GPS對時(北斗對時)系統在輸油輸氣管道系統中的應用

王寧 宋小鷗 王健(中國石油管道公司,河北 廊坊 065099)

1 GPS對時應用的意義

目前，SCADA系統、泄露監測系統、視頻監控系統、語音電話系統、爐控系統、第三方設備等油氣管道生產監控系統時鐘不同步，其中SCADA系統包括中控機、分控機、站控機、中控PLC、監控閥室RTU，第三方設備暴扣調壓撬、流量計算機、超聲波流量計、變電所監控終端、鍋爐控制系統等。各系統之間及內部時鐘不一致引發了較多問題，主要表現為：

1.1 不同層級的控制系統所接收的數據因各自系統時間不同，所產生的報警信息歷史趨勢等差異明顯。因為PLC及RTU采集的現場數據沒有時間標識，由于存在數據網絡傳輸延遲等系統固有的問題，數據傳至站控或調控中心上位機后上位機將當前時間標記為數據發生的時間，這樣導致站控和調控中心對同一工藝參數變化或報警信息的分析差異較大，影響調度人員的判斷和進一步的操作。

1.2 時鐘不同步造成設備時鐘跳變時，壓力等工藝參數趨勢線偶爾出現斷點，影響設備運行和工藝操作。

1.3 時鐘不同步影響泄露檢測系統的定位。根據QSY GD0180-2008的技術要求，應滿足時鐘同步的誤差不大于100ms，泄露檢測系統定位精度在百米級，若各個子站或測點的時鐘差越大，泄露定位的偏差就越大。

1.4 在事故、事件及故障分析時，由于各系統時鐘不同步，增加了信息分析難度。

2 國內外技術現狀分析

隨著工業自動化的進步與發展，工業生產中利用HMI人機界面對生產進行控制的應用也越來越廣泛，HMI計算機有各自的本地時鐘，HMI計算機的本地時鐘在運行一段時間后有偏差，而且隨著時間的推移偏差越來越大，即不同步。各HMI的時鐘不同步對工業生產產生了影響，生產過程中記錄的各項數據因采集的基準時間不同而造成偏差，趨勢和報警在各HMI計算機上記錄時間的不相同而影響對生產情況的分析，特別是在某些精度要求高的生產工藝上，對數據統計、生產分析的影響更大，可能造成無法根據生產采集數據指導生產的嚴重結果。

目前國內外時鐘同步授時的方式主要有以下3種。

2.1 無線電授時

北美地區的無線電授時包括WWV、WWVH和WWVB。WWV和WWVH精度一般保持在10ms以內，但是因為其絕對時間采用語音報時，難以轉化為數字信號，并不適用于PLC；WWVB將時間信息通過60kHz的載波信號傳輸，精度在1ms以內。

和美國的WWVB類似，中國的BPC、英國的MSF、德國的DCF、日本的JJY、瑞士的HBG也都是通過40-70kHz的載波信號發送本國的標準時標。

Loran—C（Long Range Navigation遠程導航）傳輸的是脈沖信號，而且只通過地波傳播信號。但是由于它本身固有的頻率為100kHz，容易受到電暈放電的干擾。

OMEGA導航系統和Loran-C類似，工作在10-14kHz，作用距離可以很遠，其延時時間預測精度可以達到2-5微秒。主要缺點是接收器的花費要比使用衛星系統的高。

2.2 衛星授時

衛星全球定位系統是一種以人造地球衛星為載體的全球覆蓋、全天候工作的無線電導航定位系統，可以實現精確導航、定位和授時。目前世界上主要友美國的GPS、俄羅斯的GLONASS、歐洲空間局的伽利略計劃、中國的北斗導航衛星系統。

2.3 網絡授時

網絡時間協議NTP（Network Time Protocol）協議和簡單的網絡時間協議SNTP（Simple Network Time Protocol）是使用最普遍的國際互聯網時間傳輸協議。NTP屬于TCP/IP協議族，采用了復雜的時鐘同步算法，可提供對時精度在1-50ms之間。而SNTP是NTP的一個簡化版，沒有NTP復雜的算法，應用于簡單的網絡中。在IEC61850中規定的時間同步協議是SNTP，在多數情況下，其精度可以保持在1ms內。

3 GPS時鐘同步方法

3.1 未設置GPS或北斗衛星時鐘源的站場，由調控中心SCADA系統自動寫時鐘至站控PLC，30分鐘寫1次，時鐘寫入方法和地址與調控中心確認；

3.2 設置有GPS或北斗衛星時鐘源的站場，站控HMI系統時鐘應由時鐘設備授時，站控PLC時鐘應由站控HMI系統寫入，站控HMI系統時鐘自動跟蹤GPS或北斗衛星時鐘；

3.3 站控PLC自動寫時鐘至SIS系統，60分鐘寫1次，時鐘寫入方法和地址參考廠家手冊；

3.4 站控PLC及站控HMI系統時鐘寫入，每天1次，每天8：23分時自動寫時鐘，時鐘寫入方法和地址參考廠家手冊。

3.5 站控PLC自動寫時鐘至每臺流量計算機，每天1次，每天8：23分開始逐臺寫時鐘，時鐘寫入方法和地址參考廠家手冊。