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

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.

ШЭУ - шкаф управления двумя электролизёрами, К1111 - 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 C7-635Key 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

Примечание - В таблице принято следующее обозначение: у — приведённая погрешность, %

2) Параметры электрического питания:

- напряжение питания постоянного тока, В                        от 12 до 42;

- напряжение питания переменного тока, В                       от 198 до 242;

- частота, Гц                                                           от 49,6 до 50,4.

3) Условия эксплуатации:

а) измерительных и связующих компонентов ИС:

- температура окружающего воздуха, °С                           от 10 до 30;

- относительная влажность окружающего воздуха при 25 °С, % от 40 до 80;

- атмосферное давление, кПа                                    от 90 до 110;

б) комплексных и вычислительных компонентов ИС:

- температура окружающего воздуха, °С                           от 15 до 25;

- относительная влажность окружающего воздуха при 25 °С, %     от 40 до 80;

- атмосферное давление, кПа                                      от 90 до 110.

4) Средний срок службы ИС, лет, не менее                          8.

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 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.

Таблица 6

Сведения о методах измерений

Описание метода измерений содержится в руководстве по эксплуатации автоматизированной системы управления процессом электролиза алюминия «СААТ».

Нормативные документы

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.