2. Контрольное задание

Одним из важнейших этапов проектирования является создание технического задания на разрабатываемую продукцию.

Техническое задание – это документ, в котором на естественном языке описывается словесная модель проектируемой системы

Техническое задание (ТЗ) является основным документом, определяющим требования и порядок создания (развития, модернизации) автоматизированной системы, в соответствии с которым проводится ее разработка и приемка при вводе в действие.

ТЗ разрабатывают на систему в целом, предназначенную для работы самостоятельно или в составе другой системы.

Дополнительно могут быть разработаны ТЗ на подсистемы, комплектующие средства технического обеспечения и программно-технические комплексы, программные средства в соответствии со стандартами ЕСПД; информационные изделия.

Включаемые в ТЗ требования должны соответствовать современному уровню развития науки и техники и не уступать аналогичным требованиям, предъявляемым к лучшим современным отечественным и зарубежным аналогам.

Задаваемые в ТЗ требования не должны ограничивать разработчика системы в поиске и реализации наиболее эффективных технических, технико-экономических и других решений.

Конкретное содержание ТЗ определяет заказчик и разработчик, а при инициативной разработке – разработчик

Задание:

В соответствии с выданным заданием на курсовое проектирование по дисциплине «Автоматизация типовых технологических процессов и промышленных установок» разработать техническое задание на проектирование системы электропривода технологического агрегата, используя материалы по курсу «АТТП и ПУ», настоящие методические указания и комплект ГОСТов, находящихся в кабинете проектирования кафедры ЭП и АПУ в составе учебно-методического комплекса дисциплины «Проектирование систем электропривода».

3. Методические указания

к выполнению контрольного задания

Основными документами при разработке технического задания являются:

– ГОСТ 34.602-89 Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Техническое задание на создание автоматизированной системы;

– ГОСТ 19.201-78 Единая система программной документации. Техническое задание. Требования к содержанию и оформлению;

– ГОСТ 2.114-95 Единая система конструкторской документации. Технические условия.

Существуют и иные отечественные ГОСТы, содержащие требования к содержанию и оформлению документа «Техническое задание», что обусловено спецификой предметных областей. Перечисленные стандарты являются общими для всех предметных областей.

Любое техническое задание (и на изделие, и на программный продукт) должно содержать разделы, отражающие сведения:

– что надо сделать;

– для чего, с какой целью надо это сделать; где, в какой области применения, на каком объекте изделие (программа) должно решать задачи и выполнять свои функции;

– какие требования будут предъявлены к изделию;

– какие работы потребуется выполнить;

– каков порядок приемки-сдачи работ Заказчику;

– как должно быть задокументировано проведение работ;

– и, наконец, на основании каких нормативно-технических документов должны проводиться работы?

Такова обобщенная структура разделов технического задания.

Разберем подробнее составные части техннического задания.

Состав технического задания

В общем случае ТЗ содержит следующие разделы:

1. общие сведения;

2. назначение и цели создания (развития) системы;

3. характеристика объекта проектирования;

4. требования к системе;

5. состав и содержание работ по созданию системы;

6. порядок контроля и приемки системы;

7. требования к составу и содержанию работ по подготовке объекта проектирования к вводу системы в действие;

8. требования к документированию;

9. источники разработки.

10. Приложения.

A. Общие сведения

1) полное наименование системы и ее условное обозначение;

2) шифр темы или шифр (номер) договора;

3) наименование предприятий (объединений) разработчика и заказчика (пользователя) системы и их реквизиты;

4) перечень документов, на основании которых создается система, кем и когда утверждены эти документы;

5) плановые сроки начала и окончания работы по созданию системы;

6) сведения об источниках и порядке финансирования работ;

7) порядок оформления и предъявления заказчику результатов работ по созданию системы (ее частей), по изготовлению и наладке отдельных средств (технических, программных, информационных) и программно-технических (программно-методических) комплексов системы.

В. Назначение и цели создания (развития) системы:

1) назначение системы – отражает наименование, условное обозначение изделия, краткую характеристику области применения и объекта использования данной системы электропривода;

2) цели создания системы – приводят наименования и требуемые значения технических, технологических, производственно-экономических или других показателей, которые должны быть достигнуты в результате создания системы, и указывают критерии оценки достижения целей создания системы.

С. Характеристика объекта проектирования:

1) краткие сведения об объекте автоматизации или ссылки на документы, содержащие такую информацию;

2) сведения об условиях эксплуатации объекта автоматизация и характеристиках окружающей среды.

D. Требования к системе

Требования к системе формируются:

– в целом;

– к функциям (задачам), выполняемым системой;

– к видам обеспечения.

Состав требований к системе, включаемых в данный раздел ТЗ, устанавливают в зависимости от вида, назначения, специфических особенностей и условий функционирования конкретной системы. В каждом подразделе приводят ссылки на действующие НТД, определяющие требования к системам соответствующего вида.

Технические требования ТЗ

0. 1. Требования к составу электропривода.

1. Перечисляются все конструктивные самостоятельные узлы, требования к которым впоследствии детализируются.

0. 2. Требования к питающей сети.

Требования формируются на основе ГОСТ 21128–83 «Системы энергоснабжения, сети, источники, преобразователи и приемники электрической энергии. Номинальные напряжения до 1000 В», ГОСТ 13109–97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» и ГОСТ 30372–95 «Совместимость технических средств электромагнитная. Термины и определения»

Регламентируются:

1. U_н – номинальное напряжение

2. f_н – номинальная частота

3. Uу – отклонение напряжения от номинального значения

Нормально допустимые и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения Uy на выводах приемников электрической энергии равны соответственно ±5 и ±10 % от номинального напряжения электрической сети по ГОСТ 721 и ГОСТ 21128.

ГОСТ 27803–91 «Электроприводы регулируемые для металлообрабатывающего оборудования и промышленных роботов. Технические требования» допускает величину U% = +10–(–15)%.

4. f – отклонение частоты от номинального значения

f = f – f_н – абсолютная величина;

–относительное отклонение

Нормально допустимое и предельно допустимое значения отклонения частоты равны ±0,2 и ±0,4 Гц соответственно; от +0,5% до –1% – в послеаварийном режиме. По ГОСТ 27803–91 – f% = 2% – для электропривода.

5. Несинусоидальность напряжения характеризуется следующими показателями:

– коэффициентом искажения синусоидальности кривой напряжения;

– коэффициентом i-ой гармонической составляющей напряжения.

Коэффициент несинусоидальности

Коэффициент гармоник k_U(n)

Максимальные величины коэффициента гармоник:

6% – нечетные, не кратные 3;

5% – нечетные, кратные 3;

2% – четные.

6. Несимметрия напряжении характеризуется следующими показателями:

– коэффициентом несимметрии напряжений по обратной последовательности;

– коэффициентом несимметрии напряжений по нулевой последовательности.

Нормально допустимое и предельно допустимое значения коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности в точках общего присоединения к электрическим сетям равны 2,0 и 4,0 % соответственно.

Нормально допустимое и предельно допустимое значения коэффициента несимметрии напряжений по нулевой последовательности в точках общего присоединения к четырехпроводным электрическим сетям с номинальным напряжением 0,38 кВ равны 2,0 и 4,0 % соответственно.

7. Глубина провала мгновенных значений питающего напряжения

Провал напряжения характеризуется показателем длительности провала напряжения, для которого установлена следующая норма:

– предельно допустимое значение длительности провала напряжения в электрических сетях напряжением до 20 кВ включительно равно 30 с. Длительность автоматически устраняемого провала напряжения в любой точке присоединения к электрическим сетям определяется выдержками времени релейной защиты и автоматики.

По ГОСТ 27803–91 – U%  400, где  – угол коммутации вентиля

 20, а U%  100%

8. Максимальная длительность провала мгновенного значения питающего напряжения t_max в эл.

 40эл

9. Соотношение допустимых мощностей питающей сети и вентильного преобразователя

S_сети  mS_вп

m = (56), 10 – из условия отсутствия взаимного влияния преобразователей, и на сеть.

0. 3. Требования к основным техническим параметрам и функциям как всей системы, так и отдельных составляющих, включая описание алгоритма функционирования, требования к аппаратному и программному обеспечению.

1. Основные функции электропривода и алгоритм работы

Общие функции электропривода (приведение в движение и управление движением рабочего механизма) должны быть конкретизированы формализованным описанием требований на основе теории конечных автоматов или с использованием таблиц соответствия.

2. Режимы работы (S1S8) по продолжительности, перегрузочная способность.

3. Статические и динамические показатели.

Статические показатели и классификация электроприводов по диапазону D и точности

1. Направление регулирования

2. Диапазон регулирования

3. Плавность регулирования

4. Точность регулирования

5. Экономичность регулирования

6. Закон регулирования из условий допустимой нагрузки

Классификация электроприводов:

По диапазону регулирования скорости электроприводы могут быть с малым (D  3), средним (3 < D  50), широким (50 < D  10⁴) и сверхшироким (D > 10⁴) диапазоном регулирования.

По точности регулирования скорости:

1.  > (51)% – малая точность

2.  > (10,1)% – средняя точность

3.  = (0,10,01)% – точные электроприводы

4.  < 0,1% – высокоточные электроприводы

Динамические показатели (временные и частотные).

Временные показатели:

1. Т_н – время нарастания

2. Т_м – время достижения первого максимума

3. Т_р – время регулирования (устойчивый выход в 5 %-ную зону)

4. –перегулирование

5. –интегральный критерий качества

6. Угловое ускорение электропривода

7. Т_в – время восстановления

Примечание. Все эти показатели для реакции системы на ступенчатое изменение управляющего и возмущающего воздействия.

Частотные показатели:

0. 1. Частота среза _с

1. 

2. 

В замкнутой системе амплитуда задающего сигнала с частотой _сослабляется в 1,41 раза.

0. 2. Частота, соответствующая полосе пропускания системы _п

1. 

2. 3. Резонансная частота_р

0. 4. Запасы устойчивости по амплитуде и по фазе

Для хорошо демпфированных систем:

0. 

0. 5. М – показатель колебательности

1. 

4. Требования к аппаратно-программному обеспечению (если они могут быть сформулированы).

1. 4. Требования к системам защиты и диагностики.

Указываются типы защит, аппаратура защиты, сигнализации и индикации рабочих и аварийных режимов.

1. 5. Требования к надежности.

Надежность определяется сочетанием следующих свойств: безотказность; ремонтопригодность; долговечность; сохраняемость (ГОСТ 27.002–90, ГОСТ 27.003–90).

Требования к надежности:

а) состав и количественные значения показателей надежности для системы в целом или ее подсистем;

б) перечень аварийных ситуаций, по которым должны быть регламентированы требования к надежности, и значения соответствующих показателей;

в) требования к надежности технических средств и программного обеспечения;

г) требования к методам оценки и контроля показателей надежности на разных стадиях создания системы в соответствии с действующими нормативно-техническими документами;

0. 6. Требования по устойчивости к внешним воздействиям во время эксплуатации, транспортировке и хранении.

6.1. Воздействие климатических факторов внешней среды

ГОСТ 15150–69

Выдержка из ГОСТ:

Обозначение		Климатическое исполнение для района с климатом
РУС	ЛАТ
У	N	Умеренным
УХЛ	NF	Умеренным и холодным
Т	T	Тропическим (сухим и влажным)
М	M	Морским (умеренно-холодным)
ОМ	MU	умеренно-холодным, тропическим, морским

Категории размещения оборудования

1 – на открытом воздухе

2 – под навесом, где нет прямого воздействия воздуха, дождя и т.д.

3 – в закрытых помещениях с естественной вентиляцией

4 – в помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями

5 – в помещениях с повышенной влажностью

Нормальные значения климатических факторов

h  1000 м

Исполнение	Категория	Температура, С			Средняя отн. влажность, % при t=20С
		верхнее	среднее	нижнее
УХЛ	1, 2, 3	+40 (+45)	+10	–60	80%
	4	+35 (+40)	+20	+1
	5	+35	+10	–10	90%

6.2. Воздействие механических факторов

ГОСТ 17516.1–90

Группы механического исполнения М1…М47

Классификация производится по следующим параметрам:

• синусоидальная вибрация

М3 0,5…35 Гц – диапазон частот

5 м/с²(0,5g) – амплитуда ускорения

• удары одиночные и многократные

• пиковые ускорения м/с²(g)

• длительность, мс

1. 7. Требования безопасности.

Требования безопасности включают требования по обеспечению безопасности при монтаже, наладке, эксплуатации, обслуживании и ремонте технических средств системы (защита от воздействий электрического тока, электромагнитных полей, акустических шумов и т.п.), по допустимым уровням освещенности, вибрационных и шумовых нагрузок;

1. 8. Требования к конструкции.

8.1. Классификация по степени защиты

Электротехническое оборудование выпускается в защитных оболочках, обеспечивающих защиту персонала и самого устройства от попадания предметов (ГОСТ 14254–96)

IP Х Х (International Protection)

1-ая цифра – обозначает степень защиты персонала от соприкосновения с токоведущими и движущимися частями внутри оболочки, а также степень защиты изделия от попадания внутрь твердых посторонних тел

0 – защита отсутствует

1 – защита от тел более 50 мм

2 – защита от тел более 12 мм

3 – защита от тел более 2,5 мм

4 – защита от тел более 1 мм

5 – защита от пыли (не исключает полностью)

6 – проникновение пыли исключено

2-ая цифра – обозначает степень защиты от попадания воды

0 – защита отсутствует

1 – защита от капель воды

2 – защита от воды при наклоне 15

3 – защита от дождя

4 – защита от брызг

5 – защита от водяных струй

6 – защита от волн воды

7 – защита от погружения в воду

8 – защита от длительного погружения в воду

Использование электродвигателей со степенью защиты допустимо:

IP00 – IP20 – в помещениях с нормальной средой

IP43 – в сырых и особо сырых помещениях

IP44 – на открытом воздухе и во взрыво- и пожароопасных помещениях и с химически активными средами

IP54 – в пожароопасных помещениях категории П–II

Исполнения:

IP00 – открытое

IP12 – IP22 – защищенное

IP23 – IP24 – брызго- и помехозащищенное

IP44 – IP54 – закрытое

8.2. Классификация по способу монтажа (по ГОСТ 2479–79)

IМ Х ХХ Х (International Mounting)

1-ая цифра – конструктивная группа (1…9)

1…5 – для станков

2, 3-я цифры – способ монтажа

00 – горизонтальный вал

01 – вертикальный вал, направленный вниз

4-ая цифра – исполнение выходного конца вала

Например: IM 4001 – машина без лап с фланцем на станине, имеющая горизонтальный вал с цилиндрическим концом

8.3. Классификация по способам охлаждения машины (по ГОСТ 20459–87)

IС Y ХХ (International Cooling)

Буква Y – тип хладагента

А – воздух; Н – водород; N – азот; F₂ – фрион; W – вода

1-ая цифра – устройство цепи циркуляции

0 – свободная циркуляция

2-ая цифра – способ перемещения хладагента

0 – свободная конвекция

1 – самовентиляция

2 – зависимым от вала вентилятором

3 – вентилятором с независимым двигателем

Например:

IC А 01 – охлаждение за счет свободной циркуляции воздуха

IC А 03 – воздушное охлаждение посредством пристроенного вентилятора

8.4. Классификация по уровню вибрации

(По ГОСТ 16921–83 и ГОСТ 20815-93)

Оценку вибраций производят по вибрационной скорости (по эффективному значению, мм/с) в диапазоне частот 0…2000 Гц

Классы вибраций

0,28; …; 0,7; 1,1; 1,8; 2,8; …; 7,1 мм/с

Категории машин

N – (1,124,5 мм/с)

R – (0,712,8 мм/с)

S – (0,481,8 мм/с)

8.5. Классификация по уровню шума

(По ГОСТ 16372-93 – предельные значения уровня шума)

Уровень шума оценивается по величине звукового давления на расстоянии 1 м от корпуса

4 класса:

1 – без специальных требований по уровню шума

2 – с малошумными подшипниками качения и специальными вентиляторами

3 – с пониженным уровнем шума и подшипниками скольжения с подавлением шума

4 – со звукопоглощающим кожухом

1. 9. Требования к защите от помех.

По ГОСТ 23450-79 «Радиопомехи индустриальные от промышленных, научных, медицинских и бытовых высокочастотных установок. Нормы и методы измерений»

Указываются нормы напряжения и напряженности поля радиопомех в дБ относительно 1 мкВ/м в полосе 0,15–1000 МГц

0. 10. Другие дополнительные требования.

– Требования к эксплуатации, техническому обслуживанию, ремонту и хранению компонентов системы: условия и регламент (режим) эксплуатации, которые должны обеспечивать использование технических средств (ТС) системы с заданными техническими показателями, в том числе виды и периодичность обслуживания ТС системы или допустимость работы без обслуживания; требования по количеству, квалификации обслуживающего персонала и режимам его работы; требования к составу, размещению и условиям хранения комплекта запасных изделий и приборов; требования к регламенту обслуживания.

– Требования к защите информации от несанкционированного доступа включают требования, установленные в НТД, действующей в отрасли (ведомстве) заказчика.

– Требования по сохранности информации при авариях - приводится перечень событий: аварий, отказов технических средств (в том числе - потеря питания) и т. п., при которых должна быть обеспечена сохранность информации в системе.

– Требования по стандартизации и унификации включают показатели, устанавливающие требуемую степень использования:

а) стандартных, унифицированных методов реализации функций (задач) системы;

б) поставляемых программных средств;

в) типовых математических методов и моделей, типовых проектных решений;

г) унифицированных форм управленческих документов, установленных стандартами;

д) классификаторов технико-экономической информации и классификаторов других категорий в соответствии с областью их применения,

е) требований к типовым автоматизированным рабочим местам, компонентам и комплексам.

– Требования к эргономике и технической эстетике – показатели системы, задающие необходимое качество взаимодействия человека с машиной и комфортность условий работы персонала.

– Специальные требования по усмотрению разработчика или заказчика системы.

Е. Требования к видам обеспечения.

В зависимости от вида системы приводят требования к следующим видам обеспечения:

– Математическому обеспечению - составу, области применения (ограничения) и способам использования в системе математических методов и моделей, типовых алгоритмов и алгоритмов, подлежащих разработке.

– Информационному обеспечению: к составу, структуре и способам организации данных в системе; к информационному обмену между компонентами системы; к информационной совместимости со смежными системами; к структуре процесса сбора, обработки, передачи данных в системе и представлению данных; к защите данных от разрушений при авариях и сбоях в электропитании системы; к контролю, хранению, обновлению и восстановлению данных.

– Лингвистическому обеспечению - требования к применению в системе языков программирования высокого уровня, языков взаимодействия пользователей и технических средств системы, а также требования к кодированию и декодированию данных, к языкам ввода-вывода данных, языкам манипулирования данными, средствам описания предметной области (объекта автоматизации), к способам организации диалога.

– Программному обеспечению - перечень покупных программных средств, а также требования:

а) к независимости программных средств от используемых СВТ и операционной среды;

б) к качеству программных средств, а также к способам его обеспечения и контроля;

в) по необходимости согласования вновь разрабатываемых программных средств с фондом алгоритмов и программ.

– Техническому обеспечению:

а) к видам технических средств, в том числе к видам комплексов технических средств, программно-технических комплексов и других комплектующих изделий, допустимых к использованию в системе;

б) к функциональным, конструктивным и эксплуатационным характеристикам средств технического обеспечения системы.

– Метрологическому обеспечению: предварительный перечень измерительных каналов; требования к точности измерений параметров и (или) к метрологическим характеристикам измерительных каналов; требования к метрологической совместимости технических средств системы;

– Организационному обеспечению:

а) к структуре и функциям подразделений, участвующих в функционировании системы или обеспечивающих эксплуатацию;

б) к организации функционирования системы и порядку взаимодействия персонала АС и персонала объекта автоматизации;

в) к защите от ошибочных действий персонала системы.

– Методическому обеспечению - требования к составу нормативно-технической документации системы (перечень применяемых при ее функционировании стандартов, нормативов, методик и т. п.).

F. Состав и содержание работ по созданию системы

Раздел должен содержать перечень стадий и этапов работ по созданию системы в соответствии с ГОСТ 34.601-90, сроки их выполнения, перечень организаций — исполнителей работ, ссылки на документы, подтверждающие согласие этих организаций на участие в создании системы, или запись, определяющую ответственного (заказчик или разработчик) за проведение этих работ.

В данном разделе также приводят:

1) перечень документов, по ГОСТ 34.201, предъявляемых по окончании соответствующих стадий и этапов работ;

2) вид и порядок проведения экспертизы технической документации (стадия, этап, объем проверяемой документации, организация-эксперт);

3) программу работ, направленных на обеспечение требуемого уровня надежности разрабатываемой системы (при необходимости);

4) перечень работ по метрологическому обеспечению на всех стадиях создания системы с указанием их сроков выполнения и организаций-исполнителей (при необходимости);

G. Порядок контроля и приемки системы

В данном разделе приводят сведения:

1) о видах, составе, объемах и методах испытаний системы и ее составных частей (виды испытаний в соответствии с действующими нормами, распространяющимися на разрабатываемую систему);

2) об общих требованиях к приемке работ по стадиям (перечень участвующих предприятий и организаций, место и сроки проведения), порядоке согласования и утверждения приемочной документации;

З) о статусе приемочной комиссии (государственная, межведомственная, ведомственная).

H. Требования к составу и содержанию работ по подготовке объекта автоматизации к вводу системы в действие

Приводят перечень основных мероприятий и их исполнителей, которые следует выполнить при подготовке объекта автоматизации к вводу системы в действие.

В перечень основных мероприятий включают: создание условий функционирования объекта автоматизации, при которых гарантируется соответствие создаваемой системы требованиям, содержащимся в ТЗ; создание необходимых для функционирования системы подразделений и служб; сроки и порядок комплектования штатов и обучения персонала.