Назначение
Система измерительная литейной машины Wagstaff ОАО «РУСАЛ Новокузнецк» (далее - ИС) предназначена для измерений уровня (металла, воды), давления (воды, воздуха, масла), объёмного расхода (воды), температуры (воды), скорости (литья); автоматического контроля технологических параметров, их визуализации, регистрации и хранения, диагностики состояния технологического оборудования ИС, формирования сигналов предупредительной, аварийной и звуковой сигнализации.
Описание
ИС является средством измерений единичного производства. Конструкция ИС представляет собой трехуровневую систему, построенную по иерархическому принципу. В состав ИС входят 9 измерительных каналов. Измерительные каналы (ИК) ИС состоят из следующих компонентов (по ГОСТ Р 8.596):
1) измерительные компоненты - первичные измерительные преобразователи (ПИП), имеющие нормированные метрологические характеристики (нижний уровень ИС);
2) комплексные компоненты - контроллер программируемый SIMATIC S7-300 и устройства распределенного ввода-вывода SIMATIC ET200 (средний уровень ИС);
3) вычислительные компоненты - автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора и сервер (верхний уровень ИС).
Связующие компоненты - технические устройства и средства связи, используемые для приема и передачи сигналов, несущих информацию об измеряемой величине от одного компонента ИС к другому.
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 сигнал постоянного тока (от 4 до 20 мА). Контроллер программируемый SIMATIC S7-300 (далее контроллер) измеряет аналоговые унифицированные выходные сигналы измерительных преобразователей, выполняет их аналого-цифровое преобразование, переводит цифровые коды в значения технологических параметров, выполняет вычислительные и логические операции, проводит диагностику оборудования, формирует сигналы предупредительной и аварийной сигнализации. Контроллер по цифровому каналу передает информацию на сервер. Сервер выполняет архивирование информации, ее хранение и предоставляет данные на АРМ оператора. АРМ оператора обеспечивает отображение параметров технологического процесса, информации о состоянии оборудования ИС, настройку сигнализации, регуляторов.
ИС обеспечивает выполнение следующих основных функций:
1) измерение и отображение значений физических величин, характеризующих технологический процесс;
2) автоматическая диагностика состояния технологического оборудования;
3) контроль протекания технологического процесса;
4) формирование и отображение сигналов предупредительной, аварийной и звуковой сигнализации;
Центральный
гульт
управления
Profibus
Profibus
Контроллер программируемый SIMATIC S7-300
/tyA
/tYy+Y
Устройство распределенного ввода-вывода SIMATIC ЕТ200
Шкаф
контроллера
Помещение
маслостанции
Модуль ввода аналоговых сигналов 6AG1 331-7KF02-2AB0
И К №1-№4
Модуль ввода аналоговых сигналов 6ES7 331-7KF02-2AB0
Помещение подачи воды
И К №7
Устройство распределенного ввода-вывода SIMATIC ЕТ200
Модуль ввода токовых сигналов 6ES7 134-4GB01-0AB0 _ И К №8
Модуль ввода токовых сигналов 6ES7 134-4GB01-0AB0 _И К №9
Модуль ввода токовых сигналов 6ES7 134-4GB01-0AB0
И К №5
ПИП
Модуль ввода токовых сигналов 6ES7 134-4GB01-0AB0
И К №6
ПИП
ПИП
ПИП
ПИП
Рисунок 1 - Структурная схема ИС
5) формирование архивов тревог и событий;
6) выполнение функции защиты оборудования, программного обеспечения и данных от несанкционированного доступа на физическом и программном уровне.
Программное обеспечение
Структура и функции программного обеспечения ИС:
- программное обеспечение АРМ оператора функционирует в системе HMI/SCADA-система Proficy iFix GE Fanuc и осуществляет отображение измеренных значений параметров технологического процесса, архивных данных, журнала сообщений, сигналов сигнализации, а также настройку сигнализации и регуляторов;
- программное обеспечение (ПО) сервера фукнкционирует в системе HMI/SCADA-система Proficy iFix GE Fanuc и осуществляет прием данных из контроллера, хранение архивных данных и сообщений в СУБД MS SQL Server и СУБД Historian Wonderware;
- встроенное ПО контроллера программируемого SIMATIC S7-300 (метрологически значимая часть ПО ИС) функционирует в системе программирования STEP
7 и осуществляет автоматизированный сбор, обработку и передачу измерительной информации на сервер, диагностику оборудования, обеспечение работы предупредительной, аварийной и звуковой сигнализации.
Идентификация метрологически значимой части ПО ИС (ПО контроллера) выполняется с помощью программатора и USB/MPI адаптера по команде оператора, доступ защищен паролем. Идентификационные данные приведены в таблице 1.
Таблица 1
| Наименование программного обеспечения | Идентифика ционное наименование программного обеспечения | Номер версии (иденти фикационный номер) программного обеспечения | Цифровой идентификатор программного обеспечения (контрольная сумма исполняемого кода) | Алгоритм вычисления цифрового идентификато ра программного обеспечения |
| Проект в системе программиров ания STEP 7 | проект: NKAZ-C12 | - | Для файла конфигурации проекта NKAZ-C12: subblk.dbt 6A298B76927771A10CC8E09 58A130F | MD5 |
Метрологические характеристики ИС нормированы с учетом ПО контроллера. Защита программного обеспечения контроллера программируемого SIMATIC S7-300 соответствует уровню «А» по классификации МИ 3286-2010. Для защиты программного обеспечения АРМ оператора и сервера от непреднамеренных и преднамеренных изменений реализован алгоритм авторизации пользователей. Защита ПО АРМ оператора и сервера соответствует уровню «С» по классификации МИ 3286-2010.
Технические характеристики
1 Метрологические характеристики и характеристики погрешности измерительных каналов ИС приведены в таблице 2.
2 Параметры электрической сети питания:
напряжение питания переменного тока, В частота, Гц
напряжение питания постоянного тока, В
от 198 до 242; от 49,6 до 50,4; от 21,6 до 26,4.
3 Параметры выходных сигналов с первичных измерительных преобразователей:
- электрический ток, мА от 4 до 20.
4 Параметры модулей ввода аналоговых сигналов:
а) контроллера:
- модуль 6AG1 331-7KF02-2AB0 от 4 до 20 мА;
- модуль 6ES7 331-7KF02-2AB0 от 4 до 20 мА;
б) устройства распределенного ввода-вывода ET200 (далее устройства):
- модуль 6ES7 134-4GB01-0AB0 от 4 до 20 мА.
5 Коммуникационные каналы и интерфейсы:
- информационный обмен между измерительными (первичными измерительными преобразователями) и комплексными компонентами осуществляется по кабелям контрольным с медными жилами с ПВХ изоляцией. Параметры линий связи удовлетворяют требованиям ГОСТ 18404.0 и ГОСТ 26411;
- информационный обмен между компонентами среднего и верхнего уровней ИС осуществляется посредством промышленной информационной сети PROFIBUS DP. Линии связи построены на основе медного кабеля (экранированная витая пара SINEC L2).
6 Условия эксплуатации:
6.1 измерительных и связующих компонентов ИС:
а) температура окружающего воздуха, °С:
1) лазерные датчики Selcom LMI
от 20 до 70;
от 0 до 30;
от 0 до 40; от 20 до 40;
от 10 до 45;
от 40 до 98; от 84 до 106,7 (от 630 до 800).
от 15 до 35;
от 40 до 80; от 84 до 106,7 (от 630 до 800). 10.
2) преобразователи давления измерительные S-10, датчик давления DS
3) преобразователь расхода вихревой ЭМИС-ВИХРЬ 200, счетчик-расходомер массовый Micro Motion
4) датчик температуры 248
5) преобразователь измерительный давления и уровня Waterpilot
б) относительная влажность окружающего воздуха при 25 °С, %
в) атмосферное давление, кПа (мм рт.ст.)
6.2 комплексных компонентов, сервера ИС и АРМ оператора: а) температура окружающего воздуха, °С
6) относительная влажность окружающего воздуха при 25 °С, %
в) атмосферное давление, кПа (мм рт.ст.)
Средний срок службы ИС, лет, не менее
Таблица 2 - Метрологические характеристики и характеристики погрешностей измерительных каналов ИС
| № ИК | Наименовани е ИК ИС | Диапазон измерений физической величины, ед. измерений | Средства измерений, входящие в состав ИК ИС | Г раницы допускаемой основной погрешности ИК | Границы допускаемой погрешности ИК в рабочих условиях |
| Наименование, тип СИ | Пределы допускаемой основной погрешности компонента ИК | Пределы допускаемой дополнительной погрешности компонента ИК | Номер в Г ос. реестре СИ |
| 1 | Уровень металла литейного стола | от 0 до 200 мм | Лазерный датчик Selcom LMI | не нормируется | не нормируется | * | Д=±3,0 мм | Д=±3,0 мм |
| Модуль ввода аналоговых сигналов контроллера программируемого SIMATIC S7-300 SM 331: 6AG1 331-7KF02-2AB0 (далее - Модуль ввода аналоговых сигналов 6AG1 331-7KF02-2AB0) | у=±0,5 % | Температурный коэффициент ±0,005 % /К | 15772-06 |
| 2 | Уровень металла литейного стола | от 0 до 200 мм | Лазерный датчик Selcom LMI | не нормируется | не нормируется | * | Д=±3,0 мм | Д=±3,0 мм |
| Модуль ввода аналоговых сигналов 6AG1 331-7KF02-2AB0 | у=±0,5 % | Температурный коэффициент ±0,005 % /К | 15772-06 |
| 3 | Давление масла на литейный стол (сигнал подачи импульса смазки) | от 0 до 7,0 МПа (от 0 до 70 bar) | Преобразователь давления измерительный S-10 | у=±0,5 % | Yt=±0,2 %/10К | 24400-03 | Y=±1,0 % | Y=±1,5 % |
| Модуль ввода аналоговых сигналов 6AG1 331-7KF02-2AB0 | у=±0,5 % | Температурный коэффициент ±0,005 % /К | 15772-06 |
| 4 | Давление воздуха на литейный стол | от 0 до 0,4 МПа (от 0 до 4 bar) | Датчик давления DS | у=±0,5 % | Yt=±0,2 %/10К | 44736-10 | у=±1,0 % | Y=±1,5 % |
| Модуль ввода аналоговых сигналов 6AG1 331-7KF02-2AB0 | у=±0,5 % | Температурный коэффициент ±0,005 % /К | 15772-06 |
| 5 | Объёмный расход воды на литейный стол | от 0,3 3до 240 м3/ч | Преобразователь расхода ЭМИС-ВИХРЬ 200 | 5=±2,0 % | не нормируется | 42775-09 | S=±2,5 % | S=±3,0 % |
| Модуль ввода токовых сигналов устройства распределенного ввода- вывода SIMATIC ET 200 6ES7 134-4GB01-0AB0 (далее - Модуль ввода токовых сигналов 6AG1 331-7KF02-2AB0) | у=±0,4 % | Температурный коэффициент ±0,005 % /К | 22734-02 |
Продолжение таблицы 1
| № ИК | Наименовани е ИК ИС | Диапазон измерений физической величины, ед. измерений | Средства измерений, входящие в состав ИК ИС | Г раницы допускаемой основной погрешности ИК | Границы допускаемой погрешности ИК в рабочих условиях |
| Наименование, тип СИ | Пределы допускаемой основной погрешности компонента ИК | Пределы допускаемой дополнительной погрешности компонента ИК | Номер в Г ос. реестре СИ |
| 6 | Температура литейной воды | от 0 до 50 °С | Датчик температуры 248 | Д=±0,6 °С | Д=± 0,006 °С | 28033-05 | Д=±1,0 °С | Д=±1,0 °С |
| Модуль ввода токовых сигналов 6ES7 134-4GB01-0AB0 | у=±0,4 % | Температурный коэффициент ±0,005 % /К | 22734-02 |
| 7 | Уровень воды в кессоне | от 0 до 4000 мм | Преобразователь измерительный давления и уровня Waterpilot FMX 167 | у=±0,2 % | не нормируется | 17575-09 | у=±0,6 % | у=±0,6 % |
| Модуль ввода аналоговых сигналов 6ES7 331-7KF02-2AB0 | у=±0,5 % | Температурный коэффициент ±0,005 % /К | 15772-06 |
| 8 | Скорость литья | от 100 до 130 мм/мин | Счетчик-расходомер массовый Micro Motion, мод. F | 5=±0,25 % | не нормируется | 30430-05 | 5=±0,4 % | 5=±0,6 % |
| Модуль ввода токовых сигналов 6ES7 134-4GB01-0AB0 | у=±0,4 % | Температурный коэффициент ±0,005 % /К | 22734-02 |
| 9 | Давление литейного цилиндра | от 0 до 20,0 МПа (от 0 до 200 bar) | Преобразователь давления измерительный S-10 | у=±0,5 % | у=±0,2 %/10К | 24400-03 | у=±1,0 % | у=±1,5 % |
| Модуль ввода токовых сигналов 6ES7 134-4GB01-0AB0 | у=±0,4 % | Температурный коэффициент ±0,005 % /К | 22734-02 |
| Примечания 1) В таблице приняты следующие обозначения: Д - абсолютная погрешность; 5 - относительная погрешность; у - приведенная погрешность, yt - пределы приведенной дополнительной погрешности от влияния температуры окружающего воздуха. 2) Допускается применение первичных измерительных преобразователей аналогичных типов, прошедших испытания в целях утверждения типа с аналогичными техническими и метрологическими характеристиками. 3) * Испытано в составе ИК данной ИС |
наносится в виде наклейки на титульный лист документа «Система измерительная литейной машины Wagstaff ОАО «РУСАЛ Новокузнецк». Паспорт».
Комплектность
В комплект ИС входят технические средства, специализированные программные средства, а также документация, представленные в таблицах 2 - 4, соответственно.
Измерительные и комплексные компоненты ИС представлены в таблице 2, вычислительные и вспомогательные компоненты представлены в таблице 3, программное обеспечение (включая программное обеспечение контроллера программируемого) - в таблице 3, техническая документация - в таблице 4.
Таблица 3 - Вычислительные и вспомогательные компоненты ИС
| № | Наименование | ПО | Коли честв о, шт. |
| 1 | В состав АРМ оператора и сервера входят: компьютер, минимальные требования: процессор Pentium III; 2,7 ГГц; 2048 Мбайт ОЗУ; 73,6 Гбайт HDD; CDROM; Ethernet; монитор Alphavision modular display, mod. SPJTH-3012113-7035, 12’’*27”, клавиатура Panelmount (клавиатура с 114 клавишами с мышью) | Операционная система: Microsoft Windows 2000 Dell Server PE2850. Прикладное ПО: СУБД MS SQL Server и СУБД Historian Wonderware, HMI/SCADA-система Proficy iFix GE Fanuc | 1 |
| 2 | Контроллер программируемый SIMATIC S7-300 | STEP7 v. 5.4, фирмы SIEMENS | 1 |
| 3 | Устройство распредленного ввода-вывода SIMATIC ET 200 | STEP7 v. 5.4, фирмы SIEMENS | 2 |
| 4 | Источник бесперебойного питания | - | 2 |
| 5 | Стабилизированный блок питания модульного типа | - | 1 |
Таблица 4 - Техническая документация на ИС
| № | Наименование | Коли чество, шт. |
| 1 | ТИ 451.02.07-2012. Производство цилиндрических слитков на литейной машине Wagstaff и их последующая гомогенизация. Технологическая инструкция | 1 |
| 2 | 23584736.42 5220.430.ТЗ. Модернизация литейного отделения № 2 (Литейный комплекс для литья цилиндрических слитков) ОАО «НкАЗ». Техническое задание | 1 |
| 3 | ПУ 451.02.07.01. Литейное производство. Производство цилиндрических слитков и их последующая гомогенизация. План управления | 1 |
| № | Наименование | Коли чество, шт. |
| 4 | Система измерительная литейной машины Wagstaff ОАО «РУСАЛ Новокузнецк». Паспорт | 1 |
| 5 | МП 170-12 ГСИ. Система измерительная литейной машины Wagstaff ОАО «РУСАЛ Новокузнецк». Методика поверки | 1 |
Поверка
осуществляется по документу МП 170-12 «ГСИ. Система измерительная литейной машины Wagstaff ОАО «РУСАЛ Новокузнецк». Методика поверки», утвержденному руководителем ГЦИ СИ ФБУ «Томский ЦСМ» 31 октября 2012 г.
Основные средства поверки:
- средства измерений в соответствии с нормативной документацией по поверке первичных измерительных преобразователей;
- калибратор электрических сигналов ТС 305, воспроизведение сигналов силы постоянного тока в диапазоне от 0 до 22 мА, Д = ± (0,2-10-3-!показ. + 2) мкА.
Сведения о методах измерений
Метод измерений приведен в документе в «Система автоматического управления процессом литья AutoCast. Руководство по эксплуатации».
Нормативные и технические документы, устанавливающие требования к системе измерительной литейной машины Wagstaff ОАО «РУСАЛ Новокузнецк»
1 ГОСТ Р 8.596-2002 ГСИ Метрологическое обеспечение измерительных систем. Основные положения.
2 ГОСТ Р 51841-2001 Программируемые контроллеры. Общие технические требования и методы испытаний.
3 23584736.42 5220.430.ТЗ. Модернизация литейного отделения №2 (Литейный комплекс для литья цилиндрических слитков) ОАО «НкАЗ». Техническое задание.
4 ТИ 451.02.07-2012. Производство цилиндрических слитков на литейной машине Wagstaff и их последующая гомогенизация. Технологическая инструкция.
Рекомендации к применению
Осуществление производственного контроля за соблюдением установленных законодательством Российской Федерации требований промышленной безопасности к эксплуатации опасного производственного объекта.
