張如周，鮑教旗，李 杰，曹敬國，安建軍，閆衛(wèi)國，徐 歡，儲怡芳，賈國棟

（華能曲阜熱電有限公司，山東 曲阜 273100）

0 引言

時間同步是工業(yè)控制系統(tǒng)重要組成部分，是工業(yè)工藝系統(tǒng)及設(shè)備出現(xiàn)故障后通過時間先后迅速判斷事故發(fā)生點的重要環(huán)節(jié)。很多老機組發(fā)電廠在設(shè)計初期僅僅在繼電保護、分散控制系統(tǒng)設(shè)計了衛(wèi)星時間同步，但未對公用系統(tǒng)如輸煤、灰水等控制系統(tǒng)進行時間同步。在目前的工業(yè)控制系統(tǒng)時間同步領(lǐng)域中，以光纜為通訊介質(zhì)通過TCPIP協(xié)議傳輸進行對時或者遠程控制系統(tǒng)單獨設(shè)置一套對時裝置的情況較多，但是將不同控制系統(tǒng)采用無線通訊手段進行對時，并應用到實際生產(chǎn)當中的仍不太常見。常用時間同步時系統(tǒng)與無線通訊手段的時間同步系統(tǒng)仍存在較大差異，使用起來不夠靈活，特別是增加對時系統(tǒng)時需要的設(shè)備、施工及實現(xiàn)周期都較長。華能曲阜電廠公用系統(tǒng)包括輸煤、輸灰、化學水處理、中水處理、制氫站、燃料監(jiān)管等，另外還有火災報警、視頻監(jiān)控等輔助系統(tǒng)，以上系統(tǒng)均采用計算機本地時間，工控機時間偏差較大，未能實現(xiàn)校時功能。時間的不統(tǒng)一給生產(chǎn)過程設(shè)備事故追憶帶來了很大不便。本文設(shè)計利用433MHZ傳輸距離遠、抗干擾等特點，提供一種降低系統(tǒng)總成本且改造靈活、對時覆蓋范圍廣的433MHZ無線傳輸對時系統(tǒng)。此系統(tǒng)具有操作靈活，移植性強，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定的特點。

圖1 校時裝置通訊連接及主機顯示展示圖Fig.1 Communication display and display of host display in school fashion

1 衛(wèi)星校時

1.1 衛(wèi)星校時裝置

本設(shè)計選用同時可接受GPS和北斗信號的新型衛(wèi)星校時裝置，授時方式采用單向授時，用戶端只需要接受電文信號就可自主獲得本地時間與北斗或GPS標準時間差，然后實現(xiàn)同步整個過程不需要進行信息交互。衛(wèi)星天線采用室外安裝的磁吸式“BDS+GPS”有源天線，天線安裝在高處，傾向120°～160°便于接收衛(wèi)星信號。

1.2 同步裝置與本地計算機連接方式

同步裝置設(shè)計有RS232與RS485通訊接口，通過兩芯計算機屏蔽電纜制作的DB9接口線與本地計算機COM口連接。選用速率為4800；無校驗，數(shù)據(jù)位8位，停止位1位的通訊，可發(fā)送報文://BJT，YYMMDD，hhmmss，<+/->XXXX.XX，HHFFPP，ff.f1f1f1分別代表北京時間和信息中斷報警時間，校時差0.2ms。本地連接及時間軟件運行如圖1所示。

2 無線通訊時間同步網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)

2.1 433MHZ通訊網(wǎng)頻及無線數(shù)傳電臺特點

433MHZ在全國范圍內(nèi)屬于免費的通訊頻段，其通訊特點：1）高靈敏度、抗干擾性強，具有高接收靈敏度-139dBm，很好的穿透力，能夠大大減少網(wǎng)關(guān)數(shù)量，降低施工成本；2）傳輸距離遠?？蛇m應工業(yè)控制領(lǐng)域的通信遠距離傳輸，其在空曠傳輸距離可達到5000m以上，能夠解決低功耗和遠距離不能兼得的難題，適用于需要無線抄表和工業(yè)控制等項目方案中；3）低功耗。節(jié)約能源，降低熱量，從而延長產(chǎn)品的使用壽命，其產(chǎn)品可以使用電池供電。從電池運行的無線產(chǎn)品需要考慮充電、更換或設(shè)計長壽命電源?；蛟S，更換電池可能看起來不重要，但是當客戶擁有成千上萬的設(shè)備，那么所需的資源和后續(xù)成本就會變得非常重要。選擇低功耗的LoRa模塊，在節(jié)約能源、延長產(chǎn)品使用壽命上，具有重要意義。

圖2 無線連接通訊圖Fig.2 Wireless connection communication diagram

圖3 通訊對時展示Fig.3 Communication pair display

工廠內(nèi)部使用選用1W功率的透明數(shù)傳電臺搭配高增益磁吸式天線即可滿足2km以內(nèi)的穩(wěn)定傳輸，即可滿足本設(shè)計要求。無線數(shù)傳電臺具備無線中繼功能，包含插接和接線電源設(shè)計，取電電壓范圍8 VDC～28VDC，電臺帶有標準RS-485接口與壓線式電源接口，合計有電源及數(shù)據(jù)收發(fā)指示燈便于判斷和調(diào)試。電臺最多可設(shè)計32個通道，可通過軟件進行通訊波特率4800～19200、通道使用等通訊參數(shù)的設(shè)置，以滿足與校時裝置的通訊要求。

2.2 通訊網(wǎng)絡(luò)方案

為保證網(wǎng)絡(luò)通訊的穩(wěn)定性和安裝調(diào)試的方便，本設(shè)計采用RS485通訊連接方式，終端使用RS485轉(zhuǎn)RS232接口或RS485轉(zhuǎn)USB終端虛擬串口用來接收遠程數(shù)據(jù)，設(shè)備選用防雷抗干擾型。433MHZ無線數(shù)傳電臺帶有無線中繼功能，以保證遠距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。無線組網(wǎng)如圖2所示。

2.3 遠程計算機授時

取電時間同步器軟件以WINDOWS為運行平臺，軟件通過RS485轉(zhuǎn)RS232設(shè)備連接至計算機COM口。軟件顯示的計算機時間即為本地計算機時間，衛(wèi)星同步時間為接收衛(wèi)星信號的時間，端口在初始化正常后顯示出通訊信息。軟件正常運行狀態(tài)如圖3所示。

3 結(jié)束語

根據(jù)以上設(shè)計，華能曲阜電廠根據(jù)設(shè)計實施，經(jīng)過近半年的運行試驗，華能曲阜電廠輸煤程控，化學水處理、中水處理、地表水處理程控，輸灰控制系統(tǒng)、電除塵控制系統(tǒng)、制氫站控制系統(tǒng)、燃料監(jiān)管系統(tǒng)等程控系統(tǒng)時間同步并穩(wěn)定運行，視頻監(jiān)控和火災報警系統(tǒng)、熱網(wǎng)首站供熱系統(tǒng)等控制系統(tǒng)時間同步。本系統(tǒng)設(shè)計已得到國家知識產(chǎn)權(quán)局的知識產(chǎn)權(quán)受理，下一步將應用于MIS等生產(chǎn)管理系統(tǒng)的時間同步。