GPS在煉鋼生產中的應用

楊林 張本昕

【摘 要】隨著工廠自動化水平的提高，自動化系統對時鐘統一的要求愈來愈迫切，有了統一精確的時間，既可實現全廠各系統在GPS時間基準下的運行監控和事故的故障分析，也可以通過各開關動作、調整的先后順序及準確時間來分析事故的原因及過程。本文通過介紹煉鋼部時鐘同步系統搭建的原因，網絡架構，各模塊的作用以及軟件的設計與實現，完成了煉鋼部控制系統時間的統一，保證了煉鋼工藝流程安全運行，提高了故障分析能力。

【關鍵詞】G P S；時鐘；煉鋼；

【中圖分類號】 TF7【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0159-01

一、前言

全球定位系統（global positioningsystem，GPS） 具有導航、定位的功用，其衛星上的精確原子鐘可實現精確授時。在通訊、郵電、交通、航運、氣象等對時間精度要求很高的各個領域，都利用了GPS的這個功能。

在冶金行業，常規的時間監控系統的標準校時基本以人工和自動化兩種方式實現，伴隨信息化程度的逐漸提高和通信技術、網絡技術和網絡技術的廣泛應用，控制系統的自動化程度也越來越高，人工對時的方式也逐漸被淘汰，自動對時逐漸成為發展和應用的主流。現行的自動對時控制系統，大多采用計算機本身的時鐘系統為標準時間源來校正各終端的時間，但由于計算機本身的守時性不好，容易造成授時監控系統的不穩定，甚至導致系統時間混亂，造成經濟損失和資源浪費。可見，要實現穩定可靠的自動授時控制系統，采集和使用標準可靠的時間源對于提高整個時間控制系統的質量具有十分重要的保證作用。針對這一需求，采用GPS授時作為標準時間源來校正控制系統的中心計算機時鐘或控制對象時鐘，可使授時控制系統完全達到全球性、全天候和高精度的理想狀態和目標。

二、搭建時鐘同步服務器的原因

工廠的時鐘同步是一件十分重要的基礎工作，工業現場采用不同廠家的計算機監控系統、DCS分布式控制系統、各種PLC、自動化及線路微機保護裝置、能量計費系統等，時鐘同步依靠各設備廠家各自獨立的時鐘，在對時精度上都有一定的偏差，從而使各個設備不能在統一時間基準的基礎上進行數據分析與比較。

煉鋼部生產系統分為鐵水預處理，轉爐，精煉，板坯連鑄，公輔系統等區域，目前區域之間沒有統一時間，甚至各自區域內的子系統之間也沒有統一時間。容易引發以下問題：

1.不能夠嚴格、準確地調度生產工序，時間銜接出現偏差，影響生產節奏。

2.一級、二級、三級信息傳遞出現時間差，自動化生產流程易被打斷，導致生產不能順利進行。

3.故障分析、歷史趨勢等時間與實際不符，造成歷史趨勢數據不可追溯，故障不能準確分析。

針對以上問題，我部決定采用GPS全球定位系統對區域內所有計算機設備進行統一對時。

三、時鐘同步功能設計與實現

3.1 硬件網絡架構：

3.1.1 在煉鋼部二級系統機房安裝一套時鐘服務器設備，配置4個NTP對時輸出端口，通過網絡連接（光纖或超五類線）分別對轉爐/精煉環網、1#、2#連鑄一級網、3#、4#連鑄一級網、煉鋼二級網內的設備進行對時。如圖1所示

3.1.2 衛星天線安裝在主控樓頂西南角，采用側壁支架安裝，信號饋線延伸至時鐘服務器上。

3.1.3 調度室加裝具有時鐘同步功能的時鐘顯示屏。如圖2所示：圖2 GPS天線安裝及時鐘顯示屏示意圖

3.2 時鐘服務器相關模塊功能介紹

3.2.1 GPS衛星信號接收模塊

該模塊裝有GPS接收板和相應的接口電路，具備GPS接收器和配套的有源天線，接收器搜索GPS衛星并鎖定后，能給出精確的時間信息。

3.2.2 恒溫守時模塊

在收不到GPS信號情況下，仍然要求時鐘能夠輸出準確時間，這時就需要選配高精度守時模塊。在衛星信號丟失情況下保證內部時鐘裝置平均守時精度達到0.6μs/min。

3.2.3 NTP（Net Time Protocol）模塊

NTP（net time protocol）模塊用于網絡對時，兼容SNTP，接口為10BaseT或10/100BaseT以太網RJ45接口。

3.3 軟件的設計與實現

GPS衛星信號接收模塊通過室外天線接收GPS衛星發送的時間基準信號，保存到時鐘服務器內，子系統通過NTP模塊，定時與時鐘服務器的時間校準同步，如圖1所示。

當接收不到GPS衛星發送的時間信號或GPS衛星信號模塊出現問題時，恒溫守時模塊將自動激活，保證時鐘服務器自身時間的穩定性。

時鐘服務器系統的開發采用VB程序設計語言。調用Microsoft提供的串口通信擴展控件來實現。

四、結束語

本文實現了通過時鐘服務器采集GPS時間對本地終端的自動授時，用較低的成本獲得了高精度時鐘，結構簡單，運行可靠，授時精度可達毫秒級。本系統系統硬件設計可靠、實時性強，減少了大量人力物力成本。通過使用，煉鋼部控制系統時間進行了統一，系統非常穩定，時間偏差在毫秒級，為生產的穩定創造了有利的條件。

參考文獻

[1] 陳愛萍，楊波.基于GPS的時間同步系統設計與實現[J].微計算機信息，2009，（13）

[2] 董劍利，周丹.通用GPS授時同步監控系統的設計與實現[J].計算機工程與設計，2007，（12）