混合控制系統(tǒng)時(shí)鐘同步的設(shè)置方法

范振華 嚴(yán)盛超 程 斌 呂 博

(中國石油蘭州石化公司，蘭州 730060)

混合控制系統(tǒng)時(shí)鐘同步的設(shè)置方法

范振華 嚴(yán)盛超 程 斌 呂 博

(中國石油蘭州石化公司，蘭州 730060)

混合控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各類煉化裝置，為保證不同系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)對(duì)比的有效性，系統(tǒng)間的時(shí)鐘同步變的尤為重要。因此，以DeltaV系統(tǒng)與TRICON系統(tǒng)間的時(shí)鐘同步為例，詳細(xì)介紹混合控制系統(tǒng)時(shí)鐘同步的設(shè)置方法。

時(shí)鐘同步 混合控制系統(tǒng) DeltaV TRICON

不同控制系統(tǒng)的控制重點(diǎn)不同，如生產(chǎn)過程控制常使用離散控制系統(tǒng)，生產(chǎn)安全控制常使用安全儀表系統(tǒng)，因此各類煉化裝置大多應(yīng)用混合控制系統(tǒng)。為提高混合系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)分析的有效性，控制系統(tǒng)時(shí)鐘同步被廣泛應(yīng)用。控制系統(tǒng)時(shí)鐘同步包含不同控制系統(tǒng)控制器之間的時(shí)鐘同步，也包含同一套控制系統(tǒng)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)(控制器與操作站計(jì)算機(jī))的時(shí)鐘同步。

在煉化行業(yè)中，時(shí)常會(huì)發(fā)生因工藝誤操作或設(shè)備故障而引起的生產(chǎn)波動(dòng)，甚至裝置停工。事故發(fā)生后應(yīng)在最短時(shí)間內(nèi)查找出故障的位置進(jìn)而消除，使生產(chǎn)裝置恢復(fù)正常運(yùn)行。同時(shí)，為了避免此類事故再次發(fā)生，各專業(yè)人員會(huì)對(duì)事故原因進(jìn)行分析、總結(jié)。原因分析過程中需要對(duì)不同系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)變化時(shí)間、數(shù)值大小和變化率進(jìn)行對(duì)比，通常需要搜集安全儀表系統(tǒng)(SIS)的事件順序記錄(SOE)，查找出造成事故發(fā)生的第一事件(如壓力波動(dòng)、液位聯(lián)鎖)和第一事件發(fā)生的時(shí)間。再通過離散控制系統(tǒng)(DCS)或機(jī)組控制系統(tǒng)(CCS)的歷史數(shù)據(jù)記錄畫面調(diào)出相關(guān)回路的歷史趨勢，分析測量元件和設(shè)備在事故發(fā)生期間的動(dòng)作情況，以此確定出故障的原因。在此過程中，若各控制系統(tǒng)的控制器時(shí)鐘之間沒有進(jìn)行時(shí)鐘同步，則會(huì)導(dǎo)致對(duì)同一測量元件或設(shè)備所記錄數(shù)據(jù)的時(shí)間不一致，無法判斷事件發(fā)生時(shí)設(shè)備動(dòng)作的順序；若控制器與計(jì)算機(jī)時(shí)鐘之間沒有同步，則會(huì)導(dǎo)致歷史趨勢中事件發(fā)生時(shí)間與實(shí)際發(fā)生時(shí)間存在較大偏差，數(shù)據(jù)的可比性降低。由此可見，無論哪一部分未進(jìn)行時(shí)鐘同步設(shè)置，都會(huì)導(dǎo)致事故原因分析難度大幅增加，甚至影響最終分析結(jié)果。

1 控制系統(tǒng)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘同步①

1.1 DeltaV系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘同步

DeltaV系統(tǒng)的時(shí)鐘同步，首先要確定時(shí)鐘源，即選取一個(gè)設(shè)備，以此設(shè)備的時(shí)間作為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，其他系統(tǒng)或設(shè)備的時(shí)間則以此時(shí)鐘源時(shí)間為基準(zhǔn)進(jìn)行修改。時(shí)鐘源的選取通常有兩種方法：一是以系統(tǒng)內(nèi)某一常用工程師站作為時(shí)鐘源；二是采用外部時(shí)鐘源，常用外部設(shè)備(如GPS時(shí)鐘服務(wù)器)作為時(shí)鐘源。

1.1.1以工程師站為時(shí)鐘源的同步方法

在不采用外部時(shí)鐘源的情況下，DeltaV系統(tǒng)可以通過設(shè)置，以該系統(tǒng)內(nèi)的任一節(jié)點(diǎn)作為時(shí)鐘源，對(duì)其余節(jié)點(diǎn)進(jìn)行時(shí)鐘同步。

在Explorer界面中右鍵單擊物理網(wǎng)絡(luò)(Phsical Network)，選擇屬性對(duì)話框(圖1)，然后選擇PLUS站，將它組態(tài)為該網(wǎng)絡(luò)的主時(shí)間服務(wù)器，再選擇另一臺(tái)工作站作為備用服務(wù)器并下裝。

圖1 物理網(wǎng)絡(luò)屬性對(duì)話框

打開系統(tǒng)診斷畫面，任意選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)，在其信息欄中可以看到如圖2所示的信息。其中，NTPServer為PLUS站；NTPStatus為GOOD；NTPOffset為14.538，即OP2的時(shí)間與PLUS的時(shí)間偏差為14.538ms；TimeInSync為1，表示時(shí)鐘同步正常。

圖2 DeltaV診斷畫面截圖

若各節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)間偏差較大，則可以自PLUS站的操作畫面上手動(dòng)進(jìn)行同步。點(diǎn)擊操作畫面上的時(shí)鐘圖標(biāo)，彈出如圖3所示的對(duì)話框，在確認(rèn)日期、時(shí)間均無誤后點(diǎn)擊“Apply”，則完成各操作站的時(shí)鐘同步。

圖3 系統(tǒng)時(shí)鐘設(shè)置對(duì)話框

此同步方法簡單易操作，儀表維護(hù)工程師可在日常巡檢過程中完成。但由于是手動(dòng)同步，系統(tǒng)無法自動(dòng)檢測各節(jié)點(diǎn)間的時(shí)間誤差，因此需在巡檢過程中關(guān)注各節(jié)點(diǎn)的詳細(xì)時(shí)間，對(duì)時(shí)間不一致的系統(tǒng)進(jìn)行同步操作。

1.1.2以GPS時(shí)鐘服務(wù)器為時(shí)鐘源的同步方法

GPS時(shí)鐘服務(wù)器的品牌、型號(hào)較多，設(shè)置方法也不相同，筆者不做詳細(xì)介紹。配置好GPS時(shí)鐘服務(wù)器的相關(guān)參數(shù)后，通過網(wǎng)線將GPS設(shè)備上具有NTP功能的網(wǎng)口和工作站(以PLUS站為例)的第3塊網(wǎng)卡進(jìn)行連接，然后在DeltaV系統(tǒng)中進(jìn)行設(shè)置。

在PLUS站上執(zhí)行DeltaV工作站組態(tài)(PCInstall)。選中“Workstation will be a Remote Access Server”復(fù)選框和“Enable Remote Access Services Now”復(fù)選框，表示該機(jī)器將會(huì)成為遠(yuǎn)程服務(wù)器。

在DeltaV Explorer中，選擇工程師站下的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)(Remote Network)，單擊鼠標(biāo)右鍵，彈出遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)屬性對(duì)話框，如圖4所示，選擇屬性(Properties)，并選擇使能遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)(Enable Remote Network)。

圖4 遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)屬性對(duì)話框

在遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)高級(jí)選項(xiàng)對(duì)話框里(圖5)選擇高級(jí)選項(xiàng)，輸入之前設(shè)置好的GPS時(shí)鐘服務(wù)器網(wǎng)口的IP地址。

圖5 遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)高級(jí)選項(xiàng)對(duì)話框

重復(fù)圖1中的設(shè)置，將PLUS站設(shè)置為該DeltaV網(wǎng)絡(luò)的主時(shí)間服務(wù)器。下裝整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，一段時(shí)間(30min左右)后，所有工作站時(shí)間會(huì)自動(dòng)與GPS的時(shí)間進(jìn)行同步。

打開系統(tǒng)的診斷界面，查看NTPServer是否更改為GPS時(shí)鐘服務(wù)器，NTPStatus、NTPOffset及TimeInSync等參數(shù)的數(shù)值是否正確，也可以通過調(diào)用各工作站的NTPOffset歷史趨勢，查看與PLUS站的時(shí)間偏差是否在允許范圍內(nèi)。

1.2TRICON系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘同步

TRICON系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)間的時(shí)鐘同步有3種方法：一是利用TCM卡中SNTP功能進(jìn)行時(shí)鐘同步；二是利用DDE SERVER中時(shí)間同步功能進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘同步；三是利用人機(jī)界面(HMI)同步的方式進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘同步。

1.2.1TCM卡中SNTP的同步方式

在工程師站中打開Tristation1131程序，在控制面板的硬件組態(tài)中直接進(jìn)入TCM4351A/B 卡的SETUP界面(圖6)，選擇TIME SYNC，然后選擇SNTP設(shè)置時(shí)鐘源的IP地址。

圖6 TCM卡的SETUP界面

更改完設(shè)置后保存并下裝程序，這樣控制器將會(huì)和時(shí)鐘源自動(dòng)進(jìn)行時(shí)鐘同步。但要注意的是，當(dāng)時(shí)鐘同步網(wǎng)絡(luò)中斷后，大概5min左右TCM卡會(huì)發(fā)生報(bào)警，內(nèi)容是TCM卡尋找不到時(shí)鐘源，需要檢查網(wǎng)絡(luò)并加以處理。

1.2.2DDE SERVER的同步方式

打開DDE SERVER，在主機(jī)名稱組態(tài)對(duì)話框(Host Name Configuration)(圖7)中，將“Time Sync” 選中。計(jì)算機(jī)的時(shí)間通過DDE SERVER每隔3min向控制器寫一次時(shí)間。這樣就使控制器和計(jì)算機(jī)時(shí)間同步。

圖7 主機(jī)名稱組態(tài)對(duì)話框

一個(gè)系統(tǒng)中常配置一臺(tái)工程師站和多臺(tái)操作員站，一般將工程師站作為同步控制器的時(shí)鐘站。僅在工程師站計(jì)算機(jī)上按上述操作進(jìn)行設(shè)置，可以使在這一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，只有一臺(tái)計(jì)算機(jī)向控制器發(fā)送同步信號(hào)，防止出現(xiàn)多個(gè)設(shè)備間互相進(jìn)行時(shí)鐘同步的混亂。

1.2.3人機(jī)界面同步的方式

人機(jī)界面同步的方式是通過編寫時(shí)鐘同步程序，將計(jì)算機(jī)時(shí)間寫入控制器中或?qū)⒖刂破鲿r(shí)間寫入計(jì)算機(jī)中，在實(shí)際使用過程中應(yīng)用較為廣泛。

1.2.3.1計(jì)算機(jī)時(shí)間寫入控制器

打開Tristation1131程序編輯器，在其中編寫時(shí)間同步程序，如圖8所示。其中，點(diǎn)“TIME_HMI”是上位畫面寫到下位程序的可讀寫點(diǎn)，此程序顯示的是每天3時(shí)0分0秒由HMI發(fā)送同步信號(hào)，將控制器時(shí)間更改為3時(shí)0分0秒，為了消除信號(hào)傳送中的誤差，可由TIME_SET模塊中的“MS”管腳來進(jìn)行調(diào)整，這里默認(rèn)為零。

圖8 時(shí)鐘同步程序截圖

在HMI開發(fā)界面中編寫腳本(圖9)，用于發(fā)送同步信號(hào)。

圖9 編輯條件腳本界面

在HMI運(yùn)行時(shí)，每天到了設(shè)定時(shí)間，就會(huì)自動(dòng)使控制器的時(shí)間與計(jì)算機(jī)時(shí)間同步。

與DDE SERVER的同步方法相同，在一套系統(tǒng)中存在多臺(tái)計(jì)算機(jī)時(shí)，只需選擇一臺(tái)作為時(shí)鐘同步的源機(jī)器，并確保其HMI畫面一直運(yùn)行，就能保證系統(tǒng)中只有一臺(tái)計(jì)算機(jī)與控制器進(jìn)行時(shí)鐘同步，防止多個(gè)設(shè)備間互相進(jìn)行時(shí)鐘同步。

1.2.3.2控制器時(shí)間寫入計(jì)算機(jī)

將控制器時(shí)間寫入計(jì)算機(jī)常作為不同控制系統(tǒng)間時(shí)鐘同步的一個(gè)重要步驟進(jìn)行。

在需要進(jìn)行時(shí)鐘同步的TRICON系統(tǒng)工作站HMI開發(fā)界面打開腳本編輯器，編寫腳本，用于在指定時(shí)間將計(jì)算機(jī)的時(shí)間與控制器時(shí)間同步，腳本編寫內(nèi)容如圖10所示。

圖10 HMI開發(fā)界面腳本編輯器

2 DeltaV系統(tǒng)與TRICON系統(tǒng)時(shí)鐘同步

系統(tǒng)內(nèi)部的時(shí)鐘同步只能保證同一系統(tǒng)內(nèi)部各節(jié)點(diǎn)的時(shí)間一致，在分析故障原因時(shí)，往往涉及到不同的控制系統(tǒng)，不同控制系統(tǒng)之間的時(shí)鐘同步就變得尤為重要。混合控制系統(tǒng)時(shí)鐘同步常見方法有兩種：一是利用GPS時(shí)鐘同步服務(wù)器實(shí)現(xiàn)；二是利用不同系統(tǒng)之間的連接、設(shè)置實(shí)現(xiàn)。利用GPS時(shí)鐘同步服務(wù)器進(jìn)行時(shí)鐘同步時(shí)，只需將不同系統(tǒng)與服務(wù)器進(jìn)行連接，按照不同控制系統(tǒng)廠家要求的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，即可實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步，操作過程簡單。現(xiàn)以DeltaV系統(tǒng)和TRICON系統(tǒng)為例，對(duì)利用不同系統(tǒng)之間連接、設(shè)置實(shí)現(xiàn)混合控制系統(tǒng)時(shí)鐘同步的方法進(jìn)行介紹。

設(shè)置主時(shí)鐘服務(wù)器。按照1.1.1節(jié)中的方法，在DeltaV控制系統(tǒng)中將PLUS站設(shè)置為主時(shí)鐘服務(wù)器，用于同步DeltaV系統(tǒng)的其余工作節(jié)點(diǎn)，并同步TRICON系統(tǒng)控制器的時(shí)間和計(jì)算機(jī)時(shí)間。

編輯時(shí)鐘同步模塊。在DeltaV Explorer界面中建立一個(gè)時(shí)鐘同步模塊(Module)，將PLUS站的計(jì)算機(jī)時(shí)間取出，并以此編寫在3時(shí)0分0秒送出一個(gè)脈沖信號(hào)至TRICON系統(tǒng)的程序，完成后下裝該模塊至任意控制器內(nèi)，時(shí)鐘同步模塊邏輯如圖11所示。

圖11 時(shí)鐘同步模塊邏輯

控制系統(tǒng)間連接。將DeltaV系統(tǒng)輸出的脈沖信號(hào)(DO)，用硬接線的方式連接至TRICON系統(tǒng)所指定的輸入端(DI)。

被同步系統(tǒng)編輯時(shí)鐘同步邏輯。打開Tristation1131應(yīng)用程序，編寫由控制器同步計(jì)算機(jī)時(shí)間的時(shí)鐘同步程序，具體程序如圖12所示，其中“DCSYNTIME”為DCS系統(tǒng)在3時(shí)0分0秒發(fā)出的脈沖信號(hào)(DI)。

圖12 Tristation1131時(shí)鐘同步程序

被同步系統(tǒng)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘同步。按照1.2.3.2節(jié)的方法，在指定時(shí)間將計(jì)算機(jī)的時(shí)間與控制器時(shí)間同步。

完成上述工作后，將TRICON系統(tǒng)的HMI運(yùn)行界面打開，即可完成兩套系統(tǒng)的時(shí)鐘同步。在3時(shí)0分0秒，由DCS系統(tǒng)發(fā)出脈沖信號(hào)，同步TRICON系統(tǒng)的控制器時(shí)間，再由TRICON系統(tǒng)的控制器時(shí)間去同步各工作站的計(jì)算機(jī)時(shí)間，這樣就實(shí)現(xiàn)了兩套系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘同步。

3 結(jié)束語

時(shí)鐘同步設(shè)備現(xiàn)在已經(jīng)得到了廣泛運(yùn)用，控制系統(tǒng)的時(shí)鐘同步對(duì)于工藝人員的日常操作和維護(hù)人員對(duì)故障原因的分析具有重大幫助，因此在日常工作當(dāng)中，需要定期檢查控制系統(tǒng)的時(shí)鐘是否同步，確保生產(chǎn)裝置的平穩(wěn)運(yùn)行。

TH86

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1000-3932(2016)12-1331-06

2016-05-10