Назначение
Система измерительная автоматизированной системы управления технологическим процессом участка очистки коксового газа газосбросного устройства ЕКС-филиала ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК» (далее - ИС) предназначена для измерений давления и объемного расхода коксового газа, массового расхода пара, температуры пламени; 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 (далее -ИК) ИС состоят из следующих компонентов (по ГОСТ Р 8.596):
1) измерительные компоненты - первичные измерительные преобразователи, имеющие нормированные метрологические характеристики (нижний уровень ИС);
2) комплексные компоненты (средний уровень ИС) - контроллер программируемый SIMATIC S7-300 (далее - ПЛК);
3) вычислительные компоненты - автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора (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 12 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 сигналы постоянного тока (от 4 до 20 мА), термоЭДС. ПЛК измеряет выходные аналоговые сигналы в виде силы постоянного тока, термоЭДС, выполняет их аналого-цифровое преобразование; осуществляет приём и обработку дискретных сигналов, и на основе полученных данных формирует сигналы автоматизированного контроля и управления в реальном масштабе времени технологическим процессом. ПЛК по цифровому каналу передаёт информацию на АРМ оператора, предназначенное для отображения параметров технологических процессов, состояния оборудования ИС, формирования сигналов предупредительной и аварийной сигнализации, хранения информации.
ИС обеспечивает выполнение следующих основных функций:
1) измерение и отображение текущих значений технологических параметров;
2) первичная обработка результатов измерений;
3) хранение архивов значений параметров технологического процесса глубиной 2 месяца и построение трендов;
4) автоматическая диагностика состояния технологического оборудования и контроль протекания технологического процесса;
5) ведение журнала сообщений; формирование предупредительной и аварийной сигнализации;
6) выполнение функции защиты оборудования, программного обеспечения и данных от несанкционированного доступа на физическом и программном уровне;
7) ведение системы обеспечения единого времени.
Система обеспечения единого времени (СОЕВ) выполняет законченную функцию измерений и синхронизации времени. СОЕВ ИС включает в состав: ПЛК, АРМ оператора и станцию связи, синхронизирующую время с сервером времени ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК». Сервер времени осуществляет прием точного времени через Интернет с использованием протокола NTP от тайм-серверов 2 уровня (Stratum 2). Системное время тайм-серверов согласовано с UTC (SU) с погрешностью, не превышающей 10 мкс. АРМ оператора один раз в сутки по протоколу Windows XP обращается к станции связи, считывает точное время, корректирует свое время и устанавливает время в ПЛК. Расхождение времени АРМ оператора и ПЛК не превышает ±5 с.
ПИП - первичный измерительный преобразователь Рисунок 1
Программное обеспечение
Структура и функции программного обеспечения (ПО) ИС:
ПО АРМ оператора функционирует в SCADA-системе SIMATIC WinCC и осуществляет отображение измеренных значений параметров технологического процесса, хранение архивных данных в БД SQL Server 2000, формирование и отображение архивных данных, журнала сообщений, сигналов сигнализации.
Встроенное ПО ПЛК (метрологически значимая часть ПО ИС) функционирует в системе программирования SIMATIC Step7 и осуществляет автоматизированный сбор, передачу, обработку измерительной информации, формирование журнала сообщений, сигналов сигнализации; хранение данных.
Идентификация метрологически значимой части ПО ИС (ПО ПЛК) выполняется по команде оператора, доступ защищён паролем. Идентификационные данные приведены в таблице 1.
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 |
| Проект в системе программирования SIMATIC Step7 | Проект «Svecha_S7» | - | Для файла конфигурации проекта «Svecha_S7»: subblk.dbt AF8D4CDA2246BC05DC315DA6BB0DF5F4 | MD5 |
Метрологические характеристики ИС нормированы с учётом ПО ПЛК.
Защита ПО ПЛК соответствует уровню «А» по классификации МИ 3286-2010. Для защиты программного обеспечения АРМ оператора от непреднамеренных и преднамеренных изменений реализован алгоритм авторизации пользователей. Защита ПО АРМ оператора соответствует уровню «С» 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 от 198 до 242;
- частота, Гц от 49 до 51.
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 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;
- SM331 6ES7 331-7KF02-0AB0 сигналы с термопар.
5 Коммуникационные каналы и характеристики интерфейсов
5.1 Информационный обмен между измерительными и комплексными компонентами ИС осуществляется по проводам гибким с медными жилами с ПВХ изоляцией ПВ; между комплексными и вычислительными компонентами - по кабелю Profibus.
5.2 Информационный обмен между комплексными и вычислительными компонентами осуществляется по интерфейсу Profibus DP.
6 Условия эксплуатации
6.1 Измерительных и связующих компонентов ИС:
- температура окружающего воздуха, °С:
от минус 40 до 40;
- 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 - относительная влажность при 25 °С, %
от 0 до 40;
от 40 до 80;
от 90 до 110.
- атмосферное давление, кПа
Таблица 2
| № ИК | Наименование ИК ИС | Диапазон измерений ФВ, ед. измерений | СИ, входящие в состав ИК ИС | Г раницы допускаемой основной погрешности ИК | Г раницы допускаемой погрешности ИК в р.у. |
| Наименование, тип СИ | № в Гос. реестре СИ | Пределы допускаемой основной погрешности | Пределы допускаемой дополнительной погрешности |
| 1 | Давление коксового газа до ГСУ | от 0 до 16 кПа | Датчик давления Метран-100-ДИ-1131, | 22235-01 | у=±0,25 % | На каждые 10 ° С ут=±(0,05+0,05Ртах/Рв) % | у=±0,3 % | у=±1,3 % |
| Модуль ввода аналоговых сигналов SM331 6ES7 331-7NF00-0AB0 устройства SIMATIC ET200 (далее - Модуль SM331 6ES7 331-7NF00-0AB0) | 15772-02 | у=±0,05 % | ур.у=±0,3 % |
| 2 | Давление коксового газа (регулирование) на ГСУ | от 0 до 16 кПа | Датчик давления Метран-100-ДИ-1131 | 22235-01 | у=±0,25 % | На каждые 10 ° С ут=±(0,05+0,05Ртах/Рв) % | у=±0,3 % | у=±1,3 % |
| Модуль SM331 6ES7 331-7NF00-0AB0 | 15772-02 | у=±0,05 % | ур.у=±0,3 % |
| 3 | Объемный расход коксового газа на ГСУ | от 0 до 63000 м3/ч | Диафрагма ДБС 0,6-100-Б Датчик давления Метран-100-ДД-1420 | 22235-01 | у=±0,25 % | На каждые 10 ° С ут=±(0,05+0,05Ртах/Рв) % | у=±4,0 % | у=±4,0 % |
| Модуль SM331 6ES7 331-7NF00-0AB0 | 15772-02 | у=±0,05 % | ур.у=±0,3 % |
| 4 | Массовый расход пара на ГСУ | от 0 до 1000 кг/ч | Диафрагма ДКС 0,6-80-А/Б-1 Датчик давления Метран-100-ДД-1440 | 22235-01 | у=±0,25 % | На каждые 10 ° С ут=±(0,05+0,05Ртах/Рв) % | у=±2,4 % | у=±2,7 % |
| Модуль SM331 6ES7 331-7NF00-0AB0 | 15772-02 | у=±0,05 % | ур.у=±0,3 % |
| 5 | Температура пламени дежурной горелки № 1 | от 0 до 1300 °С | Преобразователь термоэлектрический ТХА-0192 | 31930-06 | Д=±3,25 °C, от 0 до 300 °C; Д=±0,00975ф| °C, св. 300 °C | | Д=±5,4 °C, от 0 до 300 °C; Д=±(7+ +0,00975^|t|) °C, св. 300 °C | Д=±6,6 °C, от 0 до 300 °C; Д=±(11 + +0,00975-|t|) °C, св. 300 °C |
| Модуль SM331 6ES7 331-7KFO2-OABO | 15772-02 | у=±0,7 % | ур.у=±1,1 % |
| 6 | Температура пламени дежурной горелки № 2 | от 0 до 1300 °С | Преобразователь термоэлектрический ТХА-0192 | 31930-06 | Д=±3,25 °C, от 0 до 300 °C; A=±0,0O975-|t| °C, св. 300 °C | - | Д=±5,4 °C, от 0 до 300 °C; Д=±(7+ +0,00975^|t|) °C, св. 300 °C | Д=±6,6 °C, от 0 до 300 °C; Д=±(11 + +0,00975-|t|) °C, св. 300 °C |
| Модуль SM331 6ES7 331-7KFO2-OABO | 15772-02 | у=±0,7 % | ур.у=±1,1 % |
| 7 | Температура пламени дежурной горелки № 3 | от 0 до 1300 °С | Преобразователь термоэлектрический ТХА-0192 | 31930-06 | Д=±3,25 °C, от 0 до 300 °C; A=±0,0O975-|t| °C, св. 300 °C | - | Д=±5,4 °C, от 0 до 300 °C; Д=±(7+ +0,00975^|t|) °C, св. 300 °C | Д=±6,6 °C, от 0 до 300 °C; Д=±(11 + +0,00975-|t|) °C, св. 300 °C |
| Модуль SM331 6ES7 331-7KFO2-OABO | 15772-02 | у=±0,7 % | ур.у=±1,1 % |
| 8 | Температура пламени дежурной горелки № 4 | от 0 до 1300 °С | Преобразователь термоэлектрический ТХА-0192 | 31930-06 | Д=±3,25 °C, от 0 до 300 °C; A=±0,0O975-|t| °C, св. 300 °C | - | Д=±5,4 °C, от 0 до 300 °C; Д=±(7+ +0,00975^|t|) °C, св. 300 °C | Д=±6,6 °C, от 0 до 300 °C; Д=±(11 + +0,00975-|t|) °C, св. 300 °C |
| Модуль SM331 6ES7 331-7KFO2-OABO | 15772-02 | у=±0,7 % | ур.у=±1,1 % |
Таблица 2
| № ИК | Наименование ИК ИС | Диапазон измерений ФВ, ед. измерений | СИ, входящие в состав ИК ИС | Г раницы допускаемой основной погрешности ИК | Г раницы допускаемой погрешности ИК в р.у. |
| Наименование, тип СИ | № в Гос. реестре СИ | Пределы допускаемой основной погрешности | Пределы допускаемой дополнительной погрешности |
| 9 | Температура пламени дежурной горелки № 5 | от 0 до 1300 °С | Преобразователь термоэлектрический ТХА-0192 | 31930-06 | Д=±3,25 °C, от 0 до 300 °C; A=±0,00975-|t| °C, св. 300 °C | - | Д=±5,4 °C, от 0 до 300 °C; Д=±(7+ +0,00975^ |t|) °C, св. 300 °C | Д=±6,6 °C, от 0 до 300 °C; Д=±(11 + +0,00975-|t|) °C, св. 300 °C |
| Модуль SM331 6ES7 331-7KF02-0AB0 | 15772-02 | у=±0,7 % | Ур.у =±1,1 % |
| 10 | Температура пламени дежурной горелки № 6 | от 0 до 1300 °С | Преобразователь термоэлектрический ТХА-0192 | 31930-06 | Д=±3,25 °C, от 0 до 300 °C; A=±0,00975-|t| °C, св. 300 °C | - | Д=±5,4 °C, от 0 до 300 °C; Д=±(7+ +0,00975^ |t|) °C, св. 300 °C | Д=±6,6 °C, от 0 до 300 °C; Д=±(11 + +0,00975-|t|) °C, св. 300 °C |
| Модуль SM331 6ES7 331-7KF02-0AB0 | 15772-02 | у=±0,7 % | Ур.у =±1,1 % |
| 11 | Температура пламени дежурной горелки № 7 | от 0 до 1300 °С | Преобразователь термоэлектрический ТХА-0192 | 31930-06 | Д=±3,25 °C, от 0 до 300 °C; A=±0,00975-|t| °C, св. 300 °C | - | Д=±5,4 °C, от 0 до 300 °C; Д=±(7+ +0,00975^ |t|) °C, св. 300 °C | Д=±6,6 °C, от 0 до 300 °C; Д=±(11 + +0,00975-|t|) °C, св. 300 °C |
| Модуль SM331 6ES7 331-7KF02-0AB0 | 15772-02 | у=±0,7 % | Ур.у =±1,1 % |
| 12 | Температура пламени дежурной горелки № 8 | от 0 до 1300 °С | Преобразователь термоэлектрический ТХА-0192 | 31930-06 | Д=±3,25 °C, от 0 до 300 °C; A=±0,00975-|t| °C, св. 300 °C | | Д=±5,4 °C, от 0 до 300 °C; Д=±(7+ +0,00975^ |t|) °C, св. 300 °C | Д=±6,6 °C, от 0 до 300 °C; Д=±(11 + +0,00975-|t|) °C, св. 300 °C |
| Модуль SM331 6ES7 331-7KF02-0AB0 | 15772-02 | у=±0,7 % | Ур.у =±1,1 % |
Примечания
1) В таблице приняты следующие обозначения: ФВ - физическая величина; р.у. - рабочие условия; Л - абсолютная погрешность; у — приведённая погрешность; ур.у. - приведённая погрешность в рабочих условиях; Y-r - приведённая погрешность, вызванная изменением температуры окружающей среды; t - измеренное значение температуры; 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
7 Сведения о надёжности
7.1 Средний срок службы ИС, лет, не менее 8.
8 Система обеспечения единого времени ИС согласована со шкалой координированного времени государственного первичного эталона Российской Федерации UTC (SU) с погрешностью в пределах ±10 с.
Знак утверждения типа
наносится в виде наклейки на титульный лист паспорта.
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, ПО (включая ПО ПЛК) и технические характеристики АРМ оператора - в таблице 3, техническая документация - в таблице 4.
Таблица 3
| № | Наименование | ПО | Количество |
| 1 | В состав АРМ технолога входят: - компьютер, минимальные требования: процессор Pentium IV; 3.0 ГГц; 512 Мбайт ОЗУ; 80 Гбайт HDD; CD-RW; Ethernet; - монитор 19”; - клавиатура; - мышь. | Операционная система -Windows 2000. Прикладное ПО - SCADA-система SIMATIC WinCC; БД SQL Server 2000 | 1 |
| 2 | Контроллер программируемый SIMATIC S7-300 | Система программирования SIMATIC Step7 | 1 |
Таблица 4
| № | Наименование | Количество |
| 1 | УМИЦ029.ТРП.ИЭ-02 Коксохимпроизводство. Цех улавливания № 1. «ЦУ-1. АСУ ТП газосбросного устройства» Инструкция по эксплуатации для обслуживающего персонала | 1 |
| 2 | Система измерительная автоматизированной системы управления технологическим процессом участка очистки коксового газа газосбросного устройства ЕКС-филиала ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК». Паспорт | 1 |
| 3 | МП 168-12 Инструкция ГСИ. Система измерительная автоматизированной системы управления технологическим процессом участка очистки коксового газа газосбросного устройства ЕКС-филиала ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК». Методика поверки | 1 |
Поверка
осуществляется по документу МП 168-12 «ГСИ. Система измерительная автоматизированной системы управления технологическим процессом участка очистки коксового газа газосбросного устройства ЕКС-филиала ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК». Методика поверки», утверждённому руководителем ГЦИ СИ ФБУ «Томский ЦСМ» в ноябре 2012 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 |
| Миллиомметр Е6-18/1 | от 0,0001 до 100 Ом | 8 = ±1,5 % |
| Калибратор многофункциональный MC5-R | Воспроизведение сигналов силы постоянного тока в диапазоне от 0 до 20 мА (при R^ = 800 Ом) | Д = ±(0Л10-Чоказ. + 1) мкА. |
| Воспроизведение сигналов термопар по ГОСТ Р 8.585 в диапазоне температуры: Тип ХА(К) - от 0 до 1000 °С - св. 1000 до 1372 °С | Д = ±(0,1 + 0Л10-3Хоказ.) °С; Д = ±0,340-3Мпоказ. °С. |
| Компенсация температуры холодного спая термопар в диапазоне от минус 10 до 50 °С | Д = ±0,1 °С. |
Примечания
1) В таблице приняты следующие обозначения: 8 - относительная погрешность; Д - абсолютная погрешность;
Rjtai? — сопротивление нагрузки; 1показ., Тпоказ. - показания тока и температуры соответственно.
2) Разрешение для всех типов термопар 0,01 °С, R,-.>10 МОм
Сведения о методах измерений
Метод измерений приведён в документе УМИЦ029.ТРП «Коксохимпроизводство. Цех улавливания № 1. АСУ ТП «КХП. ЦУ-1. АСУ ТП газосбросного устройства». АС «Газосбросное устройство». Технорабочий проект».
Нормативные документы
1 ГОСТ Р 8.596-2002 ГСИ. Метрологическое обеспечение измерительных систем. Основные положения.
2 УМ ИЦ029.ТО КХП. Цех улавливания № 1. Автоматизированная система управления газосбросным устройством. Рабочая документация.
Рекомендации к применению
Осуществление производственного контроля за соблюдением установленных законодательством Российской Федерации требований промышленной безопасности к эксплуатации опасного производственного объекта.
