壓縮機控制系統時鐘同步分析與探討

王福兵

(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

某公司煉油裝置共16套主體單元，共有往復式壓縮機13臺，離心式壓縮機13臺，增壓機、發電機、軸流風機等復雜機組19臺。壓縮機選用Tricon控制系統，控制器、I/O模塊及數據通信模塊采用微處理器硬件技術，具有三重化冗余容錯(TMR)功能，能同時滿足高可靠性、高可用性的容錯控制能力，選用配套的TriStation 1131作為下位編程軟件和Wonderware公司開發的Intouch作為上位人機界面軟件。

1 壓縮機控制系統概況

所有壓縮機控制系統(CCS)操作站設置在同一個中心控制室(CCR)內，控制器機柜設置在各裝置現場配套的現場機柜室(FAR)內，CCS操作站通過CCR的遠程機柜與現場各FAR內控制器建立數據通信，實現集中監控和管理功能。

2 CCS時鐘同步的必要性

該煉油裝置配置的控制系統如下： 分散控制系統(DCS)主要實現該裝置過程控制操作和監控功能；安全儀表系統(SIS)主要實現該裝置聯鎖停車和順控邏輯操作功能；CCS主要實現裝置內大型機組監控、操作和聯鎖保護功能。3套控制系統同步運行，相互獨立，CCR內工藝人員主要通過這3套控制系統實現對整套煉油裝置的生產過程監控、操作調整和開停車功能。

DCS和SIS自該裝置首次開工以來使用同一個時鐘源，定期同步該裝置所有DCS和SIS控制器的時間，對于裝置內同一時間點發生的事件，DCS記錄的各類儀表信號報警時間、歷史趨勢時間和SIS的事件記錄功能(SOE)記錄的聯鎖儀表動作時間一致，為工藝人員和設備維護人員分析裝置生產過程和設備故障原因提供了很大的幫助。但CCS沒有建立統一的時鐘同步功能，由于SIS聯鎖信號和CCS的聯鎖信號相互交叉傳遞，實際生產過程中同時存在因SIS先發出聯鎖停車指令進而導致壓縮機停車和因CCS先發出聯鎖停車指令進而導致工藝裝置停車的現象，因此因果事件發生的先后順序非常重要，這就要求全廠CCS時間需要和DCS/SIS時間同步，因此，該公司利用全廠停工檢修時機進行了CCS時鐘同步功能改造。

3 常規CCS時鐘同步方法和存在的弊端

常規CCS時鐘同步方法主要有兩種：

1)人工手動對CCS時間進行單次同步。當在線運行下位組態軟件TriStation 1131程序時，可以在不停止該控制器運行的情況下重新校正控制器時間，設置控制器時鐘為TriStation 1131 PC機上的本地時間，設置步驟如下：

a)在TriStation 1131 PC機的控制面板中打開Date/Time對話框，設置PC機時間和DCS時間一致。

b)在PC機上將TriStation 1131下位程序上線，單擊菜單欄Commands命令，在展開的菜單中選擇Set Calendar Clock項，并對彈出的提示對話框進行確認即可完成TRICON系統時鐘同步。

c)在上位人機界面(HMI)可編輯Intouch組態腳本自動顯示TriStation 1131 PC機時間。

2)同步TRICON控制器時鐘方法。HMI通過動態數據交換通信協議(DDE)實現和TRICON控制器數據通信，DDE組態軟件具有時鐘同步功能，啟動該功能后，將TRICON控制器時間實時同步為TriStation 1131 PC機時間，但由于PC機時間通常不是標準時鐘源，所以TriStation 1131編程手冊說明不推薦使用該功能。

4 CCS時鐘同步功能改造方案

4.1 建立CCS時鐘同步網

1)為實現所有CCS使用同一個時鐘同步源的目的，需要建立CCS時鐘同步網。新增加的CCS時鐘同步交換機需要將沈陽鼓風機集團有限公司的8套壓縮機Tricon控制器交換機、西安陜鼓動力股份有限公司的主風機Tricon控制器交換機、德蘭賽蘭壓縮機Tricon控制器交換機和新比隆壓縮機TRICON控制器交換機連接起來，由于該裝置DCS和SIS共用的時鐘同步源設置在CCR遠程機柜間內，在時鐘同步源網絡端口上增加1條網線連接到新增加的CCS時鐘同步交換機上，組成一個新的CCS時鐘同步網。CCS時鐘同步網絡結構如1所示。

圖1 CCS控制系統時鐘同步網絡結構示意

2)由于處于同一個網絡中的Tricon控制器IP地址和節點號不能重復，需要使用下位TriStation 1131編程軟件修改Tricon控制器CPU模塊IP地址和節點號，同時調整現場FAR內TRICON控制柜CPU主處理器硬件模塊的撥碼盤，修改CPU模塊硬件地址，并重新完整下裝程序。

3)需要保證時鐘同步的單向性和唯一性，即只能有一種時間同步方式對自控系統進行時鐘同步，故需確認所有CCS取消DDE時鐘同步功能，實現單一時鐘源。

4.2 Tricon控制器時鐘同步設置

1)在現場各FAR室內的Tricon控制器機架的通信卡網絡端口上增加1條網線連接到網絡交換機上，作為專用的時鐘同步功能網線。

2)打開下位TriStation 1131編程軟件，在硬件設置菜單中進行硬件設置，設置路徑如下：

TriStation 1131下位機程序—Controller—Configuration—Hardware Allocation—4351A/B TCM-A/B—Time Sync—Left Slot—SNTP—NET2—Master IP Address： 192.168.1.250—確定。確認設置的網絡端口接上時鐘同步網線，保存設置后重新下裝TriStation 1131下位機程序。

4.3 CCS操作站和工程師站PC機時鐘同步

CCS操作站和工程師站PC機時鐘同步設置如下。

1)確認CCS操作站和工程師站PC機的網線接入該控制系統網絡交換機上，可以PING通時鐘源IP地址： 192.168.1.250。

2)修改PC機時鐘同步頻率，設置路徑為： 點擊“開始”菜單，選擇“運行”，輸入“gpedit.msc”，選擇“管理模板/系統/Windows時間服務/時間提供程序”，點擊“配置 Windows NTP客戶端”，選擇“已啟用”，選擇類型NTP，在 NTP Server輸入時鐘源的 IP： 192.168.1.250.0x9—Special Poll Interval，選擇3600點擊確定。

在設置路徑的過程中需注意以下事項：

a)NTP Server輸入時鐘源的 IP： 192.168.1.250.0x9后面的“.0x9”不能刪除，若刪除則所設置的同步間隔時間就不確定了，不會按照設定的時間間隔進行時鐘同步。

b)時鐘同步間隔時間可以根據具體情況而設置，通常設置的是 3 600 s，設置完成后計算機就會和時鐘源1個小時同步1次。當時鐘同步網絡中有多臺PC機時，時間同步間隔應不同，避免在同一時間搶占網絡資源，造成系統死機。

3)設定PC機Window Time服務， 啟動PC機時鐘同步功能。首先雙擊PC機右下角的時間字樣，在彈出的對話框中選擇“更改日期和時間設置—Internet時間—更改設置—在服務器項填寫時鐘源IP： 192.168.1.250—確定，此時會顯示同步是否成功和下一次同步的時間。

5 結束語

該公司通過優化控制系統時鐘同步網，設置公共時鐘源的方式，有效解決了DCS，SIS，CCS時間不同步問題。現場實施應用后使用效果良好，提高了工藝和設備人員對生產事件分析的準確性，為裝置平穩長周期運行提供了有力的保障。