張 洋

國(guó)能集團(tuán)寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限公司煤制油分公司儀表管理中心 寧夏 銀川 750411

引言

近年來(lái),受國(guó)內(nèi)產(chǎn)能過(guò)剩,經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)的影響。淘汰落后且低產(chǎn)能裝置成為趨勢(shì)。能源化工中百萬(wàn)噸,千萬(wàn)噸級(jí)裝置的新建和投產(chǎn),同樣給儀表和自控專業(yè)帶來(lái)新的要求和挑戰(zhàn)。國(guó)家對(duì)于能源化工裝置在機(jī)型和節(jié)能環(huán)保等方面的新要求,未來(lái)設(shè)備集成化和控制點(diǎn)數(shù)增多以及控制系統(tǒng)種類也會(huì)更加復(fù)雜化和多樣化。

在工程設(shè)計(jì)前期階段,時(shí)鐘同步往往只預(yù)留接口,等各個(gè)控制系統(tǒng)到廠后才進(jìn)行配置調(diào)試。但是由于項(xiàng)目的總體進(jìn)度要求,往往會(huì)出現(xiàn)已經(jīng)投產(chǎn)的設(shè)備沒(méi)有完全具備時(shí)鐘同步的條件。而時(shí)間的準(zhǔn)確性因事故的責(zé)任劃分等因素,是生產(chǎn)裝置停車的關(guān)鍵因素。

在控制系統(tǒng)中,受時(shí)間影響的功能很多,如控制系統(tǒng)的報(bào)警、趨勢(shì)、事件記錄等。這些記錄的時(shí)間又來(lái)源于不同的控制器、工作站和服務(wù)器等其他裝置,它們對(duì)于穩(wěn)定運(yùn)行、事故原因分析,故障處理等都非常重要?；谶@樣的情況,本文簡(jiǎn)述空分裝置DCS、SIS、ITCC三個(gè)控制系統(tǒng)時(shí)鐘同步出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法,對(duì)于解決這樣問(wèn)題以及有借鑒作用。

一、實(shí)施的理論依據(jù)

NTP(Net work Ti me Protocol,網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議)是網(wǎng)絡(luò)中用于時(shí)間同步的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。它采用Client/Server模式,NTP客戶端借助NTP協(xié)議,從NTP服務(wù)器獲取準(zhǔn)確的時(shí)間。NTP服務(wù)器的時(shí)間通常來(lái)源于一個(gè)權(quán)威的時(shí)間源,如原子鐘、GPS時(shí)鐘、Internet上的時(shí)間服務(wù)器。NTP不僅校正時(shí)間,而且能夠持續(xù)跟蹤時(shí)間的變化,并自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié),從而使采用NTP協(xié)議的客戶端能從網(wǎng)絡(luò)中獲取可靠和精確的時(shí)間同步。

NTP時(shí)鐘同步系統(tǒng)是針對(duì)計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化裝置等設(shè)備進(jìn)行校時(shí)而研發(fā)的高科技產(chǎn)品,NTP時(shí)鐘同步系統(tǒng)可以接收北斗衛(wèi)星、GPS、CDMA、PTP、B碼等外部時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)。我廠現(xiàn)在就采用的是基于GPS定位的時(shí)鐘同步系統(tǒng),為研究增加可行性。

二、實(shí)施過(guò)程

2.1 空分裝置時(shí)鐘同步構(gòu)架 神華寧煤400萬(wàn)噸煤制油空分裝置共分為兩個(gè)獨(dú)立系列。每個(gè)系列6 套空分裝置,共12 套空分裝置。其中11套機(jī)組采用曼透平成套設(shè)備,帶獨(dú)立透平控制系統(tǒng)(ITCC)加11套安全儀表系統(tǒng)(SIS)。曼透平ITCC就近位于現(xiàn)場(chǎng)靠近機(jī)組廠房的透平控制小屋(TCC)內(nèi)。1套機(jī)組采用沈鼓成套設(shè)備,為獨(dú)立透平控制系統(tǒng)(ITCC)與安全儀表系統(tǒng)(SIS)一體式設(shè)計(jì)。單套空分主體部分采用集散控制系統(tǒng)(DCS)。

其中DCS采用Emerson Delta V。整體通過(guò)PLUS站主動(dòng)進(jìn)行系統(tǒng)時(shí)間同步,這樣可以確保所有工作站和控制器同步[1]。

SIS采用Schneider Triconx。采用SNTP服務(wù)器接收GPS時(shí)鐘,Triconx通過(guò)UDP/IP方式同步master node[2]時(shí)間。

曼透平ITCC采用Siemens S7-400 PLC。最初設(shè)計(jì)為在TCC安裝無(wú)線網(wǎng)卡,通過(guò)SI M 卡獲取網(wǎng)絡(luò)時(shí)間后傳遞至PLC 控制器完成時(shí)鐘同步,但考慮到伊朗震網(wǎng)(Stuxnet)病毒,工業(yè)網(wǎng)絡(luò)要與互聯(lián)網(wǎng)完全隔離。后期修改為基于NTP接收現(xiàn)有SIS系統(tǒng)時(shí)鐘同步服務(wù)器時(shí)鐘。

2.2 時(shí)鐘同步解決方案 TCC 系統(tǒng)于2015 年11 月經(jīng)歷安裝、調(diào)試、試車,但是無(wú)法與SIS系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)鐘同步,影響機(jī)組在事故狀態(tài)下跳車先后順序的判斷;在出現(xiàn)異常情況時(shí),TCC,SIS及DCS的時(shí)間偏差較大,無(wú)法確認(rèn)儀表動(dòng)作的先后順序。各個(gè)系統(tǒng)的事件記錄以及歷史趨勢(shì)顯示的時(shí)間,事件的先后順序不一致,不統(tǒng)一。在進(jìn)行事故分析時(shí),無(wú)法滿足必要的參考價(jià)值,系統(tǒng)間事件發(fā)生的時(shí)間還會(huì)有沖突的地方,同時(shí)造成判斷的干擾,事故分析不能明確責(zé)任。調(diào)試期間柜內(nèi)未設(shè)計(jì)時(shí)鐘同步網(wǎng)絡(luò)通訊電纜,利用此次檢修機(jī)會(huì),對(duì)控制柜內(nèi)進(jìn)行改造,增加時(shí)鐘同步網(wǎng)絡(luò)模塊。統(tǒng)一空分裝置DCS、SIS、TCC 系統(tǒng)的時(shí)鐘計(jì)時(shí)模塊,進(jìn)一步增加事故分析的準(zhǔn)確性和說(shuō)服性。

ITCC時(shí)鐘同步的改造涉及到控制系統(tǒng)的下裝,存在設(shè)備跳車風(fēng)險(xiǎn),只能在大修期間進(jìn)行改造。實(shí)際操作中可以通過(guò)光纖,交換機(jī)等通訊設(shè)備將現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)TCC小屋工業(yè)電腦和中央控制室的時(shí)鐘服務(wù)器連接。在安裝操作過(guò)程中注意以下的要求和方式方法：

1.檢查各機(jī)柜網(wǎng)絡(luò)柜的光纖集線盒線路狀況,確認(rèn)集線盒內(nèi)光纖數(shù)量滿足機(jī)組時(shí)鐘同步所需要求;

2.從CCR進(jìn)行時(shí)鐘同步網(wǎng)絡(luò)線路到空分各機(jī)柜間的布線,在相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)柜中加裝時(shí)鐘同步網(wǎng)絡(luò)交換機(jī),并對(duì)交換機(jī)供電回路進(jìn)行改造;

3.從空分機(jī)柜間向TCC小屋的時(shí)鐘同步網(wǎng)絡(luò)布線和標(biāo)記;

4.在TCC小屋內(nèi)加裝時(shí)鐘同步光電轉(zhuǎn)換器模塊,連接至TCC 內(nèi)工業(yè)電腦。

5.確認(rèn)通訊正常后更改TCC系統(tǒng)時(shí)鐘同步程序組態(tài)。

6.確認(rèn)各系統(tǒng)間的時(shí)間偏差,并進(jìn)行調(diào)整。

7.重新備份機(jī)組程序。

2.3 時(shí)鐘同步改造后效果 修改完成兩個(gè)月后,進(jìn)行時(shí)鐘同步改造的驗(yàn)收確認(rèn)工作。

經(jīng)過(guò)更改后,觀察各套機(jī)組對(duì)應(yīng)TCC以及SIS系統(tǒng)的時(shí)間,如表1所示。對(duì)比發(fā)現(xiàn),控制系統(tǒng)內(nèi)部的時(shí)間可以滿足要求,十一號(hào)機(jī)組的時(shí)鐘同步效果最好,而其他的設(shè)備均出現(xiàn)了時(shí)鐘偏差大的現(xiàn)象。后來(lái)根據(jù)查找PLC控制系統(tǒng)相關(guān)說(shuō)明發(fā)現(xiàn),西門(mén)子PLC需建立NTP 時(shí)鐘服務(wù)器和NTP 客戶端體系實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步,通常以AS 站、CP 和OS客戶機(jī)作為時(shí)鐘從站,OS服務(wù)器或者外部時(shí)鐘源作為時(shí)鐘主站[3]。對(duì)比各套裝置內(nèi)部的組態(tài)情況,PLC控制器中時(shí)鐘同步服務(wù)必須一直處于Slave模式下,才能保證時(shí)鐘運(yùn)行的準(zhǔn)確有效。滿足條件下對(duì)各套裝置重新進(jìn)行了配置更改。

三、總結(jié)

此次改造完成后,確保了空分裝置各個(gè)控制系統(tǒng)間時(shí)鐘的統(tǒng)一性和準(zhǔn)確性,完成基本的時(shí)鐘同步改造后,SIS和ITCC間時(shí)間偏差減小到1S以內(nèi)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行之后證實(shí)時(shí)鐘同步方案有效,為以后裝置的工藝平穩(wěn)操作,歷史數(shù)據(jù)曲線分析,事故停車報(bào)告分析都提供了真實(shí)的數(shù)據(jù)記錄。