Выпускная квалификационная работа бакалавра

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА БАКАЛАВРА

 

 Тема:    Автоматизация медицинского автоклава                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        

 

Направление подготовки: АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И

  ПРОИЗВОДСТВ

Профиль: АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДСТВ

 

 

Автор:                                        Смирнов И.С.                                    

                                                                              Ф.И.О., Подпись

 

Руководитель:                           Волкова Г.В.                                      

                                                                               Ф.И.О., Подпись

 

Соруководитель:                      Сухарев А.В.                                     

                                                                               Ф.И.О., Подпись

 

Консультант:                            Ольга О.П                                          

                                                                                 Ф.И.О., Подпись

 

 Заведующий кафедрой:            Зайцев В.А.                                     

                                                                                  Ф.И.О., Подпись

 

 

Иваново, 2021 г.

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

 УНИВЕРСИТЕТ

Факультет                                                                                                                           

Кафедра         Технической кибернетики и автоматики                                                  

Направление 15.03.04 Автоматизация технологических процессов и производств   

Профиль/магистерская программа Автоматизация технологических процессов и производств                                                                                                                                            

УТВЕРЖДАЮ:

Зав. кафедрой ____________

«_____» ____________ 20 г.

З А Д А Н И Е

на выпускную квалификационную работу

 

обучающемуся _ Смирнов Иван Сергеевич ____________________________________                                           (Ф.И.О. полностью)

1. Тема _ Автоматизация медицинского автоклава ____________________________

_____________________________________________________________________________

2. Исходные данные _ Руководство пользователя малого медицинского стерилизатора. Литературные источники и интернет-ресурсы. _____________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

3. Содержание _ Литературный обзор. Выбор комплекса технических средств. Составление карты заказа микроконтроллера. Разработка и описание схемы автоматизации, составление спецификации. Создание рабочей документации: принципиальная схема электропитания, схема соединения внешних проводок. Описание разработанных схем. ___________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

4. Вопросы для специальной разработки   Составление перечня основных ошибокаппарата для сигнализации на HMI _______________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

5. Руководитель                          доцент, к.т.н. Волкова Г.В.                                     

                                                   (должность, Ф.И.О.)

6. Консультанты:

Раздел	Консультант	Подпись, дата
		Задание выдал	Задание принял

 

 

7. Дата выдачи задания_________________________________________________________

 

8. Дата предоставления законченной работы_______________________________________

      

Руководитель                             Волкова Г.В.                                                              

                                                       (Ф.И.О., подпись)

Соруководитель                         Сухарев А.В.                                                             

                                                       (Ф.И.О., подпись)

Обучающийся                            Смирнов И.С.                                                            

                                                       (Ф.И.О., подпись)

 

Календарный план

№ п/п	Наименование этапов выпускной квалификационной работы (проекта, диссертации)	Срок выполнения этапов выпускной квалификационной работы (проекта, диссертации)	Примечание
1.	Литературный обзор эксимерных лазеров.
2.	Составление технического задания на автоматизацию.
3.	Выбор комплекса технических средств.
4	Обоснование выбора микроконтроллера. Составление карты заказа микроконтроллера.
5	Разработка и описание схемы автоматизации.
6	Создание рабочей документации: принципиальная схема электропитания, схема соединения внешних проводок. Описание разработанных схем.
7	Технико-экономическая оценка проектных решений
8	Оформление ВКР

 

Аннотация

Квалификационная работа бакалавра рассматривает вопросы автоматизации медицинских автоклавов. Проведён литературный обзор тематики. Предлагается вариант автоматизации процесса на основе применения современных средств автоматизации. Разработана схема автоматизации, создана рабочая документация (принципиальная схема электропитания, схема соединения внешних проводок). Приведено подробное описание разработанных схем.

 

Ключевые слова: медицинские автоклавы, паровые стерилизаторы, автоматизация, схема автоматизации, принципиальная схема электропитания, схема соединения внешних проводок.

 

Сведения об объеме:

· количество страниц –;

· количество рисунков – 4;

· количество таблиц – 9

· количество схем (чертежей) –3;

· количество плакатов -1;

· количество используемых источников – 9.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

1. Литературный обзор........................................................................................................... 6

1.1. Особенности стерилизационных процессов.............................................................. 6

1.2. Некоторые вопросы теории стерилизации медицинских объектов...................... 9

1.3. Классификация медицинских стерилизаторов. Основные понятия.................... 12

1.4. Основы автоматизации стерилизационных процессов.......................................... 14

1.5. Техническое задание на автоматизацию технологического процесса.............. 16

2. Комплексно технических средств........................................................... 20

2.1. Нижний уровень............................................................................................................. 20

2.1.1. Датчики......................................................................................................................... 20

2.1.2. Исполнительные механизмы.................................................................................... 23

2.2. Верхний уровень............................................................................................................ 26

2.2.1. Автоматизированное рабочее место..................................................................... 27

2.2. Обоснование выбора контроллера............................................................................. 26

2.3. Карта заказа контроллера............................................................................................ 36

3. Описание проектных решений....................................................................................... 37

3.1. Описание схемы автоматизации................................................................................. 37

3.2. Спецификация на приборы и средства автоматизации.......................................... 41

3.3. Описание принципиальной схемы электропитания............................................... 44

3.4. Описание схемы соединения внешних проводок................................................................................................................................. 47

4. Экономическая часть........................................................................................................ 48

4.1. Расчет капитальных затрат на разработку проекта................................................ 49

4.2. Расчет эксплуатационных затрат................................................................................ 53

4.3. Оценка эффективности разработанного проекта.................................................... 56

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...................................................................................................................... 58

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ................................................................ 59

Приложение «Комплексно технических средств»........................................................ 60

Приложение «Проектные решения»................................................................................. 61

Литературный обзор

Классификация медицинских стерилизаторов. Основные понятия.

При разработке терминологического стандарта в основу была положена следующая схема классификации медицинского стерилизационного оборудования (рис. 4).

В качестве наиболее существенных признаков, взятых за основание деления, привлечены: стерилизующий агент, форма стерилизационной камеры, расположение загрузочного проема и условия эксплуатации стерилизатора.

Рис. 4. Схема классификации медицинских микробиологических стерилизаторов

По применяемым стерилизующим агентам все стерилизаторы могут быть разделены на паровые, в которых стерилизующим агентом является насыщенный пар, воздушные, в которых стерилизующим агентом является горячий воздух, газовые, в которых стерилизующим агентом является газ, обладающий стерилизующими свойствами при нормальной температуре.

Термин «паровой стерилизатор» сравнительно редко применяется в отечественной медицинской литературе (чаще «автоклав»), однако широко используется в англо-американской (steam sterilizer) и немецкой (dampf sterilisator). Термин «автоклав» (от греч. autos - сам и лат. сlavis- ключ) можно перевести как «самозапирающийся». Таким образом, буквальное значение термина «автоклав» не отражает существенные признаки вкладываемого в него понятия: функциональное назначение устройства и характер происходящего в нем процесса. Анализ отечественной и зарубежной литературы, относящейся к стерилизаторам, показал, что термину «автоклав» следует предпочесть термин «паровой стерилизатор», как более мотивированный.

Под термином «парогенератор» (синонимы: парообразователь, паропроизводитель) понимается конструктивный элемент стерилизатора, служащий для образования пара, размещаемый обособленно от стерилизационной камеры, а под термином «водопаровая камера»-конструктивный элемент стерилизатора, служащий для образования пара и размещения стерилизационной камеры.

Все стерилизаторы вне зависимости от применяемого в них стерилизующего агента по форме камеры можно разделить на круглые (синоним: цилиндрические), стерилизационная камера которых имеет форму круглого цилиндра, и прямоугольные (синоним: шкафные) со стерилизационной камерой в форме прямоугольного параллелепипеда;

Режим стерилизации в зависимости от применяемого стерилизующего агента (насыщенный водяной пар, горячий воздух, газ) характеризуется следующими основными показателями температуры стерилизуемого агента: время стерилизационной выдержки, относительная влажность и величина дозы газа или смеси газов.

Таким образом, мы можем сказать, что процесс стерилизации в любом аппарате обеспечивается при соблюдении следующих основных этапов:

1) времени нагрева стерилизатора;

2) времени стерилизационной выдержки

3) времени охлаждения стерилизатора

Паровые стерилизаторы дополнительно имеют специфические эксплуатационные фазы; а именно: а - время удаления воздуха из стерилизатора и стерилизуемого объекта; б - время сушки объектов по окончании времени стерилизационной выдержки; в - время выравнивания давления в стерилизационной камере до атмосферного давления.

Согласно действующему стандарту, минимальный интервал времени между двумя загрузками стерилизатора называется циклом стерилизации.

Карта заказа на контроллер

Таблица 6 – Карта заказа на ПЛК

№ п/п	Наименование модуля (блока) / Краткое описание.	Кол-во
1	2	3
1	Программируемый логический контроллер ПЛК ОВЕН 73-ККККРРРТ-М	1
2	КС1   Применяется для прошивки и программирования контроллеров: - ПЛК100, ПЛК150, ПЛК154, ПЛК110, ПЛК160, ПЛК73 (порт RS-232 DEBUG);	1
3	АС3-М преобразователь интерфейсов RS-232 <-> RS-485 с гальванической изоляцией	1
4	АС4-М преобразователь интерфейсов RS-485 <-> USB с гальванической изоляцией	1

 

Описание проектных решений

Экономическая часть

В данном проекте рассмотрены вопросы автоматизации медицинского автоклава. Проект направлен на повышение эффективности оборудования путём внедрения средств автоматизации в технологический процесс.

В таблице 4.1 приведен SWOT - анализ продукции красильно-отделочной фабрики с подробным описанием сильных и слабых сторон проекта, а также анализ развития фабрики и негативные внешние факторы, которые могут повлиять на работу предприятия. 

Таблица 4.1

SWOT – анализ медицинского автоклава

	Положительное влияние	Отрицательное влияние
Внутренняя среда	Strengths — свойства предприятия, проекта или коллектива, дающие преимущества перед другими в отрасли.   - собственная технология; - наличие необходимых финансовых ресурсов; - относительно низкие затраты.	Weaknesses — внутренние свойства, ослабляющие проект, предприятие, коллектив и т.д.   - отсутствие четкой стратегии; - слишком узкая номенклатура реализуемой продукции, товаров, работ, услуг.
Внешняя среда	Opportunities — внешние вероятные факторы, дающие дополнительные возможности по достижению цели.   - высокий спрос на продукцию; - обслуживание дополнительных групп потребителей. - расширение номенклатуры продаж.	Threats — внешние вероятные факторы, которые могут осложнить достижение цели.   - неплатежеспособность покупателей; - высокий уровень налогообложения; - неблагоприятные демографические изменения.

Амортизационных отчислений

 

Стоимость производственных зданий определяется умножением укрупненного показателя затрат на строительство 1 м³ здания на его объем.

Амортизационные отчисления на полное восстановление (реновацию) зданий определяются по формуле:

А_зд = Ф_зд * Н_зд / 100%,                                         (1)

где А_зд - годовые амортизационные отчисления на реновацию зданий, тыс.руб.,

Ф_зд - стоимость зданий, тыс.руб.,

Н_зд - норма амортизационных отчислений на реновацию зданий, %.

А_зд = 0 тыс. р.

Исходные данные и результаты расчетов сводятся в таблицу4.2.

 

Таблица 4.2

Расчет стоимости производственных зданий и

амортизационных отчислений

Наименование объекта	Объем зданий, м^3	Стоимость зданий, тыс. руб.		Амортизационные отчисления
		1 м^3	Общая	Норма, %	Сумма, тыс. руб.
1	2	3	4	5	6
Здания, производственные сооружения, бытовые помещения, склады	30 000	0	0	5	0
ИТОГО			0		0

Амортизационных отчислений

Стоимость оборудования определяется по формуле:

Ф_обi = Ц_i * N_i,                                                      (2)

где Ф_обi - стоимость i-го вида оборудования, тыс. руб.,

Ц_i - базисная цена i-го вида оборудования, тыс. руб.,

N_i - количество i-го вида оборудования, шт.

Амортизационные отчисления на полное восстановление (реновацию) оборудования определяется по формуле:

А_обi = Ф_обi * Н_обi / 100%,                                    (3)

где А_обi - годовые амортизационные отчисления на реновацию i-го вида оборудования, тыс. руб.,

Н_обi - норма амортизационных отчислений на реновацию i-го вида оборудования, %,

Ф_обi - стоимость i-го вида оборудования, тыс. руб.

Цена каждого вида оборудования и норма его амортизации, а также другая цифровая информация, характеризующая средства и предметы труда проектируемого производства, берутся на предприятии, где проходила преддипломная практика.

Исходные данные и результаты расчетов сводятся в таблицу 4.3.

Таблица 4.3 Расчет стоимости оборудования, инструмента, инвентаря и амортизационных отчислений

Наименование оборудования	Тип, марка	Кол-во, шт.	Стоимость, тыс. руб.		Амортизационные отчисления
			Ед.	Общая	Норма, %	Сумма, тыс. руб.
1	2	3	4	5	6	7
1)Вновь установленное оборудование:
1. Медицинский автоклав	ВК-30	1	150	150	15	22,5
2. Контроллер	ПЛК ОВЕН 73	1	15,5	15,5	15	2,325
3. Датчик положения	PS2-08M33-2B11-K	1	1,2	1,2	15	0
4. Электромагнитное реле	SR-203.D	4	0,4	1,6	15	0
5. Датчик уровня	ОВЕН ПДУ-И.250	1	9,3	9,3	15	1
6. Датчик давления	ОВЕН ПД100И_ДИВ	1	3,4	3,4	15	1
7. Датчик температуры	ОВЕН ДТС034-Pt100	1	0,5	0,5	15	0
8. Твердотелое реле	MD-1044.ZD3	1	0,4	0,4	15	0
9. Датчик напряжения	ДНД-1 ПМКЕ.426474.001ТУ	1	0,7	0,7	15	0

1	2	3	4	5	6	7
ИТОГО (п.1)				182,6		27
2)Неучтенное оборудование (10-20% от п.1)				18,26	20	3,652
3)Инструмент, инвентарь (1-2% от п.1)				3,652	20	0,7304
ИТОГО: (п.1+п.2+п.3)				205		32

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В выпускной квалификационной работе был произведён литературный обзор медицинских автоклавов, на основании которого было составлено техническое задание на автоматизацию. Разработан плакат – комплекс технических средств. Обоснован выбор ПЛК и составлена карта заказа контроллера.

На основании технического задания и выбранного комплекс технических средств разработана схема автоматизации с подробным описанием работы её контуров и заказная спецификация на приборы и средства автоматизации. Разработана принципиальная схема электропитания со спецификацией на приборы электропитания. На основании схемы автоматизации и принципиальной схемы электропитания была выполнена схема соединения внешних проводок и составлена спецификация к ней.

Выполнена технико-экономическая оценка эффективности проектных решений.

Разработана современная система автоматизации, обеспечивающая ведение технологического процесса и отвечающая высоким требованиям безопасности.

 

Приложение «Комплексно технических средств»

В данном разделе предоставлен плакат КТС, выполненный в формате А3. Описание к плакату приведено во второй главе пояснительной записки.

 

Приложение «П роектные решения»

Данный раздел состоит из трёх схем, описание к которым приведено в пояснительной записке в главах 3.1-3.4. Наименования и формат схем представлены в таблице П1.

Таблица П1 – Проектные решения

Наименование схемы	Формат
Схема автоматизации ВКР 15.03.04.А2.001.08-23.АТХ	А2
Принципиальная схема электропитания ВКР 15.03.04.Э3.002.08-23.АТХ	А2
Схема соединения внешних проводок ВКР 15.03.04.С4.003.08-23.АТХ	А2

 

 

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА БАКАЛАВРА

 

 Тема:    Автоматизация медицинского автоклава                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        

 

Направление подготовки: АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И

  ПРОИЗВОДСТВ

Профиль: АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ПРОИЗВОДСТВ

 

 

Автор:                                        Смирнов И.С.                                    

                                                                              Ф.И.О., Подпись

 

Руководитель:                           Волкова Г.В.                                      

                                                                               Ф.И.О., Подпись

 

Соруководитель:                      Сухарев А.В.                                     

                                                                               Ф.И.О., Подпись

 

Консультант:                            Ольга О.П                                          

                                                                                 Ф.И.О., Подпись

 

 Заведующий кафедрой:            Зайцев В.А.                                     

                                                                                  Ф.И.О., Подпись

 

 

Иваново, 2021 г.

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования