张 洋

国能集团宁夏煤业集团有限公司煤制油分公司仪表管理中心 宁夏 银川 750411

引言

近年来,受国内产能过剩,经济转型升级的影响。淘汰落后且低产能装置成为趋势。能源化工中百万吨,千万吨级装置的新建和投产,同样给仪表和自控专业带来新的要求和挑战。国家对于能源化工装置在机型和节能环保等方面的新要求,未来设备集成化和控制点数增多以及控制系统种类也会更加复杂化和多样化。

在工程设计前期阶段,时钟同步往往只预留接口,等各个控制系统到厂后才进行配置调试。但是由于项目的总体进度要求,往往会出现已经投产的设备没有完全具备时钟同步的条件。而时间的准确性因事故的责任划分等因素,是生产装置停车的关键因素。

在控制系统中,受时间影响的功能很多,如控制系统的报警、趋势、事件记录等。这些记录的时间又来源于不同的控制器、工作站和服务器等其他装置,它们对于稳定运行、事故原因分析,故障处理等都非常重要。基于这样的情况,本文简述空分装置DCS、SIS、ITCC三个控制系统时钟同步出现的问题及解决方法,对于解决这样问题以及有借鉴作用。

一、实施的理论依据

NTP(Net work Ti me Protocol,网络时间协议)是网络中用于时间同步的标准协议。它采用Client/Server模式,NTP客户端借助NTP协议,从NTP服务器获取准确的时间。NTP服务器的时间通常来源于一个权威的时间源,如原子钟、GPS时钟、Internet上的时间服务器。NTP不仅校正时间,而且能够持续跟踪时间的变化,并自动进行调节,从而使采用NTP协议的客户端能从网络中获取可靠和精确的时间同步。

NTP时钟同步系统是针对计算机、自动化装置等设备进行校时而研发的高科技产品,NTP时钟同步系统可以接收北斗卫星、GPS、CDMA、PTP、B码等外部时间基准信号。我厂现在就采用的是基于GPS定位的时钟同步系统,为研究增加可行性。

二、实施过程

2.1 空分装置时钟同步构架 神华宁煤400万吨煤制油空分装置共分为两个独立系列。每个系列6 套空分装置,共12 套空分装置。其中11套机组采用曼透平成套设备,带独立透平控制系统(ITCC)加11套安全仪表系统(SIS)。曼透平ITCC就近位于现场靠近机组厂房的透平控制小屋(TCC)内。1套机组采用沈鼓成套设备,为独立透平控制系统(ITCC)与安全仪表系统(SIS)一体式设计。单套空分主体部分采用集散控制系统(DCS)。

其中DCS采用Emerson Delta V。整体通过PLUS站主动进行系统时间同步,这样可以确保所有工作站和控制器同步[1]。

SIS采用Schneider Triconx。采用SNTP服务器接收GPS时钟,Triconx通过UDP/IP方式同步master node[2]时间。

曼透平ITCC采用Siemens S7-400 PLC。最初设计为在TCC安装无线网卡,通过SI M 卡获取网络时间后传递至PLC 控制器完成时钟同步,但考虑到伊朗震网(Stuxnet)病毒,工业网络要与互联网完全隔离。后期修改为基于NTP接收现有SIS系统时钟同步服务器时钟。

2.2 时钟同步解决方案 TCC 系统于2015 年11 月经历安装、调试、试车,但是无法与SIS系统进行时钟同步,影响机组在事故状态下跳车先后顺序的判断;在出现异常情况时,TCC,SIS及DCS的时间偏差较大,无法确认仪表动作的先后顺序。各个系统的事件记录以及历史趋势显示的时间,事件的先后顺序不一致,不统一。在进行事故分析时,无法满足必要的参考价值,系统间事件发生的时间还会有冲突的地方,同时造成判断的干扰,事故分析不能明确责任。调试期间柜内未设计时钟同步网络通讯电缆,利用此次检修机会,对控制柜内进行改造,增加时钟同步网络模块。统一空分装置DCS、SIS、TCC 系统的时钟计时模块,进一步增加事故分析的准确性和说服性。

ITCC时钟同步的改造涉及到控制系统的下装,存在设备跳车风险,只能在大修期间进行改造。实际操作中可以通过光纤,交换机等通讯设备将现场各个TCC小屋工业电脑和中央控制室的时钟服务器连接。在安装操作过程中注意以下的要求和方式方法：

1.检查各机柜网络柜的光纤集线盒线路状况,确认集线盒内光纤数量满足机组时钟同步所需要求;

2.从CCR进行时钟同步网络线路到空分各机柜间的布线,在相应网络柜中加装时钟同步网络交换机,并对交换机供电回路进行改造;

3.从空分机柜间向TCC小屋的时钟同步网络布线和标记;

4.在TCC小屋内加装时钟同步光电转换器模块,连接至TCC 内工业电脑。

5.确认通讯正常后更改TCC系统时钟同步程序组态。

6.确认各系统间的时间偏差,并进行调整。

7.重新备份机组程序。

2.3 时钟同步改造后效果 修改完成两个月后,进行时钟同步改造的验收确认工作。

经过更改后,观察各套机组对应TCC以及SIS系统的时间,如表1所示。对比发现,控制系统内部的时间可以满足要求,十一号机组的时钟同步效果最好,而其他的设备均出现了时钟偏差大的现象。后来根据查找PLC控制系统相关说明发现,西门子PLC需建立NTP 时钟服务器和NTP 客户端体系实现时钟同步,通常以AS 站、CP 和OS客户机作为时钟从站,OS服务器或者外部时钟源作为时钟主站[3]。对比各套装置内部的组态情况,PLC控制器中时钟同步服务必须一直处于Slave模式下,才能保证时钟运行的准确有效。满足条件下对各套装置重新进行了配置更改。

三、总结

此次改造完成后,确保了空分装置各个控制系统间时钟的统一性和准确性,完成基本的时钟同步改造后,SIS和ITCC间时间偏差减小到1S以内。经过一段时间的运行之后证实时钟同步方案有效,为以后装置的工艺平稳操作,历史数据曲线分析,事故停车报告分析都提供了真实的数据记录。