Система информационно-измерительная в составе автоматизированной системы управления технологическим процессом производства алюминия опытного участка электролизеров РА-167 в корпусе №10 ОАО "РУСАЛ Новокузнецк" (ИИС АСУ ТП "СААТ-2")

Назначение

Система информационно-измерительная в составе автоматизированной системы управления технологическим процессом производства алюминия опытного участка электролизёров РА-167 в корпусе № 10 ОАО «РУСАЛ Новокузнецк» (ИИС АСУ ТП «СААТ-2») предназначена для измерения напряжения и силы постоянного тока, несущих информацию о параметрах технологического процесса производства алюминия опытного участка электролизёров РА-167 в корпусе №10 ОАО «РУСАЛ Новокузнецк».

Описание

ИИС АСУ ТП «СААТ-2» представляет собой многоканальную многофункциональную систему с централизованным управлением и распределенной функцией измерений.

ИИС АСУ ТП «СААТ-2» выполняет следующие функции:

- измерение постоянного напряжения анод-катод и ошиновки для каждого электролизёра;

- измерение силы постоянного тока в измерительной цепи кремниевой подстанции и преобразование его в значение силы постоянного тока серии электролизёров;

- измерение унифицированного сигнала силы постоянного тока и преобразование его в значение силы постоянного тока подпиточного агрегата;

- измерений напряжения постоянного тока отдельных корпусов №9 и №10 и их суммарного напряжения;

- генерирование предупредительных сигналов при появлении анодных эффектов и запись их в базу данных;

- хранение результатов измерений, сигналов появления анодных эффектов в базе данных Oracle;

- визуальное отображение результатов измерений и журналов сообщений на АРМ;

- обеспечение диагностики комплекса технических средств, входящих в ИИС АСУ ТП «СААТ-2»;

- документирование оперативной информации о технологическом процессе производства алюминия и действиях оператора.

Средства измерений и связующие компоненты образуют пятнадцать измерительных каналов, объединенных в систему с двухуровневой иерархической структурой. Перечень и состав измерительных каналов приведен в таблице 1.

Первый (нижний) уровень состоит из оборудования, установленного в трех шкафах управления электролизёрами (ШУЭ), и в шкафу контроллера тока и напряжения серии (ШКТНС).

В ШУЭ установлены:

- преобразователи ISO-1RS;

- модули IM151-7CPU из состава устройств распределенного ввода-вывода ET200;

- операторская панель OP177B;

В ШКТНС установлены:

- преобразователи измерительные напряжения постоянного тока Е857С,

- преобразователи SCM7B40 и SCM7B32;

лист № 2 всего листов 7

- модули ввода аналоговых сигналов 6ES7-331-7NF00-0AB0 и программируемые контроллеры SIMATIC S7-300.

Второй (верхний) уровень состоит из:

- промышленного сервера, работающего под управлением операционной системы SunOS,

- автоматизированных рабочих мест (АРМ), работающих под управлением операционной системы из семейства Windows и системы визуализации Elvis.

Принцип работы измерительных каналов напряжения анод-катод и напряжения ошиновки основан на измерении напряжения постоянного тока и преобразования измеренного значения в цифровой код преобразователями ISO-1RS, дальнейшая передача этого цифрового кода по протоколу MODBUS в модули IM151-7CPU для передачи по протоколу PROFIBUS в контроллер SIMATIC S7-300 и в сервер.

Принцип работы измерительного канала сигналов тока серии-1 заключается в измерении падения напряжения на резисторе Burster 1204-01, включенном в измерительную цепь кремниевой подстанции. Сила тока в измерительной цепи кремниевой подстанции пропорциональна силе тока, протекающей в серии с установленным коэффициентом. Напряжение с резистора Burster 1204-01 преобразовывается в постоянное напряжение в диапазоне от 0 до 10 В преобразователем SCM7B40. Затем это постоянное напряжение измеряется модулем ввода аналоговых сигналов 6ES7-331-7NF00-0AB0 и в цифровом коде передается в контроллер SIMATIC S7-300 по сети PROFIBUS и в дальнейшем в сервер.

Принцип работы измерительного канала сигналов тока серии-2 (подпиточного агрегата) основан на измерении унифицированного токового сигнала в диапазоне от 0 до 20 мА, пропорционального силе постоянного тока подпиточного агрегата. Преобразователь SCM7B32 преобразует унифицированный токовый сигнал в диапазоне от 0 до 20 мА в постоянное напряжение в диапазоне от 0 до 10 В. Затем это постоянное напряжение измеряется модулем ввода аналоговых сигналов 6ES7-331-7NF00-0AB0 и в цифровом коде передается в контроллер SIMATIC S7-300 по сети PROFIBUS и в дальнейшем в сервер.

Принцип работы измерительных каналов напряжения корпуса №9 и №10 и серии (общего напряжения корпусов №9 и №10) заключается в преобразовании напряжения постоянного тока в унифицированный токовый сигнал 0-20 мА измерительным преобразователем Е857С. Затем унифицированный токовый сигнал измеряется модулем ввода аналоговых сигналов 6ES7-331-7NF00-0AB0 и в цифровом коде передается в контроллер SIMATIC S7-300 по сети PROFIBUS и в дальнейшем в сервер.

Контроллер SIMATIC S7-300 преобразует результаты измерений, представленные в виде цифрового кода, в именованные физические величины с учетом диапазонов измерений. Значение полученной физической величины контроллер сравнивает с задаваемыми уставками.     При превышении уставок контроллер генерирует

предупредительные или аварийные сигналы. Контроллер анализирует поступление данных от первичных преобразователей и в случае их отсутствия сообщает об ошибке связи с первичными преобразователями. Результаты измерений, предупредительные и аварийные сигналы передаются в сервер по сети Ethernet.

Сервер хранит базу данных с результатами измерений и журналом сообщений, в который записывается появление анодного эффекта.

Визуальное отображение результатов измерений осуществляется на автоматизированных рабочих местах (АРМ) и операторских панелях OP177B.

Таблица 1 - перечень и состав измерительных каналов.

Программное обеспечение

Специальное программное обеспечение ИИС АСУ ТП «СААТ-2» представляет собой проект, состоящий из набора блоков с программным кодом и связей между ними. Метрологически значимая часть программного обеспечения состоит из блоков проекта FB11, FC14, FC32, FC130, в которых хранятся настройки (алгоритмы обработки аналоговых сигналов, алгоритмы и протоколы передачи измерительной информации). По проекту программируется контроллер с помощью программного обеспечения - среда разработки проектов SIMATIC Manager версии 4.2.

Влияние программного обеспечения на метрологические характеристики учтено в границах допускаемых погрешностей измерительных каналов. Дополнительная погрешность из-за округления при отображении результатов измерений не превышает единицу младшего разряда результата измерений.

Уровень защиты метрологически значимой части программного соответствует уровню «С» по МИ 3286-2010.

Идентификация метрологически значимой части программного обеспечения осуществляется копированием из памяти контроллера SIMATIC S7-300 блоков FB11, FC14, FC32, FC130 в новый проект и экспортирование этих блоков в файлы, а затем расчета хеш-суммы этих файлов по алгоритму MD5.

Таблица 2 - идентификационные данные метрологически значимой части ПО

Технические характеристики

Количество измерительных каналов ......................................................................................... 15

Диапазон измерений напряжения постоянного тока измерительными каналами № 1, 3, 5,

7, 9 (Напряжение Анод-Катод электролизера №1, 2, 3, 4, 5)............................... от 0 до 100 В

Пределы допускаемой приведенной погрешности измерения напряжения постоянного тока измерительными каналами №№ 1, 3, 5, 7, 9 (Напряжение Анод-Катод электролизера №1, 2, 3, 4, 5):

- в диапазоне от 0 до 10 В ..........................................................................±0,15 %

- в диапазоне от 10 до 100 В ........................................................................±1,0 %

Диапазон измерений напряжения постоянного тока измерительными каналами №№2, 4, 6, 8 (Напряжение ошиновки электролизера №1, 2, 3, 4, 5)........................................... от 0 до 1 В

Пределы допускаемой относительной погрешности измерения напряжения постоянного тока измерительными каналами №2, 4, 6, 8 (Напряжение ошиновки электролизера №1, 2, 3, 4, 5)....................................................................................................................................±1,5 %

Диапазон измерений силы постоянного тока измерительным каналом № 11 (Сигнал тока серии-1).......................................................................................................................... от 0 до 5 А

Границы1 допускаемой приведённой погрешности измерения силы постоянного тока измерительным каналом № 11 (Сигнал тока серии-1).....................................................±0,2 %

Диапазон измерений унифицированного сигнала силы постоянного тока измерительным каналом №12 (Сигнал тока серии-2).......................................................................от 0 до 20 мА

Границы допускаемой приведённой погрешности измерения унифицированного сигнала силы постоянного тока измерительным каналом №12 (Сигнал тока серии-2) ............±0,1 %

Диапазон измерений напряжения постоянного тока измерительными каналами № 13, 14 (Напряжение корпуса №9, 10)................................................................................. от 0 до 500 В

Границы допускаемой приведённой погрешности измерения напряжения постоянного тока измерительными каналами № 13, 14 (Напряжение корпуса №9, 10)..................±0,55 %

Диапазон измерений напряжения постоянного тока измерительным каналом № 15 (Напряжение корпусов №9 и № 10)...................................................................... от 0 до 1000 В

Границы допускаемой приведённой погрешности измерения напряжения постоянного тока измерительным каналом № 15 (Напряжение корпусов №9 и №10)....................±0,55 %

Ведение базы данных с результатами измерений ............................................. автоматическое

Глубина хранения результатов измерений в базе данных не менее..............................1 месяц

Ведение журнала сообщений .............................................................................. автоматическое

Рабочие условия применения технических средств верхнего уровня:

температура окружающего воздуха.......................................................................от 18 до 30 °С

частота сети питания.........................................................................................от 49,5 до 50,5 Гц

напряжение сети питания .................................................................................... от 198 до 242 В

Рабочие условия применения шкафа контроля тока и напряжения серии:

температура окружающего воздуха.......................................................................от 20 до 30 °С

Рабочие условия применения шкафов управления электролизерами:

температура окружающего воздуха...........................................................от минус 40 до 40 °С

Знак утверждения типа

Знак утверждения типа наносится на титульный лист руководства по эксплуатации 9110R040.01.4РЭ «Автоматизированная система управления технологическим процессом производства алюминия опытного участка электролизёров РА-167 в корпусе № 10 ОАО «РУСАЛ Новокузнецк» АСУ ТП «СААТ-2».

Комплектность

Поверка

осуществляется по документу 9110R040.01.4 Д1 «Система информационно-измерительная в составе автоматизированной системы управления технологическим процессом производства алюминия опытного участка электролизёров РА-167 в корпусе № 10 ОАО «РУСАЛ Новокузнецк» (ИИС АСУ ТП «СААТ-2») Методика поверки», утвержденной ФГУП «СНИИМ» в апреле 2011 г.

Основное поверочное оборудование:

- калибратор токовой петли Fluke 707, пределы основной погрешности генерирования сигналов тока (1ген)в диапазоне 4-20 мА составляют ±(0,015%-11ен+2ед.мл.р.);

- мультиметр Agilent34401A, пределы основной погрешности измерения постоянного напряжения в диапазоне до 1 В: ±(0,0040^U + 0,0007) %, в диапазоне до 10 В: ±(0,0035-U + 0,005) %, в диапазоне до 1000 В: ±(0,0045-U+ 0,06) %;

- калибратор П320, пределы погрешности калиброванных напряжений (Uk) в диапазоне до 1 В составляют ±(30^Uk + 10) мкВ, в диапазоне до 10 В составляют ±(20^Uk + 40) мкВ, в диапазоне до 1000 В - ±(0,05-Uk+ 5) мВ.

- калибратор П321, пределы погрешности калиброванной силы тока (Ik) в диапазоне до 10 А составляют ±(0,14к+0,5) мА.

Сведения о методах измерений

Описание метода измерений содержится в руководство по эксплуатации 9110R040.01.4 РЭ «Автоматизированная система управления технологическим процессом производства алюминия опытного участка электролизёров РА-167 в корпусе № 10 ОАО «РУСАЛ Новокузнецк» АСУ ТП «СААТ-2» Руководство по эксплуатации.

лист № 7 всего листов 7

Нормативные документы

электролизёров РА-167 в корпусе № 10 ОАО «РУСАЛ Новокузнецк» (ИИС АСУ ТП «СААТ-2»):

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

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

3. 9110R040.01.4 «Автоматизированная система управления технологическим процессом производства алюминия опытного участка электролизёров РА-167 в корпусе № 10 ОАО «РУСАЛ Новокузнецк» АСУ ТП «СААТ-2» Технический проект.

Рекомендуемая область применения в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений

Не установлена