摘要本文依據(jù)聯(lián)孚電廠DCS(INFI90)系統(tǒng)建構(gòu)闡述了DCS(INFI90系統(tǒng))系統(tǒng)與GPS衛(wèi)星同步時(shí)鐘的連接原理及系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行了闡述，并針對(duì)DCS系統(tǒng)中常見(jiàn)的兩種時(shí)鐘不同步問(wèn)題提出了替代解決方案。

關(guān)鍵詞DCS系統(tǒng) INFI90系統(tǒng) 系統(tǒng)時(shí)鐘 GPS時(shí)鐘

中圖分類號(hào):TP27文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

0 引言

聯(lián)孚電廠DCS系統(tǒng)采用美國(guó)ABB貝利公司INFI90系統(tǒng)，投產(chǎn)以來(lái)由于DCS系統(tǒng)內(nèi)各服務(wù)器時(shí)鐘與GPS時(shí)鐘不同步，造成事故狀態(tài)下同一事件的記錄時(shí)間與SOE不一致，給分析事故原因帶來(lái)極大的不便，并給系統(tǒng)的長(zhǎng)周期安全運(yùn)行埋下隱患。

1 概述

INFI90系統(tǒng)中的所有設(shè)備(包括主模件及OIS等)是可以設(shè)置成時(shí)間同步的，一般情況下是以系統(tǒng)中的OIS作為系統(tǒng)主時(shí)鐘，系統(tǒng)中的其它設(shè)備與其保持時(shí)間同步。當(dāng)INFI90系統(tǒng)中有SOE(SEM/TKM)時(shí)，SEM/TKM將取代OIS成為系統(tǒng)中的主時(shí)鐘。為了使INFI90系統(tǒng)具有更高的時(shí)間精度，或者使之與其它系統(tǒng)保持時(shí)間同步(特別是與電氣系統(tǒng)各繼電保護(hù)裝置時(shí)間同步)，則可以引GPS衛(wèi)星同步時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)入INFI90系統(tǒng)中，作為INFI90系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘，從而實(shí)現(xiàn)INFI90系統(tǒng)與全廠各測(cè)控裝置時(shí)鐘保持時(shí)間同步。

GPS衛(wèi)星同步時(shí)鐘接收到的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)，由TST端子板經(jīng)TKM送入INFI90系統(tǒng)中，TKM能接收的時(shí)鐘信號(hào)格式為直流偏置IRIG-B-001(時(shí)間碼接收及發(fā)生器)，IRIG-B-001包括30位BCD碼的時(shí)間信息和27位的控制信息，當(dāng)SOE(SEM/TKM)作為INFI90系統(tǒng)的主時(shí)鐘受GPS校準(zhǔn)，其具體連接如下圖:

2 系統(tǒng)構(gòu)成

聯(lián)孚電廠4、5號(hào)機(jī)組的DCS系統(tǒng)由公用系統(tǒng)(中心環(huán)LOOP1)、4號(hào)系統(tǒng)(子環(huán)LOOP2)和5號(hào)系統(tǒng)(子環(huán)LOOP3)組成，LOOP1上有SOE服務(wù)器，LOOP2上有四臺(tái)服務(wù)器(Server11、Server21、Server31、Server41)和兩臺(tái)客戶機(jī)(Client12、Client22)，LOOP3上有四臺(tái)服務(wù)器(Server11、Server21、Server31、Server41)和兩臺(tái)客戶機(jī)(Client12 、Client22)，LOOP2、LOOP3通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口卡與LOOP1相連，各子環(huán)內(nèi)的服務(wù)器和客戶機(jī)與以太網(wǎng)獨(dú)立(LAN)連接，不和其它環(huán)內(nèi)的服務(wù)器和客戶機(jī)相連接。環(huán)路連接示意圖如下:

上圖中4號(hào)機(jī)的S1 服務(wù)器用來(lái)接收GPS時(shí)鐘信號(hào)，因此它的以太網(wǎng)時(shí)鐘同步優(yōu)先級(jí)設(shè)為10，INFI環(huán)時(shí)鐘同步優(yōu)先級(jí)設(shè)為12并設(shè)為和INFI時(shí)鐘同步，并且上述兩個(gè)IIL均設(shè)為具有相同的INFI環(huán)時(shí)間

在INFI90系統(tǒng)中，時(shí)鐘同步包括兩個(gè)部分(INFI環(huán)路時(shí)鐘同步和LAN以太網(wǎng)時(shí)鐘同步)。每種時(shí)鐘同步方式既擁有各自的時(shí)鐘精度級(jí)別，又相互制約。對(duì)于INFI環(huán)路，時(shí)鐘精度級(jí)別為0-13;對(duì)于LAN以太網(wǎng)時(shí)鐘精度級(jí)別為0-10;對(duì)某臺(tái)Conductor NT Server，它的INFI環(huán)路時(shí)鐘和LAN以太網(wǎng)時(shí)鐘是同一個(gè)。根據(jù)這一特點(diǎn)，只要將與本系統(tǒng)相連的各服務(wù)器(Conductor NT Server ，SOE Server等)和客戶機(jī)(Conductor NT Client)統(tǒng)一到唯一的最高Server上(即系統(tǒng)主時(shí)鐘)，就可以達(dá)到系統(tǒng)時(shí)鐘統(tǒng)一的目的。

3 問(wèn)題的提出

通常情況下，如果INFI環(huán)上存在DSOE的話，則系統(tǒng)默認(rèn)SEM為整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)鐘MASTER。并且按照是否存在GPS又可分為兩種情況:

一種是沒(méi)有GPS，此時(shí)TKM時(shí)鐘模件周期性地向擴(kuò)展總線上發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)，這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)來(lái)自其內(nèi)部的晶振片，并且它的精度為11，SEM主模件再周期性地從擴(kuò)展總線上讀取時(shí)鐘信號(hào)并發(fā)送到INFI環(huán)上。這種方式的缺陷為，經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行后，整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)鐘和實(shí)際時(shí)鐘會(huì)存在一個(gè)偏差，這個(gè)偏差的大小取決于TKM子模件上的晶振片，并且這個(gè)偏差理論上就存在。

另外一種情況是存在GPS，此時(shí)TKM時(shí)鐘模件通過(guò)TST端子板周期性地從GPS讀取時(shí)鐘信號(hào)后再發(fā)送到擴(kuò)展總線上，這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)為GPS接收的衛(wèi)星時(shí)鐘信號(hào)，它的精度為13，SEM主模件再?gòu)臄U(kuò)展總線上周期性地讀取時(shí)鐘信號(hào)后發(fā)送到INFI環(huán)上。這種方式的實(shí)際效果也不太理想，具體表現(xiàn)為T(mén)KM時(shí)鐘模件不能穩(wěn)定地從GPS讀取時(shí)鐘信號(hào)，從而導(dǎo)致INFI環(huán)上的時(shí)鐘精度經(jīng)常在11和13之間來(lái)回變化，并可能導(dǎo)致INFI環(huán)上的時(shí)鐘結(jié)構(gòu)發(fā)生跳變從而導(dǎo)致系統(tǒng)時(shí)鐘紊亂。具體原因可能是TKM采取的IRIG_B接口有關(guān)，這種接口對(duì)GPS接收儀的IRIG_B口的輸出信號(hào)要求比較高，國(guó)產(chǎn)的GPS接收儀均不能滿足要求。

4 替代方案

針對(duì)上述兩種情況存在的問(wèn)題并結(jié)合國(guó)產(chǎn)GPS的情況，可考慮采取下述方法，亦即用一臺(tái)CNT操作員站(SERVER或CLIENT)通過(guò)串口讀取GPS時(shí)鐘信號(hào)。如果此操作員站是CNT CLIENT，則這臺(tái)CLIENT將會(huì)通過(guò)以太網(wǎng)向其他的操作員站發(fā)送GPS時(shí)鐘信息，當(dāng)然這有一個(gè)前提，那就是必須將此臺(tái)CLIENT的以太網(wǎng)時(shí)鐘同步優(yōu)先級(jí)設(shè)為最高，同一個(gè)以太網(wǎng)上的CNT SERVER接收到時(shí)鐘信號(hào)后將通過(guò)ICI接口定期地向INFI環(huán)上廣播時(shí)鐘信息，當(dāng)然這也有一個(gè)前提，那就是這臺(tái)CNT SERVER必須設(shè)為和INFI環(huán)時(shí)鐘同步，并且優(yōu)先級(jí)為INFI環(huán)上最高，目前只能設(shè)置為12。如果接收GPS時(shí)鐘信號(hào)的操作員站是CNT SERVER，則這臺(tái)CNT SERVER一方面通過(guò)以太網(wǎng)向其他的操作員站發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)，另一方面通過(guò)ICI接口定期地向INFI環(huán)上廣播時(shí)鐘信息，前提條件是這臺(tái)CNT SERVER的以太網(wǎng)和INFI環(huán)時(shí)鐘同步優(yōu)先級(jí)必須都設(shè)為最高。如果充當(dāng)CNT服務(wù)器的計(jì)算機(jī)有兩個(gè)串口或者雖然只有一個(gè)串口但閑置未用，建議使用CNT服務(wù)器直接接收GPS時(shí)鐘信號(hào)。對(duì)此臺(tái)CNT計(jì)算機(jī)的設(shè)置包括兩個(gè)方面:

4.1 硬件方面

用兩端均為DB9的串行通訊線連接T-GPS的RS232口與PC機(jī)串口1或2。通訊電纜可按下圖連接。

4.2 軟件方面

(1)將CNT操作員站(SERVER 或CLIENT)的以太網(wǎng)時(shí)鐘同步優(yōu)先級(jí)設(shè)為最高，比如10。如下圖:

(2)把同一個(gè)以太網(wǎng)上的某個(gè)CNT服務(wù)器設(shè)置為和INFI時(shí)鐘同步，并且時(shí)鐘精度設(shè)為最高12，如下圖所示。

(3)GPS接收軟件的安裝。

本軟件備有兩張軟盤(pán)。安裝時(shí)，插入第一張軟盤(pán)，運(yùn)行SETUP.EXE即可開(kāi)始安裝，并提示你插入第二張。詳見(jiàn)安裝說(shuō)明。

(4)將GPS接收軟件配置為自動(dòng)啟動(dòng)

實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟動(dòng)的方法很多，這里介紹兩種，假定GPS接收軟件安裝在D:\\TGPS目錄下:

①在Startup組中添加一個(gè)新的項(xiàng)目，該項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的程序?yàn)镈:\\TGPS\\vbgps20.exe，用Start?Setting? Taskbar Start Menu?Advanced菜單中的ADD命令來(lái)實(shí)現(xiàn)。

②用注冊(cè)表來(lái)實(shí)現(xiàn)，方法是在Run菜單下執(zhí)行regedit.exe文件，找到KEY_LOCAL_MECHINE?SOFTWARE?Microsoft?Windows?CurrentVersion?Run項(xiàng)，在其右邊的窗口中點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，然后左鍵依次點(diǎn)擊New?String Value，再將此項(xiàng)命名，比如TGPS，然后用鼠標(biāo)左鍵雙擊該項(xiàng)，在String Value欄中輸入D:\\TGPS\\vbgps20.exe，參見(jiàn)下圖。然后退出注冊(cè)表編輯器。

(5)重新啟動(dòng)計(jì)算機(jī)后即可。

5 服務(wù)器和客戶機(jī)時(shí)鐘設(shè)置

各個(gè)服務(wù)器和客戶機(jī)時(shí)間精度等級(jí)設(shè)置如下:

注: SOE在連上GPS的時(shí)，其時(shí)間精度等級(jí)為13，連不上時(shí)，其時(shí)間精度等級(jí)為11，通過(guò)觀察其精度等級(jí)可以判斷出SOE服務(wù)器是否與GPS對(duì)正，以及連接后是否穩(wěn)定。

6 總結(jié)

采用GPS+TKM方式解決DCS系統(tǒng)時(shí)鐘(下轉(zhuǎn)第75頁(yè))(上接第55頁(yè))不同步的問(wèn)題，還需注意以下五點(diǎn):

(1)要了解DCS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，因DCS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不同，采取的方法也會(huì)有一定區(qū)別。

(2)GPS接收儀要能滿足TKM時(shí)鐘模件的要求，否則可采用替代方案或更換符合要求的GPS接收儀。

(3)為了防止系統(tǒng)時(shí)鐘出現(xiàn)紊亂，不但環(huán)路上的時(shí)鐘精度要分級(jí)，以太網(wǎng)上的時(shí)鐘精度也要分級(jí)。

(4)Conductor NT安裝完后不要隨便修改設(shè)置，否則容易出問(wèn)題(現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生過(guò)因修改子網(wǎng)掩碼導(dǎo)致以太網(wǎng)時(shí)間不同步的問(wèn)題)。

(5)Conductor NT左上角的時(shí)鐘更新比較慢，觀察它會(huì)有3、4秒的誤差，因此，從操作系統(tǒng)調(diào)出的時(shí)鐘才是最準(zhǔn)確的。

7 結(jié)束語(yǔ)

要解決DCS系統(tǒng)時(shí)鐘不同步的問(wèn)題，應(yīng)該還有很多的辦法，我們?cè)诖藘H是拋磚引玉，以求更深層次的探討。

參考文獻(xiàn)

[1]豫聯(lián)二期DCS技術(shù)協(xié)議.2001.

[2]肖大雛.控制設(shè)備及系統(tǒng).中國(guó)電力出版社，2006.

[3]T-GPS2022衛(wèi)星時(shí)鐘接收裝置使用說(shuō)明書(shū).淄博科匯電氣公司，2001.