ИС является средством измерений единичного производства. Конструкция ИС представляет собой трёхуровневую систему, построенную по иерархическому принципу. В состав ИС входят 182 измерительных канала. Измерительные каналы (ИК) ИС состоят из следующих компонентов (по ГОСТ Р 8.596-2002):

• 1) измерительные компоненты - измерительные преобразователи (ИП) 73G-IV10 и 73G-IV1, установленные в модулях гальванического разделения ISO-4GH, предназначенные для измерений аналоговых сигналов напряжения постоянного тока электролизёров; шунт TYP-1240-0.02, универсальный измерительный преобразователь SITRANS T и преобразователь постоянного тока с гальваническим разделением SIMEAS T, предназначенные для измерений силы и напряжения постоянного тока серии электролизёров (нижний уровень ИС);

• 2) комплексные компоненты - контроллеры программируемые (ПЛК) SIMATIC С7-635Кеу и SIMATIC S7-300, предназначенные для преобразования и первичной обработки информации о параметрах технологического процесса электролиза алюминия, осуществляют измерение выходных аналоговых сигналов преобразователей (средний уровень ИС);

• 3) вычислительные компоненты - серверы, автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора диспетчерского пункта и АРМ мастеров-технологов, предназначенные для представления информации обслуживающему и технологическому персоналу, система речевых сообщений (аудио-сервер) (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. Для обмена данными с верхним уровнем контроллеры нижнего уровня объединены локальной сетью PROFIBUS. Для гальванического разделения между ШЭУ и концентратором данных сеть выполнена оптоволоконным кабелем. Концентратор данных позволяет подключить ПЛК ИС к сети Ethernet посредством оптоволоконной линии связи. Связь серверов и АРМ осуществляется по сети Ethernet;

• 5) вспомогательные компоненты - технические устройства, обеспечивающие нормальное функционирование ИС и не участвующие непосредственно в измерительных преобразованиях (источники бесперебойного питания, аккумуляторы и т.д.).

ИС имеет в своем составе три группы измерительных каналов ИС, объединенных по виду и диапазону измерений физической величины: «рабочее напряжение электролизёра», «ток серии», «напряжение серии». Структурная схема ИС приведена на рисунке 1.

ШЭУ - шкаф управления двумя электролизёрами, К1111 - кремниево-пребразовательная подстанция, ИБП -источник бесперебойного питания, ЦПУ - центральный пульт управления

Рисунок 1

ИС обеспечивает выполнение следующих основных функций:

• 1) измерение и отображение текущих значений технологических параметров;

• 2) выдача речевых сообщений;

• 3) регистрация сообщений;

• 4) функционирование световой и звуковой сигнализации;

• 5) конфигурирование и настройка параметров ИС (изменение уставок технологических параметров, установление запретов на управление электролизером, настройка выдачи звуковых сообщений и др.);

• 6) хранение в базе данных параметров анодных эффектов, результатов регулирования электролизеров, параметров технологического процесса;

• 7) диагностика состояния технических и программных средств ИС;

• 8) защита оборудования, программного обеспечения и данных от несанкционированного доступа на физическом и программном уровне.

Принцип работы группы «рабочее напряжение электролизёра» основан на измерении напряжения постоянного тока, подаваемого на вход ИП 73G-IV10 и преобразования измеренного значения в цифровой код, гальваническом разделении модулем ISO-4GH, дальнейшей передаче цифрового кода в ПЛК SIMATIC С7-635Кеу по сети PROFIBUS через концентратор данных на сервер информационно-технологической системы (СИТС).

Принцип работы ИК «ток серии» основан на измерении падения напряжения постоянного тока шунте TYP-1240-0.02. Сила постоянного тока, протекающего через шунте TYP-1240-0.02, пропорциональна постоянному тока, протекающему в серии электролизёров. Падение напряжения постоянного тока преобразуется ИП SITRANS T в выходной сигнал постоянного тока от 0 до 20 мА, затем поступает на вход в ПЛК SIMATIC S7-300 и по сети PROFIBUS через концентратор данных на СИТС.

Принцип работы измерительного канала «напряжение серии» заключается в измерении напряжения постоянного тока, подаваемого на вход преобразователя постоянного тока с гальваническим разделением SIMEAS T и преобразования в выходной сигнал постоянного тока от 0 до 20 мА, дальнейшей передаче на вход в ПЛК SIMATIC S7-300 и по сети PROFIBUS через концентратор данных на СИТС.

СИТС осуществляет ведение базы данных значений параметров электролизеров, ведение кратковременного архива данных (время хранения - 1 месяц) и передачу данных в долговременную базу данных Oracle на сервер приложений. Система речевых сообщений включает в себя аудиосервер, многоканальный усилитель, громкоговорители, установленные в корпусах электролиза. Отображение результатов измерений осуществляется на АРМ мастера технолога и АРМ диспетчера-оператора.

В комплект ИС входят технические средства, специализированные программные средства, а также документация, представленные в таблицах 3 - 4, соответственно.

Измерительные и комплексные компоненты ИС представлены в таблице 3, вычислительные и вспомогательные компоненты представлены в таблице 4, программное обеспечение (включая ПО ПЛК) - в таблице 4, техническая документация - в таблице 5.

Таблица 3

Таблица 4

Таблица 4

Таблица 5

• 1) Метрологические характеристики групп ИК ИС приведены в таблице 2.

Таблица 2

• 2) Параметры электрического питания:

  от 12 до 42;

  от 198 до 242; от 49,6 до 50,4.

  от 10 до 30; от 40 до 80;

  от 90 до 110;

  от 15 до 25;

  от 40 до 80;

  от 90 до 110.

  8.

• - напряжение питания постоянного тока, В

• - напряжение питания переменного тока, В

• - частота, Гц

• 3) Условия эксплуатации:

а) измерительных и связующих компонентов ИС:

• - температура окружающего воздуха, °С

• - относительная влажность окружающего воздуха при 25 °С, %

• - атмосферное давление, кПа

б) комплексных и вычислительных компонентов ИС:

• - температура окружающего воздуха, °С

• - относительная влажность окружающего воздуха при 25 °С, %

• - атмосферное давление, кПа

• 4) Средний срок службы ИС, лет, не менее