Назначение
Система измерительная автоматизированной системы управления технологическим процессом кузнечной печи рельсобалочного цеха ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК» (далее - ИС) предназначена для измерений температуры (воздуха, дыма), давления-разрежения воздуха, давления и объёмного расхода (природного газа и вентиляторного воздуха); автоматического непрерывного контроля технологических параметров, их визуализации, регистрации, 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 и вторичные 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 - панель оператора SIMATIC ОР-17 (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 9 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. Вторичные измерительные преобразователи измеряют термоЭДС, преобразуют их в унифицированный токовый сигнал. 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 SIMATIC ОР-17, 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) автоматическая диагностика состояния технологического оборудования и контроль протекания технологического процесса;
4) ведение архивов тревог и событий; формирование аварийной сигнализации;
5) выполнение функции защиты оборудования, программного обеспечения и данных от несанкционированного доступа на физическом и программном уровне.
Установка точного времени проводится пользователем с правами доступа администратора с панели оператора SIMATIC ОР-17 в окне «Системные настройки».
ПИП - первичный измерительный преобразователь; ВИП - вторичный измерительный преобразователь
Рисунок 1
Программное обеспечение
Структура и функции программного обеспечения (ПО) ИС:
ПО панели оператора SIMATIC ОР-17 разработано в пакете программирования SIMATIC ProTool и выполняет функцию отображения результатов измерений.
Встроенное ПО ПЛК (метрологически значимая часть ПО ИС) функционирует в системе программирования SIMATIC Step7 и осуществляет автоматизированный сбор, передачу, обработку измерительной информации, формирование архивов тревог и событий, 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 «Кузнечная» | - | Для файла конфигурации проекта «Кузнечная»: subblk.dbt 443B3450F5BF331747D3727A9608CE26 | MD5 |
Метрологические характеристики ИС нормированы с учётом ПО ПЛК.
Защита ПО ПЛК и ПО панели оператора SIMATIC ОР-17 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 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.
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 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
7 Сведения о надёжности
7.1 Средний срок службы ИС, лет, не менее 8.
Таблица 1
| № 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 в рабочих условиях |
| Наименование, тип СИ | № в Гос. реестре СИ | Пределы допускаемой основной погрешности | Пределы допускаемой дополнительной погрешности |
| 1 | Температура в печи | от 600 до 1600 °С | Преобразователь термоэлектрический ТПР-0192 | 32632-06 | A=±0,0035|t| °С | - | Д=-(3+ +0,0035|t|) °С | Д=-(7+ +0,0035|t|) °С |
| Преобразователь измерительный многофункциональный dTRANS T02 | 24930-03 | у=-0,25 % | Т емпературный коэффициент -0,005 %/°С |
| Модуль ввода аналоговых сигналов 6ES7 331-7NF00-0AB0 контроллера программируемого SIMATIC S7-300 (далее — Модуль 6ES7 331-7NF00-0AB0) | 15772-02 | у=-0,05 % | 7р.у =-0,3 % |
| 2 | Температура отходящих газов | от 0 до 600 °С | Преобразователь термоэлектрический ТХА-0192 | 31930-06 | Д=-2,5 °C, от 0 до 333 °C; A=±0,0075|t| °C, св. 333 °C | - | Д=-3,5 °С, от 0 до 333 °C; Д=-(0,8+ +0,0075|t|) °С, св. 333 °C | Д=-4,8 °С, от 0 до 333 °C; Д=-(1,8+ +0,0075|t|) °С, св. 333 °C |
| Преобразователь измерительный многофункциональный dTRANS T02 | 24930-03 | у=-0,25 % | Т емпературный коэффициент -0,005 %/°С |
| Модуль 6ES7 331-7NF00-0AB0 | 15772-02 | 7=-0,05 % | 7р.у =-0,3 % |
| 3 | Давление природного газа на кузнечную печь | от 0 до 10 кПа | Преобразователь давления измерительный серии 40 мод. 4382 (JUMO dTRANS p02 DELTA) | 20729-03 | 7-0,5 % | 7=-0,1 %/10 °С 7=-0,1 %/10 В | 7=-0,6 % | 7=-1,0 % |
| Модуль 6ES7 331-7NF00-0AB0 | 15772-02 | 7-0,05 % | 7р.у =-0,3 % |
| 4 | Давление вентиляторного воздуха на кузнечную печь | от 0 до 4 кПа | Преобразователь давления измерительный серии 40 мод. 4382 (JUMO dTRANS p02 DELTA) | 20729-03 | 7-0,5 % | 7=-0,1 %/10 °С 7=-0,1 %/10 В | 7=-0,6 % | 7=-1,0 % |
| Модуль 6ES7 331-7NF00-0AB0 | 15772-02 | 7-0,05 % | 7р.у =-0,3 % |
| 5 | Давление природного газа до ГРУ кузнечной печи | от 0 до 1 МПа | Преобразователь давления измерительный серии 40 мод. 4382 (JUMO dTRANS p02 DELTA) | 20729-03 | 7=±0,5 % | 7=-0,1 %/10 °С 7=-0,1 %/10 В | 7=-0,6 % | 7=-1,0 % |
| Модуль 6ES7 331-7NF00-0AB0 | 15772-02 | 7=-0,05 % | 7р.у =-0,3 % |
| 6 | Давление природного газа после ГРУ кузнечной печи | от 0 до 16 кПа | Преобразователь давления измерительный серии 40 мод. 4382 (JUMO dTRANS p02 DELTA) | 20729-03 | 7=±0,5 % | 7=-0,1 %/10 °С 7=-0,1 %/10 В | 7=-0,6 % | 7=-1,0 % |
| Модуль 6ES7 331-7NF00-0AB0 | 15772-02 | 7=-0,05 % | 7р.у =-0,3 % |
| 7 | Давление-разрежение в кузнечной печи | от минус 5 до 5 кгс/м2 | Преобразователь давления измерительный серии 40 мод. 4382 (JUMO dTRANS p02 DELTA) | 20729-03 | 7=±0,5 % | 7=-0,1 %/10 °С 7=-0,1 %/10 В | 7=-0,6 % | 7=-1,0 % |
| Модуль 6ES7 331-7NF00-0AB0 | 15772-02 | 7-0,05 % | 7р.у =-0,3 % |
| 8 | Расход природного газа на кузнечную печь | от 0 до 50 м3/ч | Диафрагма ДКС-0,6-50-А/В-1 Датчик давления Метран-100-ДД | 22235-01 | 7=±0,25 % | 7т=-(0,05+0,05РтаХРв) % на каждые 10 °С | 7=-1,5 % | 7=-2,5 % |
| Модуль 6ES7 331-7NF00-0AB0 | 15772-02 | 7=-0,05 % | 7р.у =-0,3 % |
| 9 | Расход вентиляторного воздуха на кузнечную печь | от 0 до 520 м3/ч | Диафрагма ДКС-0,6-150-А/Б-1 Датчик давления Метран-100-ДД | 22235-01 | 7=±0,25 % | 7т=-(0,05+0,05РтаХРв) % на каждые 10 °С | 7=-1,5 % | 7=-2,5 % |
| Модуль 6ES7 331-7NF00-0AB0 | 15772-02 | 7-0,05 % | 7р.у =-0,3 % |
Примечания
1) В таблице приняты следующие обозначения: А - абсолютная погрешность; y — приведённая погрешность; t - измеренное значение температуры; Yp.y. — приведённая погрешность в рабочих условиях, Yt — приведённая погрешность, вызванная изменением температуры окружающей среды; Pmax — максимальныйверхний 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 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 SIMATIC ОР-17 - в таблице 3, техническая документация - в таблице 4.
Таблица 3
| № | Наименование | ПО | Количество |
| 1 | Панель оператора SIMATIC ОР-17 | Пакет программирования SIMATIC ProTool | 1 |
| 2 | Контроллер программируемый SIMATIC S7-300 | Система программирования SIMATIC Step7 | 1 |
Таблица 4
| № | Наименование | Количество |
| 1 | И-РЦЭ АСУ ТП-1-014-2010 Система управления тепловым режимом камерной кузнечной печи механической мастерской рельсобалочного цеха. Инструкция по эксплуатации | 1 |
| 2 | Система измерительная автоматизированной системы управления технологическим процессом кузнечной печи рельсобалочного цеха ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК». Паспорт | 1 |
| 3 | МП 162-12 Инструкция ГСИ. Система измерительная автоматизированной системы управления технологическим процессом кузнечной печи рельсобалочного цеха ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК». Методика поверки | 1 |
Поверка
осуществляется по документу МП 162-12 «Инструкция ГСИ. Система измерительная автоматизированной системы управления технологическим процессом кузнечной печи рельсобалочного цеха ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК». Методика поверки», утверждённому руководителем ГЦИ СИ ФБУ «Томский ЦСМ» в августе 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 | 5 = ±1,5 % |
| Калибратор многофункциональный MC5-R | Воспроизведение сигналов силы постоянного тока в диапазоне от 0 до 20 мА (при R^p = 800 Ом) | А = ±(0,2Н0-Чоказ. + 1) мкА. |
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 термопар по ГОСТ Р 8.585 в диапазоне температуры: Тип ПР(В) - от 500 до 800 °С - от 800 до 1820 °С | Д = ±0,8 °С; Д = ±0,6 °С. |
| Тип ХА(К) - от 0 до 1000 °С | Д = ±(0,1 + 0@10-3Хоказ.) °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;
RHarp — сопротивление нагрузки; 1показ., Тпоказ. — показания тока и температуры соответственно.
2) Разрешение для всех типов термопар 0,01 °С, RBX>10 МОм
Сведения о методах измерений
Метод измерений приведён в документе И-РЦЭ АСУ ТП-1-014-2010 Система управления тепловым режимом камерной кузнечной печи механической мастерской рельсобалочного цеха. Инструкция по эксплуатации
Нормативные документы
1 ГОСТ Р 8.596-2002 ГСИ. Метрологическое обеспечение измерительных систем. Основные положения
2 УМИЦ.038. РБЦ. УРиВ. Управление тепловым режимом кузнечной печи. Проектная документация
Рекомендации к применению
Осуществление производственного контроля за соблюдением установленных законодательством Российской Федерации требований промышленной безопасности к эксплуатации опасного производственного объекта.
