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摘要本文依据联孚电厂DCS(INFI90)系统建构阐述了DCS(INFI90系统)系统与GPS卫星同步时钟的连接原理及系统架构进行了阐述,并针对DCS系统中常见的两种时钟不同步问题提出了替代解决方案。
关键词DCS系统 INFI90系统 系统时钟 GPS时钟
中图分类号:TP27文献标识码:A
0 引言
联孚电厂DCS系统采用美国ABB贝利公司INFI90系统,投产以来由于DCS系统内各服务器时钟与GPS时钟不同步,造成事故状态下同一事件的记录时间与SOE不一致,给分析事故原因带来极大的不便,并给系统的长周期安全运行埋下隐患。
1 概述
INFI90系统中的所有设备(包括主模件及OIS等)是可以设置成时间同步的,一般情况下是以系统中的OIS作为系统主时钟,系统中的其它设备与其保持时间同步。当INFI90系统中有SOE(SEM/TKM)时,SEM/TKM将取代OIS成为系统中的主时钟。为了使INFI90系统具有更高的时间精度,或者使之与其它系统保持时间同步(特别是与电气系统各继电保护装置时间同步),则可以引GPS卫星同步时钟信号进入INFI90系统中,作为INFI90系统的标准时钟,从而实现INFI90系统与全厂各测控装置时钟保持时间同步。
GPS卫星同步时钟接收到的标准时钟信号,由TST端子板经TKM送入INFI90系统中,TKM能接收的时钟信号格式为直流偏置IRIG-B-001(时间码接收及发生器),IRIG-B-001包括30位BCD码的时间信息和27位的控制信息,当SOE(SEM/TKM)作为INFI90系统的主时钟受GPS校准,其具体连接如下图:
2 系统构成
联孚电厂4、5号机组的DCS系统由公用系统(中心环LOOP1)、4号系统(子环LOOP2)和5号系统(子环LOOP3)组成,LOOP1上有SOE服务器,LOOP2上有四台服务器(Server11、Server21、Server31、Server41)和两台客户机(Client12、Client22),LOOP3上有四台服务器(Server11、Server21、Server31、Server41)和两台客户机(Client12 、Client22),LOOP2、LOOP3通过网络接口卡与LOOP1相连,各子环内的服务器和客户机与以太网独立(LAN)连接,不和其它环内的服务器和客户机相连接。环路连接示意图如下:
上图中4号机的S1 服务器用来接收GPS时钟信号,因此它的以太网时钟同步优先级设为10,INFI环时钟同步优先级设为12并设为和INFI时钟同步,并且上述两个IIL均设为具有相同的INFI环时间
在INFI90系统中,时钟同步包括两个部分(INFI环路时钟同步和LAN以太网时钟同步)。每种时钟同步方式既拥有各自的时钟精度级别,又相互制约。对于INFI环路,时钟精度级别为0-13;对于LAN以太网时钟精度级别为0-10;对某台Conductor NT Server,它的INFI环路时钟和LAN以太网时钟是同一个。根据这一特点,只要将与本系统相连的各服务器(Conductor NT Server ,SOE Server等)和客户机(Conductor NT Client)统一到唯一的最高Server上(即系统主时钟),就可以达到系统时钟统一的目的。
3 问题的提出
通常情况下,如果INFI环上存在DSOE的话,则系统默认SEM为整个系统的时钟MASTER。并且按照是否存在GPS又可分为两种情况:
一种是没有GPS,此时TKM时钟模件周期性地向扩展总线上发送时钟信号,这个时钟信号来自其内部的晶振片,并且它的精度为11,SEM主模件再周期性地从扩展总线上读取时钟信号并发送到INFI环上。这种方式的缺陷为,经过较长时间的运行后,整个系统的时钟和实际时钟会存在一个偏差,这个偏差的大小取决于TKM子模件上的晶振片,并且这个偏差理论上就存在。
另外一种情况是存在GPS,此时TKM时钟模件通过TST端子板周期性地从GPS读取时钟信号后再发送到扩展总线上,这个时钟信号为GPS接收的卫星时钟信号,它的精度为13,SEM主模件再从扩展总线上周期性地读取时钟信号后发送到INFI环上。这种方式的实际效果也不太理想,具体表现为TKM时钟模件不能稳定地从GPS读取时钟信号,从而导致INFI环上的时钟精度经常在11和13之间来回变化,并可能导致INFI环上的时钟结构发生跳变从而导致系统时钟紊乱。具体原因可能是TKM采取的IRIG_B接口有关,这种接口对GPS接收仪的IRIG_B口的输出信号要求比较高,国产的GPS接收仪均不能满足要求。
4 替代方案
针对上述两种情况存在的问题并结合国产GPS的情况,可考虑采取下述方法,亦即用一台CNT操作员站(SERVER或CLIENT)通过串口读取GPS时钟信号。如果此操作员站是CNT CLIENT,则这台CLIENT将会通过以太网向其他的操作员站发送GPS时钟信息,当然这有一个前提,那就是必须将此台CLIENT的以太网时钟同步优先级设为最高,同一个以太网上的CNT SERVER接收到时钟信号后将通过ICI接口定期地向INFI环上广播时钟信息,当然这也有一个前提,那就是这台CNT SERVER必须设为和INFI环时钟同步,并且优先级为INFI环上最高,目前只能设置为12。如果接收GPS时钟信号的操作员站是CNT SERVER,则这台CNT SERVER一方面通过以太网向其他的操作员站发送时钟信号,另一方面通过ICI接口定期地向INFI环上广播时钟信息,前提条件是这台CNT SERVER的以太网和INFI环时钟同步优先级必须都设为最高。如果充当CNT服务器的计算机有两个串口或者虽然只有一个串口但闲置未用,建议使用CNT服务器直接接收GPS时钟信号。对此台CNT计算机的设置包括两个方面:
4.1 硬件方面
用两端均为DB9的串行通讯线连接T-GPS的RS232口与PC机串口1或2。通讯电缆可按下图连接。
4.2 软件方面
(1)将CNT操作员站(SERVER 或CLIENT)的以太网时钟同步优先级设为最高,比如10。如下图:
(2)把同一个以太网上的某个CNT服务器设置为和INFI时钟同步,并且时钟精度设为最高12,如下图所示。
(3)GPS接收软件的安装。
本软件备有两张软盘。安装时,插入第一张软盘,运行SETUP.EXE即可开始安装,并提示你插入第二张。详见安装说明。
(4)将GPS接收软件配置为自动启动
实现自动启动的方法很多,这里介绍两种,假定GPS接收软件安装在D:TGPS目录下:
①在Startup组中添加一个新的项目,该项目对应的程序为D:TGPSvbgps20.exe,用Start?Setting? Taskbar & Start Menu?Advanced菜单中的ADD命令来实现。
②用注册表来实现,方法是在Run菜单下执行regedit.exe文件,找到KEY_LOCAL_MECHINE?SOFTWARE?Microsoft?Windows?CurrentVersion?Run项,在其右边的窗口中点击鼠标右键,然后左键依次点击New?String Value,再将此项命名,比如TGPS,然后用鼠标左键双击该项,在String Value栏中输入D:TGPSvbgps20.exe,参见下图。然后退出注册表编辑器。
(5)重新启动计算机后即可。
5 服务器和客户机时钟设置
各个服务器和客户机时间精度等级设置如下:
注: SOE在连上GPS的时,其时间精度等级为13,连不上时,其时间精度等级为11,通过观察其精度等级可以判断出SOE服务器是否与GPS对正,以及连接后是否稳定。
6 总结
采用GPS+TKM方式解决DCS系统时钟(下转第75页)(上接第55页)不同步的问题,还需注意以下五点:
(1)要了解DCS系统的结构,因DCS系统的结构不同,采取的方法也会有一定区别。
(2)GPS接收仪要能满足TKM时钟模件的要求,否则可采用替代方案或更换符合要求的GPS接收仪。
(3)为了防止系统时钟出现紊乱,不但环路上的时钟精度要分级,以太网上的时钟精度也要分级。
(4)Conductor NT安装完后不要随便修改设置,否则容易出问题(现场发生过因修改子网掩码导致以太网时间不同步的问题)。
(5)Conductor NT左上角的时钟更新比较慢,观察它会有3、4秒的误差,因此,从操作系统调出的时钟才是最准确的。
7 结束语
要解决DCS系统时钟不同步的问题,应该还有很多的办法,我们在此仅是抛砖引玉,以求更深层次的探讨。
参考文献
[1]豫联二期DCS技术协议.2001.
[2]肖大雏.控制设备及系统.中国电力出版社,2006.
[3]T-GPS2022卫星时钟接收装置使用说明书.淄博科汇电气公司,2001.
关键词DCS系统 INFI90系统 系统时钟 GPS时钟
中图分类号:TP27文献标识码:A
0 引言
联孚电厂DCS系统采用美国ABB贝利公司INFI90系统,投产以来由于DCS系统内各服务器时钟与GPS时钟不同步,造成事故状态下同一事件的记录时间与SOE不一致,给分析事故原因带来极大的不便,并给系统的长周期安全运行埋下隐患。
1 概述
INFI90系统中的所有设备(包括主模件及OIS等)是可以设置成时间同步的,一般情况下是以系统中的OIS作为系统主时钟,系统中的其它设备与其保持时间同步。当INFI90系统中有SOE(SEM/TKM)时,SEM/TKM将取代OIS成为系统中的主时钟。为了使INFI90系统具有更高的时间精度,或者使之与其它系统保持时间同步(特别是与电气系统各继电保护装置时间同步),则可以引GPS卫星同步时钟信号进入INFI90系统中,作为INFI90系统的标准时钟,从而实现INFI90系统与全厂各测控装置时钟保持时间同步。
GPS卫星同步时钟接收到的标准时钟信号,由TST端子板经TKM送入INFI90系统中,TKM能接收的时钟信号格式为直流偏置IRIG-B-001(时间码接收及发生器),IRIG-B-001包括30位BCD码的时间信息和27位的控制信息,当SOE(SEM/TKM)作为INFI90系统的主时钟受GPS校准,其具体连接如下图:
2 系统构成
联孚电厂4、5号机组的DCS系统由公用系统(中心环LOOP1)、4号系统(子环LOOP2)和5号系统(子环LOOP3)组成,LOOP1上有SOE服务器,LOOP2上有四台服务器(Server11、Server21、Server31、Server41)和两台客户机(Client12、Client22),LOOP3上有四台服务器(Server11、Server21、Server31、Server41)和两台客户机(Client12 、Client22),LOOP2、LOOP3通过网络接口卡与LOOP1相连,各子环内的服务器和客户机与以太网独立(LAN)连接,不和其它环内的服务器和客户机相连接。环路连接示意图如下:
上图中4号机的S1 服务器用来接收GPS时钟信号,因此它的以太网时钟同步优先级设为10,INFI环时钟同步优先级设为12并设为和INFI时钟同步,并且上述两个IIL均设为具有相同的INFI环时间
在INFI90系统中,时钟同步包括两个部分(INFI环路时钟同步和LAN以太网时钟同步)。每种时钟同步方式既拥有各自的时钟精度级别,又相互制约。对于INFI环路,时钟精度级别为0-13;对于LAN以太网时钟精度级别为0-10;对某台Conductor NT Server,它的INFI环路时钟和LAN以太网时钟是同一个。根据这一特点,只要将与本系统相连的各服务器(Conductor NT Server ,SOE Server等)和客户机(Conductor NT Client)统一到唯一的最高Server上(即系统主时钟),就可以达到系统时钟统一的目的。
3 问题的提出
通常情况下,如果INFI环上存在DSOE的话,则系统默认SEM为整个系统的时钟MASTER。并且按照是否存在GPS又可分为两种情况:
一种是没有GPS,此时TKM时钟模件周期性地向扩展总线上发送时钟信号,这个时钟信号来自其内部的晶振片,并且它的精度为11,SEM主模件再周期性地从扩展总线上读取时钟信号并发送到INFI环上。这种方式的缺陷为,经过较长时间的运行后,整个系统的时钟和实际时钟会存在一个偏差,这个偏差的大小取决于TKM子模件上的晶振片,并且这个偏差理论上就存在。
另外一种情况是存在GPS,此时TKM时钟模件通过TST端子板周期性地从GPS读取时钟信号后再发送到扩展总线上,这个时钟信号为GPS接收的卫星时钟信号,它的精度为13,SEM主模件再从扩展总线上周期性地读取时钟信号后发送到INFI环上。这种方式的实际效果也不太理想,具体表现为TKM时钟模件不能稳定地从GPS读取时钟信号,从而导致INFI环上的时钟精度经常在11和13之间来回变化,并可能导致INFI环上的时钟结构发生跳变从而导致系统时钟紊乱。具体原因可能是TKM采取的IRIG_B接口有关,这种接口对GPS接收仪的IRIG_B口的输出信号要求比较高,国产的GPS接收仪均不能满足要求。
4 替代方案
针对上述两种情况存在的问题并结合国产GPS的情况,可考虑采取下述方法,亦即用一台CNT操作员站(SERVER或CLIENT)通过串口读取GPS时钟信号。如果此操作员站是CNT CLIENT,则这台CLIENT将会通过以太网向其他的操作员站发送GPS时钟信息,当然这有一个前提,那就是必须将此台CLIENT的以太网时钟同步优先级设为最高,同一个以太网上的CNT SERVER接收到时钟信号后将通过ICI接口定期地向INFI环上广播时钟信息,当然这也有一个前提,那就是这台CNT SERVER必须设为和INFI环时钟同步,并且优先级为INFI环上最高,目前只能设置为12。如果接收GPS时钟信号的操作员站是CNT SERVER,则这台CNT SERVER一方面通过以太网向其他的操作员站发送时钟信号,另一方面通过ICI接口定期地向INFI环上广播时钟信息,前提条件是这台CNT SERVER的以太网和INFI环时钟同步优先级必须都设为最高。如果充当CNT服务器的计算机有两个串口或者虽然只有一个串口但闲置未用,建议使用CNT服务器直接接收GPS时钟信号。对此台CNT计算机的设置包括两个方面:
4.1 硬件方面
用两端均为DB9的串行通讯线连接T-GPS的RS232口与PC机串口1或2。通讯电缆可按下图连接。
4.2 软件方面
(1)将CNT操作员站(SERVER 或CLIENT)的以太网时钟同步优先级设为最高,比如10。如下图:
(2)把同一个以太网上的某个CNT服务器设置为和INFI时钟同步,并且时钟精度设为最高12,如下图所示。
(3)GPS接收软件的安装。
本软件备有两张软盘。安装时,插入第一张软盘,运行SETUP.EXE即可开始安装,并提示你插入第二张。详见安装说明。
(4)将GPS接收软件配置为自动启动
实现自动启动的方法很多,这里介绍两种,假定GPS接收软件安装在D:TGPS目录下:
①在Startup组中添加一个新的项目,该项目对应的程序为D:TGPSvbgps20.exe,用Start?Setting? Taskbar & Start Menu?Advanced菜单中的ADD命令来实现。
②用注册表来实现,方法是在Run菜单下执行regedit.exe文件,找到KEY_LOCAL_MECHINE?SOFTWARE?Microsoft?Windows?CurrentVersion?Run项,在其右边的窗口中点击鼠标右键,然后左键依次点击New?String Value,再将此项命名,比如TGPS,然后用鼠标左键双击该项,在String Value栏中输入D:TGPSvbgps20.exe,参见下图。然后退出注册表编辑器。
(5)重新启动计算机后即可。
5 服务器和客户机时钟设置
各个服务器和客户机时间精度等级设置如下:
注: SOE在连上GPS的时,其时间精度等级为13,连不上时,其时间精度等级为11,通过观察其精度等级可以判断出SOE服务器是否与GPS对正,以及连接后是否稳定。
6 总结
采用GPS+TKM方式解决DCS系统时钟(下转第75页)(上接第55页)不同步的问题,还需注意以下五点:
(1)要了解DCS系统的结构,因DCS系统的结构不同,采取的方法也会有一定区别。
(2)GPS接收仪要能满足TKM时钟模件的要求,否则可采用替代方案或更换符合要求的GPS接收仪。
(3)为了防止系统时钟出现紊乱,不但环路上的时钟精度要分级,以太网上的时钟精度也要分级。
(4)Conductor NT安装完后不要随便修改设置,否则容易出问题(现场发生过因修改子网掩码导致以太网时间不同步的问题)。
(5)Conductor NT左上角的时钟更新比较慢,观察它会有3、4秒的误差,因此,从操作系统调出的时钟才是最准确的。
7 结束语
要解决DCS系统时钟不同步的问题,应该还有很多的办法,我们在此仅是抛砖引玉,以求更深层次的探讨。
参考文献
[1]豫联二期DCS技术协议.2001.
[2]肖大雏.控制设备及系统.中国电力出版社,2006.
[3]T-GPS2022卫星时钟接收装置使用说明书.淄博科汇电气公司,2001.