Назначение
Система информационно-измерительная в составе автоматизированной системы управления технологическим процессом рудоплавильной печи № 4 ОАО «Кузнецкие ферросплавы» (ИИС АСУ ТП) предназначена для измерения параметров
технологического процесса плавления ферросплавов в рудоплавильной печи № 4 в цехе № 1 ОАО «Кузнецкие ферросплавы»:
- температура расплава в печи, поверхностей конструктивных частей печи, входящего воздуха и отходящих из печи газов, масла трансформатора и воды в гидравлических системах печи (гидроприжим, гидроперепуск, охлаждения и перемещения электрода);
- расход воды и давление воды в гидравлических системах печи;
- длина перемещения мантеля электрода.
Описание
ИИС АСУ ТП представляет собой многофункциональную многоуровневую систему с централизованным управлением и распределенной функцией измерений.
Измерительные, комплексные и связующие компоненты образуют 44 измерительных канала, объединенных в систему с трехуровневой иерархической структурой. Перечень измерительных каналов (ИК) и состав с указанием класса точности (КТ), класса допуска (КД) или метрологических характеристик (МХ) первичных преобразователей приведен в таблице 1.
Первый уровень ИИС АСУ ТП состоит из первичных измерительных преобразователей, в том числе:
- преобразователей температуры, основанных на различных физических принципах;
- расходомеров;
- датчиков давления;
- преобразователей линейных перемещений.
Второй уровень состоит из контроллера программируемого логического PLC Modicon (Гос. реестр СИ № 18649-09) с модулями ввода аналогового сигнала.
Третий уровень состоит из панели оператора Magelis, установленной на пульте плавильщика, и автоматизированного рабочего места (АРМ) старшего мастера на базе персонального компьютера, работающих под управлением операционной системы Windows и системы визуализации Monitor Pro.
В качестве измерительных преобразователей в каналах измерения температуры, в зависимости от параметров контролируемого процесса, используются
термоэлектрические преобразователи, термопребразователи сопротивления, в том числе с унифицированным токовым выходом, пирометры.
Принцип действия измерительных каналов температуры, в состав которых входят термоэлектрические преобразователи, заключается в измерении термо-ЭДС модулями ввода аналоговых сигналов 140 ATI0300. В модулях аналогового ввода происходит преобразование сигнала напряжения термо-ЭДС в цифровой код, который в дальнейшем передается по сети Modbus в контроллер Modicon Quantum. В контроллере происходит математическая обработка полученных цифровых кодов - расчет значения температуры, на основе характеристики преобразования термоэлектрического преобразователя. При расчете температуры учитывается поправка на температуру холодного спая в месте
лист № 2 всего листов 9 подключения термопары к модулю ввода. Температура холодного спая измеряется встроенным термометром модуля ввода.
Принцип действия измерительных каналов температуры, в состав которых входят термопреобразователи сопротивления, заключается в измерении сопротивления модулями ввода аналоговых сигналов 140 ARI03000. В модулях аналогового ввода происходит преобразование значения сопротивления в цифровой код, который в дальнейшем передается по сети Modbus в контроллер Modicon Quantum. В контроллере происходит математическая обработка полученных цифровых кодов - расчет значения температуры, на основе номинальной статической характеристики преобразования
термопреобразователя сопротивления. При расчете температуры контроллером учитывается сопротивление двухпроводной линии от модуля ввода до термопреобразователя сопротивления.
Принцип действия измерительных каналов давления, расхода, линейного перемещения и температуры, в состав которых входят первичные преобразователя с унифицированным токовым выходом или пирометры, заключается в измерении силы постоянного тока модулем ввода аналоговых сигналов ACI03000 или ACI05100. В модулях аналогового ввода происходит преобразование значения силы тока в диапазоне от 4 до 20 мА в цифровой код, который в дальнейшем передается по сети Modbus в контроллер Modicon Quantum. В контроллере происходит математическая обработка полученных цифровых кодов - расчет значения измеряемой величины, на основе диапазонов измерения первичных преобразователей. В измерительных каналах линейного перемещения (положение мантеля электрода) начальное значение положения автоматически определяется контроллером, при достижении электродом нижнего граничного положения, которое может изменяться после планово-профилактических работ в рудоплавильной печи.
Результаты измерений отображаются на панели оператора на пульте плавильщика и передаются по сети Ethernet на АРМ старшего мастера.
Таблица 1 - Перечень и состав измерительных каналов
| № ИК | Наименование ИК | Первичный преобразователь | Модуль ввода |
| Тип, КТ, КД, МХ | № ГР СИ | Модификация | Измеряемый сигнал |
| 1 | Температура в зоне спекания электрода № 1 | Преобразователь термоэлектрический ТКХ-0292, КД 2 | 31930-07 | 140 ATI03000 | Термо-ЭДС с НСХ XK(L) 1 |
| 2 | Температура в зоне спекания электрода № 2 | Преобразователь термоэлектрический ТКХ-0292, КД 2 | 31930-07 | 140 ATI03000 | Термо-ЭДС с НСХ XK(L) 1 |
| 3 | Температура в зоне спекания электрода № 3 | Преобразователь термоэлектрический ТКХ-0292, КД 2 | 31930-07 | 140 ATI03000 | Термо-ЭДС с НСХ XK(L) 1 |
| 4 | Температура днища ванны печи под электродом № 1 | Преобразователь термоэлектрический ТКХ-0292, КД 2 | 31930-07 | 140 ATI0300 | Термо-ЭДС с НСХ XK(L) 1 |
| 5 | Температура днища ванны печи под электродом № 2 | Преобразователь термоэлектрический ТКХ-0292, КД 2 | 31930-07 | 140 ATI03000 | Термо-ЭДС с НСХ XK(L) 1 |
| № ИК | Наименование ИК | Первичный преобразователь | Модуль ввода |
| Тип, КТ, КД, МХ | № ГР СИ | Модификация | Измеряемый сигнал |
| 6 | Температура днища ванны печи под электродом № 3 | Преобразователь термоэлектрический ТКХ-0292, КД 2 | 31930-07 | 140 ATI03000 | Термо-ЭДС с НСХ XK(L) 1 |
| 7 | Температура днища ванны печи в центре | Преобразователь термоэлектрический ТКХ-0292, КД 2 | 31930-07 | 140 ATI03000 | Термо-ЭДС с НСХ XK(L) 1 |
| 8 | Температура отходящих газов | Преобразователь термоэлектрический ТХА-1192, КД 2 | 31930-07 | 140 ATI03000 | Термо-ЭДС с НСХ ХА(К)1 |
| 9 | Температура масла трансформатора | Термопреобразователь сопротивления ТСМ-0193, КД В | 40163-08 | 140 ARI03010 | Сопротивление с НСХ 100М2 |
| 10 | Температура воздуха на выходе электрокалорифер а № 1 | Термопреобразователь сопротивления ТС-1088, КД В | 18131-09 | 140 ARI03010 | Сопротивление с НСХ 100М2 |
| 11 | Температура воздуха на выходе электрокалорифер а № 2 | Термопреобразователь сопротивления ТС-1088, КД В | 18131-09 | 140 ARI03010 | Сопротивление с НСХ 100М2 |
| 12 | Температура воздуха на выходе электрокалорифер а № 3 | Термопреобразователь сопротивления ТС-1088, КД В | 18131-09 | 140 ARI03010 | Сопротивление с НСХ 100М2 |
| 13 | Температура на выходе сильфона электрода № 1 | Термопреобразователь сопротивления ТСМ-9201, КД В | 40163-08 | 140 ARI03010 | Сопротивление с НСХ 100М2 |
| 14 | Температура на выходе сильфона электрода № 2 | Термопреобразователь сопротивления ТСМ-9201, КД В | 40163-08 | 140 ARI03010 | Сопротивление с НСХ 100М2 |
| 15 | Температура на выходе сильфона электрода № 3 | Термопреобразователь сопротивления ТСМ-9201, КД В | 40163-08 | 140 ARI03010 | Сопротивление с НСХ 100М2 |
| 16 | Температура в баке гидроприжима | Термопреобразователь сопротивления ТСМУ-Л-32321, КТ 0,5 | 40903-09 | 140 ACI05100 | Токовый сигнал 4 - 20 мА3 |
| 17 | Температура в баке гидроперепуска | Термопреобразователь сопротивления | 40903-09 | 140 ACI05100 | Токовый сигнал 4 - 20 мА3 |
| № ИК | Наименование ИК | Первичный преобразователь | Модуль ввода |
| Тип, КТ, КД, МХ | № ГР СИ | Модификация | Измеряемый сигнал |
| | ТСМУ-Л-32321, КТ 0,5 | | | |
| 18 | Температура подины под электродом № 1 | Пирометр Marathon MM, ±(0,003-(273,15+T) + 1) °С | 18126-05 | 140 ACI05100 | Токовый сигнал 4 - 20 мА3 |
| 19 | Температура подины под электродом № 2 | Пирометр Marathon MM, ±(0,003-(273,15+T) + 1) °С | 18126-05 | 140 ACI05100 | Токовый сигнал 4 - 20 мА3 |
| 20 | Температура подины под электродом № 3 | Пирометр Marathon MM, ±(0,003-(273,15+T) + 1) °С | 18126-05 | 140 ACI05100 | Токовый сигнал 4 - 20 мА3 |
| 21 | Расход воды в системе охлаждения полукольцо электрода № 1 | Расходомер Взлёт ЭМ Профи, КТ 1 | 30333-10 | 140 ACI05100 | Токовый сигнал 4 - 20 мА3 |
| 22 | Расход воды в системе охлаждения полукольцо электрода № 2 | Расходомер Взлёт ЭМ Профи, КТ 1 | 30333-10 | 140 ACI05100 | Токовый сигнал 4 - 20 мА3 |
| 23 | Расход воды в системе охлаждения полукольцо электрода № 3 | Расходомер Взлёт ЭМ Профи, КТ 1 | 30333-10 | 140 ACI05100 | Токовый сигнал 4 - 20 мА3 |
| 24 | Расход воды в системе охлаждения центральная труботечка | Расходомер Взлёт ЭМ Профи, КТ 1 | 30333-10 | 140 ACI05100 | Токовый сигнал 4 - 20 мА3 |
| 25 | Расход воды на выходе сильфона электрода № 1 | Ротаметр KROHNE H250, КТ 2,5 | 19712-02 | 140 ACI05100 | Токовый сигнал 4 - 20 мА3 |
| 26 | Расход воды на выходе сильфона электрода № 2 | Ротаметр KROHNE H250, КТ 2,5 | 19712-02 | 140 ACI05100 | Токовый сигнал 4 - 20 мА3 |
| 27 | Расход воды на выходе сильфона электрода № 3 | Ротаметр KROHNE H250, КТ 2,5 | 19712-02 | 140 ACI05100 | Токовый сигнал 4 - 20 мА3 |
| 28 | Давление на выходе сильфона электрода № 1 | Датчик давления Метран-55, КТ 1 | 18375-08 | 140 ACI05100 | Токовый сигнал 4 - 20 мА3 |
| № ИК | Наименование ИК | Первичный преобразователь | Модуль ввода |
| Тип, КТ, КД, МХ | № ГР СИ | Модификация | Измеряемый сигнал |
| 29 | Давление на выходе сильфона электрода № 2 | Датчик давления Метран-55, КТ 1 | 18375-08 | 140 ACI05100 | Токовый сигнал 4 - 20 мА3 |
| 30 | Давление на выходе сильфона электрода № 3 | Датчик давления Метран-55, КТ 1 | 18375-08 | 140 ACI05100 | Токовый сигнал 4 - 20 мА3 |
| 31 | Давление на входе гидроприжима | Датчик давления Метран-55, КТ 1 | 18375-08 | 140 ACI05100 | Токовый сигнал 4 - 20 мА3 |
| 32 | Давление в системе перемещения электрода № 1 | Датчик давления КРТ-5, КТ 1 | 18375-08 | 140 ACI05100 | Токовый сигнал 4 - 20 мА3 |
| 33 | Давление в системе перемещения электрода № 2 | Датчик давления Метран-55, КТ 1 | 18375-08 | 140 ACI05100 | Токовый сигнал 4 - 20 мА3 |
| 34 | Давление в системе перемещения электрода № 3 | Датчик давления Метран-55, КТ 1 | 18375-08 | 140 ACI05100 | Токовый сигнал 4 - 20 мА3 |
| 35 | Давление в верхнем кольце электрода № 1 | Датчик давления Метран-55, КТ 1 | 18375-08 | 140 ACI05100 | Токовый сигнал 4 - 20 мА3 |
| 36 | Давление в нижнем кольце электрода № 1 | Датчик давления КРТ-С, КТ 1 | 18375-08 | 140 ACI05100 | Токовый сигнал 4 - 20 мА3 |
| 37 | Давление в верхнем кольце электрода № 2 | Датчик давления Метран-55, КТ 1 | 18375-08 | 140 ACI05100 | Токовый сигнал 4 - 20 мА3 |
| 38 | Давление в нижнем кольце электрода № 2 | Датчик давления КРТ-С, КТ 1 | 18375-08 | 140 ACI05100 | Токовый сигнал 4 - 20 мА3 |
| 39 | Давление в верхнем кольце электрода № 3 | Датчик давления Метран-55, КТ 1 | 18375-08 | 140 ACI05100 | Токовый сигнал 4 - 20 мА3 |
| 40 | Давление в нижнем кольце электрода № 3 | Датчик давления КРТ-С, КТ 1 | 18375-08 | 140 ACI05100 | Токовый сигнал 4 - 20 мА3 |
| 41 | Давление на входе гидроперепуска | Датчик давления Метран-55, КТ 1 | 18375-08 | 140 ACI05100 | Токовый сигнал 4 - 20 мА3 |
| 42 | Положение мантеля электрода № 1 | Преобразователь линейных перемещений BTL-5-E10-M1300-P-S32, ±1 см | 35277-07 | 140 ACI03000 | Токовый сигнал 4 - 20 мА3 |
| 43 | Положение мантеля электрода № 2 | Преобразователь линейных перемещений BTL-5- | 35277-07 | 140 ACI03000 | Токовый сигнал 4 - 20 мА3 |
| № ИК | Наименование ИК | Первичный преобразователь | Модуль ввода |
| Тип, КТ, КД, МХ | № ГР СИ | Модификация | Измеряемый сигнал |
| | E10-M1300-P-S32, ±1 см | | | |
| 44 | Положение мантеля электрода № 3 | Преобразователь линейных перемещений BTL-5-E10-M1300-P-S32, ±1 см | 35277-07 | 140 ACI03000 | Токовый сигнал 4 - 20 мА3 |
Примечания:
1. Номинальная статическая характеристика (НСХ) термоэлектрических преобразователей
по ГОСТ Р 8.585-2001.
2. НСХ термопреобразователей сопротивления по ГОСТ 6651-2009.
3. Унифицированный токовый сигнал по ГОСТ 26.011-80.
4. Все ИК объединены контроллером Modicon Quantum.
Программное обеспечение
Специальное программное обеспечение ИИС АСУТП представляет собой проект, состоящий из набора секций с программным кодом и связей между ними. Метрологически значимая часть программного обеспечения состоит из секции metrology, в которой хранятся настройки ИИС АСУТП (алгоритмы преобразования аналоговых сигналов в значения физической величины). Программирование контроллера осуществляется с помощью среды программирования Concept Programming Unit версии не ниже 2.6 для контроллеров Schneider Electric. При программировании контроллера, совместимость нового проекта с ранее загруженным в контроллер, проверяется автоматически резидентной системной утилитой. Загрузка нового проекта в контроллер возможна только после снятия аппаратного ключа защиты memory protect. Изменение метрологически значимой части программного обеспечения возможно только при санкционированном доступе к памяти контроллера для изменения характеристики преобразования первичных преобразователей.
Нормирование погрешностей измерительных каналов вполнено с учётом влияния программного обеспечения.
Уровень защиты метрологически значимой части программного соответствует уровню «С» по МИ 3286-2010
Идентификация метрологически значимой части программного обеспечения осуществляется копированием из памяти контроллера секции metrology во внешний файл, а затем расчета его цифрового идентификатора по алгоритму MD5.
Таблица 2 - Идентификационные данные метрологически значимой части программного обеспечения
| Наименование программного обеспечения | Идентификационн ое наименование программного обеспечения | Номер версии программного обеспечения | Цифровой идентификатор программного обеспечения | Алгоритм вычисления цифрового идентификатора |
| Модуль метрологии | metrology | - | Приведен в паспорте и в свидетельстве о поверке ИИС АСУТП | MD5 |
Технические характеристики
Количество измерительных каналов ......................................................................................... 44
Диапазоны измерений и пределы допускаемой абсолютной (Д), приведенной (у) или относительной (6) погрешности для различных измерительных каналов указаны в таблице 3.
Таблица 3 - Диапазоны измерений и пределы допускаемой погрешности ИК
| № ИК | Диапазон измерений | Допускаемая погрешность |
| 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 | от минус 40 до плюс 300 °С | Д = ±4 °С |
| от 300 до 600 °С | Д = ±(0,0075^+1) °С, где T - измеренное значение температуры, °С |
| 8 | от минус 40 до плюс 300 °С | Д = ±5 °С |
| 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 | от минус 50 до плюс 180 °С | Д = ±2 °С |
| 16, 17 | от 0 до 100 °С | Y = ±1,5 % |
| 18, 19, 20 | от 300 до 1400 °С | Д = ±(0,003-(T+273,15) + 12) °С, где T - измеренное значение температуры, °С |
| 21, 22, 23, 24 | от 0,34 до 13,58 м3/ч | S = ± измер | ( 10 ^ 1 + - %, где Q - < Q 7 енное значение расхода |
| 25, 26, 27 | от 0,63 до 6,3 м3/ч | 5 = ±(2,5 + Q^ %, где Q -измеренное значение расхода |
| 28, 29, 30 | от 0 до 2,5 Мпа (от 0 до 24,5 кгс/см2) | Y = ±2 % |
| 31 | от 0 до 4 Мпа (от 0 до 39,2 кгс/см2) | Y = ±2 % |
| 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41 | от 0 до 25 Мпа (от 0 до 245 кгс/см2) | Y = ±2 % |
| 42, 43, 44, | от 0 до 130 см | Д = ±3 см |
Рабочие условия применения технических средств: температура окружающего воздуха первичных преобразователей, (кроме
термоэлектрических преобразователей и термопреобразователей сопротивления) °С...........................................................от 0 до плюс 40
температура окружающего воздуха модулей аналогового ввода, °С..........................от 20 до 35
напряжение сети питания, В ....................................................................................... от 198 до 242.
Знак утверждения типа
Знак утверждения типа наносится на титульный лист документа Н220.Р9ПС «Система информационно-измерительная в составе автоматизированной системы управления технологическим процессом рудоплавильной печи № 4 ОАО «Кузнецкие ферросплавы» Паспорт».
Комплектность
Комплектность ИИС АСУТП представлена в таблице 4.
Таблица 4 - Комплектность
| Наименование | Тип, обозначение | Количество |
| Измерительные компоненты в соответствии с таблицей 1 |
| Контроллер программируемый | Modicon Quantum | 1 шт. |
| Панель оператора | Magelis | 1 шт. |
| Автоматизированное рабочее место | АРМ | 1 шт. |
| Система информационно-измерительная в составе автоматизированной системы управления технологическим процессом рудоплавильной печи № 4 ОАО «Кузнецкие ферросплавы». Паспорт | Н220.Р9ПС | 1 шт. |
| Система информационно-измерительная в составе автоматизированной системы управления технологическим процессом рудоплавильной печи № 4 ОАО «Кузнецкие ферросплавы». Методика поверки | Н220.Р9Д1 | 1 шт. |
Поверка
Поверка осуществляется по документу Н220.Р9Д1 «Система информационноизмерительная в составе автоматизированной системы управления технологическим процессом рудоплавильной печи № 4 ОАО «Кузнецкие ферросплавы».
Методика поверки», утвержденному ФГУП «СНИИМ» в октябре 2012 г. Основное поверочное оборудование - калибратор электрических сигналов СА 150. Диапазон воспроизведения сигналов тепмоэлектрических преобразователей от 0 до 1372 °С; погрешность ±(0,02-10’2-Тк+0,5) °С. Диапазон воспроизведения сигналов
термопреобразователей сопротивления от минус 50 до 200 °С; погрешность ±(0,02540-2 •Тк+0,3) °С. Диапазон воспроизведения силы постоянного тока от 4 до 20 мА; погрешность ±(0,025-10’2 4к+0,003) мА.
Поверка преобразователей термоэлектрических осуществляется по ГОСТ 8.3382002 «Преобразователи термоэлектрические. Методика поверки».
Поверка тепрмопреобразователей сопротивления осуществляется по ГОСТ Р 8.6242006 «ГСИ. Термометры сопротивления из платины, меди и никеля. Методика поверки»
Поверка термопреобразователей сопротивления с унифицированным токовым сигналом ТСМУ-Л осуществляется разделом 3 «Методика поверки» руководства по эксплуатации 2.821.129 РЭ, согласованного с ФБУ «Челябинский ЦСМ» в 2009 г.
Поверка пирометров Marathon MM осуществляется в соответствии с методикой поверки «Термометры радиационные «Marathon». Методика поверки», утвержденной ГЦИ СИ «ВНИИМ им. Д. И. Менделеева» 19.05.2005 г.
Поверка расходомеров Взлёт ЭМ Профи осуществляется в соответствии разделом «Методика поверки» руководства по эксплуатации ШКСД.407112.000 РЭ, согласованным ГЦИ СИ ВНИИР в июне 2005 г.
Поверка ротаметров KROHNE H250 осуществляется по ГОСТ 8.122-85 «ГСИ. Ротаметры. Методика поверки».
Поверка датчиков давления Метран-55 осуществляется в соответствии с МИ 4212012-2001 «Датчики (измерительные преобразовательные) типа «Метран». Методика о поверке».
лист № 9
всего листов 9
Поверка датчиков давления КРТ-5 и КРТ-С осуществляется в соответствии с МИ 1997-89 «Преобразователи давления измерительные. Методика поверки».
Сведения о методах измерений
Методика измерений приведена в документе Н220.Р9РЭ «Система информационно-измерительная в составе автоматизированной системы управления технологическим процессом рудоплавильной печи № 4 ОАО «Кузнецкие ферросплавы» Руководство по эксплуатации».
Нормативные документы
ГОСТ Р 8.596-2002 Метрологическое обеспечение измерительных систем. Основные положения
ГОСТ 22261-94 Средства измерений электрических и магнитных величин. Общие технические условия
Рекомендации к применению
Осуществление производственного контроля за соблюдением установленных законодательством Российской Федерации требований промышленной безопасности к эксплуатации опасного производственного объекта.
