Система измерительная автоматизированной системы управления технологическим процессом электролиза "Алюминий-3" ОАО "РУСАЛ Новокузнецк"

Назначение

Система измерительная автоматизированной системы управления технологическим процессом электролиза «Алюминий-3» ОАО «РУСАЛ Новокузнецк» (далее ИС) предназначена для измерений напряжения постоянного тока электролизера, постоянного тока серии электролизёров; автоматического непрерывного контроля параметров технологического процесса электролиза алюминия, их визуализации, регистрации и хранения; диагностики состояния технологического оборудования ИС.

Описание

ИС является средством измерений единичного производства. Конструктивно ИС представляет собой трёхуровневую систему, построенную по иерархическому принципу. В состав ИС входят 4 измерительных канала. Измерительные каналы (ИК) ИС состоят из следующих компонентов (по ГОСТ Р 8.596-2002):

1) измерительные компоненты - делители напряжения, предназначенные для преобразования аналоговых сигналов напряжения постоянного тока электролизеров, и катушки электрического сопротивления Р321, предназначенные для преобразования силы постоянного тока серии в аналоговый сигнал напряжения постоянного тока (нижний уровень ИС);

2) комплексные компоненты - модули измерительные СРС10103 в формате microPC, предназначенные для измерений аналогового сигнала напряжения постоянного тока серии; комплекс измерительный программно-технический на базе устройств серии ADAM-4000 (ПТК) с измерительными модулями ADAM 4012 (измерение аналогового сигнала напряжения постоянного тока) и компьютером ПТК с установленным программным обеспечением, предназначенным для сбора, первичной обработки, отображения и передачи результатов измерений на верхний уровень ИС, а также управления исполнительными механизмами электролизеров и сигнализации (средний уровень ИС);

3) вычислительные компоненты - сервер, автоматизированные рабочие места (АРМ) операторов центрального пульта управления и АРМ старших мастеров, предназначенные для представления информации обслуживающему и технологическому персоналу (верхний уровень ИС);

4) связующие компоненты - преобразователи сигналов интерфейса RS-232 в сигналы RS-422 и RS-485 ADAM-4520;

5) вспомогательные компоненты - технические устройства, обеспечивающие нормальное функционирование ИС и не участвующие непосредственно в измерительных преобразованиях (источники бесперебойного питания, аккумуляторы, модули дискретного ввода-вывода).

Измерительные каналы ИС имеют простую структуру, которая позволяет реализовать прямой метод измерений путем последовательных измерительных преобразований. ИС имеет в своем составе две группы измерительных каналов ИС, объединенных по виду и диапазону измерений физической величины: «рабочее напряжение электролизёра», «ток серии». Структурная схема ИС приведена на рисунке 1.

ЦПУ- центральный пульт управления, КПП - кремниево-преобразовательная подстанция, ИБП - источник бесперебойного питания, ПТК - програмно-технический комплекс

Рисунок 1 - Структурная схема ИС

ИС обеспечивает выполнение следующих основных функций:

1) измерение и отображение значений физических величин, характеризующих технологический процесс;

2) регистрация и сигнализация анодных эффектов;

3) формирование и вывод предупредительной и аварийной световой и звуковой сигнализации;

4) конфигурирование и настройка параметров ИС (изменение уставок технологических параметров, установление запретов на управление электролизером, «снятие» коррекции, настройка выдачи звуковых сообщений и др.);

5) диагностика состояния технических и программных средств ИС;

6) защита оборудования, программного обеспечения и данных от несанкционированного доступа на физическом и программном уровне.

Принцип работы ИК «рабочее напряжения электролизёра» основан на измерении напряжения постоянного тока, подаваемого на вход аналогово-цифрового преобразователя ADAM 4012 ПТК через входной делитель напряжения, преобразования измеренного значения в цифровой код, дальнейшей передачи цифрового кода модулем ADAM-4520 в компьютер ПТК и на сервер.

Принцип работы ИК «ток серии» основан на измерении падения напряжения постоянного тока на катушке электрического сопротивления Р321. Сила постоянного тока, протекающего через катушку электрического сопротивления Р321, пропорциональна постоянному тока, протекающему в серии электролизёров. Падение напряжения постоянного тока преобразуется модулем измерительным СРС10103 в формате microPC в цифровой код, затем передаётся модулем ADAM-4520 в ПТК и на сервер.

Сервер осуществляет приём и хранение данных с результатами измерений и журналом сообщений, в который записывается событие о появлении анодного эффекта.

Отображение результатов измерений осуществляется на автоматизированных рабочих местах.

Программное обеспечение

Структура и функции программного обеспечения (ПО) ИС:

- ПО АРМ «Верхний уровень системы «Алюминий 2», разработанное в системе программирования Delphi, функционирует в операционной системе Windows NT с ActiveX компонентами (MDAC) для доступа к базе данных и осуществляет отображение измеренных значений параметров технологического процесса, архивных данных, журнала сообщений, сигналов сигнализации;

- ПО сервера фукнкционирует в операционной системе Windows 2000 и осуществляет прием данных из ПТК, хранение архивных данных и сообщений в системе управления базой данных (СУБД) MS SQL Server 2000;

- встроенное ПО ПТК (метрологически значимая часть ПО ИС), разработанное в Borland Pascal 7.0, функционирует в операционной системе ROM DOS и осуществляет автоматизированный сбор, обработку и передачу измерительной информации на сервер, диагностику оборудования, обеспечение работы предупредительной и аварийной сигнализации.

Идентификация метрологически значимой части ПО ИС (ПО ПТК) осуществляется копированием из памяти ПТК файла G5-235.exe, а затем выполнением расчёта хеш-кода этого файла по алгоритму MD5. Идентификационные данные приведены в таблице 1.

Метрологические характеристики ИС нормированы с учетом ПО ПТК.

Защита ПО ПТК соответствует уровню «А» по классификации МИ 3286-2010. Для защиты программного обеспечения АРМ и сервера от непреднамеренных и преднамеренных изменений реализован алгоритм авторизации пользователей. Защита ПО АРМ и сервера соответствует уровню «С» по классификации МИ 3286-2010.

Таблица 1

Технические характеристики

1) Метрологические характеристики измерительных каналов ИС приведены в таблице 2.

Таблица 2

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

2) Параметры электрического питания:

от 12 до 42;

от 198 до 242;

от 49,6 до 50,4.

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.

- напряжение питания постоянного тока, В

- напряжение питания переменного тока, В

- частота, Гц

3) Условия эксплуатации:

а) измерительных и связующих компонентов ИС:

- температура окружающего воздуха, °С

- 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 «Алюминий-3» ОАО «РУСАЛ Новокузнецк». Паспорт».

Комплектность

В комплект ИС входят технические средства, специализированные программные средства, а также документация, представленные в таблицах 2 - 4, соответственно.

Измерительные и комплексные компоненты ИС представлены в таблице 2, вычислительные и вспомогательные компоненты представлены в таблице 3, программное обеспечение (включая программное обеспечение ПТК) - в таблице 3, техническая документация - в таблице 4.

Таблица 3

Таблица 4

Поверка

осуществляется по документу МП 178-12 «ГСИ. Система измерительная автоматизированной системы управления технологическим процессом электролиза «Алюминий-3» ОАО «РУСАЛ Новокузнецк». Методика поверки», утвержденному руководителем ГЦИ СИ ФБУ «Томский ЦСМ» 31 октября 2012 г.

Основные средства поверки:

- калибратор электрических сигналов СА 150;

- калибратор тока программируемый П321.

Основные метрологические характеристики калибраторов приведены в таблице 5.

Таблица 5

Примечание - В таблице приняты следующие обозначения: КТ - класс точности;

А - абсолютная погрешность; 5 - относительная погрешность; Iпоказ, Uпоказ. - показания силы и напряжения постоянного тока соответственно

Сведения о методах измерений

Описание метода измерений содержится в инструкции для оператора пульта управления ЦАСУ по работе с автоматизированной системой управления технологическим процессом электролиза Алюминия в ЭЛЦ-2.

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 ТИ 451.01.02-2010 Производство алюминия-сырца на электролизёрах с самообжигаю-щими анодами с верхним токоподводом.

5 Техническое задание на разработку автоматизированной системы управления технологическим процессом на 6 и 7 сериях электролиза на Новокузнецком Алюминиевом заводе.

6 Регламент по автоматизированному регулированию электролизеров ЭЛЦ-2 с помощью АСУ ТП «Алюминий».

Рекомендации к применению

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