張 洋

國能集團寧夏煤業(yè)集團有限公司煤制油分公司儀表管理中心 寧夏 銀川 750411

引言

近年來,受國內產(chǎn)能過剩,經(jīng)濟轉型升級的影響。淘汰落后且低產(chǎn)能裝置成為趨勢。能源化工中百萬噸,千萬噸級裝置的新建和投產(chǎn),同樣給儀表和自控專業(yè)帶來新的要求和挑戰(zhàn)。國家對于能源化工裝置在機型和節(jié)能環(huán)保等方面的新要求,未來設備集成化和控制點數(shù)增多以及控制系統(tǒng)種類也會更加復雜化和多樣化。

在工程設計前期階段,時鐘同步往往只預留接口,等各個控制系統(tǒng)到廠后才進行配置調試。但是由于項目的總體進度要求,往往會出現(xiàn)已經(jīng)投產(chǎn)的設備沒有完全具備時鐘同步的條件。而時間的準確性因事故的責任劃分等因素,是生產(chǎn)裝置停車的關鍵因素。

在控制系統(tǒng)中,受時間影響的功能很多,如控制系統(tǒng)的報警、趨勢、事件記錄等。這些記錄的時間又來源于不同的控制器、工作站和服務器等其他裝置,它們對于穩(wěn)定運行、事故原因分析,故障處理等都非常重要?；谶@樣的情況,本文簡述空分裝置DCS、SIS、ITCC三個控制系統(tǒng)時鐘同步出現(xiàn)的問題及解決方法,對于解決這樣問題以及有借鑒作用。

一、實施的理論依據(jù)

NTP(Net work Ti me Protocol,網(wǎng)絡時間協(xié)議)是網(wǎng)絡中用于時間同步的標準協(xié)議。它采用Client/Server模式,NTP客戶端借助NTP協(xié)議,從NTP服務器獲取準確的時間。NTP服務器的時間通常來源于一個權威的時間源,如原子鐘、GPS時鐘、Internet上的時間服務器。NTP不僅校正時間,而且能夠持續(xù)跟蹤時間的變化,并自動進行調節(jié),從而使采用NTP協(xié)議的客戶端能從網(wǎng)絡中獲取可靠和精確的時間同步。

NTP時鐘同步系統(tǒng)是針對計算機、自動化裝置等設備進行校時而研發(fā)的高科技產(chǎn)品,NTP時鐘同步系統(tǒng)可以接收北斗衛(wèi)星、GPS、CDMA、PTP、B碼等外部時間基準信號。我廠現(xiàn)在就采用的是基于GPS定位的時鐘同步系統(tǒng),為研究增加可行性。

二、實施過程

2.1 空分裝置時鐘同步構架 神華寧煤400萬噸煤制油空分裝置共分為兩個獨立系列。每個系列6 套空分裝置,共12 套空分裝置。其中11套機組采用曼透平成套設備,帶獨立透平控制系統(tǒng)(ITCC)加11套安全儀表系統(tǒng)(SIS)。曼透平ITCC就近位于現(xiàn)場靠近機組廠房的透平控制小屋(TCC)內。1套機組采用沈鼓成套設備,為獨立透平控制系統(tǒng)(ITCC)與安全儀表系統(tǒng)(SIS)一體式設計。單套空分主體部分采用集散控制系統(tǒng)(DCS)。

其中DCS采用Emerson Delta V。整體通過PLUS站主動進行系統(tǒng)時間同步,這樣可以確保所有工作站和控制器同步[1]。

SIS采用Schneider Triconx。采用SNTP服務器接收GPS時鐘,Triconx通過UDP/IP方式同步master node[2]時間。

曼透平ITCC采用Siemens S7-400 PLC。最初設計為在TCC安裝無線網(wǎng)卡,通過SI M 卡獲取網(wǎng)絡時間后傳遞至PLC 控制器完成時鐘同步,但考慮到伊朗震網(wǎng)(Stuxnet)病毒,工業(yè)網(wǎng)絡要與互聯(lián)網(wǎng)完全隔離。后期修改為基于NTP接收現(xiàn)有SIS系統(tǒng)時鐘同步服務器時鐘。

2.2 時鐘同步解決方案 TCC 系統(tǒng)于2015 年11 月經(jīng)歷安裝、調試、試車,但是無法與SIS系統(tǒng)進行時鐘同步,影響機組在事故狀態(tài)下跳車先后順序的判斷;在出現(xiàn)異常情況時,TCC,SIS及DCS的時間偏差較大,無法確認儀表動作的先后順序。各個系統(tǒng)的事件記錄以及歷史趨勢顯示的時間,事件的先后順序不一致,不統(tǒng)一。在進行事故分析時,無法滿足必要的參考價值,系統(tǒng)間事件發(fā)生的時間還會有沖突的地方,同時造成判斷的干擾,事故分析不能明確責任。調試期間柜內未設計時鐘同步網(wǎng)絡通訊電纜,利用此次檢修機會,對控制柜內進行改造,增加時鐘同步網(wǎng)絡模塊。統(tǒng)一空分裝置DCS、SIS、TCC 系統(tǒng)的時鐘計時模塊,進一步增加事故分析的準確性和說服性。

ITCC時鐘同步的改造涉及到控制系統(tǒng)的下裝,存在設備跳車風險,只能在大修期間進行改造。實際操作中可以通過光纖,交換機等通訊設備將現(xiàn)場各個TCC小屋工業(yè)電腦和中央控制室的時鐘服務器連接。在安裝操作過程中注意以下的要求和方式方法：

1.檢查各機柜網(wǎng)絡柜的光纖集線盒線路狀況,確認集線盒內光纖數(shù)量滿足機組時鐘同步所需要求;

2.從CCR進行時鐘同步網(wǎng)絡線路到空分各機柜間的布線,在相應網(wǎng)絡柜中加裝時鐘同步網(wǎng)絡交換機,并對交換機供電回路進行改造;

3.從空分機柜間向TCC小屋的時鐘同步網(wǎng)絡布線和標記;

4.在TCC小屋內加裝時鐘同步光電轉換器模塊,連接至TCC 內工業(yè)電腦。

5.確認通訊正常后更改TCC系統(tǒng)時鐘同步程序組態(tài)。

6.確認各系統(tǒng)間的時間偏差,并進行調整。

7.重新備份機組程序。

2.3 時鐘同步改造后效果 修改完成兩個月后,進行時鐘同步改造的驗收確認工作。

經(jīng)過更改后,觀察各套機組對應TCC以及SIS系統(tǒng)的時間,如表1所示。對比發(fā)現(xiàn),控制系統(tǒng)內部的時間可以滿足要求,十一號機組的時鐘同步效果最好,而其他的設備均出現(xiàn)了時鐘偏差大的現(xiàn)象。后來根據(jù)查找PLC控制系統(tǒng)相關說明發(fā)現(xiàn),西門子PLC需建立NTP 時鐘服務器和NTP 客戶端體系實現(xiàn)時鐘同步,通常以AS 站、CP 和OS客戶機作為時鐘從站,OS服務器或者外部時鐘源作為時鐘主站[3]。對比各套裝置內部的組態(tài)情況,PLC控制器中時鐘同步服務必須一直處于Slave模式下,才能保證時鐘運行的準確有效。滿足條件下對各套裝置重新進行了配置更改。

三、總結

此次改造完成后,確保了空分裝置各個控制系統(tǒng)間時鐘的統(tǒng)一性和準確性,完成基本的時鐘同步改造后,SIS和ITCC間時間偏差減小到1S以內。經(jīng)過一段時間的運行之后證實時鐘同步方案有效,為以后裝置的工藝平穩(wěn)操作,歷史數(shù)據(jù)曲線分析,事故停車報告分析都提供了真實的數(shù)據(jù)記錄。