Назначение
Система измерительная автоматизированной системы управления технологическим процессом нагревательной печи шаропрокатного стана 2 цеха сортового проката ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК» (далее - ИС) предназначена для измерений давления и объёмного расхода природного газа и воздуха, разрежения и давления-разрежения природного газа, температуры окружающего воздуха, природного газа, металла, дыма; автоматического непрерывного контроля технологических параметров, их визуализации, регистрации и хранения, а также выполнения функций сигнализации.
Описание
ИС является средством измерений единичного производства. Конструктивно ИС представляет собой трёхуровневую распределённую систему. Измерительные каналы ИС состоят из следующих компонентов (по ГОСТ Р 8.596-2002):
1) измерительные компоненты - первичные и вторичные измерительные преобразователи (в том числе взрывозащищённые), имеющие нормированные метрологические характеристики (нижний уровень ИС);
2) комплексные компоненты - контроллер программируемый SIMATIC S7-300 (далее -ПЛК) (средний уровень ИС);
3) вычислительные компоненты - панель оператора SIMATIC ОР17 (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.
Измерительные каналы ИС имеют простую структуру, которая позволяет реализовать прямой метод измерений путём последовательных измерительных преобразований. ИС имеет в своём составе 14 ИК. Структурная схема ИС приведена на рисунке 1.
Принцип действия ИС заключается в следующем. ИС функционирует в автоматическом режиме. Первичные измерительные преобразователи выполняют измерение физических величин и их преобразование в унифицированный токовый сигнал (от 4 до 20 мА), термоЭДС, электрическое сопротивление. Вторичные измерительные преобразователи измеряют термоЭДС, электрическое сопротивление и преобразуют их в унифицированный токовый сигнал. ПЛК измеряют выходные аналоговые сигналы в виде силы постоянного тока, выполняют их аналого-цифровое преобразование; осуществляют приём и обработку дискретных сигналов, и на основе полученных данных формируют сигналы автоматизированного контроля и управления в реальном масштабе времени технологическим процессом. ПЛК по цифровому каналу передают информацию на панель оператора, предназначенную для мониторинга и оперативного управления технологическим процессом. Связующими компонентами ИС являются контрольные провода с медными жилами с ПВХ изоляцией КВВГ (для связи измерительных и комплексных компонентов), и кабель Profibus (для связи комплексных компонентов с вычислительными). Информационный обмен между компонентами среднего и верхнего уровней ИС осуществляется по интерфейсу Profibus DP.
ИС обеспечивает выполнение следующих основных функций:
1) измерение и отображение значений следующих физических величин:
- давления (природного газа, воздуха);
- разрежения (природного газа);
- давления-разрежения (природного газа);
- объёмного расхода (природного газа, воздуха);
- температуры (окружающего воздуха, природного газа, металла, дыма);
2) первичная обработка результатов измерений;
3) хранение архивов значений параметров технологического процесса;
4) автоматическая диагностика состояния технологического оборудования и контроль протекания технологического процесса;
5) ведение журналов событий и тревог; формирование предупредительной и аварийной световой и звуковой сигнализации;
6) выполнение функции защиты оборудования, программного обеспечения и данных от несанкционированного доступа на физическом и программном уровне.
Установка точного времени проводится с панели оператора в окне «Системные настройки».
ПИП - первичный измерительный преобразователь; ВИП - вторичный измерительный преобразователь
Рисунок 1 - Структурная схема ИС
Программное обеспечение
Структура и функции программного обеспечения (ПО) ИС:
ПО панели оператора разработано в среде программирования SIMATIC ProTool/Lite v.6.1 и выполняет функцию отображения результатов измерений.
Встроенное ПО ПЛК (метрологически значимая часть ПО ИС) разработано на языке программирования SIMATIC Step7 v.5.2 и осуществляет автоматизированный сбор, обработку и передачу измерительной информации на панель оператора, диагностику оборудования, обеспечение работы аварийной сигнализации.
Идентификация метрологически значимой части ПО ИС (ПО ПЛК) выполняется по команде оператора, доступ защищён паролем. Идентификационные данные приведены в таблице 1.
Метрологические характеристики ИС нормированы с учётом ПО ПЛК.
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 |
| SIMATIC Step7 | Проект «Shps2» | 5.2 | Для файла конфигурации проекта Shps2: subblk.dbt 08D9DD4DB4E592CF9AC0D0C5C28590 | MD5 |
Защита ПО ПЛК и ПО панели оператора соответствует уровню «А» по классификации МИ 3286-2010.
Технические характеристики
1 Метрологические характеристики измерительных каналов ИС приведены в таблице 2.
2 Параметры электрического питания:
- напряжение питания постоянного тока, В от 12 до 42;
- напряжение питания переменного тока, В 220 ± 22;
- частота, Гц 50 ± 1.
3 Параметры выходных сигналов с первичных измерительных преобразователей:
3.1 Непрерывные сигналы (по ГОСТ 26.011-80):
- электрический ток, мА от 4 до 20.
3.2 Сигналы с термопреобразователей сопротивления с номинальными статическими характеристиками преобразования по ГОСТ 6651-2009.
3.3 Сигналы с термопар с номинальными статическими характеристиками преобразования по ГОСТ Р 8.585-2001.
4 Параметры входных сигналов модулей ввода аналоговых сигналов ПЛК:
- SM331 6ES7 331-7NF00-0AB0 от 0 до 20 мА.
5 Коммуникационные каналы и характеристики интерфейсов
5.1 Информационный обмен между измерительными и комплексными компонентами ИС осуществляется по контрольным проводам с медными жилами с ПВХ изоляцией КВВГ; между комплексными и вычислительными - по кабелю Profibus.
5.2 Информационный обмен между компонентами среднего и верхнего уровней ИС осуществляется по интерфейсу Profibus DP.
6 Условия эксплуатации
6.1 Измерительных и связующих компонентов ИС:
- температура окружающего воздуха, °С:
от минус 40 до 40;
- расходомеры, преобразователи давления измерительные
- датчики температуры:
- погружаемая часть при измеряемой температуре;
- контактные головки от минус 40 до 40;
- относительная влажность при 25 °С, % от 40 до 80;
- атмосферное давление, кПа от 90 до 110.
6.2 Комплексных и вычислительных компонентов ИС:
- температура окружающего воздуха, °С от 0 до 40;
- относительная влажность при 25 °С, % от 40 до 80;
лист № 4
| - атмосферное давление, кПа 7 Сведения о надёжности 7.1 Средний срок службы ИС, лет, не менее | всего листов 9 от 90 до 110. 10. |
Таблица 2
| № ИК | Наименование ИК ИС | Диапазон измерений физической величины, ед. измерений | СИ, входящие в состав ИК ИС | Границы допускаемой основной погрешности ИК | Границы допускаемой погрешности ИК рабочих условиях |
| Наименование, тип СИ | № в Гос. реестре СИ | Пределы допускаемой основной погрешности | Пределы допускаемой дополнительной погрешности |
| 1 | Температура в рабочем пространстве печи | от 300 до 1600 °С | Преобразователь термоэлектрический ТПР(В) 9419 | 33530-06 | А=±0,00251 °С | - | А=±(7+ +0,00251) °С | А=±(18+ +0,00251) °С |
| Преобразователь нормирующий 2000Н | 19085-99 | •=±0,5 % | •=±0,25 % / 10 °С |
| Модуль ввода аналоговых сигналов SM331 6ES7 331-7NF00-0AB0 контроллера программируемого SIMATIC S7-300 (далее - Модуль SM331 6ES7 331-7NF00-0AB0) | 15772-02 | •=±0,05 % | •р.у=±0,3 % |
| 2 | Расход природного газа на печь | от 0 до 1600 м3/ч АР=1,6 кПа | Диафрагма камерная ДКС 0,6 Преобразователь давления измерительный серии 40 мод. 4382 (JUMO dTRANS p02 DELTA) | 20729-03 | •=±0,5 % | •=±0,1 % / 10 °С •=±0,1 % / 10 В | •=±0,6 % | •=±1,0 % |
| Модуль SM331 6ES7 331-7NF00-0AB0 | 15772-02 | •=±0,05 % | •р.у=±0,3 % |
| 3 | Давление природного газа на печь | от 0 до 16 кПа | Преобразователь давления измерительный серии 40 мод. 4382 (JUMO dTRANS p02 DELTA) | 20729-03 | •=±0,5 % | •=±0,1 % / 10 °С •=±0,1 % / 10 В | •=±0,6 % | •=±1,0 % |
| Модуль SM331 6ES7 331-7NF00-0AB0 | 15772-02 | •=±0,05 % | •р.у=±0,3 % |
| 4 | Расход воздуха | от 0 до 17000 м3/ч АР=1,6 кПа | Диафрагма бескамерная ДБС 0,6 Преобразователь давления измерительный серии 40 мод. 4382 (JUMO dTRANS p02 DELTA) | 20729-03 | •=±0,5 % | •=±0,1 % / 10 °С •=±0,1 % / 10 В | •=±0,6 % | •=±1,0 % |
| Модуль SM331 6ES7 331-7NF00-0AB0 | 15772-02 | •=±0,05 % | •р.у=±0,3 % |
| 5 | Давление воздуха | от 0 до 10 кПа | Преобразователь давления измерительный серии 40 мод. 4382 (JUMO dTRANS p02 DELTA) | 20729-03 | •=±0,5 % | •=±0,1 % / 10 °С •=±0,1 % / 10 В | •=±0,6 % | •=±1,0 % |
| Модуль SM331 6ES7 331-7NF00-0AB0 | 15772-02 | •=±0,05 % | •р.у=±0,3 % |
| 6 | Температура заготовок на выходе из печи | от 600 до 1400 °С | Термометр радиационный «Marathon» модификация MR1S | 18126-05 | А=±(0,0051+2) °C | - | А=±(3+ +0,0051) °С | А=±(5+ +0,0051) °С |
| Модуль SM331 6ES7 331-7NF00-0AB0 | 15772-02 | •=±0,05 % | •р.у=±0,3 % |
| 7 | Разрежение в дымовом борове | от минус 0,4 до 0 кПа | Датчик давления Метран- 100-ДВ-1210 | 22235-01 | •=±0,5 % | На каждые 10 °С •т=±(0,1+0,05Ртох/Рв) % | •=±0,6 % | •=±4,4 % |
| Модуль SM331 6ES7 331-7NF00-0AB0 | 15772-02 | •=±0,05 % | •р.у=±0,3 % |
| 8 | Давление природного газа после ГРУ | от 0 до 16 кПа | Датчик давления Метран-100-ДИ-1150 | 22235-01 | •=±0,5 % | На каждые 10 °С •т==±(0,05+0,05Ртх/Рв) % | •=±0,6 % | •=±1,4 % |
| Модуль SM331 6ES7 331-7NF00-0AB0 | 15772-02 | •=±0,05 % | •р.у=±0,3 % |
| 9 | Расход природного газа до ГРУ | от 0 до 1600 м3/ч АР=1000 кгс/м2 | Преобразователь давления измерительный серии 40 мод. 4382 (JUMO dTRANS p02 DELTA) | 20729-03 | •=±0,5 % | •=±0,1 % / 10 °С •=±0,1 % / 10 В | •=±0,6 % | •=±1,0 % |
| Модуль SM331 6ES7 331-7NF00-0AB0 | 15772-02 | •=±0,05 % | •р.у=±0,3 % |
| № ИК | Наименование ИК ИС | Диапазон измерений физической величины, ед. измерений | СИ, входящие в состав ИК ИС | Границы допускаемой основной погрешности ИК | Границы допускаемой погрешности ИК рабочих условиях |
| Наименование, тип СИ | № в Гос. реестре СИ | Пределы допускаемой основной погрешности | Пределы допускаемой дополнительной погрешности |
| 10 | Давление природного газа до ГРУ | от 0 до 1 МПа | Датчик давления Метран-100-ДИ-1150 | 22235-01 | •=±0,5 % | На каждые 10 °С •т=±(0,05+0,05Ртах/Рв) % | •=±0,6 % | •=±1,4 % |
| Модуль SM331 6ES7 331-7NF00-0AB0 | 15772-02 | •==±0,05 % | •р.у=±0,3 % |
| 11 | Температура дыма в борове | от 0 до 1300 °С | Преобразователь термоэлектрический кабельный ТХА-К | 23411-02 | Л=±2,5 °С в диапазоне от минус 40 до 333 °С; Л=±0,00754 °С в диапазоне св. 333 °С | - | Л=±4,3 °С в диапазоне от 0 до 333 °С; Л=±(5+ +0,00751 )°С в диапазоне св. 333 °С | Л=±7,0 °С в диапазоне от 0 до 333 °С; Л=±(13+ +0,00754) °С в диапазоне св. 333 °С |
| Преобразователь нормирующий микропроцессорный 2000НМ | 21555-01 | •=±0,5 % | •=±0,25 % / 10 °С |
| Модуль SM331 6ES7 331-7NF00-0AB0 | 15772-02 | •=±0,05 % | •р.у=±0,3 % |
| 12 | Температура природного газа до ГРУ | от минус 50 до 50 °С | Термопреобразователь сопротивления взрывозащищённый ТСМ-0595 | 32458-06 | Л=±(0,25+0,00354) °С | - | Л=±(0,8+ +0,00354) °С | Л=±(1,6+ +0,00354) °С |
| Преобразователь нормирующий микропроцессорный 2000НМ | 21555-01 | •=±0,5 % | •=±0,25 % / 10 °С |
| Модуль SM331 6ES7 331-7NF00-0AB0 | 15772-02 | •==±0,05 % | •р.у=±0,3 % |
| 13 | Температура металла | от 600 до 1400 °С | Термометр радиационный «Marathon» модификация MR1S | 18126-05 | Л=±(0,0054+2) °C | - | Л=±(3+ +0,0054) °С | Л=±(5+ +0,0054) °С |
| Модуль SM331 6ES7 331-7NF00-0AB0 | 15772-02 | •=±0,05 % | •р.у=±0,3 % |
| 14 | Давление-разрежение в печи | от минус 0,08 до 0,08 кПа | Датчик давления Метран-100-ДИВ-1310 | 22235-01 | •=±0,5 % | На каждые 10 °С •т=±(0,1+0,05Ртах/Рв) % | •=±0,6 % | •=±2,4 % |
| Модуль SM331 6ES7 331-7NF00-0AB0 | 15772-02 | •=±0,05 % | •р.у=±0,3 % |
Примечания
1) В таблице приняты следующие обозначения: А - абсолютная погрешность; у — приведённая погрешность; t - измеренное значение температуры; ур,у, - приведённая погрешность в рабочих условиях; Yt — дополнительная приведённая погрешность, вызванная изменением температуры окружающего воздуха в рабочем диапазоне температур; Pmax - максимальный верхний предел измерений; Рв - верхний предел измерений.
2) Допускается применение первичных измерительных преобразователей аналогичных типов, прошедших испытания в целях утверждения типа с аналогичными техническими и метрологическими характеристиками
Знак утверждения типа
наносится на титульный лист паспорта типографским способом.
Комплектность
В комплект ИС входят технические и специализированные программные средства, а также документация, представленные в таблицах 2-4, соответственно.
Технические средства (измерительные и комплексные компоненты) представлены в таблице 2, программное обеспечение - в таблице 3, техническая документация - в таблице 4.
Таблица 3
| № | Наименование | ПО | Количество |
| 1 | Панель оператора SIMATIC OP17 | Среда программирования SIMATIC ProTool/Lite v.6.1 | 1 |
| 2 | Контроллер программируемый SIMATIC S7-300 | Язык программирования Step7 v.5.2 | 1 |
Таблица 4
| № | Наименование | Количество |
| 1 | УМИЦ013.ТРП Прокатное производство. Цех сортового проката. «ЦСП. АС нагревательной печи ШПС-2» АСУ ТП «Нагревательная печь ШПС-2». Технорабочий проект | 1 |
| 2 | И-РЦЭ АСУ ТП-1-020-2010 Цех сортового проката. Автоматизированная система регулирования параметров нагревательной печи ШПС-2. Инструкция по эксплуатации | 1 |
| 3 | Система измерительная автоматизированной системы управления технологическим процессом нагревательной печи шаропрокатного стана 2 цеха сортового проката ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК». Паспорт | 1 |
| 4 | Система измерительная автоматизированной системы управления технологическим процессом нагревательной печи шаропрокатного стана 2 цеха сортового проката ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК». Методика поверки | 1 |
Поверка
осуществляется по документу МП 50626-12 «Система измерительная автоматизированной системы управления технологическим процессом нагревательной печи шаропрокатного стана 2 цеха сортового проката ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК». Методика поверки», утверждённой руководителем ГЦИ СИ ФБУ «Томский ЦСМ» 12.12.2011 г.
Основные средства поверки:
- средства измерений в соответствии с нормативной документацией по поверке первичных измерительных преобразователей;
- калибратор многофункциональный MC5-R. Основные метрологические
характеристики калибратора приведены в таблице 5.
Таблица 5
| Наименование и тип средства поверки | Основные метрологические характеристики |
| Диапазон измерений, номинальное значение | Погрешность, класс точности, цена деления |
| Калибратор многофункциональный MC5-R | Воспроизведение сигналов силы постоянного тока в диапазоне от 0 до 20 мА (при Инагр = 800 Ом) | А = ±(0,2-10’Чоказ. + 1) мкА. |
| Наименование и тип средства поверки | Основные метрологические характеристики |
| Диапазон измерений, номинальное значение | Погрешность, класс точности, цена деления |
| Калибратор многофункциональный MC5-R | Воспроизведение сигналов термопар по ГОСТ Р 8.585 в диапазоне температуры: Тип ПР(В) - от 0 до 200 °С - от 200 до 500 °С - от 500 до 800 °С - от 800 до 1820 °С | А = ±(4 + 240"3^показ.) мкВ; А = ±2,0 °С; А = ±0,8 °С; А = ±0,6 °С. |
| Тип ХА(К) - от минус 200 до 0 °С - от 0 до 1000 °С - от 1000 до 1372 °С | А = ±(0,1 + Ь10^Тпоказ.) °С; А = ±(0,1 + 0Л10"3^показ.) °С; А = ±),-1(ПТ ...; °С. |
| Компенсация температуры холодного спая термопар в диапазоне от минус 10 до 50 °С | А = ±0,1 °С. |
| Воспроизведение сигналов термопреобразователей сопротивления 50М в диапазоне температуры: - от минус 200 до 110 °С - от 110 до 200 °С | А = ±0,14 °С; А = ±(0,1 + 0,440^Тпоказ.) °С. |
Примечания
1) В таблице приняты следующие обозначения: А - абсолютная погрешность; 1показ., Тпоказ. — показания тока и температуры соответственно.
2) Разрешение для всех типов термопар 0,01 °С, RBX > 10 МОм.
3) Разрешающая способность для термопреобразователей сопротивления 0,01 °С
Сведения о методах измерений
Метод измерений приведён в документе УМИЦ013.ТРП Прокатное производство. Цех сортового проката. «ЦСП. АС нагревательной печи ШПС-2» АСУ ТП «Нагревательная печь ШПС-2». Технорабочий проект.
Нормативные документы
1 ГОСТ Р 8.596-2002 ГСИ. Метрологическое обеспечение измерительных систем. Основные положения.
2 УМИЦ013.ТРП Прокатное производство. Цех сортового проката. «ЦСП. АС нагревательной печи ШПС-2» АСУ ТП «Нагревательная печь ШПС-2». Технорабочий проект.
3 И-РЦЭ АСУ ТП-1-020-2010 Цех сортового проката. Автоматизированная система регулирования параметров нагревательной печи ШПС-2. Инструкция по эксплуатации.
Рекомендации к применению
Осуществление производственного контроля за соблюдением установленных законодательством Российской Федерации требований промышленной безопасности к эксплуатации опасного производственного объекта.
