混合控制系统时钟同步的设置方法

2016-11-22范振华严盛超

化工自动化及仪表 2016年12期

关键词：对话框时钟界面

范振华严盛超程斌吕博

(中国石油兰州石化公司，兰州 730060)

混合控制系统时钟同步的设置方法

范振华严盛超程斌吕博

(中国石油兰州石化公司，兰州 730060)

混合控制系统广泛应用于各类炼化装置，为保证不同系统之间数据对比的有效性，系统间的时钟同步变的尤为重要。因此，以DeltaV系统与TRICON系统间的时钟同步为例，详细介绍混合控制系统时钟同步的设置方法。

时钟同步混合控制系统 DeltaV TRICON

不同控制系统的控制重点不同，如生产过程控制常使用离散控制系统，生产安全控制常使用安全仪表系统，因此各类炼化装置大多应用混合控制系统。为提高混合系统之间数据分析的有效性，控制系统时钟同步被广泛应用。控制系统时钟同步包含不同控制系统控制器之间的时钟同步，也包含同一套控制系统内各节点(控制器与操作站计算机)的时钟同步。

在炼化行业中，时常会发生因工艺误操作或设备故障而引起的生产波动，甚至装置停工。事故发生后应在最短时间内查找出故障的位置进而消除，使生产装置恢复正常运行。同时，为了避免此类事故再次发生，各专业人员会对事故原因进行分析、总结。原因分析过程中需要对不同系统中的数据变化时间、数值大小和变化率进行对比，通常需要搜集安全仪表系统(SIS)的事件顺序记录(SOE)，查找出造成事故发生的第一事件(如压力波动、液位联锁)和第一事件发生的时间。再通过离散控制系统(DCS)或机组控制系统(CCS)的历史数据记录画面调出相关回路的历史趋势，分析测量元件和设备在事故发生期间的动作情况，以此确定出故障的原因。在此过程中，若各控制系统的控制器时钟之间没有进行时钟同步，则会导致对同一测量元件或设备所记录数据的时间不一致，无法判断事件发生时设备动作的顺序；若控制器与计算机时钟之间没有同步，则会导致历史趋势中事件发生时间与实际发生时间存在较大偏差，数据的可比性降低。由此可见，无论哪一部分未进行时钟同步设置，都会导致事故原因分析难度大幅增加，甚至影响最终分析结果。

1 控制系统内部节点时钟同步①

1.1 DeltaV系统各节点时钟同步

DeltaV系统的时钟同步，首先要确定时钟源，即选取一个设备，以此设备的时间作为标准时间，其他系统或设备的时间则以此时钟源时间为基准进行修改。时钟源的选取通常有两种方法：一是以系统内某一常用工程师站作为时钟源；二是采用外部时钟源，常用外部设备(如GPS时钟服务器)作为时钟源。

1.1.1以工程师站为时钟源的同步方法

在不采用外部时钟源的情况下，DeltaV系统可以通过设置，以该系统内的任一节点作为时钟源，对其余节点进行时钟同步。

在Explorer界面中右键单击物理网络(Phsical Network)，选择属性对话框(图1)，然后选择PLUS站，将它组态为该网络的主时间服务器，再选择另一台工作站作为备用服务器并下装。

图1 物理网络属性对话框

打开系统诊断画面，任意选择一个节点，在其信息栏中可以看到如图2所示的信息。其中，NTPServer为PLUS站；NTPStatus为GOOD；NTPOffset为14.538，即OP2的时间与PLUS的时间偏差为14.538ms；TimeInSync为1，表示时钟同步正常。

图2 DeltaV诊断画面截图

若各节点之间的时间偏差较大，则可以自PLUS站的操作画面上手动进行同步。点击操作画面上的时钟图标，弹出如图3所示的对话框，在确认日期、时间均无误后点击“Apply”，则完成各操作站的时钟同步。

图3 系统时钟设置对话框

此同步方法简单易操作，仪表维护工程师可在日常巡检过程中完成。但由于是手动同步，系统无法自动检测各节点间的时间误差，因此需在巡检过程中关注各节点的详细时间，对时间不一致的系统进行同步操作。

1.1.2以GPS时钟服务器为时钟源的同步方法

GPS时钟服务器的品牌、型号较多，设置方法也不相同，笔者不做详细介绍。配置好GPS时钟服务器的相关参数后，通过网线将GPS设备上具有NTP功能的网口和工作站(以PLUS站为例)的第3块网卡进行连接，然后在DeltaV系统中进行设置。

在PLUS站上执行DeltaV工作站组态(PCInstall)。选中“Workstation will be a Remote Access Server”复选框和“Enable Remote Access Services Now”复选框，表示该机器将会成为远程服务器。

在DeltaV Explorer中，选择工程师站下的远程网络(Remote Network)，单击鼠标右键，弹出远程网络属性对话框，如图4所示，选择属性(Properties)，并选择使能远程网络(Enable Remote Network)。

图4 远程网络属性对话框

在远程网络高级选项对话框里(图5)选择高级选项，输入之前设置好的GPS时钟服务器网口的IP地址。

图5 远程网络高级选项对话框

重复图1中的设置，将PLUS站设置为该DeltaV网络的主时间服务器。下装整个网络，一段时间(30min左右)后，所有工作站时间会自动与GPS的时间进行同步。

打开系统的诊断界面，查看NTPServer是否更改为GPS时钟服务器，NTPStatus、NTPOffset及TimeInSync等参数的数值是否正确，也可以通过调用各工作站的NTPOffset历史趋势，查看与PLUS站的时间偏差是否在允许范围内。

1.2TRICON系统各节点时钟同步

TRICON系统各节点间的时钟同步有3种方法：一是利用TCM卡中SNTP功能进行时钟同步；二是利用DDE SERVER中时间同步功能进行系统内部节点的时钟同步；三是利用人机界面(HMI)同步的方式进行系统内部节点的时钟同步。

1.2.1TCM卡中SNTP的同步方式

在工程师站中打开Tristation1131程序，在控制面板的硬件组态中直接进入TCM4351A/B 卡的SETUP界面(图6)，选择TIME SYNC，然后选择SNTP设置时钟源的IP地址。

图6 TCM卡的SETUP界面

更改完设置后保存并下装程序，这样控制器将会和时钟源自动进行时钟同步。但要注意的是，当时钟同步网络中断后，大概5min左右TCM卡会发生报警，内容是TCM卡寻找不到时钟源，需要检查网络并加以处理。

1.2.2DDE SERVER的同步方式

打开DDE SERVER，在主机名称组态对话框(Host Name Configuration)(图7)中，将“Time Sync” 选中。计算机的时间通过DDE SERVER每隔3min向控制器写一次时间。这样就使控制器和计算机时间同步。

图7 主机名称组态对话框

一个系统中常配置一台工程师站和多台操作员站，一般将工程师站作为同步控制器的时钟站。仅在工程师站计算机上按上述操作进行设置，可以使在这一个网络系统中，只有一台计算机向控制器发送同步信号，防止出现多个设备间互相进行时钟同步的混乱。

1.2.3人机界面同步的方式

人机界面同步的方式是通过编写时钟同步程序，将计算机时间写入控制器中或将控制器时间写入计算机中，在实际使用过程中应用较为广泛。

1.2.3.1计算机时间写入控制器

打开Tristation1131程序编辑器，在其中编写时间同步程序，如图8所示。其中，点“TIME_HMI”是上位画面写到下位程序的可读写点，此程序显示的是每天3时0分0秒由HMI发送同步信号，将控制器时间更改为3时0分0秒，为了消除信号传送中的误差，可由TIME_SET模块中的“MS”管脚来进行调整，这里默认为零。

图8 时钟同步程序截图

在HMI开发界面中编写脚本(图9)，用于发送同步信号。

图9 编辑条件脚本界面

在HMI运行时，每天到了设定时间，就会自动使控制器的时间与计算机时间同步。

与DDE SERVER的同步方法相同，在一套系统中存在多台计算机时，只需选择一台作为时钟同步的源机器，并确保其HMI画面一直运行，就能保证系统中只有一台计算机与控制器进行时钟同步，防止多个设备间互相进行时钟同步。

1.2.3.2控制器时间写入计算机

将控制器时间写入计算机常作为不同控制系统间时钟同步的一个重要步骤进行。

在需要进行时钟同步的TRICON系统工作站HMI开发界面打开脚本编辑器，编写脚本，用于在指定时间将计算机的时间与控制器时间同步，脚本编写内容如图10所示。

图10 HMI开发界面脚本编辑器

2 DeltaV系统与TRICON系统时钟同步

系统内部的时钟同步只能保证同一系统内部各节点的时间一致，在分析故障原因时，往往涉及到不同的控制系统，不同控制系统之间的时钟同步就变得尤为重要。混合控制系统时钟同步常见方法有两种：一是利用GPS时钟同步服务器实现；二是利用不同系统之间的连接、设置实现。利用GPS时钟同步服务器进行时钟同步时，只需将不同系统与服务器进行连接，按照不同控制系统厂家要求的标准进行相关设置，即可实现时钟同步，操作过程简单。现以DeltaV系统和TRICON系统为例，对利用不同系统之间连接、设置实现混合控制系统时钟同步的方法进行介绍。

设置主时钟服务器。按照1.1.1节中的方法，在DeltaV控制系统中将PLUS站设置为主时钟服务器，用于同步DeltaV系统的其余工作节点，并同步TRICON系统控制器的时间和计算机时间。

编辑时钟同步模块。在DeltaV Explorer界面中建立一个时钟同步模块(Module)，将PLUS站的计算机时间取出，并以此编写在3时0分0秒送出一个脉冲信号至TRICON系统的程序，完成后下装该模块至任意控制器内，时钟同步模块逻辑如图11所示。