Информация

Статьи

Устройства связи и электроустановочные изделия для чистых помещений

Во второй части статьи описано российское оборудование для чистых помещений, рассмотрены технические решения, которые позволяют небольшой фирме «НПО «Инженеры электросвязи» выпускать изделия, не уступающие по параметрам лучшим зарубежным образцам.

Хотя в статье описано в основном оборудование для промышленности, нельзя не упомянуть продукцию российских предприятий для медицины, так как некоторые примененные в ней решения могут быть использованы и в чистых помещениях промышленных предприятий.

Оборудование для медицины и пищевой промышленности

Российские предприятия выпускают различное электротехническое оборудование для установки в медицинских учреждениях, например, консоли, кнопки вызова персонала, системы диспетчерской связи.

Медицинские консоли ЗАО «Альтернативная наука» [1] предназначены для систем жизнеобеспечения, включающих от одного до пяти койкомест. Помимо систем подачи медицинских газов консоли имеют секции, в которых располагаются элементы силового (выключатели, розетки, предохранители) и слаботочного электрооборудования (громкоговоритель, телефонная розетка, гнездо подключения телевизора, кнопка вызова персонала). Предприятие производит также системы палатной сигнализации, к которым подключаются прикроватные сигнальные блоки с выносным пультом.

Компания «Телси-Сервис» на базе оборудования для диспетчерской связи общего применения MULTICALL разработала систему HOSTCALL [2], к центральному пульту которой подключаются кнопки вызова различного исполнения, а также консоли пациента, включающие двухпроводное громкоговорящее дуплексное переговорное устройство, кнопку вызова медсестры, гнездо подключения выносной кнопки для лежачих больных. Консоль выполнена в дюралевом корпусе врезного крепления. Имеет индикаторные светодиоды контроля вызова медсестры и включения разговорного тракта.

Система HOSTCALL наглядно демонстрирует, как на базе системы связи общего применения (диспетчерская связь, малая учрежденческая АТС) можно организовать связь в чистых помещениях.

Похожие изделия предлагаются и другими производителями. Практически в каждом из них используются стандартные изделия (кнопки, выключатели, переговорные устройства), имеющие достаточно высокий уровень IP.

Оборудование соответствует нормам [3], но не удовлетворяет более высоким требованиям [4, 5].

Следует отдельно выделить требования к предприятиям пищевой промышленности [6]:

  • поверхности панелей производственных цехах, заквасочных отделениях, цехах по производству детских молочных продуктов следует не реже одного раза в неделю промывать горячей водой с мылом и дезинфицировать 0,5%-ным раствором хлорной извести;
  • специально обученный персонал должен протирать электроосветительную арматуру по мере ее загрязнения, но не реже одного раза в месяц.

Как показано в первой части статьи, требования к чистым помещениям для медицинских целей [5] отличаются от требований к чистым помещениям в промышленности, однако оборудование, изготовленное по описанным ниже технологиям, может без ограничений применяться не только в микроэлектронике, микромеханике, но и в медицинских учреждениях, в микробиологической и фармацевтической индустрии.

Технические решения и продукция НПО «Инженеры электросвязи»

Устройства громкоговорящей связи

История предприятия началась с изготовления в 1994 году малой серии устройств громкоговорящей связи для чистых помещений Воронежского химико-фармацевтического завода. За основу было взято переговорно-замковое устройство «Теликон» Псковского завода АТС, предназначенное для контроля за доступом посетителей и установки в офисах, на воротах предприятий, в частных домах. Изделие выпускалось в двух вариантах.

«Теликон-1» – телефонный концентратор на четыре телефона (с возможностью подвода двухпроводной линии от АТС), к которому подключались работающее в квазидуплексном режиме переговорное устройство уличного исполнения и электрозащелка. Один из телефонов имел возможность связи с уличным блоком и управления электрозащелкой дверного замка. При нажатии кнопки на уличном блоке звонил телефон, а при наборе цифры «5» любой телефон мог подключаться к уличному блоку для разговора и прослушивания.

«Теликон-2» отличался тем, что к нему подключался всего один телефон и, соответственно, не обеспечивалась внутренняя связь.

В 1993–1995 годах предприятие продавало, устанавливало и ремонтировало эти устройства в С.-Петербурге и Ленинградской области.

По этой причине выбор «платформы» для систем связи в чистых помещениях вопроса не вызывал. Значительной модернизации был подвергнут лишь уличный блок, представлявший собой печатную плату с элементами, установленную в вандалозащищенный литой силуминовый корпус, к которому крепился громкоговоритель. В месте установки последнего в корпусе были выполнены отверстия. Для защиты от диффузора громкоговорителя стальная пластина устанавливалась таким образом, что звуковая волна могла огибать ее. Примерно таким же образом устанавливался микрофон. Было применено следующее решение (рис.1).

Печатная плата с элементами (1) устанавливалась в блок электроники – прямоугольный корпус (6) из фольгированого текстолита. Для соединения использовалась пропайка швов. Пластиковый диффузор громкоговорителя (3) был вынесен на лицевую сторону блока, причем конструкция и материал позволяли выполнять протирку изделия влажной салфеткой.

Разработчики исходили из предположения, что наиболее уязвимым при обработке может быть электретный микрофон (4), в частности, из-за попадания внутрь него на мембрану дезинфицирующего раствора, поэтому для облегчения замены микрофон ввинчивался в резьбовую пластмассовую втулку (5) и подключался через разъем. Кнопка вызова на поверхности блока электроники была установлена таким образом, чтобы над этой поверхностью выходил подпружиненный цилиндрический толкатель (не показан). Было предусмотрено крепление (7) для монтажа на поверхность. После сборки и проверки поверхность блока покрывалась грунтом и окрашивалась автомобильной нитроэмалью.

Все неровности на внешней и внутренней поверхности (декоративные элементы, элементы крепежа и т.п.) литой крышки (8) были устранены за исключением резьбовых стоек для крепления кнопки и отверстий (9) для громкоговорителя и микрофона. Для этого ее внутренняя поверхность подвергалась механической обработке, после чего неровности зашпаклевывались эпоксидным компаундом. Крышка также покрывалась автомобильной нитроэмалью.

Ширина и высота бока электроники были выбраны таким образом, чтобы между ним и крышкой, удерживаемой за счет магнитов (10), оставался минимальный зазор.

На блоке электроники единственным местом, недоступным для обработки, был внутренний объем электретного микрофона – от отверстия до мембраны (порядка 1 мм3), причем наиболее уязвимый для повреждений элемент – микрофон – мог быть легко заменен. Крышка легко снималась, одевалась и могла быть обработана на месте и в специальных установках.

Следует отметить, что устройства были разработаны и изготовлены несколькими молодыми специалистами, двое из которых еще учились в университете телекоммуникаций
им. проф. М.А. Бонч-Бруевича.

Технологии и материалы для изготовления поверхностей устройств

Сегодня, имея опыт, производственную базу и доступ к современным технологиям, предприятие готово разрабатывать и производить оборудование, ни в чем не уступающее лучшим зарубежным аналогам. Рассмотрим более подробно технологии и материалы, которые могут быть использованы для производства наружных частей устройств связи для чистых помещений.

Поликарбонат

Поликарбонат (ПКТ) [7] – прозрачное соединение с аморфной структурой, широко применяется в качестве конструкционного и светопропускающего материала в электротехнике, электронике, медицинской технике (диализаторы, сосуды для хранения и переливания крови). Применение ПКТ обусловлено следующими его характеристиками:

  • обладает высокими жесткостью и стойкостью к ударным воздействиям, в том числе при повышенной и пониженной температурах;
  • имеет высокую прозрачность; может выпускаться в широком спектре цветов и с различным светопропусканием;
  • стоек к слабым кислотам, растворам щелочей и солей, спиртам, воде, атмосферному воздействию;
  • детали из ПКТ работают в интервале температур -100–135°С; выдерживают кратковременный нагрев до 175°С; готовые изделия имеют высокую термоформоустойчивость;
  • удельное объемное сопротивление ПКТ 1014 Ом•см; электрическая прочность: 32–35 кВ/мм; существуют марки электропроводящего ПКТ с сопротивлением 105 Ом•м;
  • базовые марки ПКТ характеризуются температурой стойкости при испытаниях раскаленной петлей, равной 850–960°C (категория горения – ПВ-2); введение антипиренов позволяет повысить эту категорию до ПВ-0; трудногорючий ПКТ применяется, например, при производстве корпусов электросчетчиков.

Выпускается большое количество различных видов листового ПКТ. Большинство производителей, представленных на российском рынке, имеет сертификаты пожарной безопасности, а некоторые и гигиенические сертификаты.

Листовой ПКТ легко поддается механической обработке и лазерой резке. Преимущества такого процесса – быстрота, точность, дешевизна изготовления деталей даже в единичных экземплярах. Поэтому НПО «Инженеры электросвязи» использует лазер для изготовления различных деталей из пластика и в серийном производстве, и на этапе создания моделей.

Алюминиевые панели

Выполняются из анодированного алюминия. Обработка может проводиться фрезерованием или лазерной резкой. Благодаря этому обеспечивается точность до 0,01 мм.

Изображения на них наносятся по металлографической технологии, которая состоит во введении органического красителя под воздействием мощного потока света в верхние пористые слои алюминиевого проката с последующим закрытием пор высоконадежным защитным слоем. Сохранность качества изображения и свойств поверхности – не менее 20 лет.

В соответствии с техническими условиями [8], металлографические панели, изготовленные по технологии ЦНИИМ (Центральный НИИ материалов, С.-Петербург), обеспечивают стойкость к атмосферным воздействиям:

  • отсутствие влияния 95%-ной влажности при 100°С и фунгицидов;
  • отсутствие коррозии (5%-ный солевой распылитель при 95°С в течение 700 ч);
  • при 530°С наблюдается лишь слабое потускнение изображения.

Для изучения влияния абразивов использовался метод испытаний колесом с нагрузкой 1000 г/см2 (7000 циклов). При этих условиях наблюдалось лишь слабое потускнение поверхности.

Не обнаруживались эффекты при воздействии следующих растворителей: углеводороды (жидкие) – 1 ч; этанол – 1 ч; керосин – 12 ч; бензин, этилацетат – 24 ч; минеральные спирты, гептан, этиловый спирт – 72 ч.

Пленочные клавиатуры

Для измерительных приборов применяются заказные гибкие пленочные клавиатуры на полиэфирных пленках (лавсане). На внутреннюю сторону лицевой пленки наносится многоцветный рисунок с изображением клавиш и специальных символов.

Технология обеспечивает широкие возможности – в клавиатуру могут быть встроены, например, светодиоды: возможно антистатическое исполнение.

На обратной стороне клавиатур находится чувствительный к давлению клеевой слой, покрытый защитной бумагой. Он служит для монтажа клавиатур на корпус изделия и имеет высокую адгезию к металлам, стеклу, пластмассам. Для электрического соединения со схемой управления клавиатуры имеют шлейф (плоский кабель).

Некоторые характеристики пленочных клавиатур специального конструкторского бюро «Никколь» [9] приведены в таблице.

Характеристики клавиатур СКБ «Никколь»

Характеристика

Значения

Рабочие

Предельные

Температурный диапазон, °С

-40 –50

-50 –60

Относительная влажность воздуха при 25°С, %, макс.

93

98

Пылевлагозащищенность

IP65

IP65

Устойчивость лицевой пленки к агрессивным средам

Растворители, масла, смазки, бензин и дизельное топливо, спирты, моющие средства

Технические решения НПО «Инженеры электРосвязи» и возможность создания оборудования на их базе

Применяемые для создания оборудования связи, выключателей, информационных табло решения вытекают из возможностей современных технологий и в большинстве своем реализованы в описанной в первой части статьи продукции зарубежных производителей.

Конструктивное исполнение

Устройства выполняются или в виде моноблока, объединяющего лицевую панель и блок электроники, или могут состоять из таких элементов. Лицевые панели изготавливаются из ПК или анодированного алюминия, клавиатуры – пластиковые. Могут применяться кнопки емкостного типа.

Наиболее дешевый вариант изделий – установка их в стандартные пластиковые электротехнические коробки, причем лицевые панели должны находиться на одном уровне с поверхностью стен, перегородок, дверей (рис.2). (Такой монтаж применяется в большинстве зарубежных устройств.) Возможна установка в наружные коробки, выполненные из нержавеющей стали или иного материала, соответствующего требованиям к чистым помещениям.

Линейка продукции

Предполагаются к выпуску следующие изделия:

  • телефоны;
  • громкоговорители;
  • устройства громкоговорящей связи с подключением к пульту или учрежденческой АТС;
  • переговорные устройства точка-точка;
  • кнопки сигнализации (вызова);
  • информационные панели (например, семафор красный/зеленый);
  • сетевые выключатели (освещение).

Исходя из потребностей заказчика, возможен выпуск и другого оборудования.

Особенности изделий НПО «Инженеры электросвязи»

1. Высокий уровень пылевлагозащищенности, доступность поверхности для обработки.

Ряд зарубежных изделий, а также элементы управления в виде тумблеров и кнопок имеют низкий уровень IP [10]. В предлагаемых изделиях закладывается уровень не ниже IP65, что достигается за счет использования полимерных мембран, закрывающих громкоговоритель и микрофон, а также пленочных тастатур или емкостных сенсоров.

2. Высокий уровень надежности соответствует как минимум 3 классу ответственности (стандарт [11, 12]). Повышенная надежность необходима, так как выход из строя практически любого из устройств приведет не только к нарушению технологического процесса, но и к демонтажу и замене изделия в условиях чистого помещения, что создает значительные проблемы технического характера. По требованию заказчиков уровень может быть поднят до 2 класса ответственности.

3. Обеспечение при влажной обработке электробезопасности лицевых панелей находящихся под напряжением
устройств.

4. Встроенная защита от перенапряжений и сверхтоков в первую очередь для устройств, подключаемых к сети переменного тока.

Важно отметить, что отличительные особенности такой продукции закладываются уже на этапе постановки задания на проектирование, разработку и создание ТУ.

Обсуждая проблему, следует отметить, что руководством страны поставлена задача по вхождению России в число мировых лидеров в области нанотехнологий. Однако, не имея собственного производства технологического оборудования для этих целей, разработчики заранее обречены на отставание. Это хорошо видно на примере автомобильной промышленности. Вместе с тем имеются и другие примеры –
электронная промышленность СССР, на протяжении десятилетий практически полностью обеспечивающая потребности страны в элементной базе, работала на отечественном оборудовании[13]. Предприятиями МЭП были разработаны и серийно выпускались и все необходимые компоненты чистых помещений. Не вина ученых и инженеров, что достаточно быстро сокращавшийся в то время разрыв с США стал сегодня, как кажется, непреодолимым.

Литература

1. www.trollcompany.ru.

2. www.hostcall.ru.

3. ГОСТ-Р ИСО 14644-4-2002. Чистые помещения и связанные с ними контролируемые среды. Ч. 4. Проектирование, строительство и ввод в эксплуатацию.

4. ГОСТ Р ИСО 14644-5-2005. Чистые помещения и связанные с ними контролируемые среды. Ч. 5. Эксплуатация.

5. СанПиН 2.1.3.1375-03. Гигиенические требования к размещению, устройству, оборудованию и эксплуатации больниц, родильных домов и других лечебных стационаров.

6. CанПиН 2.3.4.551-96 Предприятия пищевой и перерабатывающей промышленности (технологические процессы. Сырье). Производство молока и молочных продуктов. Санитарные правила и нормы.

7. www.compamid.ru.

8. Этикетки, панели и планки информационные с лицевыми надписями, полученными анодно-оксидным металлографическим способом. Технические условия. ГУП «ЦНИИМ», 2000 г.

9. www.nikkol.ru.

10.Терентьев Д.Устройства связи и электроустановочные изделия для чистых помещений. – Наноиндустрия, № 6, 2009, с. 8.

11. НПО «Инженеры электросвязи». Стандарт предприятия СТП-14 «Уровни ответственности продукции».

12.Пашкевич А.Ю.Уровень опасности – высокий, требования – ужесточить. – Энергонадзор, 2009, № 6(9).

13.Шокин А.А.Министр невероятной промышленности СССР. – М.: Техносфера, 2007.