Помощь студентам в учебе
Автоматическая система импульсного пожаротушения производственного помещения
|
Введение 13
1 Научно-исследовательская работа 15
1.1 Цель и задачи исследования 17
1.2 Экспериментальная методика 18
1.2.1 Типы, материалы и характеристики очагов 20
1.2.2 Определение характеристик горения очагов 31
1.2.3 Распылительные форсунки 35
1.2.4 Определение скоростей движения и размеров генерируемых
капель 36
1.2.5 Определение удельных расходов 38
1.2.6 Определение удельной плотности орошения 39
1.3 Тушение модельных очагов пожара 41
1.4 Выводы 46
2 Проектирование АСУ импульсным пожаротушением производственного
помещения 47
2.1 Системный анализ объекта автоматизации 47
2.1.1 Технологические процессы и оборудование 48
2.2 Анализ действующей АСПТ 50
2.2.1 Технические средства в составе АПС 51
2.2.1.1 Извещатели пожарные 52
2.2.1.2 Приборы приемно-контрольные 56
2.2.1.3 Шкаф пожаротушения 58
2.2.2 Средства пожаротушения 58
2.2.3 Преимущества и недостатки АСПТ 60
2.3 Техническое задание на проектирование системы управления 61
2.4 Разработка структурной схемы системы управления 66
2.5 Разработка функциональной схемы системы управления 68
2.6 Выбор технических средств автоматизации и составление заказной
спецификации 70
2.6.1 Выбор датчиков температуры 70
2.6.2 Выбор датчика давления 71
2.6.3 Выбор датчика расхода 72
2.6.4 Выбор датчика уровня 73
2.6.5 Выбор исполнительного механизма 74
2.6.6 Выбор пожарных извещателей 75
2.6.7 Выбор программируемого логического контроллера 77
2.6.8 Выбор оборудования АРМ оператора 79
2.7 Разработка электрической схемы соединений щита пожаротушения ... 80
2.8 Проектирование схемы внешних проводок 82
2.9 Разработка сборочного чертежа и спецификации щита
пожаротушения 84
2.10 Наполнение системы информационным, математическим и
программным обеспечением 84
2.11 Разработка экранных форм мнемосхем SCADA-системы 88
3 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ... 96
3.1 Потенциальные потребители результатов исследования 97
3.2 Анализ конкурентных технических решений 98
3.3 FAST-анализ 100
3.3.1 Выбор объекта FAST-анализа 101
3.3.2 Описание функций объекта 101
3.3.3 Определение значимости выполняемых объектом функций 102
3.3.4 Анализ стоимости функций, выполняемых объектом
исследования 104
3.3.5 Построение функционально-стоимостной диаграммы объекта и ее
анализ 105
3.3.6 Оптимизация функций, выполняемых объектом 106
3.4 Планирование научно-исследовательской работы 106
3.4.1 Разработка графика проведения научного исследования 107
3.5 Бюджет научно-технического исследования 110
3.5.1 Расчет материальных затрат НТИ 110
3.5.2 Расчет затрат на специальное оборудование 112
3.5.3 Расчет затрат на амортизацию 115
3.5.4 Заработная плата исполнителей 116
3.5.5 Отчисления во внебюджетные фонды 118
3.5.6 Накладные расходы 119
3.5.7 Формирование бюджета научно-исследовательского проекта 119
4 Социальная ответственность 124
4.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности .... 124
4.1.1 Специальные правовые нормы трудового законодательства 126
4.1.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны .... 127
4.2 Производственная безопасность 129
4.3 Анализ выявленных опасных и вредных производственных
факторов 130
4.3.1 Отклонение показателей микроклимата 130
4.3.2 Превышение уровня шума 132
4.3.3 Недостаточная освещенность рабочей зоны 133
4.3.4 Поражение электрическим током 134
4.3.5 Тепловое воздействие 135
4.3.6 Активное наблюдение за ходом производственного процесса 136
4.3.7 Повышенный уровень электромагнитных полей 137
4.3.8 Взрывопожароопасность газа 138
4.4 Обоснование мероприятий по снижению воздействия опасных и
вредных факторов на исследователя 138
4.5 Экологическая безопасность 140
4.6 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 141
Выводы по разделу 143
Заключение 144
Список использованных источников 147
Приложение А The necessary water discharge density to supress fires in premises 157
Приложение Б Листинг программного кода приложения «Тушение_DemoV» 173
1 Научно-исследовательская работа 15
1.1 Цель и задачи исследования 17
1.2 Экспериментальная методика 18
1.2.1 Типы, материалы и характеристики очагов 20
1.2.2 Определение характеристик горения очагов 31
1.2.3 Распылительные форсунки 35
1.2.4 Определение скоростей движения и размеров генерируемых
капель 36
1.2.5 Определение удельных расходов 38
1.2.6 Определение удельной плотности орошения 39
1.3 Тушение модельных очагов пожара 41
1.4 Выводы 46
2 Проектирование АСУ импульсным пожаротушением производственного
помещения 47
2.1 Системный анализ объекта автоматизации 47
2.1.1 Технологические процессы и оборудование 48
2.2 Анализ действующей АСПТ 50
2.2.1 Технические средства в составе АПС 51
2.2.1.1 Извещатели пожарные 52
2.2.1.2 Приборы приемно-контрольные 56
2.2.1.3 Шкаф пожаротушения 58
2.2.2 Средства пожаротушения 58
2.2.3 Преимущества и недостатки АСПТ 60
2.3 Техническое задание на проектирование системы управления 61
2.4 Разработка структурной схемы системы управления 66
2.5 Разработка функциональной схемы системы управления 68
2.6 Выбор технических средств автоматизации и составление заказной
спецификации 70
2.6.1 Выбор датчиков температуры 70
2.6.2 Выбор датчика давления 71
2.6.3 Выбор датчика расхода 72
2.6.4 Выбор датчика уровня 73
2.6.5 Выбор исполнительного механизма 74
2.6.6 Выбор пожарных извещателей 75
2.6.7 Выбор программируемого логического контроллера 77
2.6.8 Выбор оборудования АРМ оператора 79
2.7 Разработка электрической схемы соединений щита пожаротушения ... 80
2.8 Проектирование схемы внешних проводок 82
2.9 Разработка сборочного чертежа и спецификации щита
пожаротушения 84
2.10 Наполнение системы информационным, математическим и
программным обеспечением 84
2.11 Разработка экранных форм мнемосхем SCADA-системы 88
3 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ... 96
3.1 Потенциальные потребители результатов исследования 97
3.2 Анализ конкурентных технических решений 98
3.3 FAST-анализ 100
3.3.1 Выбор объекта FAST-анализа 101
3.3.2 Описание функций объекта 101
3.3.3 Определение значимости выполняемых объектом функций 102
3.3.4 Анализ стоимости функций, выполняемых объектом
исследования 104
3.3.5 Построение функционально-стоимостной диаграммы объекта и ее
анализ 105
3.3.6 Оптимизация функций, выполняемых объектом 106
3.4 Планирование научно-исследовательской работы 106
3.4.1 Разработка графика проведения научного исследования 107
3.5 Бюджет научно-технического исследования 110
3.5.1 Расчет материальных затрат НТИ 110
3.5.2 Расчет затрат на специальное оборудование 112
3.5.3 Расчет затрат на амортизацию 115
3.5.4 Заработная плата исполнителей 116
3.5.5 Отчисления во внебюджетные фонды 118
3.5.6 Накладные расходы 119
3.5.7 Формирование бюджета научно-исследовательского проекта 119
4 Социальная ответственность 124
4.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности .... 124
4.1.1 Специальные правовые нормы трудового законодательства 126
4.1.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны .... 127
4.2 Производственная безопасность 129
4.3 Анализ выявленных опасных и вредных производственных
факторов 130
4.3.1 Отклонение показателей микроклимата 130
4.3.2 Превышение уровня шума 132
4.3.3 Недостаточная освещенность рабочей зоны 133
4.3.4 Поражение электрическим током 134
4.3.5 Тепловое воздействие 135
4.3.6 Активное наблюдение за ходом производственного процесса 136
4.3.7 Повышенный уровень электромагнитных полей 137
4.3.8 Взрывопожароопасность газа 138
4.4 Обоснование мероприятий по снижению воздействия опасных и
вредных факторов на исследователя 138
4.5 Экологическая безопасность 140
4.6 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 141
Выводы по разделу 143
Заключение 144
Список использованных источников 147
Приложение А The necessary water discharge density to supress fires in premises 157
Приложение Б Листинг программного кода приложения «Тушение_DemoV» 173
Решение проблемы обнаружения, локализации и тушения возгораний в замкнутых помещениях является одним из важнейших аспектов обеспечения безопасности и сохранения жизни людей. Регулярно человечество сталкивается с недостатками множества существующих АСПТ, которые могут привести к гибели людей, а также нанести существенный экономический ущерб уничтожением имущества. Из этого следует, что безопасность людей в зданиях и сооружениях зависит от эффективности установленных в них противопожарных систем.
В связи с тем, что большинство материалов, использующихся для отделки помещений и изготовления мебели, имеют высокие показатели горючести [1, 2], повышение пожарной безопасности зданий осуществляется в рамках двух основных направлений. Первое нацелено на повышение эффективности систем тушения пожара, путем подбора оптимальных показателей дисперсности и плотности потока огнетушащего вещества, а также выбора места установки форсуночных устройств, настройки эффективных диапазонов срабатывания пожарных датчиков, параметров вентиляционных систем [3,4] и др. Второе - пассивные методы, направленные на определение характеристик пожароопасных материалов и снижение их горючести, а также на моделирование пиролиза и горения материала в условиях пожара [5].
В рамках настоящей работы приоритетным является первое направление, ввиду больших возможностей изучения и модернизации, а также наличия непосредственно средств обнаружения и тушения пожаров, которые являются необходимыми устройствами для создания АСПТ.
Целью настоящей работы является разработка автоматизированной системы управления импульсным пожаротушением производственного помещения. При этом к перечню решаемых создаваемой АСУИПТ задач следует отнести следующие:
- повышение эффективности существующих АСПТ и пожарной безопасности в целом;
- обеспечение удобства и быстроты реагирования и управления процессом пожаротушения путем внедрения АРМ оператора с мнемосхемой процесса;
- реализация контроля состояния параметров процесса;
- минимизация затрачиваемых ресурсов на тушение пожара;
- снижение ущерба, наносимого оборудованию в процессе пожаротушения;
- уменьшение экономических затрат на внедрение разрабатываемой АСПТ.
Для достижения поставленной цели необходимо:
- провести научно-исследовательскую работу для обоснования эффективности работы импульсной АСПТ;
- выполнить анализ объекта автоматизации - производственного помещения, на базе которого будет разработана АСУИПТ;
- разработать комплект проектной, схемной и конструкторской документации;
- осуществить наполнение системы информационным,
математическим и программным обеспечением, в т.ч. с применением SCADA-системы;
- оценить экономическую эффективность в разделе «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение»;
- рассмотреть вопросы безопасности в разделе «Социальная ответственность».
В результате выполнения настоящей магистерской диссертации планируется получить объем данных, необходимый и достаточный для замены существующих систем пожаротушения на предлагаемую АСУИПТ.
В связи с тем, что большинство материалов, использующихся для отделки помещений и изготовления мебели, имеют высокие показатели горючести [1, 2], повышение пожарной безопасности зданий осуществляется в рамках двух основных направлений. Первое нацелено на повышение эффективности систем тушения пожара, путем подбора оптимальных показателей дисперсности и плотности потока огнетушащего вещества, а также выбора места установки форсуночных устройств, настройки эффективных диапазонов срабатывания пожарных датчиков, параметров вентиляционных систем [3,4] и др. Второе - пассивные методы, направленные на определение характеристик пожароопасных материалов и снижение их горючести, а также на моделирование пиролиза и горения материала в условиях пожара [5].
В рамках настоящей работы приоритетным является первое направление, ввиду больших возможностей изучения и модернизации, а также наличия непосредственно средств обнаружения и тушения пожаров, которые являются необходимыми устройствами для создания АСПТ.
Целью настоящей работы является разработка автоматизированной системы управления импульсным пожаротушением производственного помещения. При этом к перечню решаемых создаваемой АСУИПТ задач следует отнести следующие:
- повышение эффективности существующих АСПТ и пожарной безопасности в целом;
- обеспечение удобства и быстроты реагирования и управления процессом пожаротушения путем внедрения АРМ оператора с мнемосхемой процесса;
- реализация контроля состояния параметров процесса;
- минимизация затрачиваемых ресурсов на тушение пожара;
- снижение ущерба, наносимого оборудованию в процессе пожаротушения;
- уменьшение экономических затрат на внедрение разрабатываемой АСПТ.
Для достижения поставленной цели необходимо:
- провести научно-исследовательскую работу для обоснования эффективности работы импульсной АСПТ;
- выполнить анализ объекта автоматизации - производственного помещения, на базе которого будет разработана АСУИПТ;
- разработать комплект проектной, схемной и конструкторской документации;
- осуществить наполнение системы информационным,
математическим и программным обеспечением, в т.ч. с применением SCADA-системы;
- оценить экономическую эффективность в разделе «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение»;
- рассмотреть вопросы безопасности в разделе «Социальная ответственность».
В результате выполнения настоящей магистерской диссертации планируется получить объем данных, необходимый и достаточный для замены существующих систем пожаротушения на предлагаемую АСУИПТ.
В результате выполнения настоящей магистерской диссертации была разработана автоматизированная система управления импульсным пожаротушением реального производственного помещения на основе современных средств автоматизации и микропроцессорной техники. Проведенная научно-исследовательская работа по данному направлению показывает большую эффективность использования системы импульсного пожаротушения по сравнению с применением непрерывного распыления воды практически для всех модельных очагов, с которыми проводились экспериментальные исследования в разделе 1 данной работы. Исходя из этого, проектирование, внедрение и использование импульсных систем пожаротушения может быть востребованным в качестве альтернативы действующим непрерывным АСПТ не только производственных помещений различных отраслей промышленности, но также и офисов, гражданских зданий.
Спроектированная автоматизированная система является классической трехуровневой, где на полевом уровне располагаются измерительные преобразователи и пожарные извещатели, на среднем уровне ПЛК компании «ЭлеСи», г. Томск, а на верхнем - АРМ оператора. В разделе 2 для данной системы разработана проектно-конструкторская документация, экранные формы мнемосхемы SCADA-системы, а также произведено наполнение системы информационным, математическим и программным обеспечением.
В разделе 3 произведен расчет финансовой составляющей научного исследования. Анализ конкурентных решений демонстрирует возможную востребованность предлагаемого технического решения во многих нишах рынка.
Главной значимостью поученных результатов 4 раздела следует считать перечень выявленных возможных опасных и вредных факторов, сопровождающих все стадии внедрения разрабатываемого решения, а также мероприятий, позволяющих снизить эти факторы к минимуму. Стоит отметить, что разработанная система пожаротушения является инструментом предотвращения несчастных случаев и катастрофических последствий пожаров в производственных помещениях.
В заключении следует отметить главные преимущества разработанной АСУИПТ:
- эффективность обнаружения, локализации и тушения возгораний в замкнутых помещениях;
- уменьшение вреда, наносимого находящемуся в
производственном помещении технологическому оборудованию, от распыления воды за счет локального обнаружения и тушения очага пожара;
- уменьшение расхода тушащего состава, а, следовательно, и экономических затрат на тушение пожара;
- широкий выбор микропроцессорных устройств, измерительных преобразователей, пожарных извещателей для построения системы.
Основными недостатками, выявленными в ходе выполнения работы, можно считать:
- многочисленность проводов для отдельного подключения каждого пожарного извещателя к ПЛК;
- относительная дороговизна и сложность внедрения данной системы за счет большого объема технических устройств и средств автоматизации.
В дальнейшем, приоритетным направлением развития результатов данной работы является совершенствование системы импульсного пожаротушения. Так, например, внедрение систем газоанализа демонстрирует положительные результаты идентификации горящих материалов по составу продуктов горения. Совместное использование разработанной АСУИПТ и системы газоанализа могут привести к улучшению точности, надежности и эффективности систем пожаротушения.
Спроектированная автоматизированная система является классической трехуровневой, где на полевом уровне располагаются измерительные преобразователи и пожарные извещатели, на среднем уровне ПЛК компании «ЭлеСи», г. Томск, а на верхнем - АРМ оператора. В разделе 2 для данной системы разработана проектно-конструкторская документация, экранные формы мнемосхемы SCADA-системы, а также произведено наполнение системы информационным, математическим и программным обеспечением.
В разделе 3 произведен расчет финансовой составляющей научного исследования. Анализ конкурентных решений демонстрирует возможную востребованность предлагаемого технического решения во многих нишах рынка.
Главной значимостью поученных результатов 4 раздела следует считать перечень выявленных возможных опасных и вредных факторов, сопровождающих все стадии внедрения разрабатываемого решения, а также мероприятий, позволяющих снизить эти факторы к минимуму. Стоит отметить, что разработанная система пожаротушения является инструментом предотвращения несчастных случаев и катастрофических последствий пожаров в производственных помещениях.
В заключении следует отметить главные преимущества разработанной АСУИПТ:
- эффективность обнаружения, локализации и тушения возгораний в замкнутых помещениях;
- уменьшение вреда, наносимого находящемуся в
производственном помещении технологическому оборудованию, от распыления воды за счет локального обнаружения и тушения очага пожара;
- уменьшение расхода тушащего состава, а, следовательно, и экономических затрат на тушение пожара;
- широкий выбор микропроцессорных устройств, измерительных преобразователей, пожарных извещателей для построения системы.
Основными недостатками, выявленными в ходе выполнения работы, можно считать:
- многочисленность проводов для отдельного подключения каждого пожарного извещателя к ПЛК;
- относительная дороговизна и сложность внедрения данной системы за счет большого объема технических устройств и средств автоматизации.
В дальнейшем, приоритетным направлением развития результатов данной работы является совершенствование системы импульсного пожаротушения. Так, например, внедрение систем газоанализа демонстрирует положительные результаты идентификации горящих материалов по составу продуктов горения. Совместное использование разработанной АСУИПТ и системы газоанализа могут привести к улучшению точности, надежности и эффективности систем пожаротушения.