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
| 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 |
| ПО ПТК | G5-235.exe | _ | 7AE8294FE94E5388 8C576B570F7C83F4 | MD5 |
Технические характеристики
1) Метрологические характеристики измерительных каналов ИС приведены в таблице 2.
Таблица 2
| Номер ИК ИС | Наименование ИК ИС | Диапазон измерений физической величины, ед. измерени й | Компоненты, входящие в состав ИК ИС | Границы допускаемой приведённой погрешности измерений ИК ИС в рабочих условиях |
| Наименование СИ | Номер в Гос. реестре СИ |
| 1 | Рабочее напряжение электролизера | от 0 до 10 В | Делитель напряжения | - | Y= ± 1 % |
| ПТК: модули ADAM 4012, ADAM 4520 | 22667-02 |
| 2 | Рабочее напряжение электролизера | от 0 до 10 В | Делитель напряжения | - | Y= ± 1 % |
| ПТК: модули ADAM 4012, ADAM 4520 | 22667-02 |
| 3 | Ток серии | от 0 до 5 А | Катушка электрического сопротивления Р321 | 1162-58 | Y= ± 3 % |
| Модуль измерительный СРС10103 в формате microPC | 27574-04 |
| ПТК: модули ADAM 4520 (2 шт.) | 22667-02 |
| 4 | Ток серии | от 0 до 5 А | Катушка электрического сопротивления Р321 | 1162-58 | Y= ± 3 % |
| Модуль измерительный СРС 10103 в формате microPC | 27574-04 |
| ПТК: модули ADAM 4520 (2 шт.) | 22667-02 |
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
| № | Наименование | ПО | Количество, шт. |
| 1 | Автоматизированные рабочие места оператора и старшего мастера Минимальные требования: процессор Pentium II - 350, ОЗУ - 64 MB, ЖК видеомонитор (15''), видеоадаптер, сетевая карта Ethernet | Системное и прикладное ПО: «Верхний уровень системы «Алюминий 2», Delphi Операционная система: Windows NT 4.0 ActiveX компоненты (MDAC) для доступа к базе данных | 4 |
| 2 | Компьютеры комплекса измерительного программно-технического на базе устройств серии ADAM-4000 - ЭВМ промышленного исполнения фирмы "ADVENTECH" (AT-486) | Системное и прикладное программное обеспечение ПО ПТК Операционная система: ROM DOS Среда программирования: Borland Pascal 7.0 | 1 |
| 3 | Источник бесперебойного питания SMART UPS 500 | _ | 4 |
Таблица 4
| № | Наименование | Количество, шт. |
| 1 | Инструкция для оператора пульта управления ЦАСУ по работе с автоматизированной системой управления технологическим процессом электролиза Алюминия в ЭЛЦ-2 | 1 |
| 2 | Система измерительная автоматизированной системы управления технологическим процессом электролиза Алюминий-3 ОАО «РУСАЛ Новокузнецк». Паспорт | 1 |
| 3 | МП 178-12 ГСИ. Система измерительная автоматизированной системы управления технологическим процессом электролиза «Алюминий-3» ОАО «РУСАЛ Новокузнецк». Методика поверки | 1 |
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
| Наименование и тип средства поверки | Основные метрологические характеристики |
| диапазон измерений, номинальное значение | погрешность, класс точности, цена деления |
| Калибратор электрических сигналов СА 150 | Воспроизведение напряжения постоянного тока в диапазоне от 0 до 30 В | А = ± (0,0002^ Uпоказ. + 10) мкВ |
| Калибратор тока программируемый П321 | Воспроизведение сигналов силы постоянного тока в диапазоне от 0,01 мкА до 10 А | А = ± (0,1 • Iпоказ. + 0,5) мА |
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.
