范振華 嚴盛超 程 斌 呂 博

(中國石油蘭州石化公司，蘭州 730060)

混合控制系統(tǒng)時鐘同步的設(shè)置方法

范振華 嚴盛超 程 斌 呂 博

(中國石油蘭州石化公司，蘭州 730060)

混合控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各類煉化裝置，為保證不同系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)對比的有效性，系統(tǒng)間的時鐘同步變的尤為重要。因此，以DeltaV系統(tǒng)與TRICON系統(tǒng)間的時鐘同步為例，詳細介紹混合控制系統(tǒng)時鐘同步的設(shè)置方法。

時鐘同步 混合控制系統(tǒng) DeltaV TRICON

不同控制系統(tǒng)的控制重點不同，如生產(chǎn)過程控制常使用離散控制系統(tǒng)，生產(chǎn)安全控制常使用安全儀表系統(tǒng)，因此各類煉化裝置大多應(yīng)用混合控制系統(tǒng)。為提高混合系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)分析的有效性，控制系統(tǒng)時鐘同步被廣泛應(yīng)用。控制系統(tǒng)時鐘同步包含不同控制系統(tǒng)控制器之間的時鐘同步，也包含同一套控制系統(tǒng)內(nèi)各節(jié)點(控制器與操作站計算機)的時鐘同步。

在煉化行業(yè)中，時常會發(fā)生因工藝誤操作或設(shè)備故障而引起的生產(chǎn)波動，甚至裝置停工。事故發(fā)生后應(yīng)在最短時間內(nèi)查找出故障的位置進而消除，使生產(chǎn)裝置恢復(fù)正常運行。同時，為了避免此類事故再次發(fā)生，各專業(yè)人員會對事故原因進行分析、總結(jié)。原因分析過程中需要對不同系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)變化時間、數(shù)值大小和變化率進行對比，通常需要搜集安全儀表系統(tǒng)(SIS)的事件順序記錄(SOE)，查找出造成事故發(fā)生的第一事件(如壓力波動、液位聯(lián)鎖)和第一事件發(fā)生的時間。再通過離散控制系統(tǒng)(DCS)或機組控制系統(tǒng)(CCS)的歷史數(shù)據(jù)記錄畫面調(diào)出相關(guān)回路的歷史趨勢，分析測量元件和設(shè)備在事故發(fā)生期間的動作情況，以此確定出故障的原因。在此過程中，若各控制系統(tǒng)的控制器時鐘之間沒有進行時鐘同步，則會導(dǎo)致對同一測量元件或設(shè)備所記錄數(shù)據(jù)的時間不一致，無法判斷事件發(fā)生時設(shè)備動作的順序；若控制器與計算機時鐘之間沒有同步，則會導(dǎo)致歷史趨勢中事件發(fā)生時間與實際發(fā)生時間存在較大偏差，數(shù)據(jù)的可比性降低。由此可見，無論哪一部分未進行時鐘同步設(shè)置，都會導(dǎo)致事故原因分析難度大幅增加，甚至影響最終分析結(jié)果。

1 控制系統(tǒng)內(nèi)部節(jié)點時鐘同步①

1.1 DeltaV系統(tǒng)各節(jié)點時鐘同步

DeltaV系統(tǒng)的時鐘同步，首先要確定時鐘源，即選取一個設(shè)備，以此設(shè)備的時間作為標(biāo)準(zhǔn)時間，其他系統(tǒng)或設(shè)備的時間則以此時鐘源時間為基準(zhǔn)進行修改。時鐘源的選取通常有兩種方法：一是以系統(tǒng)內(nèi)某一常用工程師站作為時鐘源；二是采用外部時鐘源，常用外部設(shè)備(如GPS時鐘服務(wù)器)作為時鐘源。

1.1.1以工程師站為時鐘源的同步方法

在不采用外部時鐘源的情況下，DeltaV系統(tǒng)可以通過設(shè)置，以該系統(tǒng)內(nèi)的任一節(jié)點作為時鐘源，對其余節(jié)點進行時鐘同步。

在Explorer界面中右鍵單擊物理網(wǎng)絡(luò)(Phsical Network)，選擇屬性對話框(圖1)，然后選擇PLUS站，將它組態(tài)為該網(wǎng)絡(luò)的主時間服務(wù)器，再選擇另一臺工作站作為備用服務(wù)器并下裝。

圖1 物理網(wǎng)絡(luò)屬性對話框

打開系統(tǒng)診斷畫面，任意選擇一個節(jié)點，在其信息欄中可以看到如圖2所示的信息。其中，NTPServer為PLUS站；NTPStatus為GOOD；NTPOffset為14.538，即OP2的時間與PLUS的時間偏差為14.538ms；TimeInSync為1，表示時鐘同步正常。

圖2 DeltaV診斷畫面截圖

若各節(jié)點之間的時間偏差較大，則可以自PLUS站的操作畫面上手動進行同步。點擊操作畫面上的時鐘圖標(biāo)，彈出如圖3所示的對話框，在確認日期、時間均無誤后點擊“Apply”，則完成各操作站的時鐘同步。

圖3 系統(tǒng)時鐘設(shè)置對話框

此同步方法簡單易操作，儀表維護工程師可在日常巡檢過程中完成。但由于是手動同步，系統(tǒng)無法自動檢測各節(jié)點間的時間誤差，因此需在巡檢過程中關(guān)注各節(jié)點的詳細時間，對時間不一致的系統(tǒng)進行同步操作。

1.1.2以GPS時鐘服務(wù)器為時鐘源的同步方法

GPS時鐘服務(wù)器的品牌、型號較多，設(shè)置方法也不相同，筆者不做詳細介紹。配置好GPS時鐘服務(wù)器的相關(guān)參數(shù)后，通過網(wǎng)線將GPS設(shè)備上具有NTP功能的網(wǎng)口和工作站(以PLUS站為例)的第3塊網(wǎng)卡進行連接，然后在DeltaV系統(tǒng)中進行設(shè)置。

在PLUS站上執(zhí)行DeltaV工作站組態(tài)(PCInstall)。選中“Workstation will be a Remote Access Server”復(fù)選框和“Enable Remote Access Services Now”復(fù)選框，表示該機器將會成為遠程服務(wù)器。

在DeltaV Explorer中，選擇工程師站下的遠程網(wǎng)絡(luò)(Remote Network)，單擊鼠標(biāo)右鍵，彈出遠程網(wǎng)絡(luò)屬性對話框，如圖4所示，選擇屬性(Properties)，并選擇使能遠程網(wǎng)絡(luò)(Enable Remote Network)。

圖4 遠程網(wǎng)絡(luò)屬性對話框

在遠程網(wǎng)絡(luò)高級選項對話框里(圖5)選擇高級選項，輸入之前設(shè)置好的GPS時鐘服務(wù)器網(wǎng)口的IP地址。

圖5 遠程網(wǎng)絡(luò)高級選項對話框

重復(fù)圖1中的設(shè)置，將PLUS站設(shè)置為該DeltaV網(wǎng)絡(luò)的主時間服務(wù)器。下裝整個網(wǎng)絡(luò)，一段時間(30min左右)后，所有工作站時間會自動與GPS的時間進行同步。

打開系統(tǒng)的診斷界面，查看NTPServer是否更改為GPS時鐘服務(wù)器，NTPStatus、NTPOffset及TimeInSync等參數(shù)的數(shù)值是否正確，也可以通過調(diào)用各工作站的NTPOffset歷史趨勢，查看與PLUS站的時間偏差是否在允許范圍內(nèi)。

1.2TRICON系統(tǒng)各節(jié)點時鐘同步

TRICON系統(tǒng)各節(jié)點間的時鐘同步有3種方法：一是利用TCM卡中SNTP功能進行時鐘同步；二是利用DDE SERVER中時間同步功能進行系統(tǒng)內(nèi)部節(jié)點的時鐘同步；三是利用人機界面(HMI)同步的方式進行系統(tǒng)內(nèi)部節(jié)點的時鐘同步。

1.2.1TCM卡中SNTP的同步方式

在工程師站中打開Tristation1131程序，在控制面板的硬件組態(tài)中直接進入TCM4351A/B 卡的SETUP界面(圖6)，選擇TIME SYNC，然后選擇SNTP設(shè)置時鐘源的IP地址。

圖6 TCM卡的SETUP界面

更改完設(shè)置后保存并下裝程序，這樣控制器將會和時鐘源自動進行時鐘同步。但要注意的是，當(dāng)時鐘同步網(wǎng)絡(luò)中斷后，大概5min左右TCM卡會發(fā)生報警，內(nèi)容是TCM卡尋找不到時鐘源，需要檢查網(wǎng)絡(luò)并加以處理。

1.2.2DDE SERVER的同步方式

打開DDE SERVER，在主機名稱組態(tài)對話框(Host Name Configuration)(圖7)中，將“Time Sync” 選中。計算機的時間通過DDE SERVER每隔3min向控制器寫一次時間。這樣就使控制器和計算機時間同步。

圖7 主機名稱組態(tài)對話框

一個系統(tǒng)中常配置一臺工程師站和多臺操作員站，一般將工程師站作為同步控制器的時鐘站。僅在工程師站計算機上按上述操作進行設(shè)置，可以使在這一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，只有一臺計算機向控制器發(fā)送同步信號，防止出現(xiàn)多個設(shè)備間互相進行時鐘同步的混亂。

1.2.3人機界面同步的方式

人機界面同步的方式是通過編寫時鐘同步程序，將計算機時間寫入控制器中或?qū)⒖刂破鲿r間寫入計算機中，在實際使用過程中應(yīng)用較為廣泛。

1.2.3.1計算機時間寫入控制器

打開Tristation1131程序編輯器，在其中編寫時間同步程序，如圖8所示。其中，點“TIME_HMI”是上位畫面寫到下位程序的可讀寫點，此程序顯示的是每天3時0分0秒由HMI發(fā)送同步信號，將控制器時間更改為3時0分0秒，為了消除信號傳送中的誤差，可由TIME_SET模塊中的“MS”管腳來進行調(diào)整，這里默認為零。

圖8 時鐘同步程序截圖

在HMI開發(fā)界面中編寫腳本(圖9)，用于發(fā)送同步信號。

圖9 編輯條件腳本界面

在HMI運行時，每天到了設(shè)定時間，就會自動使控制器的時間與計算機時間同步。

與DDE SERVER的同步方法相同，在一套系統(tǒng)中存在多臺計算機時，只需選擇一臺作為時鐘同步的源機器，并確保其HMI畫面一直運行，就能保證系統(tǒng)中只有一臺計算機與控制器進行時鐘同步，防止多個設(shè)備間互相進行時鐘同步。

1.2.3.2控制器時間寫入計算機

將控制器時間寫入計算機常作為不同控制系統(tǒng)間時鐘同步的一個重要步驟進行。

在需要進行時鐘同步的TRICON系統(tǒng)工作站HMI開發(fā)界面打開腳本編輯器，編寫腳本，用于在指定時間將計算機的時間與控制器時間同步，腳本編寫內(nèi)容如圖10所示。

圖10 HMI開發(fā)界面腳本編輯器

2 DeltaV系統(tǒng)與TRICON系統(tǒng)時鐘同步

系統(tǒng)內(nèi)部的時鐘同步只能保證同一系統(tǒng)內(nèi)部各節(jié)點的時間一致，在分析故障原因時，往往涉及到不同的控制系統(tǒng)，不同控制系統(tǒng)之間的時鐘同步就變得尤為重要。混合控制系統(tǒng)時鐘同步常見方法有兩種：一是利用GPS時鐘同步服務(wù)器實現(xiàn)；二是利用不同系統(tǒng)之間的連接、設(shè)置實現(xiàn)。利用GPS時鐘同步服務(wù)器進行時鐘同步時，只需將不同系統(tǒng)與服務(wù)器進行連接，按照不同控制系統(tǒng)廠家要求的標(biāo)準(zhǔn)進行相關(guān)設(shè)置，即可實現(xiàn)時鐘同步，操作過程簡單?，F(xiàn)以DeltaV系統(tǒng)和TRICON系統(tǒng)為例，對利用不同系統(tǒng)之間連接、設(shè)置實現(xiàn)混合控制系統(tǒng)時鐘同步的方法進行介紹。

設(shè)置主時鐘服務(wù)器。按照1.1.1節(jié)中的方法，在DeltaV控制系統(tǒng)中將PLUS站設(shè)置為主時鐘服務(wù)器，用于同步DeltaV系統(tǒng)的其余工作節(jié)點，并同步TRICON系統(tǒng)控制器的時間和計算機時間。

編輯時鐘同步模塊。在DeltaV Explorer界面中建立一個時鐘同步模塊(Module)，將PLUS站的計算機時間取出，并以此編寫在3時0分0秒送出一個脈沖信號至TRICON系統(tǒng)的程序，完成后下裝該模塊至任意控制器內(nèi)，時鐘同步模塊邏輯如圖11所示。

圖11 時鐘同步模塊邏輯

控制系統(tǒng)間連接。將DeltaV系統(tǒng)輸出的脈沖信號(DO)，用硬接線的方式連接至TRICON系統(tǒng)所指定的輸入端(DI)。

被同步系統(tǒng)編輯時鐘同步邏輯。打開Tristation1131應(yīng)用程序，編寫由控制器同步計算機時間的時鐘同步程序，具體程序如圖12所示，其中“DCSYNTIME”為DCS系統(tǒng)在3時0分0秒發(fā)出的脈沖信號(DI)。

圖12 Tristation1131時鐘同步程序

被同步系統(tǒng)內(nèi)部節(jié)點時鐘同步。按照1.2.3.2節(jié)的方法，在指定時間將計算機的時間與控制器時間同步。

完成上述工作后，將TRICON系統(tǒng)的HMI運行界面打開，即可完成兩套系統(tǒng)的時鐘同步。在3時0分0秒，由DCS系統(tǒng)發(fā)出脈沖信號，同步TRICON系統(tǒng)的控制器時間，再由TRICON系統(tǒng)的控制器時間去同步各工作站的計算機時間，這樣就實現(xiàn)了兩套系統(tǒng)內(nèi)各個節(jié)點的時鐘同步。

3 結(jié)束語

時鐘同步設(shè)備現(xiàn)在已經(jīng)得到了廣泛運用，控制系統(tǒng)的時鐘同步對于工藝人員的日常操作和維護人員對故障原因的分析具有重大幫助，因此在日常工作當(dāng)中，需要定期檢查控制系統(tǒng)的時鐘是否同步，確保生產(chǎn)裝置的平穩(wěn)運行。

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1000-3932(2016)12-1331-06

2016-05-10