Назначение
Система измерительная автоматизированной системы управления технологическим процессом гидросбива окалины станов рельсобалочного цеха ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК» (далее -ИС) предназначена для измерений температуры (воды, воздуха), давления, уровня и объёмного расхода воды; 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 (в том числе взрывозащищённые), имеющие нормированные метрологические характеристики (нижний уровень ИС);
2) комплексные компоненты (средний уровень ИС) - контроллер программируемый SIMATIC S7-300 (далее - ПЛК);
3) вычислительные компоненты - многофункциональная панель оператора SIMATIC МР 377 (панель 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 11 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). ПЛК измеряет выходные аналоговые сигналы в виде силы постоянного тока, 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 панель оператора, предназначенную для мониторинга и оперативного управления технологическим процессом.
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;
4) автоматическая диагностика состояния технологического оборудования и контроль протекания технологического процесса;
5) ведение архивов тревог; формирование сигнализации;
6) выполнение функции защиты оборудования, программного обеспечения и данных от несанкционированного доступа на физическом и программном уровне;
7) ведение системы обеспечения единого времени.
ПИП - первичный измерительный преобразователь;
Рисунок 1 - Структурная схема ИС
Система обеспечения единого времени (СОЕВ) выполняет законченную функцию измерений и синхронизации времени. СОЕВ ИС включает в состав: ПЛК, панель оператора, 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. Панель 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 панели оператора и ПЛК не превышает ± 5 с.
Программное обеспечение
Структура и функции программного обеспечения (ПО) ИС:
ПО панели оператора функционирует в SCADA-системе SIMATIC WinCC и осуществляет отображение измеренных значений параметров технологического процесса, хранение архивных данных на flash диске, формирование и отображение архивных данных, архивов тревог, сигналов сигнализации.
Встроенное ПО ПЛК (метрологически значимая часть ПО ИС) разработано в системе программирования SIMATIC Step7 и осуществляет автоматизированный сбор, обработку и передачу измерительной информации на панель оператора, диагностику оборудования, обеспечение работы 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 |
| Проект в системе программирования SIMATIC Step7 | Проект «Z469» | - | Для файла конфигурации проекта «Z469»: subblk.dbt 02CAD9A5E345E46CEBD4E4DA77DA047D | MD5 |
Защита ПО ПЛК соответствует уровню «А» по классификации МИ 3286-2010. Для защиты программного обеспечения панели оператора от непреднамеренных и преднамеренных изменений реализован алгоритм авторизации пользователей. Защита ПО панели 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.
4 Параметры входных сигналов модулей ввода аналоговых сигналов ПЛК:
- SM331 6ES7 331-7KFO2-OABO от 0/4 до 20 мА.
5 Коммуникационные каналы и характеристики интерфейсов
5.1 Информационный обмен между измерительными и комплексными компонентами ИС осуществляется по кабелям контрольным с медными жилами с ПВХ изоляцией КВВГ; между комплексными и вычислительными компонентами - по оптическому кабелю.
5.2 Информационный обмен между модулями ввода аналоговых сигналов ПЛК и центральным процессором осуществляется по интерфейсу Profibus, между комплексными и вычислительными компонентами - по интерфейсу Ethernet.
6 Условия эксплуатации
6.1 Измерительных и связующих компонентов ИС:
- температура окружающего воздуха, °С:
от минус 40 до 40;
- расходомеры, преобразователи давления измерительные координированного времени государственного первичного эталона Российской Федерации UTC (SU) с погрешностью в пределах ±10 с.
датчики температуры:
- погружаемая часть
- контактные головки
при измеряемой температуре;
- относительная влажность при 25 °С, %
- атмосферное давление, кПа
6.2 Комплексных и вычислительных компонентов ИС:
- температура окружающего воздуха, °С
- относительная влажность при 25 °С, %
- атмосферное давление, кПа
7 Сведения о надёжности
7.1 Средний срок службы ИС, лет, не менее
8 Система обеспечения единого времени ИС
от минус 40 до 40;
от 40 до 80;
от 90 до 110.
от 0 до 40;
от 40 до 80;
от 90 до 110.
8.
согласована со шкалой
Таблица 2
| № ИК | Наименование ИК ИС | Диапазон измерений физической величины, ед. измерений | СИ, входящие в состав ИК ИС | Г раницы допускаемой основной погрешности ИК | Г раницы допускаемой погрешности ИК в рабочих условиях |
| Наименование, тип СИ | № в Гос. реестре СИ | Пределы допускаемой основной погрешности | Пределы допускаемой дополнительной погрешности |
| 1 | Уровень воды в баке | от 0 до 2,5 м | Датчик давления LMK 351 | 23576-05 | у=±0,35 % | у=±0,1 %/10 °С | у=±0,7 % | у=±1,0 % |
| Модуль ввода аналоговых сигналов 6ES7 331-7KF02-0AB0 контроллера программируемого SIMATIC S7-300 (далее - Модуль 6ES7 331-7KF02-0AB0) | 15772-02 | у=±0,5 % | Температурный коэффициент ±0,005 %/К |
| 2 | Давление воды на входе | от 0 до 1,6 МПа | Датчик давления DMP 331 | 23574-05 | у=±0,35 % | у=±0,07 %/10 °С | у=±0,7 % | у=±0,8 % |
| Модуль 6ES7 331-7KF02-0AB0 | 15772-02 | у=±0,5 % | Температурный коэффициент ±0,005 %/К |
| 3 | Давление воды на смыв окалины | от 0 до 1,6 МПа | Датчик давления DMP 331 | 23574-05 | у=±0,35 % | у=±0,07 %/10 °С | у=±0,7 % | у=±0,8 % |
| Модуль 6ES7 331-7KF02-0AB0 | 15772-02 | у=±0,5 % | Температурный коэффициент ±0,005 %/К |
| 4 | Давление воды на подачу бустерных насосов | от 0 до 1,6 МПа | Датчик давления DMP 331 | 23574-05 | у=±0,35 % | у=±0,07 %/10 °С | у=±0,7 % | у=±0,8 % |
| Модуль 6ES7 331-7KF02-0AB0 | 15772-02 | у=±0,5 % | Температурный коэффициент ±0,005 %/К |
| 5 | Давление воды на всасе плунжерных насосов | от 0 до 1,6 МПа | Датчик давления DMP 331 | 23574-05 | у=±0,35 % | у=±0,07 %/10 °С | у=±0,7 % | у=±0,8 % |
| Модуль 6ES7 331-7KF02-0AB0 | 15772-02 | у=±0,5 % | Температурный коэффициент ±0,005 %/К |
| 6 | Давление воды гидросбива печной окалины | от 0 до 25 МПа | Датчик давления DMP 333 | 23574-05 | у=±0,35 % | у=±0,07 %/10 °С | у=±0,7 % | у=±0,8 % |
| Модуль 6ES7 331-7KF02-0AB0 | 15772-02 | у=±0,5 % | Температурный коэффициент ±0,005 %/К |
| 7 | Давление воды гидросбива вторичной окалины | от 0 до 25 МПа | Датчик давления DMP 333 | 23574-05 | у=±0,35 % | у=±0,07 %/10 °С | у=±0,7 % | у=±0,8 % |
| Модуль 6ES7 331-7KF02-0AB0 | 15772-02 | у=±0,5 % | Температурный коэффициент ±0,005 %/К |
| 8 | Расход воды на входе | от 7,63 до 763 м3/ч | Расходомер электромагнитный OPTIFLUX мод. 4300С | 29446-05 | 8=±0,5 % | - | 8=±2,1 % | 8=±2,1 % |
| Модуль 6ES7 331-7KF02-0AB0 | 15772-02 | у=±0,5 % | Температурный коэффициент ±0,005 %/К |
| 9 | Температура воды на всасе насосов | от минус 50 до 100 °С | Преобразователь измерительный ввода-вывода модели «PR», исп. PR5335 | 30104-05 | Д=±0,1 °С | Температурный коэффициент ±0,005 %/1°°С | Д=±0,9 °С | Д=±3,4 °С |
| Модуль 6ES7 331-7KF02-0AB0 | 15772-02 | у=±0,5 % | Температурный коэффициент ±0,005 %/К |
Таблица 2
| № ИК | Наименование ИК ИС | Диапазон измерений физической величины, ед. измерений | СИ, входящие в состав ИК ИС | Г раницы допускаемой основной погрешности ИК | Г раницы допускаемой погрешности ИК в рабочих условиях |
| Наименование, тип СИ | № в Гос. реестре СИ | Пределы допускаемой основной погрешности | Пределы допускаемой дополнительной погрешности |
| 10 | Температура воздуха в насосной | от минус 50 до 100 °С | Преобразователь измерительный ввода-вывода модели «PR», исп. PR5335 | 30104-05 | Д=±0,1 °С | Температурный коэффициент ±0,005 %/1°°С | Д=±0,9 °С | Д=±3,4 °С |
| Модуль 6ES7 331-7KF02-0AB0 | 15772-02 | у=±0,5 % | Температурный коэффициент ±0,005 %/К |
| 11 | Температура воздуха в цехе | от минус 50 до 100 °С | Преобразователь измерительный ввода-вывода модели «PR», исп. PR5335 | 30104-05 | Д=±0,1 °С | Температурный коэффициент ±0,005 %/1°°С | Д=±0,9 °С | Д=±3,4 °С |
| Модуль 6ES7 331-7KF02-0AB0 | 15772-02 | у=±0,5 % | Температурный коэффициент ±0,005 %/К |
Примечания
1) В таблице приняты следующие обозначения: Л - абсолютная погрешность; 8 - относительная погрешность; у — приведённая погрешность.
2) Допускается применение первичных измерительных преобразователей аналогичных типов, прошедших испытания в целях утверждения типа с аналогичными техническими и метрологическими характеристиками
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 панели оператора - в таблице 3, техническая документация - в таблице 4.
Таблица 3
| № | Наименование | ПО | Количество |
| 1 | Многофункциональная панель оператора SIMATIC МР 377: TFT дисплей 15”, разрешение 1280x1024 пикселей | SCADA-системе SIMATIC WinCC | 1 |
| 2 | Контроллер программируемый SIMATIC S7-300 | Система программирования SIMATIC Step7 | 1 |
Таблица 4
| № | Наименование | Количество |
| 1 | HS-469-421-001 «Высоконапорный гидросбив окалины. Паспорт» | 1 |
| 2 | Система измерительная автоматизированной системы управления технологическим процессом гидросбива окалины станов рельсобалочного цеха ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК». Паспорт | 1 |
| 3 | МП 156-12 Инструкция ГСИ. Система измерительная автоматизированной системы управления технологическим процессом гидросбива окалины станов рельсобалочного цеха ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК». Методика поверки | 1 |
Поверка
осуществляется по документу МП 156-12 «Инструкция ГСИ. Система измерительная автоматизированной системы управления технологическим процессом гидросбива окалины станов рельсобалочного цеха ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК». Методика поверки», утверждённому руководителем ГЦИ СИ ФБУ «Томский ЦСМ» в апреле 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 |
| Калибратор многофункциональны й MC5-R | Воспроизведение сигналов силы постоянного тока в диапазоне от 0 до 20 мА (при R^rp = 800 Ом) | Д = ±(0Д10’Чоказ. + 1) мкА. |
Таблица 5
| Наименование и тип | Основные метрологические характеристики |
| Диапазон измерений, номинальное значение | Погрешность, класс точности, цена деления |
| средства поверки |
| Калибратор многофункциональны й MC5-R | Воспроизведение сигналов ТС 100П в диапазоне температуры: - от минус 200 до 0 °С - от 0 до 850 °С | Д = ±0,10 °С; Д = ±(0,1 + 0,25-10’ 3@показ.) °С. |
| Примечания 1) В таблице приняты следующие обозначения: К.нагр — сопротивление нагрузки; Д -абсолютная погрешность; 1показ., Тпоказ. — показания тока и температуры соответственно. 2) Разрешающая способность для термопреобразователей сопротивления 0,01 °С |
Сведения о методах измерений
Метод измерений приведён в документе HS-469-421-001 «Высоконапорный гидросбив окалины. Паспорт».
Нормативные документы
1 ГОСТ Р 8.596-2002 ГСИ. Метрологическое обеспечение измерительных систем. Основные положения
2 HS-469-421 Высоконапорный гидросбив окалины. Проектная документация
Рекомендации к применению
Осуществление производственного контроля за соблюдением установленных законодательством Российской Федерации требований промышленной безопасности к эксплуатации опасного производственного объекта.
