GPS 时钟同步技术在350万 ta 柴油加氢及其配套装置中的应用.pdf

时钟同步技术在 万 柴油加氢 及其配套装置中的应用 王 蓉 吴建民 中国石油兰州石化公司 兰州 摘 要 简要介绍了 时钟同步原理和基于网络时间协议 的对时算法 分析了各系统时钟差 异给工控系统带来的风险 并结合某 万 柴油加氢和配套 万 制氢装置程控系统的构成特 点 搭建其时钟同步网络拓扑图 详细说明利用各系统的特点来完成与 时钟同步服务器时钟的同步 设置方法 实现了系统时间的统一 关键词 系统时钟同步 加氢 制氢装置 网络时钟同步服务器 中图分类号 文献标识码 文章编号 随着科学技术与国民经济的快速发展 工控 系统也随之蓬勃发展 石化项目 如百万吨乙烯 及千万吨炼油等 也日益趋向大型化 一体化和 智能化 一个大型的石化项目往往集成有多套程 控系统 如 及 等 这些系统在功能 和网络上分别独立 并各自采用独立的时钟 由 于时钟产品质量存在差异 因此在对时精度上也 存在一定的偏差 而且当系统运行的时间越长 其 积累的偏差就越大 从而使各装置乃至全厂的系 统时间不能统一 这种差异给装置在生产过程中 出现故障后的分析造成了较大的阻碍 如果操作 站和控制站的时钟不同步 那么 事件记录 历史趋势 数据采集及数据同步等功能都将受到 严重影响 笔者以中国石油兰州石化公司的 万 柴油加氢和配套 万 制氢装置程控系统为 例 介绍时钟同步网络拓扑的搭建 以及利用各系 统特点实现与 时钟同步服务器时钟的同步 设置方法 时钟同步原理 世界上大多数国家采用的标准时间标度是基 于地球自转的世界协调时 和基于地球公转的公历 时间通 过多种途径传播 如无线与 卫星导航系统 电话调制解调器及便携式计数器等 卫星导 航系统在每颗卫星上都安装有精密的原子钟 并 由监测站经常进行校准 卫星发送导航信息的同 时也发送精确的时间信息 接收机接收此信 息 并同步于自身时钟 获得准确的时间 因此 接收机除了能准确定位之外 还可以产生精 确的时间信息 目前自动化系统采用的时间标准 就是 网络时钟同步服务器又称网络时间协议 时间服务器 时间 服务器是对自动化系统中的计算机及控制装置等 进行校时的高科技产品 是用于互联网中时 间同步的标准互联网协议 也用于把计算机的时 间同步到某些时间标准 时间服务器从 卫星上获取 信号 并将这些信息通过各种类 型的接口传输给自动化系统中需要时间信息的设 备 如计算机 保护装置 故障录波器 事件顺序 记录装置 安全自动装置和远动 这样就可 以实现整个系统内的时间同步 协议的对时方法 协议的精确对时主要是在主 从工作方 式下实现的 算法首先根据服务器和客户端 的往返报文来确定两地时钟的差值和报文在网络 中的传输延迟 服务器与客户端的对时过程如图 所示 第 期 王 蓉等 时钟同步技术在 万 柴油加氢及其配套装置中的应用 收稿日期 修改稿 图 服务器与客户端的对时过程 图中 和 是客户端时钟记录的发送和 接收 报文的时间 和 是服务器端时钟 记录的接收和发送 报文的时间 假设服务 器的时钟是准确的 服务器和客户端时钟的时间 偏差是 从客户端发送报文到服务器端的路径 延迟是 从服务器发送报文到客户端的路径延 迟是 路径延迟总和是 那么可以列出 个方 程 假设从客户端到服务器的路径延迟和从服务 器到客户端的路径延迟相等 即 以 上 个方程变成 由式 可以求出服务器和客户端时钟 的时间偏差为 客户端与服务器端总的网络路径延迟为 客户端与服务器之间的时间偏差和网络延迟 如图 所示 客户端向网络时钟同步服务器发送 同步请求 然后收到含有 和 时间戳 的报文 并计算出时间偏差和网络路径延迟 调整 自己的时间 以实现与标准时间的统一 图 时间偏差和网络延迟 时钟同步方案的制定 中国石油兰州石化公司某 万 柴油加 氢是一套柴油精制装置 它的原料之一是氢气 主 要来自于 万 制氢装置 加氢装置与制 氢装置共有两套 两套 和一套 机组控制系统 万 柴油加氢项目采用了 系列 的 标准时钟同步时间服务器 该服务器提供 了 个 网络 接口 网络接口 默认 网络地址为 网络接口 默认 网络地址为 网络接口 默认 网络地址为 子网掩码均为 由此 搭建的程控系统时钟同步网络 拓扑如图 所示 图 程控系统时钟同步网络拓扑 化工自动化及仪表 第 卷 系统时钟同步的实现 系统可以调整域内时间 在 与 网连接的各站中 除过 具有的 时钟之 外 还有 网平台保持的 时钟 程控系 统内全部以 时间为标准 当系统启动 时 域内最初启动的 站成为时间主站 时间主 站发送时间同报信息 从站接收并调整时间 最终 实现时间统一 时间主站要从时钟同步服务器上获取标准时 间 还需要在 界面内进行相应的设 置 该功能基于 协议 时钟 同步组态设置界面如图 所示 和 为两个控制站 和 分 别为 个操作站 为工程师站 将各自 域属性内的 设置为时钟同 步服务器相应 端口的 地址即可 图 系统时钟同步组态设置界面 系统 系统的主时间源可以是系统中的任意 一个工作站 当系统时间需要手动 静态 校对 时 可以使用设置 同步网络时间 工具中的 对话框 设置 如果系统时间来自于网络时间服务器 则 不需要设置 系统时间对话框 由于修改 主时间源工作站的 操作系统时间等于间 接修改了 系统时间 因此可以将从网络时 间服务器获取的数据直接作为 系统时间 的设定值 设置方法 首先在 工程师站上安装网络 时间服务器的客户端软件 该软 件为一 款 绿 色 软 件 直 接 拷 贝 即 可 双 击 目录下的 文件 即开 始运行 在屏幕下部的系统托盘中会出现图 标 鼠标右键点击该图标 并选择 打开窗口 进入如图 所示的客服端软件对话框 图 客服端软件对话框 在图 中 需要填入网络时钟服务器 端口 地址 制氢 及周期 等相应选 项 此时 网络时钟客户端设置完成 即可同步 动 态 主时间源工作站的 系统时间 其次还需要在 系统中设置安装了同 步软件的计算机为主时间源 系统主站设置 方法如图 所示 图 系统主站设置界面 打开 选中菜单 树 的 鼠标右键点击 在 窗口中选中标签 在 中填写 即系统时间源为工程师站 确定完时间主站后 便能与 时钟同步服务器进行时钟同步了 下转第 页 第 期 王 蓉等 时钟同步技术在 万 柴油加氢及其配套装置中的应用 候会危及生产安全 可通过增加一套服务器版的 防病毒系统来解决 使用初期会不定期地出现一个域的所有数据 丢失 后经多次处理后发现是因为只搭建了 单通信网络 只要一个域中有一台机子的 通信中断 就会造成装有多项目软件包的操作站 通信中断 导致数据丢失 这时恢复所有 的通信即可修复 这是笔者为节约投资只搭建了 单网络所造成的特殊现象 如将 与 双网络同时搭建 此问题将不会出现 结束语 此系统的优点是数据实时更新 可以将多个 片区的重要数据集中显示 方便生产的统一指挥 缺点是流程图不能及时更新 需要人工手动更新 如果各项目的改动比较大 那此系统的维护工作 量也会非常大 上接第 页 上接第 页 系统 万 加氢装置机组选用的控制系统是 该系统的时间同步源来自 系统 通过双方系统内部组态和程序的编 写 实现网络时间的同步 在 中编写了名为 的 功能模块实现 与 之间的时钟同步 当 系统的时间为 时 发送数字量通知 系统 系统获取同步信息后同步本 系统时钟为 从而实现了网络时钟的同 步 程序代码如下 结束语 中国石油兰州石化公司的 万 制氢和 万 柴油加氢装置从开车到现在已运行半 年多 两套装置的系统时间始终与 网络时钟 服务器时间保持一致并同步于 实践证明 在使用了 网络时钟同步系统后 与 的事件记录和历史趋势记录能够精准匹配 在装 置工况出现波动和设备出