基于PCS7的SOE系統

范 典

（深圳市能源環保有限公司，廣東深圳 518000）

0 引 言

隨著國內電廠、化工廠等大型工業企業趨向規模化，大型控制系統也日趨復雜化，在生產過程中各類控制和報警信息大量產生且瞬息萬變。當控制系統運行發生故障時，需要快速查找事件的原因，還原事件真相并采取相應措施，這就需要對事件過程進行追憶。常用的事件記錄只能做到秒級的分辨率，而對于大型控制系統發生各類事故時，通常在事故發生后的一、兩秒內會產生數十條報警信息，且無法分辨先后順序，這就給事故分析帶來很大的困難［1］。SOE系統能更精確地反應事件情況，它能以毫秒級的分辨率獲取事件信息和順序記錄，為事故原因判斷提供了有力保障。

SOE為Sequence of Events的縮寫，即事件順序記錄。SOE系統全部采用開關量信號作為輸入信號，即用高分辨率來準確記錄各個信號的狀態變化和先后順序［2］，時間分辨率為1ms。

1 原有SOE系統軟、硬件設計

深圳能源集團下屬電廠建成較早，按照早期的PCS7系統配置，采用冗余CPU加上ET200M分布式I／O可在操縱站實現10ms的時間標簽分辨率，難以滿足SOE系統對分辨率的要求，因此在早期項目中，利用了PCS7強大的兼容性，除了采用西門子A＆D的產品外，結合了SIEMENS PTD和I＆S集團的相關產品，實現了上述要求。SOE系統是在PCS7V5.2版本下實現，配置方案為：

1）硬件需求。使用PTD集團提供的SICAM DI32（6MD1021-0AA00）數字量輸入卡件，結合MCP（6MD1010-0BA00）和SICLOCK時間同步功能實現［3］。

2）軟件需求。PCS7＋SoE Function Block（6AT4813-0CB05-0YA0）＋SICAM plus Tools（6MD5142-0AA00-5AA1）。

2013年電廠對整個分散控制系統進行升級，在新PCS7系統下，以上軟件（SoE Function Block和SICAM plus Tools）已經退出市場，導致了原SOE硬件配置方案的硬件SICAM DI32（6MD1021-0AA00）數字量輸入卡件，以及MCP（6MD1010-0BA00）均已無法識別，因此在目前系統下SOE運行很受限，一旦項目有任何問題，SOE將無法正常工作，這將給整個系統埋下安全隱患。所以，必須對SOE系統的改造升級，從根本上解決老、舊硬件對軟件補丁包的依賴性，避免在各類系統間兼容問題和硬件不識別的情況［4］。

2 改造后SOE系統設計方案

SOE系統的改造是一個系統工程，需要綜合考量系統硬件支持、操作系統支持、軟件支持，并需考慮升級費用、風險大小、人員工作量等多方面問題。

本系統采用一套CPU416-2DP的控制站來實現SOE功能，單獨給SOE系統配一個控制柜，將SOE系統與DCS系統從硬件上分開，保證了SOE系統的可靠性。

用8塊6ES7 321-7BH01-0AB0（16＊8＝128通道）采集SOE信號，再通過以太網通訊卡CP443-1連接到DCS系統的工業以太網上傳輸數據給操作員站，最終實現1ms分辨率時鐘。

升級改造后的系統要求：

控制系統：單CPU或冗余系統（S7-400）。

硬件需求：支持時間標簽記錄功能的IM153－2／IM152-1（ET200M或ET200ISP）接口模塊，配合支持硬件中斷的數字量輸入卡件（可以冗余配置）。

軟件要求：PCS7V7.1及以上版本。

SOE系統配置清單見表1。

表1 SOE系統配置清單

使用ET200M或ET200ISP相應的接口模塊結合快速的DI輸入模板可以實現SOE時間標簽功能，并可以在單系統和冗余系統中使用。具體結構如圖1所示。

圖1 系統結構圖

3 SOE系統驗證實驗

實驗采用CT型高速智能開關量信號源作為工具進行測試［5］，該裝置的時間間隔精度為0.2ms。為了保證實驗結果的準確性，隨機選擇5個SOE開關量輸入通道進行測試。測試用開關量DI信號準確連接后，先將該裝置信號之間的時間間隔設置為2ms，啟動信號源，檢查SOE系統分辨是否正確。如正確，逐步減小信號源的時間間隔，檢查SOE系統分辨情況，直至SOE系統無法正確分辨時為止，SOE最小正確分辨時間間隔即為事件順序記錄的分辨率［6］。

SOE系統實驗數據見表2。

由表2可知，針對不同卡件上的隨機通道測試，SOE系統能夠正確記錄到最小分辨率為1ms的事故動作間隔時間，對各通道的事故動作順序可以精確到0.5ms，完全滿足電力系統對SOE系統的要求［7］。

表2 SOE系統實驗數據

4 基于PCS7技術的SOE系統優點

西門子PCS7系統下的事件標簽功能滿足了過程控制行業的SOE事件記錄的要求，在PCS7 V7.1之后，其在事件標簽功能方面主要有以下優點：

1）實現時間標簽功能更加靈活，可基于通道方式單獨組態。

2）各SOE消息可綁定到過程設備的上位機控制面板Faceplate中。

3）支持冗余系統的SOE。當兩塊互為冗余地址的DI卡件組態了時間標簽功能后，如果兩塊卡件均工作正常，則在上位機OS上只顯示低地址模塊的SOE消息，當該卡件故障后，備用卡件的SOE將會顯示到OS中。在同一時刻，上位機OS不會顯示來自冗余通道的重復的現場SOE消息［8］。

4）SOE消息不再需要在CFC中進行組態。

5 結 語

提出的SOE設計方案結合了電廠實際情況，不但可以和升級后的新系統很好地銜接，也可以為以后很長時間段里硬件設備的備件采購打下堅實基礎。該SOE系統成功地實現了高速順序記錄功能，其有效時間分辨率小于1ms，精確地反映事件情況，為事故分析提供有力的證據。在深圳能源集團下屬電廠DCS系統中的成功應用，使其成為追蹤事故原因和找出首出故障的重要手段。

［1］ 王洪哲，王榮茂.提高SOE信息真實性的探討［J］.東北電力技術，2005（2）：25-28.

［2］ 國家電力公司.防止電力生產事故的二十五項重點要求［M］.北京：中國電力出版社，2001.

［3］ 鄒艷紅，鄭建勇.基于GPS同步時鐘的統一校時方案［J］.電力自動化設備，2004（12）：59-61.

［4］ 賴華欣，王東.SOE系統簡介及故障處理［J］.熱力發電，2006（4）：46-47.

［5］ 劉一福，趙仕劍，唐海中.DCS系統SOE性能的測試及分析［J］.電力自動化設備，2005（11）：96-98.

［6］ 孫偉.SOE在K201機組控制系統中的設計及實現［J］.化工自動化及儀表，2010，37（4）：112-114.

［7］ 張德江，和紅梅，孫曉暉.先進控制技術在DCS控制系統中的應用［J］.長春工業大學學報：自然科學版，2008，29（4）：361-365.

［8］ 劉柏松，劉燁，李丙林，等.基于Ethernet網絡的雙向S7通信仿真［J］.長春工業大學學報：自然科學版，2012，33（3）：323-327.