	10	10	1,50	11,50	9,0	1,04
Итого	-	2 205	2 205	330,75	2 535,75	-	341,53

Структура основных средств: здания - 22 %, сооружения - 7 %, передаточные устройства - 4 %, энергетическое оборудование - 3 %, технологическое и подъемно-транспортное оборудование - 49 %, информационное оборудование - 13 %, инвентарь - 2 %.

Составим сводную ведомость капитальных затрат и амортизационных отчислений (таблица 6.6).

Таблица 6.6 - Сводная ведомость капитальных вложений и амортизационных отчислений

Группы основных фондов	Стоимость, тыс. руб.	Структура, %	Амортизационные отчисления
			Норма, %	Сумма, тыс. руб.
Здания (п)	1 138,50	22	1,8	20,49
Сооружения (п)	362,25	7	3,0	10,87
Передаточные устройства (п)	207,00	4	7,3	15,11
Энергетическое оборудование (а)	155,25	3	6,0	9,31
Технологическое и подъемно-транспортное оборудование (а)	2 535,75	49	-	341,53
Информационное оборудование (а)	672,75	13	11,9	80,05
Инвентарь (п)	103,50	2	9,0	9,31
Всего	5 175,00	100	-	678,04
В том числе активная часть (а) пассивная часть (п)	3 363,75 1 811,25	65 35		430,89 55,78

Таким образом, сумма общих капитальных вложений по цеху составит 5 175 тыс. руб., в том числе стоимость активной части 3 363,75 тыс. руб., стоимость пассивной части 1 811,25 тыс. руб. Годовая сумма амортизационных отчислений составит 678,04 тыс. руб.

6.4 Организация труда и планирование численности рабочих

При выборе графика сменности учитывается режим технологического процесса и законодательство по труду. Трудовым законодательством установлена продолжительность рабочей недели 40 часов при нормальных условиях труда.

Режим работы ФГУП "Германий" непрерывный в 3 смены, продолжительность смены 8 часов.

На основе этих данных составляют график сменности для основных и вспомогательных рабочих.

Определяют годовой календарный фонд рабочего времени

∙24 = 8 760 часов.

Очередной отпуск составляет 30 дней, по болезни 5 дней, государственные обязанности 1 день.

Таблица 6.7 - График сменности при непрерывном режиме работы

Бригады	Число месяца
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	14	15	16
А	1	1	1	1	Х	2	2	2	2	Х	3	3	3	3	Х	Х
Б	3	3	Х	Х	1	1	1	1	Х	2	2	2	2	Х	3	3
В	2	Х	3	3	3	3	Х	Х	1	1	1	1	Х	2	2	2
Г	Х	2	2	2	2	Х	3	3	3	3	Х	Х	1	1	1	1

Рассчитываем соответствие графика сменности трудовому законодательству по схеме:

отработанное за неделю время , ч определяют по формуле

, (6.9)

где t_см - длительность смены, ч;

 - количество рабочих дней за цикл, дней (12 дней);

Ц - цикл сменооборота, дней (16 дней);

К_нед - количество недель в году (365/7 = 52).

ч; (6.10)

недоработку или переработку (Н/П) в днях рассчитывают по формуле

, (6.11)

где  - нормативное время работы в неделю, ч.

дн/год.

Следовательно переработка составляет 13 дней в году;

количество выходных дней К_вых, дн., по формуле

, (6.12)

где  - количество выходных дней за цикл.

92 дн/год. (6.13)

Количество выходных дней за год составляет 92 дня.

На основании выше приведенных расчетов определяем плановый баланс рабочего времени (таблица 6.8) и коэффициент перехода от штатной численности к списочной.

Таблица 6.8 - Плановый баланс рабочего времени

Показатели	Непрерывная рабочая неделя, 8 ч/смена
Календарный фонд, дни	365
Выходные и нерабочие дни по графику сменности, дни	92
Номинальный фонд рабочего времени Тн, дни	273
Невыходы по причинам: отпуск очередной и дополнительный болезни выполнение государственных и общественных обязанностей	30+13 = 43 5 1
Эффективный фонд рабочего времени Тэф, дни часы	273 - 43 - 5 - 1 = 224 224·8 = 1792
Коэффициент перехода от штатной численности к списочной Кс = Тн/Тэф	273/224 = 1,21

Расчет численности работающих выполняют раздельно по категориям: рабочие основные и вспомогательные. Различают явочное, списочное и штатное количество рабочих.

Явочное количество - это число работников, которое ежесуточно должно быть на производстве. Явочное количество рабочих Ч_яв, чел, определяют по нормам численности на обслуживание с помощью формулы

Ч_яв = А·Н_об·с, (6.14)

где А - число единиц оборудования, ед.;

Н_об - норма численности на обслуживание единицы оборудования, чел.;

с - число смен в сутки, ед.

При непрерывном режиме работы рассчитывают штатную численность Ч_шт, чел., учитывающую подменных рабочих, число которых равно количеству рабочих одной смены

Ч_шт = А·Н_об· (с+1). (6.15)

Списочная численность Ч_сп, чел., учитывает тех рабочих, кто отсутствует на производстве по разным уважительным причинам (отпуск, командировки, болезни, учеба). Для непрерывного производства списочную численность вычисляют по формуле

Ч_сп = Ч_шт·К_с, (6.16)

где К_с - коэффициент перехода от явочной (штатной) численности к списочной, который определяют по данным баланса рабочего времени одного рабочего.

Расчет численности основных и вспомогательных рабочих приведен в таблице 6.9.

Таблица 6.9 - Расчет численности основных и вспомогательных рабочих

Профессия	Количество агрегатов, ед.	Норма численности, чел/ед.	Число рабочих смен	Явочная численность			Штатная численность, чел	Кс	Списочная численность
				в смену		в сутки
Основные рабочие
Аппаратчик	1	1	3		1	3	4	1,21	5
Итого	1	1	3		1	3	4	1,21	5
Вспомогательные рабочие
Слесарь КИПиА	-	-	3		1	3	4	1,21	5
Механик	-	-	3		1	3	4	1,21	5
Итого	-	-	-		2	6	8	1,21	10
Всего	-	-	-		4	9	12	1,21	15

В результате планирования численности рабочих установлено, что в цехе требуется 15 рабочих, из них основных - 5 человек, вспомогательных - 10 человек.

6.5 Расчет годового фонда заработной платы

В данном разделе рассчитываем годовой фонд заработной платы и среднюю заработную плату для отдельных категорий работников.

Исходными данными для расчетов являются: численность работающих по профессиям и специальностям, тарифные разряды и ставки рабочих, эффективный фонд рабочего времени на одного рабочего, должностные оклады руководителей, специалистов.

Различают основную и дополнительную заработную плату. Основная зарплата представляет собой оплату за фактически отработанное время и включает в себя тарифный фонд, премиальные, доплаты за работу в ночное и вечернее время, в праздничные дни и за бригадирство. Тарифный фонд Ф_т определяют по формуле

Ф_т = Ч_сп·С_ч·Т_эф,, (6.17)

где Ч_{сп -} списочная численность рабочих; С_{ч -} часовая тарифная ставка соответствующего разряда, руб.; Т_{эф -} эффективный фонд рабочего времени, ч. Районный коэффициент и северная надбавка составляют 60%. Премии основным рабочим выплачиваются в размере 30 % от тарифного заработка, вспомогательным рабочим - 20 % от тарифного заработка, руководителям - 40 % от оклада, специалистам - 30 % от оклада, служащим - 20 % от оклада.

Доплата за вечернее время работы (с 18: 00 до 22: 00) составит 20 % от тарифной ставки за отработанное время, доплата за ночное время (с 22: 00 до 6: 00) - 40 % от тарифной ставки за отработанное время.

Отработанное время определяем путем деления количества часов, приходящихся на вечернее или ночное время, соответственно, к общему количеству отработанного времени за день или сутки, при непрерывном режиме работы коэффициент доплаты за вечернее время

К_вв = 4/24·0,2 = 0,033.

Коэффициент за ночное время

К_нв = 8/24·0,4 = 0,133.

Оплата работы в праздничные дни установлена в размере двойной тарифной ставки, поэтому коэффициент доплаты за эти дни, при непрерывном режиме работы, составит

К_нв = 12/365 = 0,03.

Дополнительная заработная плата включает оплату труда за фактически неотработанное работником время (отпуск, дни по болезни).

Дополнительную заработную плату планируют с помощью коэффициентов, которые рассчитываются, как отношение фактически неотработанного рабочим времени к эффективному фонду рабочего времени

К_отп = Д_отп/Т_эф, (6.18)

К_{гос. об} = Д_{гос. об}/Т_эф, (6.19)

К_б = Д_бол/Т_эф, (6.20)

где Д_отп, Д_{гос. об}, Д_бол - соответственно очередной и дополнительный отпуск, время на выполнение государственных обязанностей, 5 дней оплачиваемых предприятием по болезни.

Подставив значения, получаем

К_отп = 43/224 = 0, 19,К_{гос. об} = 1/224 = 0,0045,К_б = 5/224 = 0,022.

Фонд оплаты труда руководителей, специалистов и служащих определяется по формуле

ФОТ_рук = Ч·Ок·12·Р_{коэфф. /надб.} ·К_пр., (6.21)

где Ч - численность руководителей, специалистов или служащих, чел.;

Ок - оклад, руб. /мес;

Р_{коэфф. /надб} - районный коэффициент и северная надбавка;

К_пр - коэффициент, учитывающий премию.

Расчет годового фонда заработной платы приведен в таблицах 6.10 и 6.11.

Таблица 6.10 - Годовой фонд заработной платы руководителей, специалистов и служащих

Должность	Числен-ность, чел.	Оклад в месяц, руб.	Премии, руб.	Районный коэффициент и северная надбавка, руб.	Годовой фонд заработной платы, руб.
Руководители
Начальник цеха	1	25 000	10 000	15 000	600 000
Старший мастер цеха	1	17 000	6 800	10 200	408 000
Мастер смены	4	17 000	6 800	10 200	1 632 000
Итого	6	59 000	23 600	35 400	2 640 000
Специалисты
Инженер-технолог	1	15 000	4 500	9 000	342 000
Инженер по качеству	1	15 000	4 500	9 000	342 000
Итого	2	30 000	9 000	18 000	684 000
Служащие
Уборщица	2	5 000	1 000	3 000	108 000
Всего	8	89 000	32 600	53 400	3 342 000

Таблица 6.11 - Годовой фонд заработной платы рабочих

Профессия	Разряд		Списочное число рабочих, чел.	Часовая тарифная ставка, руб.		Эффективный фонд рабочего времени, ч.	Основная заработная плата, руб.								Итого основная за работная плата, руб.
							оплата по тарифу			премии	за работу в ночное и вечернее время		за работу в праздничные дни
Основные рабочие
Аппаратчики	5		5	50		1 792	448 000			134 400	74 368		13 440		670 208
Итого			5	-		-	448 000			134 400	74 368		13 440		670 208
Вспомогательные рабочие
Слесарь КИПиА	5		5	30		1 792	268 800			53 760	44 620		8 064		375 244
Механик	4		5	40		1 792	358 400			71 680	59 495		10 752		500 327
Итого			10	-		-	627 200			125 440	104 115		18 816		875 571
Всего			15	-		-	1 075 200			259 840	178 483		32 256		1 545 779
Основные рабочие
Аппаратчики		1 072 333			4 825	23 591			232 215		1 304 492
Итого		1 072 333			203 743			4 825	23 591			232 215		1 304 492
Вспомогательные рабочие
Слесарь КИПиА		600 358			114 068			2 702	13 208			129 978		730 336
Механик		800 523			152 099			3 602	17 612			173 313		973 836
Итого		1 400 881			266 167			6 304	30 820			303 291		1 704 172
Всего		2 473 214			469 910			11 129	54 411			535 450		3 008 664

Результаты расчетов по труду и заработной плате работающих в цехе представлены в таблице 6.12.

Таблица 6.12 - Сводная ведомость по труду и заработной плате

Категория	Количество, чел.	Годовой фонд заработной платы, руб.	Среднемесячная заработная плата, руб.
Рабочие:
Основные	5	1 304 492	21 741,53
Вспомогательные	10	1 704 172	14 201,43
Руководители	6	2 640 000	36 666,70
Специалисты	2	684 000	28 500,00
Служащие	2	108 000	4 500,00
Всего	25	6 440 664	21 468,90

Таким образом, численность промышленно производственного персонала по проекту составит 25 человек, годовой фонд заработной платы составит 6 440 664 тыс. руб., среднемесячная заработная плата по цеху составит 21 468,9 руб.

6.6 Расчет себестоимости продукции

В данном разделе спланируем издержки производства при внедрении новых технологий.

Перед составлением калькуляции произведем расчет расходов на содержание и эксплуатацию оборудования (РСЭО) и цеховых расходов, представленных в таблицах 6.13 и 6.14.

Таблица 6.13 - Смета РСЭО

Статьи расходов	Сумма по аналогу, тыс. руб.	Сумма по проекту, тыс. руб.	Примечание
Амортизация активной части основных средств	391,890	430,890	По данным таблицы 6.6
Содержание и ремонт активной части основных средств	1 704,172	1 704,172	Заработная плата вспомогательных рабочих, связанных с обслуживанием оборудования
	340,834	340,834	Единый социальный налог
	201,825	3 363,75·0,06 = 201,825	Стоимость материалов и запчастей для ухода и ремонта (6% от стоимости активной части ОС)
Внутризаводское перемещение грузов	50,720	50,720	2% от первоначальной стоимости подъемно-транспортного оборудования
Итого	2 689,441	2 728,441

Таблица 6.14 - Смета цеховых расходов

Статьи расходов	Сумма по проекту и аналогу, тыс. руб.	Примечание
Заработная плата вспомогательных рабочих	1 704,172	По данным таблицы 6.12
Заработная плата руководителей, специалистов, служащих	3 432,000	По данным таблицы 6.12
Единый социальный налог	1 027,234	26 % от заработной платы вспомогательного персонала, руководителей и специалистов
Амортизация пассивной части ОС	55,780	По данным таблицы 6.6
Содержание пассивной части ОС	36, 225	2 % от стоимости, по данным таблицы 6.6
Ремонт пассивной части ОС	54, 338	3 % от стоимости, по данным таблицы 6.6
Расходы на испытания, опыты, исследования, содержание заводских лабораторий	60,173	2 % от фонда оплаты труда работающих,
Охрана труда и техника безопасности	120,346	4 % от фонда оплаты труда основных и вспомогательных рабочих
Прочие расходы	407,906	6 % от суммы выше учтенных расходов
Итого	6 898,174

Себестоимость продукции по аналогу и проекту представлены в таблицах 6.15 и 6.16.

Таблица 6.15 - Калькуляция себестоимости продукции по аналогу

Статьи затрат	На суточный выпуск продукции			На годовой выпуск
	Кол-во	Цена, руб.	Сумма, руб.	Кол-во	Сумма, руб.
1 Электроэнергия, кВт·ч/сут.	900	2,6	2 340,00	319 500	830 700
2 Заработная плата основных рабочих	-	-	3 674,62	-	1 304 492
3 РСЭО	-	-	7 575,89	-	2 689 441
4 Цеховые расходы	-	-	19 431,47	-	6 898 174
Итого цеховая себестоимость	-	-	33 021,99	-	11 722 807

Таблица 6.16 - Калькуляция себестоимости продукции по проекту

Статьи затрат	На суточный выпуск эодукции			На годовой выпуск
	Кол-во	Цена, руб.	Сумма, руб.	Кол-во	Сумма, руб.
1 Электроэнергия, кВт·ч/сут.	765	2,6	1 989,00	271 575	706 095
2 Заработная плата основных рабочих	-	-	3 674,62	-	1 304 492
3 РСЭО	-	-	7 685,74	-	2 728 441
4 Цеховые расходы	-	-	19 431,47	-	6 898 174
Итого цеховая себестоимость	-	-	32 780,85	-	11 637 202

За счет внедренной АСР произойдет уменьшение потребления электроэнергии, а следовательно, сократятся расходы предприятия.

6.7 Расчет технико-экономических показателей

Рассчитаем основные показатели, характеризующие проект, и сопоставим их с соответствующими показателями цеха-аналога.

Фондоемкость вычисляем по формуле

Ф_емк = (К_а +НОС_а) /В_а, (6.22)

где К_а - капиталовложения в основные средства по цеху-аналогу, руб.;

НОС_а - нормируемые оборотные средства по цеху-аналогу, (приняты в раз - мере 10% от полной себестоимости годового выпуска по цеху-аналогу), руб.;

В_а - выпуск продукции по аналогу, л.

В результате получаем

Ф_емк= (5 175 000 - 150 000 + 1 172 280) /44 383,775 = 139,63 руб. /л.

Цену на продукцию цеха рассчитываем по формуле

Ц_р = С_а + Е_н·Ф_{емк. (}6.23)

где С_а - себестоимость продукции в цехе-аналоге, руб. /л.; Е_н - нормативный коэффициент эффективности, Е_н=0,15; В результате получаем

Ц_р = 198,092 + 0,15·139,63 = 219,036 руб.

Валовую прибыль по аналогу и проекту, руб., определяем по формуле

П_в = (Ц - С) ·В, (6.24)

где С - себестоимость единицы продукции по аналогу или проекту, руб. /л; В - выпуск продукции по аналогу или проекту, л/год. Валовая прибыль равна

П_в^ан = (219,036 - 198,092) ·44 383,775 = 929 573,784 руб.,

П_в^пр = (219,036 - 196,646) ·44 383,775 = 993 752,722 руб.

Рентабельность производства по аналогу и проекту, %, определяем по формуле

Р_п = 100·П_в/ (К + НОС), (6.25)

где К - капиталовложения в основные средства по аналогу или проекту, руб;

НОС - нормируемые оборотные средства по аналогу или проекту, (приняты в размере 10% от полной себестоимости годового выпуска по цеху - аналогу или проекту), руб.

В результате получаем

Р_п^ан = 100·929 573,784/ (5 175 000 - 150 000 + 1 172 280) = 15 %,

Р_п^ан = 100·993 752,722/ (5 175 000 + 1 172 280) = 15,66 %.

Затраты, приходящиеся на один рубль товарной продукции по аналогу и проекту, руб. /руб., рассчитываем по формуле

З_тп = С_ед/Ц, (6.26)

где С_{ед -} себестоимость единицы продукции, руб.

В результате получаем

З_ТП^ан = 198,092/219,036 = 0,90 руб. /руб.,

З_ТП^пр = 196,646/219,036 = 0,89 руб. /руб.

Фондоотдачу, руб. /руб., определяем по формуле

Ф_о = В·Ц/К, (6.27)

Фондоотдача равна

Ф_о^ан = 44 383,775·219,036/ (5 175 000 - 150 000) = 1,95 руб. /руб.,

Ф_о^пр = 44 383,775·219,036/5 175 000 = 1,88 руб. /руб.

Производительность труда на одного работающего в цехе, л/чел., вычисляем по формуле

П_ппп = В/Ч_ппп, (6.28)

где Ч_ппп - численность промышленно-производственного персонала цеха аналога или проекта, чел.

В результате получаем

П_ппп^ан = П_ппп^пр = 44 383,775/25 = 1 775,35 л. /чел.

Результаты расчетов представим в таблице 6.17.

Таблица 6.17 - Основные технико-экономические показатели

Показатели	Ед. изм.	Аналог	Проект	Отклонение
Годовой выпуск продукции в натуральном выражении	л.	44 383,77	44 383,77	-
Капиталовложения в основные средства	руб.	5 025 000,00	5 175 000	150 000,00
Фондоотдача	руб. /руб.	1,95	1,88	- 0,07
Численность ППП	чел.	25,00	25	-
Производительность труда ППП	л. /чел	1 775,35	1 775,35	-
Себестоимость годового выпуска	руб.	11 722 807,00	11 637 202	- 85 605,000
Затраты на один рубль товарной продукции	руб. /руб.	0,90	0,89	- 0,006
Прибыль валовая	руб.	929 573,78	993 752,72	+ 64 178,94
Прибыль чистая	руб.	743 659,10	795 002,17	+ 51 343,15
Рентабельность производства	%	15,00	15,66	+ 0,660
ЧДД	руб.	249 589,63	-	-
ИДД	-	2,66	-	-
Срок окупаемости	лет	1,75	-	-

Анализируя изменение основных технико-экономических показателей работы цеха после внедрения проекта, можно сделать следующие выводы.

Годовой выпуск не изменится. По проекту потребуются дополнительные капитальные вложения в размере 150 000 руб. Численность промышленно-производственного персонала не изменится и составит 25 человек. Производительность труда 1 775,35 л/чел. Себестоимость годового выпуска снизится на 85 605 руб. за счет изменения расхода электроэнергии. Затраты на 1 руб. товарной продукции уменьшится на 0,006 руб. /руб. Валовая прибыль по проекту увеличится на 64 178,94 руб. за счет уменьшения цеховой себестоимости. Рентабельность увеличится на 0,66 %. ЧДД за расчетный период положительный и составит 249 589,63 руб. ИДД больше единицы. Срок окупаемости составляет 1,75 года. Следовательно, можно сделать вывод, что внедрение АСР температуры ТХГ в кубе-испарителе экономически целесообразно.

Заключение

В дипломном проекте рассмотрена автоматизация процесса дистилляции тетрахлорида германия.

В разделе "Технология" рассмотрена технология производства полупроводникового германия, основное технологическое оборудование для процесса дистилляции.

В разделе "Автоматизация" процесс дистилляции тетрахлорида германия был рассмотрен как объект управления. Была выбрана структура АСУ ТП дистилляции, выбраны контролируемые и регулируемые параметры, приборы и средства автоматизации. Были выбраны микропроцессорный контроллер Simatic S7-300 и ЭВМ. Разработана мнемосхема процесса дистилляции тетрахлорида германия в SCADA-системе GENESIS-32. Были разработаны следующие схемы: схема функциональная автоматизации, схема электрическая принципиальная АСР температуры в кубе-испарителе, общий вид щита контроллера, монтажно-коммутационная схема щита контроллера, схема внешних электрических и трубных проводок.

В специальной части проекта разработана АСР температуры в кубе-испарителе. Найдены параметры объекта. В результате расчетов выбран ПИД-регулятор непрерывного действия. Выполнена оптимизация ПИД-регулятора и найдены оптимальные параметры ПИД-регулятора. Также система исследована на робастность и устойчивость по критерию Найквиста. Анализ полученных результатов показал, что АСР температуры в кубе-испарителе устойчива и обладает запасом устойчивости по амплитуде С = 0,42 и по фазе ∆φ ≈ 30є, а также является робастной.

В разделе "Электроснабжение" выполнено описание общей системы электроснабжения предприятия в целом и проектируемого участка, выбрана принципиальная однолинейная схема электроснабжения проектируемого участка, произведен расчет электрического освещения участка и общей осветительной нагрузки. А также расчет электрической нагрузки и расчет мощности, расчет сечений и выбор кабелей напряжением 0,4 кВ и 6 кВ, трансформаторов цеховой ТП и устройств компенсации реактивной мощности и расчет годовой стоимости электроэнергии. Рассмотрены основные меры безопасности при эксплуатации электроустановок.

В разделе "Безопасность жизнедеятельности" выполнен анализ опасных и вредных производственных факторов проектируемого участка. Рассмотрены технические и организационные мероприятия по охране труда, а также мероприятия по производственной санитарии, по пожарной и взрывной безопасности, организация воздухообмена и устройства вентиляции. Выполнен расчет естественного освещения, рассмотрено искусственное освещение.

В "Экономической части" дипломного проекта выполнено технико-экономическое обоснование внедрения АСР температуры в кубе-испарителе. Выполнен расчет капитальных вложений и амортизационных отчислений, численности основных и вспомогательных рабочих, годового фонда заработной платы, себестоимости продукции, основных технико-экономических показателей. Анализируя изменение основных технико-экономических показателей работы цеха после внедрения проекта, можно сделать следующие выводы. Годовой выпуск не изменится. По проекту потребуются дополнительные капитальные вложения в размере 150 000 руб. Численность промышленно-производственного персонала не изменится и составит 25 человек. Производительность труда составит 1 775,35 л/чел. Чистая прибыль по проекту увеличится на 51 343,15 руб. Рентабельность увеличится на 0,66 %. ЧДД за расчетный период положительный и составит 249 589,63 руб. ИДД равен 2,66. Срок окупаемости составляет 1,75 года. Следовательно, можно сделать вывод, что внедрение АСР температуры в кубе-испарителе целесообразно и экономически обосновано.

Список использованных источников

1. Зеликман, А.Н. Металлургия редких металлов: учеб. / А.Н. Зеликман. - М.: Металлургия, 1980. - 328 с.

. Технологическая инструкция по дистилляции тетрахлорида германия № 9-5-07. ФГУП "Германий". 19с.

. Производство германия: учеб. / В.М. Андреев, А.С. Кузнецов, Г.И. Петров, Л.Н. Шигина. М.: Металлургия, 1969 г. - 96 с.

. Каганов, В.Ю. Автоматизация управления металлургическими процессами / В.Ю. Каганов, О.М. Блинов, А.М. Беленький - М.: Металлургия, 1974 - 414 с.

5. ТСМУ-205 термопреобразователь [Электронный ресурс]: Торговый дом автоматика; каталог продукции. - Режим доступа: http://www.td-automatika.ru/catalog/detail. php? ID=25855 <http://www.td-automatika.ru/catalog/detail.php?ID=25855> - Загл. с экрана.

. Преобразователи переменного напряжения тиристорные [Электронный ресурс]: Центр лабораторного оборудования "Спецхимтех"; каталог продукции. - Режим доступа: http://www.clo.ru/Catalog/VyprjamPreobr/pn-tt. htm <http://www.clo.ru/Catalog/VyprjamPreobr/pn-tt.htm>. - Загл. с экрана.

. Ультразвуковые уровнемеры Rosemount серии 3100 [Электронный ресурс]: Лист технических данных; каталог 2008-2009. - Режим доступа: http://metratech.ru/file/Rosemount_3100. pdf <http://metratech.ru/file/Rosemount_3100.pdf> - Загл. с экрана.

. Ультразвуковой счетчик-расходомер "Расход-7" [Электронный ресурс]: николаевский информационный сервис-центр. - Режим доступа: <http://www.057.com.ua/pribor/stoland_rashod7.html> - Загл. с экрана.

. Программируемые контроллеры Siemens S7-300 [Электронный ресурс]: Промоборудование СИС. - Режим доступа: http://promsis. spb.ru/catalog/ad_siemens/automatic_systems/siemens_simatic_siplus_s7_300/ <http://promsis.spb.ru/catalog/ad_siemens/automatic_systems/siemens_simatic_siplus_s7_300/> - Загл. с экрана.

. Буралков, А.А. Автоматизация технологических процессов металлургических предприятий: учебно-метод. пособие / И.И. Лапаев, А.А. Буралков: ГАЦМиЗ - Красноярск, 1998. - 136 с.

. Теория автоматического управления: учеб. для вузов / В.Н. Брюханов [и др.]; под ред. Ю.М. Соломенцева. - Изд.3-е, стер. - М.: Высш. шк., 2000. - 268 с.

. Буралков, А.А. Методические указания по выполнению раздела "Электроснабжение и электрооборудование цеха” в дипломном проекте студентов специальности 220301 АМЦ / А.А. Буралков - Красноярск, 2009. - 25 с.

. Значения коэффициентов спроса для заводов промышленности [Электронный ресурс]: - Режим доступа: <http://www.technonicolmoscow.ru/elektrosnabzhenie/> - Загл. с экрана.

. ГОСТ 14.209-97 Руководство по нагрузке силовых масляных трансформаторов. - Введ. взамен ГОСТ 14209-85; дата введ.01.01.2002. - М.: ИПК Изд-во стандартов, 2002. - 47 с.

. ГОСТ 12.1.005-01. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. - Введ. Взамен ГОСТ 12.1.005-88; дата введ.12.09.1999. - М.: ИПК Изд-во стандартов, 1999. - 31 с.

. Безопасность жизнедеятельности: учеб. пособие / С.В. Белов [и др.]; под ред. С.В. Белова. - Изд.3-е, испр. и доп. - М.: Высш. шк., 2007. - 237 с.

. Безопасность жизнедеятельности в дипломном проектировании: метод. указания по выполнению раздела "Безопасность жизнедеятельности" для студентов всех специальностей очного и заочного обучения / Э.В. Богданова, В.А. Гронь, Л.С. Максименко, А.Г. Степанов. - Красноярск: Изд-во ГУЦМиЗ, 2007. - 36 с.

. Парфенова, С.Л. Организация и планирование производства: метод. указание к дипломному и курсовому проектированию для студентов специальности "Автоматизация производственных процессов" / С.Л. Парфенова. - Красноярск: Изд-во "ГАЦМиЗ", 2003. - 52 с.

. ГОСТ 2.105-95. ЕСКД. Общие требования к текстовым документам. - Введ. впервые; дата введ.08.08.1995. - М.: Госстандарта РФ, 1995. - 47 с.

. ГОСТ 21.404-85 СПДС. Автоматизация технологических процессов. - Введ. впервые; дата введ.01.01.1986. - М.: Госстандарта РФ, 1986. - 36 с.

. ГОСТ 2.303-68 ЕСКД. Линии. - Взамен ГОСТ 3456-59; дата введ.01.01.1971. - М.: ИПК Издательство стандартов, 1971. - 8 с.

. ГОСТ 2.304-81 ЕСКД. Шрифты чертёжные. - Введ. впервые; дата введ.01.01.1982. - М.: ИПК Издательство стандартов, 1982. - 22 с.

. ГОСТ 2.710-81 ЕСКД. Обозначения буквенно-цифровые в электрических схемах. - Взамен ГОСТ 2.710-75; дата введ.01.07.1981. - М.: ИПК Издательство стандартов, 1981. - 29 с.

. ГОСТ 2.702-75 ЕСКД. Правила выполнения электрических схем. - Взамен ГОСТ 2.702-69; дата введ.01.07.1977. - М.: ИПК Издательство стандартов, 1977. - 41 с.

. ГОСТ 21.110-95 СПДС. Правила выполнения спецификаций оборудования изделий и материалом. - Введ. впервые; дата введ. 19.04.1995. - М.: ИПК Издательство стандартов, 1995. - 33 с.

. СТО 4.2-07-2010 Система менеджмента качества Общие требования к построению, изложению и оформлению документов учебной и научной деятельности. - Введ. взамен СТО 4.2-07-2008; дата. введ.22.11.2010. - Красноярск: 2010 - 57 с.