автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Автоматизированный мониторинг физических опасных и вредных производственных факторов

На правах рукописи

Фадин Сергей Игоревич

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ МОНИТОРИНГ ФИЗИЧЕСКИХ ОПАСНЫХ И ВРЕДНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ФАКТОРОВ

Специальность: 05.26.01-Охрана труда

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2004

Работа выполнена в Балтийском государственном техническом университете "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент

Сидоров В.Н.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Туманов Юрий Арсеньевич кандидат технических наук Терентьев Александр Сергеевич

Ведущая организация - ЗАО НПО "Автоматизация машин и технологий", г. Санкт-Петербург

Защита состоится 22 апреля 2004 года в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.010.01 в Балтийском государственном техническом университете "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова по адресу: Санкт-Петербург, 1-я Красноармейская, 1, аудитория 217.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Балтийского государственного технического университета "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова.

Автореферат разослан "_18_" марта 2004 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета

С^у^Чу Дроздова Л.Ф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность, В сложившихся социально-экономических условиях произошли негативные изменения. Возросла профессиональная заболеваемость. Во всех отраслях промышленности ухудшились условия труда и отдыха. Это повлекло за собой ухудшение здоровья работающих, увеличение числа несчастных случаев, а также потерю трудоспособности. При общем снижении объемов производства травматизм и заболеваемость существенно не меняется.

В систему анализа и оценки условий труда на предприятиях входит определение фактических значений опасных и вредных факторов на рабочих местах. В соответствии с "Положением о порядке проведения аттестации рабочих мест по условиям труда" уровни ОВПФ определяются на основе инструментальных измерений соответствующих величин. Все измерения, связанные с аттестацией рабочих мест, должны выполняться в процессе работы, то есть при проведении производственных процессов в соответствии с технологическим регламентом, при исправных и эффективно действующих средствах индивидуальной и коллективной защиты. При проведении измерений используют средства измерений, указанные в соответствующих нормативных документах на методы измерений. Инструментальные измерения уровней производственных факторов оформляются соответствующими протоколами.

Сроки проведения аттестации устанавливаются организацией исходя из изменения условий характера труда, но не реже одного раза в пять лет с момента проведения последних измерений.

Анализ показал, что существующая методика аттестации рабочих мест не позволяет судить об изменении параметров ОВПФ и, соответственно, об изменении условий труда в период между плановыми аттестациями. Величины же ОВПФ могут существенно меняться даже при неизменном технологическом процессе. Приборы контроля в большинстве своем требуют ручного переключения либо диапазона, либо характера измерений, что затрудняет автоматизацию измерений. Процесс измерений различных ОВПФ требует участия нескольких высококвалифицированных специалистов в конкретной области измерений. При оценке условий труда обследованию подлежат не менее 20% аналогичных по характеру выполняемых работ рабочих мест, что делает процесс аттестации весьма трудоемким и дорогостоящим.

В данной работе предлагается система автоматизированного мониторинга физических ОВПФ, методика и аппаратура его осуществления, как в структурных подразделениях, так и на предприятии в целом. Это позволяет осуществлять контроль условий труда за любой интересующий период времени и, кроме того, текущий самоконтроль состояния условий труда.

Значительный успех в обеспечении безопасных условий труда может быть достигнут только при условии дальнейшего совершенствования методов и средств контроля параметров производственной среды и на этой основе совершенствовать средства обеспечения производственной безопасности, поэтому исследуемые в диссертационной работе вопросы являются актуальными.

Цель исследования - совершенствование условий и охраны труда на производстве за счет внедрения автоматизированного мониторинга опасных и вредных производственных факторов.

Объектами исследования являются условия труда и средства осуществления их контроля в структурных подразделениях промышленных предприятий.

Методы исследования - исследования проводились на основе системного подхода к комплексной оценке ОВПФ, их первичных преобразователей и измерителей, с позиции возможности осуществления автоматизированного мониторинга условий труда по параметру безопасности, методов математической статистики, дисперсионного анализа, имитационного моделирования с использованием современных пакетов компьютерных программ: 1ЧЛ1) 4.5,

МаШсаё 4.0.

РОС/НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

Научную новизну исследований составляют:

- концепция построения системы автоматизированного мониторинга ОВПФ при аттестации рабочих мест производственных помещений и производств в целом по параметрам безопасности;

- анализ физических основ и классификация методов измерения ОВПФ;

- принцип оценки пригодности первичных преобразователей и измерителей ОВПФ в системе автоматизированного мониторинга;

- принцип построения микрофонов с расширенной в инфразвуковую область спектральной чувствительности, подтвержденный патентом РФ.

Практическую значимость диссертации представляют:

- структура сети передачи и обработки данных автоматизированного мониторинга физических ОВПФ;

- программы для управления автоматизированной системой сбора и обработки данных об ОВПФ и оценке условий труда;

- научно обоснованные первичные преобразователи световой среды и шума в электрические сигналы, в том числе инфразвуковой микрофон, принцип действия которого подтвержден патентом РФ;

- универсальный контроллер, обеспечивающий связь практически любого первичного преобразователя с ПЭВМ;

- шумомер, обеспечивающий возможность работы в автоматическом режиме.

Реализация результатов исследования осуществлена в: Санкт-Петербургском Научно-исследовательском Центре Экологической Безопасности РАН в 2003 г.; ООО "Арктос" - производство оборудования для систем вентиляции и кондиционирования (г. Санкт-Петербург) в 2002-2003 г.г.; ЗАО "Липсия" (г. Санкт-Петербург) в 2002-2003 г.г.;.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены и обсуждены на Всероссийских научно-практических конференциях "Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности" в г. Санкт-Петербурге (1996-1997 г.г.); на Ш и IV Всеросийских Научно-практических конференциях "Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности", в г. Санкт-Петербурге (1998-1999г.г.); на Международном экологическом конгрессе "Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности" в г. Санкт-Петербурге (2000г.); в школе - семинаре "Новое в теоретической и прикладной акустике" в г. Санкт — Петербурге (2001-2003 г.г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе патент РФ, 2 диплома победителя Санкт-Петербургского конкурса грантов для студентов, аспирантов и молодых специалистов.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения 4 глав, заключения, списка использованных источников, включающего 68 наименований, трех приложений (текст управляющей программы, копия патента, два диплома победителя Санкт-Петербургского конкурса грантов). Работа изложена на 230 страницах машинописного текста, в том числе содержит 103 рисунка, 40 таблиц и приложения (на отдельных листах).

На защиту выносятся следующие основные вопросы:

1. Концепция автоматизированного мониторинга физических опасных и вредных производственных факторов при аттестации рабочих мест по параметру безопасности.

2. Анализ и классификация наиболее распространенных стандартов передачи данных, использующихся в системах промышленной автоматики, их сравнительные характеристики.

3. Анализ и классификацию принципов действия первичных преобразователей физических ОВПФ.

4. Анализ структуры, технических решений и пригодность, используемых в настоящее время измерителей физических ОВПФ, для автоматизированного мониторинга в системе аттестации рабочих мест по параметрам безопасности.

5. Структуру сети передачи и обработки данных автоматизированного мониторинга физических ОВПФ/

6. Принцип действия новых первичных преобразователей (патент №2192619 с приоритетом от 10.04.2001г.) в приборах различного назначения (плотномеры, вискозиметры, акустические измерители, измерители вибрации, уровнемеры и т.д.) со значительным снижением погрешности измерений, упрощением принципиальных схем и снижением числа каскадов измерительных устройств.

7. Новые, научно обоснованные инженерно-технические решения:

- шумомер, в котором кроме традиционных функций, имеются возможности прямого измерения уровней инфразвука в диапазоне от 0 до 20 Гц, программируемого режима работы, внешнего управления режимом работы, возможность работы в системе автоматизированного мониторинга физических ОВПФ и др.;

- первичные преобразователи-микрофоны, в основе которых заложен новый запатентованный принцип измерения линейных перемещений;

- измеритель инфразвука;

- люксметр с многоканальным первичным преобразователем, позволящем производить измерения в автоматическом режиме работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы и дана краткая ее аннотация по главам.

В первой главе "О необходимости аттестации рабочих мест по условиям труда. Постановка задачи исследования" проведен анализ законодательных и нормативно-технических документов, подтверждающих актуальность работ, связанных с совершенствованием методов и средств измерения параметров ОВПФ при аттестации рабочих мест по условиям труда. Проведена классификация ОВПФ, подлежащих учету при аттестации рабочих по параметру безопасности (см. рис.1). Из всей совокупности ОВПФ, подлежащих измерению и учету при аттестации рабочих мест, приняты к исследованию физические ОВПФ, как наиболее трудоемкие с точки зрения приборного обеспечения автоматизированного мониторинга. Для всех физических ОВПФ (шум, инфразвук, ультразвук, вибрация, микроклимат, аэрозоли, световая среда, ионизирующие излучения и электромагнитные поля) проанализированы их физические основы, оценена степень воздействия каждого фактора на организм человека и гигиеническое их нормирование. Рассмотрены особенности бальной оценки условий труда по каждому из факторов и их классификация. Предложена структура сети передачи данных, приведенная на рис.2, которая принята за основу построения автоматизированного мониторинга физических ОВПФ. Результаты анализа позволили сформулировать следующие основные задачи исследования:

1. Разработать концепцию автоматизированного мониторинга физических ОВПФ, основные требования к первичным преобразователям и измерителям, в плане этой концепции.

2. Провести анализ и классификацию наиболее распространенных стандартов передачи данных, использующихся в системах промышленной автоматики, дать сравнительную оценку их характеристик.

3. Провести анализ и классификацию принципов действия первичных преобразователей физических ОВПФ.

4. Провести анализ структуры, технических решений и пригодность, используемых в настоящее время измерителей физических ОВПФ, для автоматизированного мониторинга в системе аттестации рабочих мест по параметрам безопасности.

5. Разработать структуру сети передачи и обработки данных автоматизированного мониторинга физических ОВПФ, определить состав, разработать программы и аппаратуру, обеспечивающую управление работой сети.

Рис. 1. Структурная схема проведения исследовательских работ в целях аттестации рабочих мест по условиям труда.

Рис.2. Структура сети передачи данных.

6. Разработать научно обоснованные инженерно-технические решения первичных преобразователей и измерительных устройств, предназначенных для осуществления автоматизированного мониторинга физических ОВПФ.

Во второй главе "Сеть мониторинга физических ОВПФ в системе аттестации рабочих мест по условиям труда" изложены следующие материалы.

Рассмотрены основные особенности параметров сетей передачи данных, таких как: топология (архитектура) сети; функционирование сетевого оборудования на различных уровнях представления данных; технико-экономические характеристики (стоимость, пропускная способность, вероятность ошибки и т.п.). Проведен анализ структуры сетей передачи данных и их наиболее распространенные топологии: горизонтальная, кольцевая, топология звезды и ячеестая топология.

Проанализированы основные характеристики проводных, радиочастотных, волоконно-оптических и акустические, физических каналов передачи данных. Показано, что любой канал связи характеризуется следующими параметрами: - динамическим диапазоном

£> = 10^-^-,

(1)

где - максимальная и минимальная мощности передаваемые по каналу;

- полосой частот П - областью частот, в которой возможна передача сигнала и присутствующей в нем информации без искажений;

- пропускной способностью - количеством информации, передаваемой в единицу времени без искажений:

С = В- 1о§2 (1 + %), бит/сек,

где В - полоса частот, 8 - мощность сигнала, N - мощность шума.

Для физических каналов передачи данных рассмотрены вопросы синхронизации работы элементов сети, форматы сообщений и контроль ошибок передаваемых по сети пакетов данных, управление передачей данных в сети и выявление ошибок.

Сформулированы особенности сетей управления автоматизированным мониторингом ОВПФ при осуществлении технологических процессов промышленного производства:

1. Использование, как правило, иерархической разветвленной топологии.

2. Однородность данных, передаваемых по сети.

3. В сетях промышленного управления и мониторинга используется меньшее число уровней представления информации (как правило, только физический, канальный и прикладной).

4. Небольшая протяженность сетей передачи данных. Небольшой обьем передаваемых данных.

5. Использование проводной однополосной связи.

6. Приемниками данных, получаемых от центральной ЭВМ, являются оборудование, исполнительные механизмы или измерительные приборы.

7. Наличие специализированных стандартов (RS 485, CAN и др.) физических каналов передачи данных, которые определяют логический уровень сети.

С учетом перечисленных особенностей определены основные функции сети автоматизированного мониторинга ОВПФ, основными из которых являются следующие: 1) автоматизированный сбор информации о параметрах ОВПФ на каждом рабочем месте; 2) хранение информации о среднесуточных, минимальных и максимальных значениях ОВПФ, составление карты условий труда; 3) определение категорий условий труда для каждого рабочего места; 4) сохранение информации об условиях труда за полугодовой период; 5) возможность проведения статистических исследований.

В диссертации подробно изложен порядок разработки сети мониторинга- Для составления полной структурной схемы сети мониторинга необходимо определить следующие величины: масштабы мониторинга; количество информации, передаваемой от первичных устройств, темп ее выдачи; топология сети мониторинга, определение состава и типа оборудования.

Масштабы мониторинга определяются: числом структурных подразделений (цехов, участков и тл.); числом рабочих мест в одном подразделении; максимальным расстоянием между рабочими местами и максимальным расстоянием между соседними цехами.

Рассмотрены существующие топологии сетей передачи данных, проведена классификация протоколов передачи данных. Выбрана иерархическая структура сети, содержащая два уровня иерархии. Для упрощения обмена данными между центральной ЭВМ и измерительными устройствами выбран протокол типа "ведущий - ведомый с опросом". С целью выбора сетевого стандарта и сетевой топологии проведена оценка количества информации, поступающей с одного рабочего места. Определение количества информации, необходимой для вычисления пропускной способности канала и выбора физического канала передачи данных, проводилось по следующей методике.

Потоки данных, приходящие с рабочих мест - численные значения ОВПФ.

Количество информации может быть определено как:

Z)бц ~ 1дам Хсяужебм (3)

где - количество информации, содержащейся в передаваемых результатах измере-нийОВПФ;

1аужгбн ~ количество информации, передаваемой в командах.

Величина для одного рабочего места определена как сумма информаций, поступающих от измерительных приборов ОВПФ:

lôtui-ZIàaHl (4)

где /аm I - количество информации, поступающее от i-ro измерительного прибора.

Обычно количество информации, поступающее от измерительного прибора некоторой величины х определяют как:

7 I Д* / = log2-

где Ax - диапазон значений величины х,

ах - погрешность измерений.

Однако, при измерении некоторой физической величины, отражающей состояние ОВПФ на рабочем месте (например, освещенность), точное численное значение не представляет интереса, а имеет значение отклонение этой величины от норм и степень этого отклонения (незначительное, среднее, сильное превышение), которое позволит оценить класс условий труда по этому фактору. Предложен подход, заключающийся в передаче информации с рабочего места только об уровне превышения ОВПФ допустимых норм (нет, слабое превышение, значительное превышение). Это позволило значительно уменьшить количество информации, снимаемой с одного рабочего места.

При данном подходе общее количество информации снимаемое с одного рабочего места при одном измерении определяется количеством измеряемых величин и числом градаций используемых для каждой величины:

In = log2(In, + nj (6)

где И/ - число градаций, используемых для оценки i-ой измеряемой величины (в диссертации приведены численные значения п, для всех физических ОВПФ);

п, - количество измеряемых величин.

Количество информации, снимаемое со всех рабочих мест в результате цикла опроса:

Im=N-In, (7)

где N - количество рабочих мест на производстве.

Количество служебной информации, содержащейся в командах, определяется числом возможных состояний вторичных устройств и их количеством. Концентраторы переходят в одно из четырех состояний по командам, поступающим от ЦЭВМ, независимо друг от друга. Так как в сети присутствует N концентраторов, то всего возможно 4N состояний.

Количество служебной информации в поле адреса передаваемой в цикле опроса одного устройства:

W = Iog2 4N (8)

В результате опроса всех устройств:

Ikom = IkomI • N (9)

Количество служебной информации передаваемой вместе с полем контроля ошибок составляет определенную часть от информации содержащейся в данных:

1сяс = е-1ж (10)

Величина е зависит от выбранного помехоустойчивого кода и составляет как правило

25%.

Общее число информации, переданной по сети в результате единичного опроса всех абонентов:

(il)u[ = ICRC + 1ко» + INI

Необходимая пропускная способность:

C = Io6mI-F = Io6ial/T (12)

где F - частота опроса устройств, Т - период опроса устройств.

В диссертации приводится обоснование выбора и частоты и периода опроса устройств на основе теоремы Котельникова. Приводится численный пример расчета необходимой пропускной способности сети мониторинга па примере ЭОЗ БГТУ "Военмех" и ПК "Электроаппарат" ФГУП им. Д.И. Менделеева.

Дан сравнительный анализ наиболее распространенных стандартов передачи данных, использующихся в системах промышленной автоматики: RS-485, CAN, micro LAN, LVDS, приведены их сравнительные характеристики, такие как пропускная способность, максимальная длина передачи данных, вероятность ошибки. Показано, что в качестве физичес-

кого канала для сетей верхнего и нижнего уровней наиболее приемлемым является канал типа И8-485, а для межприборной сети - тсгоЬЛМ.

На рис.3 приведена структурная схема сети автоматизированного мониторинга. Введены два типа устройств, разветвляющих сеть, это шлюзы (см. рис.4), которые подключаются к ЦЭВМ и разветвляют сеть верхнего уровня на сети нижнего уровня (устанавливаются в каждом подразделении) и концентраторы (устанавливаются на каждом рабочем месте), которые подключаются к шлюзу (см. рис.5). К концентраторам подключаются приборы -измерители ОВПФ, образующие межприборную сеть. В диссертации подробно излагаются этапы функционирования сети мониторинга: настройка сети; подключение и тестирование измерителей ОВПФ; занесение информации о ПДУ и ПДК в устройства; установка единого времени и собственно мониторинг условий труда.

Третья глава "Измерители параметров физических ОВПФ" посвящена анализу технических данных применяемых в настоящее время и перспективных измерителей физических ОВПФ с позиции возможности использования их в сети автоматизированного мониторинга.

Измерители физических ОВПФ представлены в виде совокупности трех блоков: первичный преобразователь физической величины в электрический сигнал (микрофоны, фотоэлементы, фотодиоды, фотодиодные матрицы, фототранзисторы, элементы с зарядовой емкостью, термопары, термисторы и т.п.); предварительный усилитель и усилительно-преобразовательный блок (шумомер, люксметр, дозиметр и т.д.). Определены критерии приемлемости каждого из блоков в сети автоматизированного мониторинга. Первичные преобразователи должны обладать достаточной чувствительностью к внешнему воздействию во всем диапазоне измеряемых (нормируемых) физических величин. Задачей предвари- тельного усилителя является согласование внутреннего сопротивления первичного преобразователя, которое может иметь активный, индуктивный и емкостной характер, с входным сопротивлением усилительно-преобразовательного блока. Усилительно-преобразовательный блок должен обеспечивать однозначную связь регистрируемой величины электрического сигнала первичного преобразователя с отображаемой на видиоконтрольном устройстве измеряемой физической величиной, должен обеспечить представление величины выходного электрического сигнала в цифровом виде и обеспечивать возможность сопряжения с ЭВМ.

Именно с позиции этих требований проведена оценка возможностей измерителей физических ОВПФ, используемых в настоящее время при аттестации рабочих мест по параметру безопасности.

Измерители шума и вибрации. Проведен анализ физических основ используемых в настоящее время микрофонов и проведена их классификация по наиболее распространенным признакам: по способу преобразования акустических колебаний; по признаку приема звуковых колебаний; по характеру направленности; по признаку электроакустических параметров и сложности. Результат данного анализа представлен в виде классификационной диаграммы на рис 6. Также проведен анализ микрофонов по преимущественной цели применения: микрофоны широкого применения и специальные микрофоны, предназначенные для измерения параметров акустического поля. Кроме подробного описания основных параметров микрофонов (чувствительность, стандартный уровень чувствительности, диаграмма направленности, уровень собственных шумов, номинальный диапазон частот и неравномерность частотной характеристики), в диссертации приведены основные характеристики микрофонов (71 наименование) наиболее известных фирм.

О возможности использованиямикрофонов в сетимониторинга условий труда. Анализ существующих микрофонов показал, что большинство из них имеют ограниченные возможности проведения точных измерений в инфразвуковой области, в то время как при аттестации рабочих мест требуются измерения линейных уровней инфразвука, а также уровней инфразвука в октавных полосах. Микрофоны конденсаторного типа, являющиеся

Рис.3. Структурная схема сети мониторинга.

Рис. 4. Структурная схема шлюза.

основным типом измерительных микрофонов, имеют расширенный до 2Гц частотный диапазон, однако, их применение требует источника поляризационного напряжения (до 200 вольт), что усложняет аппаратуру. С другой стороны, применение конденсаторных микрофонов в производственных условиях затруднено, т.к. их эксплуатация требует соблюдения определенных мер защиты (от холода, влаги, пыли, высокой температуры и др.). По этой причине также затруднено использование ленточных и электретных микрофонов.

Микрофоны электродинамического типа обладают значительной неравномерностью частотной характеристики. Нижняя граничная частота микрофонов этого типа составляет 80 Гц. Кроме того, микрофоны не позволяют измерять статическую составляющую и звуки очень низких частот. Следовательно, актуальной является задача создания микрофона, обладающего частотной характеристикой, расширенной в инфразвуковую область частот и повышенными эксплуатационными свойствами.

Рис. 6. Классификационная диаграмма микрофонов

Шумомеры. Проведен анализ параметров применяемых в настоящее время для аттестации рабочих мест шумомеров. Рассмотрены структурные и принципиальные схемы шу-момеров, наиболее часто применяемых при аттестации рабочих мест (фирмы Брюль и Къер, фирмы Роботрон, фирмы Октава плюс, шумомер типа ВШВ 003).

О возможности использованиярасмотренных шумомеров в сети мониторинга. Анализ основных характеристик шумомеров показал, что большинство шумомеров требует ручного переключения пределов измерений и режимов работы со стороны оператора. Рассмотренные шумомеры не могут управляться по сети мониторинга. Кроме того, частотная характеристика большинства из них не позволяет проводить качественные измерения в инфразву-ковой области частот. Уровень инфразвука на рабочих местах оценивают по разности результатов измерений, полученных на шкале Lin и шкале А шумомера. Из приведенного в диссертации анализа можно заключить, что актуальной является задача построения шумоме-ра с расширенным частотным диапазоном в инфразвуковую область, который обладал бы следующими свойствами: автоматическая установка пределов измерений, возможность управления по сети и запоминание средних значений.

Измерители параметров "световая среда ". Рассмотрены физические основы и проведена классификация методов измерения параметров световой среды (рис.7).

Рис.7. Классификационная диаграмма приемников оптического излучения

В настоящее время к основным измерителям параметров световой среды можно отнести: люксметры, яркомеры, пульсмеры и измерители ультрафиолетовой составляющей света. Первичными преобразователями перечисленных измерителей являются фотоэлектри- ческие преобразователи световой энергии в электрический сигнал. В основном используют- ся полупроводниковые фотоприемники: фотодиоды, фототранзисторы. Все полупровод- никовые фотоприемники обладают малым пороговым световым потоком, что связано с необходимостью применения сменных фильтров ослабления светового потока.

Люксметры. В диссертации сформулированы обобщенные требования, предъявляемые к люксметрам, пригодным для использования в сети автоматизированного мониторинга, основные из которых следующие: спектральная характеристика люксметра должна соответствовать спектральной чувствительности (функции видности у(у)) человеческого глаза; должна быть предусмотрена коррекция угловой чувствительности для достижения минимальной косинусной погрешности; люксметр должен иметь линейную зависимость между измеряемой освещенностью и фототоком в цепи фотоприемника; должна быть обеспечена возможность оценки средних значений освещенности при периодически меняющемся световом потоке; широкий диапазон автоматически измеряемых величин освещенности; отображение измеряемой величины в цифровом виде; возможность внешнего управления от ЭВМ; люксметр не должен быть дорогим.

В соответствии с этими требованиями проведен анализ приемлемости применяемых в настоящее время измерителей параметров световой среды в сети автоматизированного мониторинга. Проведен анализ технических характеристик фотометров серий "Аргус". "ТКА"; люксметров типа "ТЮ-114", "ТЮ-140341 "Кварц-2", "Ю116", "Ш17:, "ММШХ" в

диссертации данные о параметрах перечисленных измерителей представлены в таблицах и по тексту. Анализ показал, что ни один из измерителей световой среды не отвечает всем пере- численным требованиям. Создание измерителя световой среды для сети автоматизирован- ного мониторинга является актуальной задачей.

Аэрозоли преимущественно фиброгенного действия. Проведен анализ методов измерения дисперсности и концентрации аэрозолей. Результаты анализа представлены классификационной диаграммой (рис.8). Из всех методов наибольшее распространение нашли методы отбора проб и радиоизотопные методы.

Рис. 8. Классификационная диаграмма методов измерения дисперсности и концентрации аэрозолей

На базе этих методов разработан ряд измерителей, которые рекомендованы для определения массовой концентрации аэрозолей в воздушной среде производственных помещений. Данные об этих измерителях в диссертации представлены в виде таблицы. Наиболее приемлемыми для использования в сети автоматизированного мониторинга являются: концентратомеры радиоизотопные "Прима" модель-01 и модель-03, модель РКП-1.1 и модель РЭП-С1.Эти измерители позволяют проводить автоматическое измерение разовых, максимально разовых и среднесменных концентраций пыли в воздухе рабочей зоны с цифровой индикацией результатов.

Микроклимат.. Проведен анализ основных характеристик рекомендуемых и наиболее часто используемых в настоящее время измерителей параметров микроклимата (температура, влажность, и скорость движения воздуха) при аттестации рабочих мест. В диссертации результаты анализа сведены в таблицу.

Анализ показал, что ни один из используемых в настоящее время измерителей (термометры, измеряющие температуру воздуха и нагретых поверхностей; психрометры, измеряющие температуру и влажность воздуха; анемометры, измеряющие скорость движения воздуха) принципиально не может быть использован в системе автоматизированного мониторинга для измерения параметров микроклимата.

Однако, измерители, удовлетворяющие всем требованиям автоматизированного мониторинга, имеются на рынке приборов контроля физических параметров. Примером могут являться приборы, осуществляющие измерение, контроль и мониторинг температуры, относительной влажности, скорости движения воздуха, рН и давления, фирмы COMARK (Великобритания), например, термометры серии С9000 - цифровые запоминающие термометры моделей №1092 и №1001, обеспечивающие возможность подключения к персональному компьютеру. Цифровые измерители температуры и влажности поддерживаются программным обеспечением, специально разработанным фирмой COMARK, имеют малые габариты и массу, включают многосенсорные модели, могут быть использованы для одновременного мониторинга нескольких температурных зон.

Цифровые измерители давления предназначены для точного измерения давления в диапазоне от 0 до 4000 bar. Они имеют пылевлагозащищенное исполнение, автоматически

распознает диапазон и шкалу измерения подключаемого внешнего датчика и позволяют производить измерения в 12 выбираемых шкалах, при этом основная выбранная шкала запоминается. Информация об измеренном давлении выводится на цифровой индикатор. Подробные данные об измерителях фирмы COMARK приведены в диссертации. Кроме фирмы COMARK аналогичные датчики, предназначенные для измерения параметров микроклимата и позволяющие их использование в системе автоматизированного мониторинга ОВПФ, выпускаются фирмой MOTOROLLA, фирмой Dallas Semiconductor, фирмой Honeywell и др.

Измерители электромагнитных излучений. Первичными преобразователями напряженности электромагнитного поля (ЭМП) в электрический сигнал являются приемные антенны, структура которых в основном зависит от характеристик ЭМП и частот принимаемых сигналов. Каких-либо существенных проблем в проектировании и эксплуа- тации как первичных преобразователей, так и в приеме и обработке электрических сигналов нет. Например, цифровое телевидение, мобильная спутниковая связь и т.д., охватывающие практически весь диапазон радиоволн. В диссертации приведены основные характеристики измерителей электромагнитных излучений, рекомендованных для использования при аттестации рабочих мест по параметру безопасности "Электромагнитные излучения".

В последнее время появился ряд новых измерителей, которые в полной мере удовлетворяют требованиям автоматизированного мониторинга ЭМП, среди которых необходимо отметить следующие:

ИПМ-101 - измеритель напряженности поля малогабаритный микропроцессорный. Измеритель предназначен для контроля за соблюдением предельно допустимых уровней высокочастотных излучений на рабочих местах персонала, обслуживающего электрорадиотехнические установки и системы, излучающие электромагнитное поле. (Разработчик -ГПВНИИФТРИ).

Милитесламер МПМ (Разработчик - ГНЦ ВНИИФТРИ) портативный модульный трехкомпонентный предназначен для измерения модуля и трех взаимно-перпендикулярных компонент вектора магнитной индукции постоянных и переменных магнитных полей в диапазоне 0.01... 199.9 мТл.

Большая номенклатура измерителей параметров электромагнитных полей и комплектов приборов обеспечивается отечественными, например, ГУЛ "ЦИКЛОН - ПРИБОР", и зарубежными производителями радиоэлектронной аппаратуры.

Измерители ионизирующих излучений. Первичными преобразователями ионизирующих излучений в электрический сигнал обычно являются ионизационные камеры, представляющие собой газоразрядные счетчики (Гейгера-Мюллера), либо детекторы кремниевые полупроводниковые. Они удовлетворяют всем требованиям, предявляемым к первичным преобразователям. Анализ известных в настоящее время измерителей ионизирующих излучений показал, что имеется достаточное количество отечественных и зарубежных образцов, пригодных для использования их в системе автоматизированного мониторинга (без каких либо существенных затрат). В диссертации приводятся данные о современных измерителях ионизирующих излучений.

В результате проведенного анализа установлено, что из всех измерителей физических ОВПФ, анализ которых проведен выше с позиции их использования в системе автоматизированного мониторинга, измерители шума и инфразвука (микрофоны и шумомеры) и световой среды (люксметры) не в полной мере отвечают этим требованиям.

В четвертой главе "Авторские измерители и первичные преобразователи" представлено решение следующих вопросов.

Приводится краткое описание патента (патент №2192619 с приоритетом от 10.04.2001г.) на изобретение "Индуктивный измеритель линейных перемещений". Благодаря изобретению открывается возможность построения новых первичных преобразователей в приборах различного назначения (плотномеры, вискозиметры, акустические измерители, измерители вибрации, уровнемеры и т.д.) со значительным снижением погрешности измерений, упрощением принципиальных схем и снижением числа каскадов.

Дано описание микрофона, названного МИЗ-1, реализующего изобретение и обладающего повышенной чувствительностью и расширенным частотным диапазоном в инфра-звуковую область частот. В диссертации приводится конструкция микрофонного капсюля (рис.9) и схема, поясняющая принцип действия микрофона. На основе представле- ния микрофона как последовательного соединения акустической, механической и электри- ческой систем, разработана схема и проведен расчет частотной характеристики микрофона по следующей методике.

Рис. 9. Упрощенная конструкция микрофона

Согласно подходу, принятому в теории автоматического регулирования, микрофон можно представить как последовательное соединение трех звеньев, передаточные функции которых в результате умножения дают передаточную функцию микрофона:

К(со) = Как (со) • Кмех (со) • Кэл (со) (13)

К акустической системе относят приемную диафрагму и мембрану, преобразующую колебания звукового давления в электрический сигнал. Передаточная функция описывается уравнением:

где а -коэффициент дифракции, Л' - площадь диафрагмы рт - амплитуда давления звуковой волны.

Механическая система преобразует усилие в перемещение мембраны. Частотная передаточная функция зависит от жесткости, массы мембраны, а также от величины потерь на трение:

х = Кмех(С,т,г,со)-Р

(15)

Электрическая система представляет собой датчик перемещения, вырабатывающий электрический сигнал пропорциональный х. Общая передаточная функция определяется выражением:

К(С,т,г,(о) = а • Б • Км ■ Кмех(С,т, г, со)

(16)

Из этого выражения следует, что совершенствование характеристик микрофона означает оптимизацию его механической системы.

Передаточная функция такой системы определяется зависимостью:

К(а>) =

со2 -т-с)2

(17)

2 2 2 + 0) -С* •г*

Представлены результаты расчетов для различных жесткостей мембраны, масс мембраны вместе с катушками при коэффициенте сопротивления воздуха

Отличительной особенностью МИЗ-1 является возможность измерения постоянной составлящей давления окружающей среды, т.е. измерять звуковое давление практически от нуля герц. Чувствительность микрофона МИЗ-1 практически не зависит от температуры окружающей среды в отличие от других типов микрофонов, например, конденсаторных.

Разработан и изготовлен макет измерителя инфразвука, функциональная схема которого приведена на рис. 10, в котором используется описанный выше микрофон МИЗ-1. Измеритель инфразвука обладает следующими техническими характеристиками. Диапазон измерений уровней инфразвука (ИЗ) составляет 8О...12ОдБ (выбран на основе данных о воздействии ИЗ на человека). Обеспечивает автоматическое измерение во всем диапазоне измерений с фиксацией максимального измеренного значения. Частотная характеристика прибора равномерна в диапазоне частот 0...20Гц, затухание на частоте 50Гц составляет -60дБ по отношению к затуханию на частоте 10Гц. Неравномерность частотной характеристики в полосе О...2ОГц составляет 1дБ. Результат измерений представляется в цифровом виде и отображается на ЖК-дисплее. Прибор имеет возможность внутреннего контроля, связи и возможность управления с внешней ЭВМ.

Рис. 10 Функциональная схема измерителя инфразвука

Разработан алгоритм работы внутреннего микроконтроллера измерителя инфразвука, для обеспечения которого разработана управляющая программа, текст которой приведен в диссертации.

Разработан и изготовлен макет универсального шумомера Ш1, обеспечивающего работу в системе автоматизированного мониторинга ОВПФ, что означает непрерывные измерения ОВПФ на каждом рабочем месте и ввод результатов измерений по локальной сети центральному вычислителю. Шумомер Ш1, структурная схема которого приведена на рис.11, обеспечивает измерение уровня акустического шума в диапазоне 20дБ-120дБ по шкалам А, С и Лин и имеет возможность октавного анализа от 2Гц (инфразвуковой диапазон 2...21 Гц) до 12500Гц. Прибор имеет три режима временного приведения: Fast, Slow, Impuls. Отличительными особенностями шумомера Ш1 является совокупность следующих свойств.

Выбор диапазона измеряемых уровней шума осуществляется автоматически. Результаты измерений отображаются на ЖКИ дисплее.

Рис. 11 Шумомер Ш1. Схема структурная

Наличие режима фиксации минимальных и максимальных значений и их запись во внутреннюю энергонезависимую память.

Наличие возможности записи текущих значений по желанию оператора.

Прибор имеет внутренний таймер - календарь. При записи значений уровня шума в энергонезависимую память записывается также информация о времени и дате проведения измерений и о режиме работы прибора при котором было получено указанное значение.

Шумомер имеет возможность подключения к последовательному порту IBM PC - совместимого компьютера для выдачи записанных значений в ЭВМ для последующей обработки.

Имеется возможность работы шумомера в диалоговом режиме в системе мониторинга физических параметров на рабочих местах и в окружающей среде за счет подключения дополнительного блока.

В диссертации приведены структурные и функциональные схемы всех модулей шу-момера и их сборочные чертежи. Приведена схема алгоритма работы управляющей ЭВМ сети мониторинга.

Предложена схема первичного преобразователя-люксметра (рис.12) обеспечивающего возможность измерения параметров световой среды в системе автоматизированного мониторинга физических ОВПФ производственной среды.

Рис. 12 Схема первичного преобразователя люксметра 1- гибкие световоды, 2- светофильтры, 3- фотоприемники, 4- кнопка контроля, 5- инди-катор-измеритедь, 6- резисторы сумматора.

Заключение

В результате выполненной работы разработана система автоматизированного мониторинга физических опасных и вредных производственных факторов при аттестации рабочих мест по параметру безопасности. Представлены научно обоснованные технические решения измерителей параметров производственной среды. Для достижения поставленной цели выполнены следующие работы.

1. Проведен анализ нормативно-технических документов, регламентирующих аттестацию рабочих мест по условиям труда, показавших актуальность работ по совершенствованию методов и средств измерения параметров ОВПФ. Для всех физических ОВПФ

(шум, инфразвук, ультразвук, вибрация, микроклимат, аэрозоли, световая среда, ионизирующие излучения и электромагнитные поля) проанализированы их физические основы, оценена степень воздействия каждого фактора на организм человека и гигиеническое их нормирование.

2. Проведен сравнительный анализ наиболее распространенных стандартов передачи данных, использующихся в системах промышленной автоматики, приведены их сравнительные характеристики, такие как пропускная способность, максимальная длина передачи данных, вероятность ошибки.

3. Рассмотрены существующие топологии сетей передачи данных, приведена классификация протоколов передачи данных.

4. С целью выбора сетевого стандарта и сетевой топологии проведена оценка количества информации, поступающей с одного рабочего места, предложен подход, заключающийся в передаче информации с рабочего места только об уровне превышения ОВПФ допустимых норм (нет, слабое превышение, значительное превышение). Это позволило значительно уменьшить количество информации, снимаемой с одного рабочего места.

6. Определено количество информации, снимаемой со всех рабочих мест (на примере двух предприятий численностью 200 и 1000 человек), при этом учитывались такие особенности организации предприятий, как количество структурных подразделений, количество работающих в каждом подразделении, среднее расстояние между подразделениями.

7. Выбрана иерархическая структура сети, содержащая два уровня иерархии. Для упрощения обмена данными между центральной ЭВМ и измерительными устройствами был выбран протокол типа "ведущий - ведомый с опросом".

8. Введены два типа устройств, разветвляющих сеть, это шлюзы, которые подключаются к ЦЭВМ и разветвляют сеть верхнего уровня на сети нижнего уровня (устанавливаются в каждом подразделении) и концентраторы (устанавливаются на каждом рабочем месте), которые подключаются к шлюзу. К концентраторам подключаются приборы - измерители ОВПФ, образующие межприборную сеть.

9. Рассмотрены физические основы и проведена классификация методов измерения шума и вибрации, параметров световой среды, аэрозолей, параметров микроклимата, измерителей электромагнитных и ионизирующих излучений.

10. Проведен анализ технических данных применяемых в настоящее время и перспективных измерителей и первичных преобразователей физических ОВПФ с позиции возможности использования их в сети автоматизированного мониторинга.

11. Установлено, что измерители шума и световой среды в большинстве своем требуют ручного переключения либо диапазона, либо характера измерений, что затрудняет автоматизацию измерений. Кроме того, практически все микрофоны принципиально не могут обеспечить прямого измерения в инфразвуковой части спектра, как и шумомеры, являющиеся измерителями переменного тока.

12. Получен патент (патент №2192619 с приоритетом от 10.04.2001г.) на изобретение "Индуктивный измеритель линейных перемещений". Благодаря изобретению открывается возможность построения новых первичных преобразователей в приборах различного назначения (плотномеры, вискозиметры, акустические измерители, измерители вибрации, уровнемеры и т.д.) со значительным снижением погрешности измерений, упрощением принципиальных схем и снижением числа каскадов.

13. Разработан и изготовлен микрофон (МИЗ-1), реализующий изобретение автора, обладающий повышенной чувствительностью в инфразвуковой (практически от 0 Гц) области частот.

14. С целью усовершенствования приборов - измерителей ОВПФ разработан универсальный контроллерный модуль, с которым может быть согласован практически любой первичный преобразователь физических ОВПФ.

15. Разработан и изготовлен измеритель инфразвука в диапазоне частот 0...20 Гц с автоматическим переключением диапазона уровней инфразвука и фиксацией максимального измеренного значения.

16. Разработан и изготовлен действующий макет шумомера (Ш-1), отличающийся возможностью автоматического измерения характеристик шума по заданной программе, предусмотрен режим фиксации минимальных и максимальных значений и их запись во внутреннюю энергонезависимую память, при записи значений уровня шума фиксируется также информация о времени и дате проведения измерений и о режиме работы прибора при котором было получено указанное значение. Ш-1 может работать в ИЗ диапазоне частот.

17. Разработан люксметр с автоматическим измерением освещенности рабочих мест и пульсаций светового потока в любом диапазоне измеряемых величин.

По теме диссертации опубликованы следующие основные работы:

1. Фалин СИ. Мониторинг условий труда на промышленных предприятиях и их экологической безопасности. Диплом АСП № 302611 победителя Санкт-Петербургского конкурса грантов для студентов, аспирантов и молодых специалистов (грант № М02-3.11К-289). Администрация Санкт-Петербурга, Минобразование РФ, РАН.-2002г.

2. Фадин СИ., Фадин И.М., Александров B.C., Кружков М.Е. Индуктивный измеритель линейных перемещений. Патент РФ на изобретение № 2192619 от 10 ноября 2002 г.

3. Фадин СИ. Мониторинг условий труда на промышленных предприятиях и их экологической безопасности. Диплом АСП № 303437 победителя Санкт- Петербургского конкурса грантов для студентов, аспирантов и молодых специалистов (грант № М03-3.11К-252). Администрация Санкт-Пе-тербурга, Минобразование РФ, РАН.-2003г.

4. Фадин СИ., Фадин И.М., Сидоров В.Н. Прибор для измерения уровня инфразвука. Новое в теоретической и прикладной акустике. Труды школы - семинара. Санкт-Петербург 17-18 октября 2001 г. /Под ред. Н.И. Иванова; Балт. гос. техн. ун-т, СПб., 2001. - стр.124-126.

5. Фадин И. М., Фадин С. И. Датчик температуры и тепловых потоков. Доклады II Всероссийской Научно-практической конференции «Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности», СПб: МЦЭНТ, 20-22 мая 1997 г

6. Фадин И. М., Докторов М. В., Фадин СИ. Лабораторная установка по изучению электрического освещения производственных помещений. Сборник IV Всероссийской научно-практической конференции "Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности", СПб.: МЦЭНТ, 16-18 июня 1999 г.

7. Фадин СИ., Сидоров В.Н., Фалин И. М. Шумомер с автоматическим программным управлением/ Труды Школы- Семинара. Новое в теоретической и прикладной акустике. Санкт-Петербург 17-18 октября 2002г. Под ред. д.т.н., проф. Иванова Н.И., СПб, БГТУ "ВО-ЕНМЕХ", 2002г, стр124-126.

8. Фадин С И. Мониторинг условий труда на промышленных предприятиях и их экологической безопасности. Седьмая Санкт-Петербургская Ассамблея молодых ученых и специалистов. Аннотация работ по грантам Санкт-Петербургского конкурса 2002 года для студентов, аспирантов и молодых специалистов. СПб., 2002 - с.89.

9. Фадин СИ. Мониторинг условий труда на промышленных предприятиях и их экологической безопасности. Восьмая Санкт-Петербургская Ассамблея молодых ученых и специалистов. Аннотация работ по грантам Санкт-Петербургского конкурса 2003 года для студентов, аспирантов и молодых специалистов. СПб., 2003 - с.89.

10. Фадин СИ.» Сидоров В.Н., Фадин И. М. Микрофон на основе усовершенствованного датчика линейных перемещений /Труды Школы-Семинара. Новое в теоретической и прикладной акустике. Санкт-Петербург 17-18 октября 2003г. Под ред. д.т.н., проф. Иванова Н.И., СПб, БГТУ "ВОЕНМЕХ", 2003г (принято к печати).

IP - 5 4 б 8

Введение.

1. О необходимости аттестации рабочих мест по условиям труда.

Постановка задачи исследования.

1.1 Правовые основы аттестации рабочих мест по условиям труда.

1.2 Опасные и вредные производственные факторы.

1.3 Шум, его характеристики, нормирование и аттестация.

1.3.1 Общие характеристики шума.!.

1.3.2 Воздействие шума на организм человека.'.

1.3.3 Нормирование шума на рабочих местах.

1.4 Инфразвук.

1.4.1. Воздействие инфразвука на организм человека.

1.4.2 Нормирование инфразвука.

1.5 Ультразвук.

1.5.1. Влияние ультразвука на организм человека.

1.5.2. Нормирование ультразвука.

1.6 Вибрация.

1.6.1 Влияние вибрации на человека.

L6.2 Нормирование вибрации.

1.7 Микроклимат.

1.8 Световая среда.

1.9 Воздух рабочей зоны. Аэрозоли преимущественно фиброгенного действия.

1.10 Ионизирующее излучение.

1.10.1. Биологическое действие ионизирующих излучений.

1.10.2. Нормирование ионизирующих излучений.

1.11. Электромагнитные излучения.

1.11.1 Биологические эффекты электромагнитных воздействий.

1.12. Бальная оценка условий труда.

1.13. Постановка задачи исследований.

1.14 Выводы по разделу.

2. Сеть мониторинга физических ОВПФ в системе аттестации рабочих мест по условиям труда.

2.1. Основные особенности сетей передачи данных.

2.1.1. Структура сети передачи данных.

2.1.2. Сетевые топологии.

2.1.3. Дополнительные компоненты сети.

2.1.4. Характеристики физического канала передачи данных.

2.1.5. Синхронизация элементов сети.

2.1.6. Форматы сообщений.72 •

2.1.7. Уровни представления.

2.1.8. Управление передачей данных в сети. Выявление ошибок.

2.2. Особенности сетей промышленного управления и экологического мониторинга.

V 2.3. Разработка сети мониторинга ОВПФ.

2.3.1. Основные параметры сети мониторинга условий труда (ОВПФ), подлежащие определению.

2.3.2. Масштабы сети мониторинга ОВПФ.

2.3.3. Выбор топологии сети.

2.3.4. Определение количества информации, поступающей от устройств. Необходимая пропускная способность сетей.

2.3.5. Подключение измерительных приборов к концентратору.•.

2.3.6. Обзор существующих каналов передачи данных.

2.3.7. Выбор физических каналов передачи данных для сети мониторинга.

2.4. Уточненная структурная схема сети мониторинга и ее компонентов. Алгоритм работы сети.

2.5. Этапы функционирования сети мониторинга.

2.5.1. Настройка сети.

2.5.2. Подключение и тестирование измерителей ОВПФ. 2.5.3. Занесение информации о ПДУ и ПДК в устройства.

2.5.4. Установка единого времени.

2.5.5. Мониторинг условий труда.

2.6. Выводы по разделу.

3. Измерители параметров физических ОВПФ.

3.1. Измерители шума и вибрации.

3.1.1. Микрофоны.

3.1.2. Классификация микрофонов.

3.1.3. Микрофоны, применяемые при акустических измерениях.

3.1.4. Шумомеры.

3.2. Измерители параметров "световая среда".

3.2.1. Первичные преобразователи.

3.2.2. Люксметры.

Ь 3.3 Аэрозоли преимущественно фиброгенного действия.

3.4. Микроклимат.

3.5. Измерители электромагнитных излучений.

3.6. Измерители ионизирующих излучений.

3.7. Выводы по разделу.

4. Авторские измерители и первичные преобразователи.

4.1. Индуктивный измеритель линейных перемещений.

4.2 Микрофон МИЗ-1.

4.2.1. Составление расчетной схемы.

4.2. Универсальный измерительный контроллер.

4.3 Измеритель инфразвука.

4.4 Универсальный шумомер Ш1.

4.4.1. Блок предусилителей.1.

4.4.2. Блок фильтров.

4.4.3. Блок детектора мощности и контроллера диапазона.

4.4.4. Блок микропрограммного управления.

4.4.5. Пульт управления.

4.5. Измеритель параметров световой среды для системы мониторинга производственной среды.

4.6. Выводы по разделу.

В сложившихся социально - экономических условиях произошли негативные изменения в состоянии здоровья работающего населения. Возросла профессиональная заболеваемость. Во всех отраслях промышленности, прежде всего на предприятиях малого и среднего бизнеса, ухудшились условия труда и отдыха. Это повлекло за собой ухудшение здоровья работающих, увеличение числа несчастных случаев, а также потерю трудоспособности.

В систему анализа и оценки условий труда на предприятиях входит определение фактических значений опасных и вредных факторов на рабочих местах. При аттестации рабочих мест по условиям труда оценке подлежат все опасные и вредные факторы (ОВПФ): физические, химические, биологические, тяжесть и напряженность труда.

В соответствии с "Положением о порядке проведения аттестации рабочих мест по условиям труда" [5] уровни ОВПФ определяются на основе инструментальных измерений соответствующих величин. Всё измерения, связанные с аттестацией рабочих мест должны выполняться в процессе работы, то есть при проведении производственных процессов в соответствии с технологическим регламентом, при исправных и эффективно действующих средствах индивидуальной и коллективной защиты. При проведении измерений используют средства измерений, указанные в соответствующих нормативных документах на методы измерений. Инструментальные измерения уровней производственных факторов оформляются соответствующими протоколами.

Сроки проведения аттестации устанавливаются организацией исходя из изменения условий характера труда, но не реже одного раза в пять лет с момента проведения последних измерений [5].

Анализ показал, что существующая методика аттестации рабочих мест не позволяет судить об изменении параметров ОВПФ и, соответственно, об изменении условий труда в период между плановыми аттестациями.

Величины же ОВПФ могут существенно меняться даже при неизменном технологическом процессе. Например, при обработке плоской поверхности замена многоперовой торцевой фрезы на многорезцовую головку приводит к увеличению шума как на рабочем месте фрезеровщика на 10-15 дБА, так в цехе; замена металла на пластмассу для одной и той же детали повышает концентрацию пыли, ее физический и химический состав, что требует увеличения производительности местных отсосов и т.д.

Приборы контроля в большинстве своем требуют ручного переключения либо диапазона, либо характера измерений, что затрудняет автоматизацию измерений. Процесс измерений различных ОВПФ требует участия нескольких высококвалифицированных специалистов в конкретной области измерений. Кроме того, в состав аттестационной комиссии рекомендуется включать [1] специалистов служб охраны труда, организации труда и заработной платы, главных специалистов, руководителей подразделений организации, медицинских работников, представителей профсоюзных организаций, совместных комитетов (комиссий) по форме труда, уполномоченных (доверенных) лиц по охране труда профессиональных союзов или трудового коллектива.

Необходимость оценки ОВПФ на аналогичных по характеру выполняемых работ по условиям труда на рабочих местах на основании данных, полученных при аттестации не менее 20% таких рабочих мест, делает процесс аттестации весьма трудным и дорогостоящим. В данной работе предлагается методика и аппаратура автоматизированного контроля физических ОВПФ, как в структурных подразделениях, так и на предприятии в целом. Учитывая определение ООН системы повторных наблюдений за элементами окружающей среды в пространстве и во времени с определенными целями, с заранее подготовленными программами, как экологический мониторинг, предлагаемая методика может быть названа производственным мониторингом ОВПФ.

Из всех ОВПФ, сведения о которых необходимы для аттестации рабочих мест (физические, химические, биологические, тяжесть и напряженность труда, травмобезопасность, средства индивидуальной защиты) в данной работе рассматриваются только физические факторы. К физическим факторам относятся: шум, инфразвук, ультразвук, вибрация, микроклимат, аэрозоли, световая среда, ионизирующие излучения и электромагнитные поля.

В разделе 1 проведен анализ нормативно-технических документов, регламентирующих аттестацию рабочих мест по условиям труда, показавших актуальность работ по совершенствованию методов и средств измерения параметров ОВПФ. Для всех физических ОВПФ проанализированы их физические основы, оценена степень воздействия каждого фактора на организм человека и их гигиеническое нормирование. Рассмотрены особенности бальной оценки условий труда по каждому из факторов и проведена их классификация. Предложена структура сети передачи данных, которая принята за основу построения автоматизированного мониторинга физических ОВПФ. Осуществлена постановка задачи исследования.

Раздел 2 посвящен сравнительному анализу наиболее распространенных стандартов передачи данных, использующихся в системах промышленной автоматики, дана сравнительная характеристика их пропускной способности, максимальной длины передачи данных, вероятность ошибки и т.п. Рассмотрены существующие топологии сетей передачи данных, приведена классификация протоколов передачи данных. С целью выбора сетевого стандарта и сетевой топологии проведена оценка количества информации, поступающей с одного рабочего места, предложен подход, заключающийся в передаче информации с рабочего места только об уровне превышения ОВПФ допустимых норм (нет, слабое превышение, значительное превышение). Это позволило значительно уменьшить количество информации, снимаемой с одного рабочего места. Определено количество информации, снимаемой со всех рабочих мест (на примере двух предприятий численностью 200 и 1000 человек), при этом учитывались такие особенности организации предприятий, как количество структурных подразделений, количество работающих в каждом подразделении, среднее расстояние между подразделениями. Выбраны иерархическая структура сети и протокол типа "ведущий — ведомый с опросом". Показано, что в качестве физического канала для сетей верхнего и нижнего уровней наиболее приемлемым является канал типа RS-485, а для межприборной сети — microLAN.

В разделе 3 рассмотрены физические основы и проведена классификация методов измерения шума и вибрации, параметров световой среды, аэрозолей, параметров микроклимата, измерителей электромагнитных и ионизирующих излучений. На основе анализа технических данных, применяемых в настоящее время, перспективных измерителей и первичных преобразователей физических ОВПФ с позиции возможности использования их в сети автоматизированного мониторинга установлено, что измерители шума и световой среды в большинстве своем требуют ручного переключения либо диапазона, либо характера измерений, что затрудняет автоматизацию измерений. Кроме того, практически все микрофоны принципиально не могут обеспечить прямого измерения в инфразвуковой части спектра, как и шумомеры, являющиеся измерителями переменного тока. Определена необходимость создания универсального измерителя, с которым может быть сопряжен практически любой первичный преобразователь физической величины, пригодный для сбора и обработки информации в системе автоматизированного мониторинга физических ОВПФ.

Раздел 4 содержит описание авторских разработок, а именно: 1) "Индуктивный измеритель линейных перемещений" (патент №2192619 с приоритетом от 10.04.2001г.), благодаря изобретению открывается возможность построения новых первичных преобразователей в приборах различного назначения (плотномеры, вискозиметры, акустические измерители, измерители вибрации, уровнемеры и т.д.) со значительным снижением погрешности измерений, упрощением принципиальных схем и снижением числа каскадов; 2) микрофон (МИЗ-1), реализующий изобретение автора, обладающий повышенной чувствительностью в инфразвуковой (практически от 0 Гц) области частот; универсальный контроллерный модуль, с которым может быть согласован практически любой первичный преобразователь физических ОВПФ; 3) измеритель инфразвука в диапазоне частот 0.20Гц с автоматическим переключением диапазона уровней инфразвука и фиксацией максимального измеренного значения; 4) шумомер (Ш-1), отличающийся возможностью автоматического измерения характеристик шума по заданной программе, предусмотрен режим фиксации минимальных и максимальных значений и их запись во внутреннюю энергонезависимую память (при записи значений уровня шума фиксируется также информация о времени и дате проведения измерений и о режиме работы прибора при котором было получено указанное значение), шумомер может работать в ИЗ диапазоне частот; 5) люксметр с. автоматическим измерением освещенности рабочих мест и пульсаций светового потока в любом диапазоне измеряемых величин.

4.6. Выводы по разделу 1. Получен патент (патент №2192619 с приоритетом от 10.04.2001г.) на изобретение "Индуктивный измеритель линейных перемещений". Благодаря изобретению открывается возможность построения новых первичных преобразователей в приборах различного назначения (плотномеры, вискозиметры, акустические измерители, измерители вибрации, уровнемеры и т.д.) со значительным снижением погрешности измерений, упрощением принципиальных схем и снижением числа каскадов.

2. Разработан и изготовлен микрофон (МИЗ-1), реализующий изобретение автора, обладающий повышенной чувствительностью в инфразвуковой (практически от 0 Гц) области частот.

3. С целью усовершенствования приборов - измерителей ОВПФ разработан универсальный контроллерный модуль, с которым может быть согласован практически любой первичный преобразователь физических ОВПФ.

4. Разработан и изготовлен измеритель инфразвука в диапазоне частот 0.20Гц с автоматическим переключением диапазона уровней инфразвука и фиксацией максимального измеренного значения.

5. Разработан, проведена технологическая подготовка производства и изготовлен действующий макет шумомера (Ш-1), отличающийся возможность^ автоматического измерения характеристик шума по заданной программе, предусмотрен режим фиксации минимальных и максимальных значений и их запись во внутреннюю энергонезависимую память, при записи значений уровня шума фиксируется также информация о времени и дате проведения измерений и о режиме работы прибора^при котором было получено указанное значение. Ш-1 может работать в ИЗ диапазоне частот.

6. Разработан люксметр с автоматическим измерением освещенности рабочих мест и пульсаций светового потока в любом диапазоне измеряемых величин.

Заключение

В результате выполненной работы разработана система автоматизированного мониторинга физических опасных и вредных производственных факторов при аттестации рабочих мест по параметру безопасности. Для достижения поставленной цели выполнены следующие работы.

1. Проведен анализ нормативно-технических документов, регламентирующих аттестацию рабочих мест по условиям труда, показавших актуальность работ по совершенствованию методов и средств измерения параметров ОВПФ. Для всех физических ОВПФ (шум, инфразвук, ультразвук, вибрация, микроклимат, аэрозоли, световая среда, ионизирующие излучения и электромагнитные поля) проанализированы их физические основы, оценена степень воздействия каждого фактора на организм человека и гигиеническое их нормирование.

2. Предложена структура сети передачи данных, которая принята за основу построения автоматизированного мониторинга физических ОВПФ.

3. Проведен сравнительный анализ наиболее распространенных стандартов передачи данных,' использующихся в системах промышленной автоматики, приведены их сравнительные характеристики, такие как пропускная способность, максимальная длина передачи данных, вероятность ошибки.

4. Рассмотрены существующие топологии сетей передачи данных, приведена классификация протоколов передачи данных.

5. С целью выбора сетевого стандарта и сетевой топологии проведена оценка количества информации, поступающей с одного рабочего места, предложен подход, заключающийся в передаче информации с рабочего места только об уровне превышения ОВПФ допустимых норм (нет, слабое превышение, значительное превышение). Это позволило значительно уменьшить количество информации, снимаемой с одного рабочего места.

6. Определено количество информации, снимаемой со всех рабочих мест (на примере двух предприятий численностью 200 и 1000 человек), при этом учитывались такие особенности организации предприятий, как количество структурных подразделений, количество работающих в каждом подразделении, среднее расстояние между подразделениями.

7. Выбрана иерархическая структура сети, содержащая два уровня иерархии. Для упрощения обмена данными между центральной ЭВМ и измерительными устройствами был выбран протокол типа "ведущий - ведомый с опросом".

8. Введены два типа устройств, разветвляющих сеть, это шлюзы, которые подключаются к ЦЭВМ и разветвляют сеть верхнего уровня на сети нижнего уровня (устанавливаются в каждом подразделении) и концентраторы (устанавливаются на каждом рабочем месте), которые подключаются к шлюзу. К концентраторам подключаются приборы - измерители ОВПФ, образующие межприборную 'сеть.

9. Рассмотрены физические основы и проведена классификация методов измерения шума и вибрации, параметров световой среды, аэрозолей, параметров микроклимата, измерителей электромагнитных и ионизирующих излучений.

10. Проведен анализ технических данных применяемых в настоящее время и перспективных измерителей и первичных преобразователей физических ОВПФ с позиции возможности использования их в сети автоматизированного мониторинга.

11. Установлено, что измерители шума и световой среды в большинстве своем требуют ручного переключения либо диапазона, либо характера измерений, что затрудняет автоматизацию измерений. Кроме того, практически все микрофоны принципиально не могут обеспечить прямого измерения в инфразвуковой части спектра, как и шумомеры,являющиеся измерителями переменного тока.

12. Получен патент (патент №2192619 с приоритетом от 10.04.2001г.) на изобретение "Индуктивный измеритель линейных перемещений". Благодаря изобретению открывается возможность построения новых первичных преобразователей в приборах различного назначения (плотномеры, вискозиметры, акустические измерители, измерители вибрации, уровнемеры и т.д.) со значительным снижением погрешности измерений, упрощением принципиальных схем и снижением числа каскадов.

13. Разработан и изготовлен микрофон (МИЗ-1), реализующий изобретение автора, обладающий повышенной чувствительностью в инфразвуковой (практически от 0 Гц) области частот.

14. С целью усовершенствования приборов - измерителей ОВПФ разработан универсальный контроллерный модуль, с которым может быть согласован практически любой первичный преобразователь физических ОВПФ.

15. Разработан и изготовлен измеритель инфразвука в диапазоне частот 0.20Гц с автоматическим переключением диапазона уровней инфразвука и фиксацией максимального измеренного значения.

16. Разработан, проведена технологическая подготовка производства и изготовлен действующий макет шумомера (Ш-1), отличающийся возможностью автоматического измерения характеристик шума по заданной программе, предусмотрен режим фиксации минимальных и максимальных значений и их запись во внутреннюю энергонезависимую память, при записи значений уровня шума фиксируется также информация о времени и дате проведения измерений и о режиме работы прибора при котором было получено указанное значение. Ш-1 может работать в ИЗ диапазоне частот.

17. Разработан люксметр с автоматическим измерением освещенности рабочих мест и пульсаций светового потока в любом диапазоне измеряемых величин.

1. Конституция Российской Федерации. М.: ООО «ВИТРЕМ», 2001.48с.

2. Об основах охраны труда в Российской Федерации. Федеральный Закон № 181-ФЗ от 17 июля 1999.

3. Трудовой кодекс Российской Федерации: СПб.: ООО «Леке Стар», 2002.-208с.

4. Концепция охраны здоровья населения Российской Федерации на период до 2005 года. Распоряжение Правительства Российской Федерации № 1202-р от 31 августа 2000 г.

5. Положение о порядке проведения аттестации рабочих мест по условиям труда. Приложение к постановлению Министерства труда и социального развития Российской Федерации от 14 марта 1997 года № 12.

6. ГОСТ 12.0.003-74 ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы. Классификация.

7. Чепульский Ю.П., Бекасов В.И. Аттестация рабочих мест. М.: Альфа-Композит, 1998г.-284с.

8. Санитарные нормы допустимых уровней шума на рабочих местах. СН № 3223, 12.03.85., МЗ СССР.

9. Методы измерения шума на рабочих местах. ГОСТ 12.1.050 86.

10. Методические рекомендации по дозной оценке производственных шу

11. MOB. MP № 2908 82, 29.07.82., МЗ СССР.

12. Иванов Н. И., Никифоров А. С. Основы виброакустики: Учебник для вузов СПб.: Политехника, 2000. - 482с.

13. Инженерная экология и экологический менеджмент/М.В. Буторина, В.Н. Сидоров, С.И. Фадин и др.: Под ред. Н.И. Иванова, И.М. Фадина. М.: Логос, 2001.-528с. '

14. Н.И. Иванов, И.М. Фадин, В.Н. Сидоров, С.И. Фадин. Экологический мониторинг параметров окружающей среды./Отчет по НИР Р-47- 0505, Санкт -Петербург: БГТУ "ВОЕННМЕХ", 2001. 163с.

15. Н.И. Иванов, И.М. Фадин, В.Н. Сидоров, С.И. Фадин. Мониторинг параметров физических опасных и вредных факторов (ОВПФ) производственных помещений машиностроительных предприятий /Отчёт по НИР Р-47- 0505, Санкт -Петербург: БГТУ "ВОЕННМЕХ", 2002. 195с.

16. Гигиенические нормы инфразвука на рабочих местах. СН № 2274 80, 12.12.80., МЗ СССР.

17. Ультразвук. Общие требования безопасности. ГОСТ 12.1.001 89.

18. Ультразвук. Методы измерения звукового давления на рабочих местах. ГОСТ 12.4.077-79.

19. Санитарные нормы и правила при работе с оборудованием, создающим ультразвук, передаваемый контактным путем на.руки работающих. СН № 2282 -80., МЗ СССР.

20. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений. СанПиН 2.2.4.548 96, 01.10.96., ГКСЭН России.

21. Общие санитарно — гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. ГОСТ 12.1.005-88.

22. Гигиенические критерии оценки условий труда по показателям вредности и опасности факторов производственной среды, тяжести и напряженности трудового процесса. Р 2.2. 013-94, 12.07.94., ГКСЭН России.

23. Высокотемпературные условия — оценка тепловой нагрузки по индексу WBGT (температура, влажность шарового термометра). ISO 7243.

24. Строительные нормы и правила. Нормы проектирования. Естественное и искусственное освещение. СНиП, 23 05 - 95 № 18-78., Минстрой России.

25. Общие санитарно — гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. ГОСТ 12.1.005-88.

26. Измерение концентрации аэрозолей преимущественно фиброгенного действия. МУ № 4436 87, 18.11.87., МЗ СССР.

27. Нормы радиационной безопасности (НРБ) СП 2.6.1. 758 — 99: Гигиенические нормативы. -М.: Центр санитарно-эпидемиологического нормирования, гигиенической сертификации и экспертизы Минздрава России, 1999. 116 с.

28. Электромагнитные поля радиочастот. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля. ГОСТ 12.1.006-84* ССБТ.

29. Электрические поля промышленной частоты. Допустимые уровни напряженности и требования к проведению контроля. ГОСТ 12.1.002-84 ССБТ.

30. Электростатические поля. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля. ГОСТ 12.1.045-84 ССБТ

31. Предельно-допустимые уровни магнитных полей частотой 50 Гц. ПДУ № 3206-85. Утв. 17.01.85. МЗ СССР

32. Предельно-допустимые уровни воздействия постоянных магнитных полей при работе с магнитными устройствами и магнитными материалами. ПДУ № 1742-77. Утв. 16.08.77 МЗ СССР

33. Предельно-допустимые уровни плотности потока энергии, создаваемой микроволновыми печами. ПДУ № 2666-83. 1983 МЗ СССР.

34. Временные допустимые уровни воздействия электромагнитных излучений, создаваемых системами сотовой связи. ГН 2.1.8/2.2.4.019-94. Утв. 27.12.94 ГКСЭН.

35. Электромагнитные излучения радиочастотного диапазона. Сан-ПиН 2.2.4/2.1.8.055-96. Утв. 08.05.96 ГКСЭН.

36. Гигиенические требования к ВДТ, ПЭВМ и организации работы. Сан-ПиН 2.2.2.542-96. Утв. 14.07.96.

37. Санитарные нормы и правила выполнения работ в условиях воздействия электрических полей промышленной частоты (50 Гц). СН № 5802-91 Утв. 31.07.91 МЗ СССР.

38. Санитарные правила и нормы выполнения работ в условиях воздейст-вия переменных магнитных полей промышленной частоты (50 Гц). СанПиН 2.2.4.72398 Утв. 13.11.98 МЗ РФ.

39. Блэк Ю. Сети ЭВМ: Протоколы, стандарты, интерфейсы: Пер. с англ. М., Мир, 1990г.

40. Катунин Г.П. Микрофоны: Учебное пособие. Новосибирск, 1995г.

41. Сидоров И.Н., Дмитриев А.А. Микрофоны и телефоны: Справочник. -М., Радио и связь, 1993г. 152с.

42. Гончаров Ю. Интерфейс LVDS и его применение/ Компоненты и технологии №3/2001. стр. 106-109

43. Гончаров Ю. Интерфейс LVDS и его применение/ Компоненты и технологии №4/2001. стр.52-55

44. Бирюков И. Обрежьте жирок с RS-485/ Компоненты и технологии №4/2001. стр.36-39

45. Гончаров Ю. Интерфейс LVDS и его применение/ Компоненты и технологии №4/2001. стр.52-55

46. Николайчук О. Архитектура распределенных систем управления/ Компоненты и технологии №1/2002. стр. 100-104

47. Севбо В., Титов М. Проблемы выбора интерфейсов/ Компоненты и технологии №6/2001. стр.68-70

48. Гришин В., Еремеев П., Муратов Н., Шелепин Н. Микросхемы приемопередатчиков для основных типов мультиплексных каналов информационного обмена/ Компоненты и технологии №5/2002. стр.68-74.

49. Копытин С. CAN-шина в промышленных сетях / Компоненты и технологии №7/2001. стр.68-70

50. Копытин С. CAN-шина в промышленных сетях / Компоненты и технологии №8/2001. стр.98-102

51. Каталог аппаратуры' для акустики и виброметрии. Брюль и Къер. Московский технический центр фирмы Брюль и Къер, 1993. — 73 с.

52. Шумомеры. Общие технические требования и методы испытаний. // ГОСТ 17187-81.

53. Ишанин Г.Г. Приемники излучения оптических и оптико-электронных приборов. JI.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1986.-175с.

54. Бузанова JI.K. Полупроводниковые фотоприемники. М.: Энергия, 1976.64с.

55. Полупроводниковые приемники излучения. Инструкция по применению. М.: Московский завод "Сапфир", БТИ, 1971.-20с.

56. Маркс П. Новый универсальный цифровой люксметр "MINILUX". М.: "Светотехника" №4,1998.-е 35-37.

57. О проведении аттестации рабочих мест по условиям труда. / Письмо Министерства здравоохранения РФ № 2510/5581-98-32 от 24 июня 1998 г.

58. Власов А. Приборы контроля физических параметров. Журнал "Компоненты и технологии", № 8' 2001.

59. Панфилов Д.И. Датчики фирмы MOTOROLLA. М.: ДОДЕКА, 2000.96с.

60. Шитиков А. Цифровые датчики температуры от Dallas Semiconductor. Журнал "Компоненты и технологии", № 3' 2001.

61. Левин Е., Бобрович В. Простейший набор для контроля температурных режимов при транспортировке и хранении пищевых продуктов. Журнал "Компоненты и технологии", № 3' 2003.

62. Фадин С.И., Фадин И.М. Индуктивный измеритель линейных перемещений. Патент на изобретение № 2192619. Приоритет от 10.04.2001.

63. Солдаткина С. А. Проблемы больших городов. Обзорная информация. МГЦНТИ. 1982г, вып.22