山魈魔怪几种常见的火电厂DCS系统时钟对时方式介绍 【【摘 要】全厂统一的时钟有利于分析事故、查原因、明晰事故发生过程。本文介绍几种常见的DCS系统与外部GPS时间同步系统之间的对时接口方式。 【关键词】GPS；分散控制系统；对时
0 引言
随着电力技术的发展，大容量、高参数的发电机组相继建成，对发电厂自动化系统稳定性的要求也就越来越高。现行规范要求，对发电厂、变电站、调度所需配置时钟同步对时系统，要求卫星同步时钟对时系统能够覆盖所有需要对时的设备，达到全厂时间基准的统一。在系统发生故障或事故时，设备记录的动作时序能够做到统一、准确，从而为事故原因的分析提供技术支持。
1 GPS对时方式介绍
目前电力系统中普遍采用GPS时间同步系统来作为时间基准。该系统应用全球定位系统（G
PS）技术，接收GPS卫星发送的协调世界时（UTC）信号作为外部时间基准，输出时间精度为150ns的1PPS（即1 Pluse Per Second）脉冲，并输出国际标准时间、日期和接收器所处地理位置（经纬度）信息。 1.1 常见的时钟同步信号类型有以下几类：
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1）脉冲信号：秒脉冲（1PPS）、分脉冲（1PPM）、时脉冲（1PPH）；
2）串口报文信号：报文内容包含年、月、日、时、分、秒，报文格式多为ASCII或BCD码；
3）编码信号：如IRIG-B时码（DC/AC）等；
4）网络对时信号：多采用NTP（Network Time Protocol）协议。 1.2 常见的时钟同步信号输出接口类型有：RS-485、RS-232、TTL、空接点、AC调制、光口、RJ-45等。
信号输出接口类型与时钟信号类型间的对照关系，如表1所示：
表1
1.3 常见的时钟同步信号传输通道
信号传输通道应保证GPS时间同步系统发出的时间，在传输到电厂设备时能满足设备对时间信号质量的要求。
1）同轴电缆：用于高质量的传输TTL电平接口，如脉冲信号、IRIG-B（DC）码TTL信号等，传输距离<10m；
2）屏蔽控制电缆：用于RS-232接口时，传输距离<15m；用于RS-485接口时，传输距离宜控制在150m；
3）音频通信电缆：用于传输IRIG-B（AC）信号，传输距离<1000m；
4）光纤：用于远距离传输各种时间信号；
5）网线：用于传输网络对时信号，传输距离宜控制在100m内。
2 几种火电厂DCS系统的对时接口介绍
为便于描述，本文对所涉及到的几种DCS系统的网络结构，均按照2个单元机组网络加1个公用系统网络来考虑。
2.1 艾默生Ovation系统
Ovation系统具有一套完整、可靠、开放的网络通讯系统。通讯设备采用快速以太网交换机，网络结构克服了服务器/客户机这种主从依赖关系的网络结构，采用的是单层的，点对点的对等结构的冗余的100Mbps的一体化的快速以太网，系统中不需要任何网关。
王子伦理Ovation系统通过使用以NTP为第一时钟的嵌套时钟，可以将整个系统内的所有SOE模块的同步保持在1ms分辨率之内。
Ovation单个网络内的IP Traffic Switch提供了标准的RJ-45接口，用于接入外部GPS信号，通讯协议为标准的网络时钟协议NTP。
2.2 ABB Symphony系统
此系统具有一套完整、可靠、开放的通讯系统，通讯系统分为：控制网络C-net、操作管理网络O-net、对外部系统的通讯接口。该网络是多点、多目标、存储转发式环网。
Symphony所提供的分布式SOE系统的服务器模件接受外部GPS时钟同步系统输出的标准IRIG-B信号（DC TTL电平信号0～5V），再通过Symphony系统的硬件时钟同步链，每秒向系统中的其他部分提供绝对同步时间（同步时间精度为±10μsec）。由于采用专门的SOE采集模件每毫秒扫描所有通道的测点信号，及采用SOE同步模件来实现时间同步，所以保证SOE信号输入的分辨率为1ms。
由于Symphony系统网络是以中心环挂子环、并列运行的方式设计，通常将两台机组的公用系统网络作为中心环，单元机组网络作为子环。所以此系统接入外部GPS信号的接口，位于公用系统网络上。其硬件接口为BNC同轴电缆接口。
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2.3 日立HIACS-5000M系统
此系统通讯网络为μΣNETWORK-100，主干网采用FDDI（fiber distributed data interface）标准，是一种高性能的光纤令牌环状网，网络传送速度为100Mbps，通讯介质为光纤，最大电缆长度为100km，采用高实时性的令牌访问方式。冗余配置的高速光纤通讯网络，连接了全部基本控制器及人-机界面系统。
HIACS系统接受外部GPS校时的处理方式如下：
1）每分钟由GPS系统向DCS发出标准“分钟信号”，此“分钟信号”作为DCS计时的基准信号，同时对操作员工作站和SOE模板进行时间标定；
2）“一分钟间隔”内发生的任何事件，由DCS系统的给出以毫秒为单位的相对时间标定，此毫秒时间的精度优于1微秒；
3）操作员工作站和SOE模板设计了专用接口，可接收GPS系统的信号。从而使得操作员工作站的系统时间、SOE模板时间与GPS准确同步，无需操作员工作站对SOE模板进行二次校准。
引用格式4）此种标定方法完全克服了二次校准中的网络传输时间延迟，消除了传输时延的不确定性，此种不确定性约为数十毫秒至数百毫秒，保证了SOE的时间标定精度。
所以此系统单个网络上的每台工作站都通过RS485串口方式与GPS装置连接；每个SOE模板都以硬接线方式接收GPS装置的脉冲电平信号。
2.4 Invensys Foxboro I/A Series系统
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此系统采用网状以太网络（Mesh Ethernet Network），操作员站、工程师站、控制处理器（FCP）和各类的集成设备，通过冗余的接口接入网络。Mesh控制网为I/A控制系统中的各个站（控制处理机，操作站处理机等）之间，提供了高速（100/1000MBPS）、容错对等、点到点的通讯，具有优异的性能和安全性。
此系统单个网络上的工程师站、历史站通过RJ-45接口，以NTP协议方式接收外部GPS信号。
2.5 西门子SPPA-T3000系统
此系统主要有用户接口层、电力服务器层、网络层、过程接口层等组成。网络层采用高性能快速以太网在各组件间发布系统数据和电厂信息；与现场级的通讯是由Profibus DP或以太网实现的。它们提供了所有层次和组件之间及内部的可靠数据传输。
此系统在2个单元机组网络加1个公用系统网络的架构下，常设置一对网间连接器（路由器），通过其RJ-45接口，以NTP协议方式接收1对冗余的外部GPS信号。
3 结束语
根据上面的总结，在2个单元机组网络加1个公用系统网络的架构下，上述几种DCS系统的GPS对时接口方式、数量，如表2所示。当应用于不同的网络结构时，需根据具体的配置进行相应变化。
表2
【参考文献】
[1]韩玮，张丽华，黄生睿.火力发电厂时间同步系统设计初探[J].电力建设，2007，28（7）：60-62.
[2]姬志民，宋博，任焕龙，等.GPS卫星时钟同步系统在电厂变电站中的应用[J].河北电力技术，2011，30（6）：12-14.
[3]张玉屏.GPS时钟同步系统介绍及在水电厂的应用[J].水电厂自动化，2007， 4：358-362.
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