Назначение
Система измерительная автоматизированной системы управления технологическим процессом электролиза «СААТ-2» ОАО «РУСАЛ Новокузнецк» (далее ИС) предназначена для измерений напряжения постоянного тока электролизёров, постоянного тока серии электролизёров, напряжения постоянного тока серии электролизёров; автоматического непрерывного контроля параметров технологического процесса электролиза алюминия, их визуализации, регистрации и хранения; диагностики состояния технологического оборудования ИС; выполнения функции выдачи речевых сообщений.
Описание
ИС является средством измерений единичного производства. Конструкция ИС представляет собой трёхуровневую систему, построенную по иерархическому принципу. В состав ИС входят 182 измерительных канала. Измерительные каналы (ИК) ИС состоят из следующих компонентов (по ГОСТ Р 8.596-2002):
1) измерительные компоненты - измерительные преобразователи (ИП) 73G-IV10 и 73G-IV1, установленные в модулях гальванического разделения ISO-4GH, предназначенные для измерений аналоговых сигналов напряжения постоянного тока электролизёров; шунт TYP-1240-0.02, универсальный измерительный преобразователь SITRANS T и преобразователь постоянного тока с гальваническим разделением SIMEAS T, предназначенные для измерений силы и напряжения постоянного тока серии электролизёров (нижний уровень ИС);
2) комплексные компоненты - контроллеры программируемые (ПЛК) SIMATIC С7-635Кеу и SIMATIC S7-300, предназначенные для преобразования и первичной обработки информации о параметрах технологического процесса электролиза алюминия, осуществляют измерение выходных аналоговых сигналов преобразователей (средний уровень ИС);
3) вычислительные компоненты - серверы, автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора диспетчерского пункта и АРМ мастеров-технологов, предназначенные для представления информации обслуживающему и технологическому персоналу, система речевых сообщений (аудио-сервер) (верхний уровень ИС);
4) связующие компоненты - технические устройства и средства связи, используемые для приёма и передачи сигналов, несущих информацию об измеряемой величине от одного компонента ИС к другому. Для обмена данными с верхним уровнем контроллеры нижнего уровня объединены локальной сетью PROFIBUS. Для гальванического разделения между ШЭУ и концентратором данных сеть выполнена оптоволоконным кабелем. Концентратор данных позволяет подключить ПЛК ИС к сети Ethernet посредством оптоволоконной линии связи. Связь серверов и АРМ осуществляется по сети Ethernet;
5) вспомогательные компоненты - технические устройства, обеспечивающие нормальное функционирование ИС и не участвующие непосредственно в измерительных преобразованиях (источники бесперебойного питания, аккумуляторы и т.д.).
ИС имеет в своем составе три группы измерительных каналов ИС, объединенных по виду и диапазону измерений физической величины: «рабочее напряжение электролизёра», «ток серии», «напряжение серии». Структурная схема ИС приведена на рисунке 1.
ЦПУ
ИБП
ИБП
ИБП
ИБП
ИБП
АРМ мастера технолога
Сервер речевых Сообщений (АРМ оператора-диспетчера)
АРМ мастера технолога
Система
речевых
сообщений
Сервер
информационно
технологической
системы
Сервер
приложений
Заводская сеть Ethernet
КПП
Концентратор данных
3_
плк
SIMATIC
S7-300
Модуль
SM331
Корпус № 12
Корпус № 11
ШЭУ 1
ШЭУ 45
ШЭУ 1
ШЭУ 45
ПЛК SIMATIC С7-635Кеу
ПЛК SIMATIC С7-635Кеу
ПЛК SIMATIC С7-635Кеу
ПЛК SIMATIC С7-635Кеу
Модуль SIMEAS Т модификации 7KG6131
Преобразователь измерительный SITRANS Т
Шунт
TYP-1240-
0,02
ИП
73G-
.IV10
| ип | |
| 73G- | |
| +IV10 |
Модуль гальванического разделения ISO-4GH
Модуль гальванического разделения ISO-4GH
| ИП | ип | |
| 73G- | 73G- | |
| +IV10 | +IV10 |
Модуль гальванического разделения ISO-4GH
| ип | ип | |
| 73G- | 73G- | |
| +IV10 | +IV10 |
Модуль гальванического разделения ISO-4GH
| ип | ип | |
| 73G- | 73G- | |
| +IV10 | +IV10 |
ШЭУ - шкаф управления двумя электролизёрами, КПП - кремниево-пребразовательная подстанция, ИБП -источник бесперебойного питания, ЦПУ - центральный пульт управления
Рисунок 1
ИС обеспечивает выполнение следующих основных функций:
1) измерение и отображение текущих значений технологических параметров;
2) выдача речевых сообщений;
3) регистрация сообщений;
4) функционирование световой и звуковой сигнализации;
5) конфигурирование и настройка параметров ИС (изменение уставок технологических параметров, установление запретов на управление электролизером, настройка выдачи звуковых сообщений и др.);
6) хранение в базе данных параметров анодных эффектов, результатов регулирования электролизеров, параметров технологического процесса;
7) диагностика состояния технических и программных средств ИС;
8) защита оборудования, программного обеспечения и данных от несанкционированного доступа на физическом и программном уровне.
Принцип работы группы «рабочее напряжение электролизёра» основан на измерении напряжения постоянного тока, подаваемого на вход ИП 73G-IV10 и преобразования измеренного значения в цифровой код, гальваническом разделении модулем ISO-4GH, дальнейшей передаче цифрового кода в ПЛК SIMATIC С7-635Кеу по сети PROFIBUS через концентратор данных на сервер информационно-технологической системы (СИТС).
Принцип работы ИК «ток серии» основан на измерении падения напряжения постоянного тока шунте TYP-1240-0.02. Сила постоянного тока, протекающего через шунте TYP-1240-
0.02, пропорциональна постоянному тока, протекающему в серии электролизёров. Падение напряжения постоянного тока преобразуется ИП SITRANS T в выходной сигнал постоянного тока от 0 до 20 мА, затем поступает на вход в ПЛК SIMATIC S7-300 и по сети PROFIBUS через концентратор данных на СИТС.
Принцип работы измерительного канала «напряжение серии» заключается в измерении напряжения постоянного тока, подаваемого на вход преобразователя постоянного тока с гальваническим разделением SIMEAS T и преобразования в выходной сигнал постоянного тока от 0 до 20 мА, дальнейшей передаче на вход в ПЛК SIMATIC S7-300 и по сети PROFIBUS через концентратор данных на СИТС.
СИТС осуществляет ведение базы данных значений параметров электролизеров, ведение кратковременного архива данных (время хранения - 1 месяц) и передачу данных в долговременную базу данных Oracle на сервер приложений. Система речевых сообщений включает в себя аудиосервер, многоканальный усилитель, громкоговорители, установленные в корпусах электролиза. Отображение результатов измерений осуществляется на АРМ мастера технолога и АРМ диспетчера-оператора.
Программное обеспечение
Структура и функции программного обеспечения (ПО) ИС:
- ПО АРМ мастера технолога функционирует в операционной системе Windows NT при использовании Х-сервера и программного пакета X Win-32 фирмы StarNet и осуществляет отображение измеренных значений параметров технологического процесса, архивных данных, журнала сообщений, сигналов сигнализации;
- ПО СИТС «ELVIS» фукнкционирует в операционной системе Solaris 8 и осуществляет прием данных из ПЛК;
- ПО сервера приложений осуществляет хранение архивных данных и сообщений в системе управления базой данных (СУБД) Oracle;
- ПО аудиосервера построено по технологии клиент-сервер и функционирует в операционной системе Windows XP Pro;
- встроенное ПО ПЛК SIMATIC S7-300 и SIMATIC С7-635Кеу (метрологически значимая часть ПО ИС) разработано в системе программирования STEP 7 и осуществляет автоматизированный сбор, обработку и передачу измерительной информации на СИТС, диагностику оборудования, обеспечение работы предупредительной и аварийной сигнализации.
Идентификация метрологически значимой части ПО ИС (ПО ПЛК) выполняется с помощью программатора по команде оператора, доступ защищен паролем. Идентификационные данные приведены в таблице 1.
Таблица 1
| Наименование программного обеспечения | Идентификационное наименование программного обеспечения | Номер версии (идентификационный номер) программного обеспечения | Цифровой идентификатор программного обеспечения (контрольная сумма исполняемого кода) | Алгоритм вычисления цифрового идентификатора программного обеспечения |
| Проект в системе программирования STEP 7 | N_11_014 | - | Для файла конфигурации проектаN 11 014: SUBBLK.DBT 75EE1129865F6A42ACEB 4930A1768B22 | MD5 |
Метрологические характеристики ИС нормированы с учетом ПО ПЛК. Защита ПО ПЛК SIMATIC S7-300 и SIMATIC С7-635Кеу соответствует уровню «А» по классификации МИ 3286-2010. Для защиты программного обеспечения АРМ и серверов от непреднамеренных и преднамеренных изменений реализован алгоритм авторизации пользователей. Защита ПО АРМ и сервера соответствует уровню «С» по классификации МИ 3286-2010.
Технические характеристики
1) Метрологические характеристики групп ИК ИС приведены в таблице 2.
Таблица 2
| Номер ИК ИС | Наименование группы ИК ИС | Диапазон измерений физической величины, ед. измерений | Компоненты, входящие в состав группы ИК ИС | Границы допускаемой приведённой погрешности измерений ИК ИС в рабочих условиях |
| 1-180 | Рабочее напряжение электролизера | от 0 до 10 В | Измерительный преобразователь 73L-IV10 | у= ± 1 % |
| Модуль гальванического разделения ISO 4GH | ||||
| SIMATIC C7-635 Key | ||||
| Ток серии | от 0 до 5 А | Шунт TYP: 1240-0,02 | Y= ± 3 % | |
| Измерительный преобразователь SITRANS T | ||||
| ПЛК SIMATIC S7-300 (измерительный модуль 6ES7 331-7NF00-0AB0) | ||||
| Напряжение серии | от 0 до 1000 В | Преобразователь постоянного тока с гальваническим разделением SIMEAS T модификации 7KG6131 | у= ± 1 % | |
| ПЛК SIMATIC S7-300 (измерительный модуль 6ES7 331-7NF00-0AB0) | ||||
| Примечание - В таблице принято следующее обозначение: у - приведённая погрешность, % |
2) Параметры электрического питания:
- напряжение питания постоянного тока, В
от 12 до 42; от 198 до 242; от 49,6 до 50,4.
- напряжение питания переменного тока, В
- частота, Гц
3) Условия эксплуатации:
а) измерительных и связующих компонентов ИС:
- температура окружающего воздуха, °С
от 10 до 30; от 40 до 80; от 90 до 110;
от 15 до 25; от 40 до 80; от 90 до 110. 8.
- относительная влажность окружающего воздуха при 25 °С, %
- атмосферное давление, кПа
б) комплексных и вычислительных компонентов ИС:
- температура окружающего воздуха, °С
- относительная влажность окружающего воздуха при 25 °С, %
- атмосферное давление, кПа
4) Средний срок службы ИС, лет, не менее
Знак утверждения типа
наносится в виде наклейки на титульный лист документа «Система измерительная автоматизированной системы управления технологическим процессом электролиза «СААТ-2» ОАО «РУСАЛ Новокузнецк». Паспорт».
Комплектность
В комплект ИС входят технические средства, специализированные программные средства, а также документация, представленные в таблицах 3 - 4, соответственно.
Измерительные и комплексные компоненты ИС представлены в таблице 3, вычислительные и вспомогательные компоненты представлены в таблице 4, программное обеспечение (включая ПО ПЛК) - в таблице 4, техническая документация - в таблице 5.
Таблица 3
| № | Наименование | Обозначение | Номер в Гос. реестре СИ | Количество, шт. |
| Измерительный преобразователь | 73L-IV10 | - | ||
| Модуль гальванического разделения | ISO-4GH | - | ||
| Контроллеры программируемые | SIMATIC C7-635Key | 15774-02 | ||
| Шунт | TYP: 1240-0,02 | - | ||
| Контроллеры программируемые | SIMATIC S7-300 (измерительный модуль 6ES7 331-7NF00-0AB0) | 15772-02 | ||
| Преобразователь постоянного тока с гальваническим разделением | SIMEAS T модификации 7KG6131 | - | ||
| Измерительный преобразователь | SITRANS T | - |
Таблица 4
| № | Наименование | ПО | Количество, шт. | |
| АРМ мастера технолога. Минимальные требования: процессор Pentium II - 350, ОЗУ - 64 MB, ЖК видеомонитор 15"; видеоадаптер; сетевая карта Ethernet | Операционная система: Windows NT, Х-сервер и программный пакет X Win-32 фирмы StarNet | |||
| № | Наименование | ПО | Количество, шт. | |
| АРМ диспетчера-оператора. Минимальные требования: процессор Pentium II - 350, ОЗУ - 64 MB, ЖК видеомонитор 15"; видеоадаптер; сетевая карта Ethernet | Операционная система: Windows NT, Х-сервер и программный пакет X Win-32 фирмы StarNet | |||
| Сервер информационно-технологической системы | Реализован на базе серверной станции SUN, операционная система: Solaris 8, прикладное ПО ELVIS | |||
| Сервер приложений | СУБД Oracle | |||
| Система речевых сообщений: многоканальный усилитель, громкоговорители и аудио-сервер: компьютер на базе HP Compaq d530 DF364A Intel® Pentium® 4 2,6; 256 МБ; PC3200 40 ГБ, DVD-ROM 16x IDE Windows XP Pro, многоканальная звуковая карта Echo Gina 24 | ПО аудио-сервера по технологии клиент-сервис предназначено для приёма сообщений от СИТС и их выдачи по звуковому каналу | |||
| Источник бесперебойного питания SMART UPS 500 | - | |||
Таблица 5
| № | Наименование | Количество, шт. |
| Автоматизированная система управления процессом электролиза алюминия «СААТ». Руководство по эксплуатации | ||
| Система измерительная автоматизированной системы управления технологическим процессом электролиза «СААТ-2» ОАО «РУСАЛ Новокузнецк». Паспорт | ||
| МП 177-12 ГСИ. Система измерительная автоматизированной системы управления технологическим процессом электролиза «СААТ-2» ОАО «РУСАЛ Новокузнецк». Методика поверки |
Поверка
осуществляется по документу МП 177-2012 «ГСИ. Система измерительная автоматизированной системы управления технологическим процессом электролиза «СААТ-2» ОАО «РУСАЛ Новокузнецк». Методика поверки», утвержденному руководителем ГЦИ СИ ФБУ «Томский ЦСМ» 31 октября 2012 г.
Основные средства поверки:
- калибратор программируемый П320;
- калибратор тока программируемый П321.
Основные метрологические характеристики калибраторов приведены в таблице 6.
| Наименование и тип средства поверки | Основные метрологические характеристики | |
| диапазон измерений, номинальное значение | погрешность, класс точности, цена деления | |
| Калибратор программируемый П320 | Воспроизведения напряжения постоянного тока от 0 до 10 В; от 10 до 100 В; от 100 до 1000 В | А = ± (20-Цюказ. + 40) мкВ; А = ± (40-Цюказ. + 500) мкВ; А = ± (0,05 • Цюказ. + 5) мВ |
| Калибратор тока программируемый П321 | Воспроизведение сигналов силы постоянного тока в диапазоне от 0,01 мкА до 10 А | А = ± (0,1 •/показ. + 0,5) мА |
| Примечание - В таблице приняты следующие обозначения: К А - абсолютная погрешность; 5 - относительная погрешность и напряжения постоянного тока соответственно | - класс точности; ; /показ, Цюказ. - показания силы |