Система измерительная автоматизированной системы управления технологическим процессом электролиза "СААТ-2" ОАО "РУСАЛ Новокузнецк", 52276-12

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

Модуль гальванического разделения ISO-4GH

Модуль гальванического разделения ISO-4GH

Модуль гальванического разделения ISO-4GH

Модуль гальванического разделения ISO-4GH

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

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

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

Таблица 4

Таблица 5

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.

Сведения о методах измерений

Описание

Нормативные и технические документы, устанавливающие требования к Системе измерительной автоматизированной системы управления технологическим процессом электролиза «СААТ-2» ОАО «РУСАЛ Новокузнецк»

1    ГОСТ Р 8.596-2002 ГСИ. Метрологическое обеспечение измерительных систем. Основные положения.

2    ГОСТ Р 51841-2001 Программируемые контроллеры. Общие технические требования и методы испытаний.

3    ГОСТ 22261-94 Средства измерений электрических и магнитных величин. Общие технические условия

4    Автоматизированная система управления электролизом алюминия серии 8 Новокузнецкого Алюминиевого Завода. Проект привязки

5    Производство алюминия-сырца на электролизёрах с самообжигающими анодами с верхним токоподводом.ТИ 451.01.02-2010

Рекомендации к применению

Осуществление производственного контроля за соблюдением установленных законодательством Российской Федерации требований промышленной безопасности к эксплуатации опасного производственного объекта.