淺談INFI90系統與GPS時鐘的連接

2010-12-31 00:00:00謝超鋒李保鋒

科教導刊 2010年18期

摘要本文依據聯孚電廠DCS(INFI90)系統建構闡述了DCS(INFI90系統)系統與GPS衛星同步時鐘的連接原理及系統架構進行了闡述，并針對DCS系統中常見的兩種時鐘不同步問題提出了替代解決方案。

關鍵詞DCS系統 INFI90系統系統時鐘 GPS時鐘

中圖分類號:TP27文獻標識碼:A

0 引言

聯孚電廠DCS系統采用美國ABB貝利公司INFI90系統，投產以來由于DCS系統內各服務器時鐘與GPS時鐘不同步，造成事故狀態下同一事件的記錄時間與SOE不一致，給分析事故原因帶來極大的不便，并給系統的長周期安全運行埋下隱患。

1 概述

INFI90系統中的所有設備(包括主模件及OIS等)是可以設置成時間同步的，一般情況下是以系統中的OIS作為系統主時鐘，系統中的其它設備與其保持時間同步。當INFI90系統中有SOE(SEM/TKM)時，SEM/TKM將取代OIS成為系統中的主時鐘。為了使INFI90系統具有更高的時間精度，或者使之與其它系統保持時間同步(特別是與電氣系統各繼電保護裝置時間同步)，則可以引GPS衛星同步時鐘信號進入INFI90系統中，作為INFI90系統的標準時鐘，從而實現INFI90系統與全廠各測控裝置時鐘保持時間同步。

GPS衛星同步時鐘接收到的標準時鐘信號，由TST端子板經TKM送入INFI90系統中，TKM能接收的時鐘信號格式為直流偏置IRIG-B-001(時間碼接收及發生器)，IRIG-B-001包括30位BCD碼的時間信息和27位的控制信息，當SOE(SEM/TKM)作為INFI90系統的主時鐘受GPS校準，其具體連接如下圖:

2 系統構成

聯孚電廠4、5號機組的DCS系統由公用系統(中心環LOOP1)、4號系統(子環LOOP2)和5號系統(子環LOOP3)組成，LOOP1上有SOE服務器，LOOP2上有四臺服務器(Server11、Server21、Server31、Server41)和兩臺客戶機(Client12、Client22)，LOOP3上有四臺服務器(Server11、Server21、Server31、Server41)和兩臺客戶機(Client12 、Client22)，LOOP2、LOOP3通過網絡接口卡與LOOP1相連，各子環內的服務器和客戶機與以太網獨立(LAN)連接，不和其它環內的服務器和客戶機相連接。環路連接示意圖如下:

上圖中4號機的S1 服務器用來接收GPS時鐘信號，因此它的以太網時鐘同步優先級設為10，INFI環時鐘同步優先級設為12并設為和INFI時鐘同步，并且上述兩個IIL均設為具有相同的INFI環時間

在INFI90系統中，時鐘同步包括兩個部分(INFI環路時鐘同步和LAN以太網時鐘同步)。每種時鐘同步方式既擁有各自的時鐘精度級別，又相互制約。對于INFI環路，時鐘精度級別為0-13;對于LAN以太網時鐘精度級別為0-10;對某臺Conductor NT Server，它的INFI環路時鐘和LAN以太網時鐘是同一個。根據這一特點，只要將與本系統相連的各服務器(Conductor NT Server ，SOE Server等)和客戶機(Conductor NT Client)統一到唯一的最高Server上(即系統主時鐘)，就可以達到系統時鐘統一的目的。

3 問題的提出

通常情況下，如果INFI環上存在DSOE的話，則系統默認SEM為整個系統的時鐘MASTER。并且按照是否存在GPS又可分為兩種情況:

一種是沒有GPS，此時TKM時鐘模件周期性地向擴展總線上發送時鐘信號，這個時鐘信號來自其內部的晶振片，并且它的精度為11，SEM主模件再周期性地從擴展總線上讀取時鐘信號并發送到INFI環上。這種方式的缺陷為，經過較長時間的運行后，整個系統的時鐘和實際時鐘會存在一個偏差，這個偏差的大小取決于TKM子模件上的晶振片，并且這個偏差理論上就存在。

另外一種情況是存在GPS，此時TKM時鐘模件通過TST端子板周期性地從GPS讀取時鐘信號后再發送到擴展總線上，這個時鐘信號為GPS接收的衛星時鐘信號，它的精度為13，SEM主模件再從擴展總線上周期性地讀取時鐘信號后發送到INFI環上。這種方式的實際效果也不太理想，具體表現為TKM時鐘模件不能穩定地從GPS讀取時鐘信號，從而導致INFI環上的時鐘精度經常在11和13之間來回變化，并可能導致INFI環上的時鐘結構發生跳變從而導致系統時鐘紊亂。具體原因可能是TKM采取的IRIG_B接口有關，這種接口對GPS接收儀的IRIG_B口的輸出信號要求比較高，國產的GPS接收儀均不能滿足要求。

4 替代方案

針對上述兩種情況存在的問題并結合國產GPS的情況，可考慮采取下述方法，亦即用一臺CNT操作員站(SERVER或CLIENT)通過串口讀取GPS時鐘信號。如果此操作員站是CNT CLIENT，則這臺CLIENT將會通過以太網向其他的操作員站發送GPS時鐘信息，當然這有一個前提，那就是必須將此臺CLIENT的以太網時鐘同步優先級設為最高，同一個以太網上的CNT SERVER接收到時鐘信號后將通過ICI接口定期地向INFI環上廣播時鐘信息，當然這也有一個前提，那就是這臺CNT SERVER必須設為和INFI環時鐘同步，并且優先級為INFI環上最高，目前只能設置為12。如果接收GPS時鐘信號的操作員站是CNT SERVER，則這臺CNT SERVER一方面通過以太網向其他的操作員站發送時鐘信號，另一方面通過ICI接口定期地向INFI環上廣播時鐘信息，前提條件是這臺CNT SERVER的以太網和INFI環時鐘同步優先級必須都設為最高。如果充當CNT服務器的計算機有兩個串口或者雖然只有一個串口但閑置未用，建議使用CNT服務器直接接收GPS時鐘信號。對此臺CNT計算機的設置包括兩個方面:

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)的以太網時鐘同步優先級設為最高，比如10。如下圖:

(2)把同一個以太網上的某個CNT服務器設置為和INFI時鐘同步，并且時鐘精度設為最高12，如下圖所示。

(3)GPS接收軟件的安裝。

本軟件備有兩張軟盤。安裝時，插入第一張軟盤，運行SETUP.EXE即可開始安裝，并提示你插入第二張。詳見安裝說明。

(4)將GPS接收軟件配置為自動啟動

實現自動啟動的方法很多，這里介紹兩種，假定GPS接收軟件安裝在D:\\TGPS目錄下:

①在Startup組中添加一個新的項目，該項目對應的程序為D:\\TGPS\\vbgps20.exe，用Start?Setting? Taskbar Start Menu?Advanced菜單中的ADD命令來實現。

②用注冊表來實現，方法是在Run菜單下執行regedit.exe文件，找到KEY_LOCAL_MECHINE?SOFTWARE?Microsoft?Windows?CurrentVersion?Run項，在其右邊的窗口中點擊鼠標右鍵，然后左鍵依次點擊New?String Value，再將此項命名，比如TGPS，然后用鼠標左鍵雙擊該項，在String Value欄中輸入D:\\TGPS\\vbgps20.exe，參見下圖。然后退出注冊表編輯器。

(5)重新啟動計算機后即可。

5 服務器和客戶機時鐘設置

各個服務器和客戶機時間精度等級設置如下:

注: SOE在連上GPS的時，其時間精度等級為13，連不上時，其時間精度等級為11，通過觀察其精度等級可以判斷出SOE服務器是否與GPS對正，以及連接后是否穩定。

6 總結

采用GPS+TKM方式解決DCS系統時鐘(下轉第75頁)(上接第55頁)不同步的問題，還需注意以下五點:

(1)要了解DCS系統的結構，因DCS系統的結構不同，采取的方法也會有一定區別。

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

(3)為了防止系統時鐘出現紊亂，不但環路上的時鐘精度要分級，以太網上的時鐘精度也要分級。

(4)Conductor NT安裝完后不要隨便修改設置，否則容易出問題(現場發生過因修改子網掩碼導致以太網時間不同步的問題)。

(5)Conductor NT左上角的時鐘更新比較慢，觀察它會有3、4秒的誤差，因此，從操作系統調出的時鐘才是最準確的。

7 結束語