Smyphony控制系统网络的时间统一及DSOE功能探讨

　　丰鹤发电有限责任公司2×600MW机组的DCS(分散控制系统)采用了ABB Smyphony控制系统，该系统以其结构合理、带载能力强大、充分体现现代意识的人机接口、开放的通讯系统，得到了越来越多用户的认可。我厂两台机组从2007年投运到目前，DCS控制网络运行基本稳定，虽然没有因网络软、硬件故障、时间紊乱导致机组出现危急情况，但也出现了操作员服务器实时趋势图中数据曲线不能随时间连续变化，影响运行人员操作判断的不安全因素。本文就DCS的控制网络构成及网络内部各个独立的节点是如何获取时间并完成统一，作了深入的探讨，对DSOE服务器这一特殊节点的结构和工作原理作了介绍。

　　一、ABB Smyphony控制系统控制网络概述

　　由于分布式过程控制系统的通讯网络无时不在传递着过程变量、控制要求和有关报警报告及组态等过程控制及企业管理的各种大量信号，所以通讯网络执行着极为重要的数据交换任务，而成为分布式过程控制系统、决策管理系统的主要硬件、软件结构。分布式控制系统之所以能成为分布式，而区别于集中控制系统，其关键在于具有一个完善的通讯系统，把模拟通讯变成数字通讯，把通讯与控制分离等技术是分布式系统发展中的一个重大里程碑。其通讯系统采用多层各自独立的数字通讯网络，以下只介绍控制网络。

　　几个重要概念：

　　★ 网路拓扑结构：在该系统中，所有控制网络都采用介质首尾相接的闭合结构——环形拓扑。

　　★ 网络节点：在通讯网络上加挂的，并能够参与数据交换的设备统一叫做节点。

　　本系统中节点含有：过程控制单元节点、DSOE服务器节点、网络至计算机接口节点、控制网络至控制网络节点。

　　★ 过程控制单元：实现过程控制的主要现场设备。

　　★ DSOE服务器：该服务器是控制网络上一个特殊的节点。它将通过固定配置的数据处理器及通讯接口，汇集和处理所谓的事件。而整个DSOE数据系统采用了分散和集中处理的结构。经过处理的事件数据具有较高的时间分辨率和按照顺序进行排序的特点。

　　★ 网络至计算机接口：包括操作员服务器、工程师工作站在内的第三方计算机接入控制网络，使这些特定的设备通过控制网络交换相应的数据。

　　★ 控制网络至控制网络接口：两个控制网络连接在一起的接口。

　　★ GPS：全球定位系统(Global PositioNIng System)。我厂所用GPS时钟信号类型是IRIG-B编码型。

　　随着计算机和网络通讯技术的飞速发展，火电厂热工自动化系统数字化、网络化的时代已经到来。这一方面为控制和信息系统之间的数据交换、分析和应用提供了更好的平台，另一方面对各种实时和历史数据时间标签的准确性也提供了更高的要求。这就涉及到整个通讯网络的时间获取与统一，尤其对DSOE系统，以毫秒级的分辨率获取并记录开关量信号的状态变化信息，为热工和电气设备事故分析提供明确有效的线索和证据，对电厂运行状态检测、记录、事故分析起着重要作用。

二、控制网络的时间获取

　　本厂控制网络共有三个，每个网络在功能上都是独立的，但在数据和时钟上有着互相联系。

　　首先介绍本厂整个控制网络的构成：

　　A网(公用网络)：主要负责整个电厂内#1、2机组公用系统现场设备的数据采集和控制; B网(#1机组网络)、C网(#2机组网络)：分别负责#1、#2号机组现场设备的数据采集、监视和控制。 B和C都通过控制网络至控制网络接口节点连接在A网上，B网可以监视和控制部分与#1机组有关的公共系统的数据，C网可以监视和控制部分与#2机组有关的公共系统的数据。全厂控制网络结构如下：

　　机组的控制网络构成：

　　在环形控制网络上的节点有：过程控制单元节点、DSOE服务器节点、网络至计算机接口节点、控制网络至控制网络节点。其中DSOE服务器节点比较特殊，只在A网中有一个节点，在B、C网络中是通过过程控制单元来完成数据的交换(数据链)。控制网络结构如下：

　　S时钟引入全厂控制网络的途径(时钟链)：

　　GPS时钟信号通过介质以IRIG-B编码形式引入到A网DSOE服务器节点，通过专用模件完成对时钟信号的接收、处理再发送，依次传送给B、C网，这样使所有网络的时钟信息保持了与GPS的一致。时钟引入网络结构流程如下:

　　控制网络中接收时间信息的节点有：DSOE服务器节点，网络至计算机接口节点(人机接口服务器，操作员服务器)，过程控制单元节点等。

　　可以发布时间信息的节点有：DSOE服务器节点，网络至计算机接口节点。

　　在ABB Symphony系统中，为了整个网络时钟信息的准确和连续性，不仅要求时钟信息发布的唯一性，也要保证时钟信息发布的不间断和无扰性。网络中时间信息的节点有一个默认的级别，从高到底依次是：GPS，DSOE服务器节点，操作员服务器节点，过程控制单元节点。低级别的节点在接受高级别、准确度更高的时钟信号时，其内部时钟会自动对时。

　　若高级别的现故障，那么较其低一级别的节点会自动起作用，负责给整个控制网络发布时钟信息。例如：DSOE服务器接收GPS时钟信息并向网络发布，如果DSOE服务器判断GPS时钟信息无效，其内部模件的时钟就接替该任务并保证发布时间的一致和连续性。另外在B、C网络中各有三个操作员服务器节点，分别设置其对时钟管理的级别，这样就可以使网络时钟信号的提供有可靠的保证。

三、DSOE服务器节点的结构和工作原理

　　该服务器是控制网络上一个特殊的节点。它将通过固定配置的数据处理器及通讯接口，汇集和处理所谓的事件。而整个SOE数据系统采用了分散采集和集中处理的结构。

　　DSOE系统最突出的特点就是，所采集的事件数据具有较高的时间分辨率(1ms)特性，并且按照发生的时间顺序进行排列。DSOE由一系列既结构相互独立，又功能及数据相互依赖的设备组成。在该系统中，事件数据传送的链路，时钟信息的传送链路共同搭建了信息传输的双数据结构。这就形成了DSOE在系统中以下几个功能：

　　★事件数据采集

　　以分散的数据采集通道及控制处理器模件为基础，构成了事件采集单元。不过该单元具有有别于其他模件的地方。除它自己需要连接16个数字输入通道外，同时也需要连接时钟链上的时钟信息，把时间直接赋予在输入通道上，当然该数据的采集预处理单元可与其它子系统的过程控制单元共部分用。

　　★事件数据的处理

　　SOE服务器是专门配置的事件数据处理单元。该单元具有事件处理主模件，以及时间保持主模件。它不仅需要连接分散的事件采集单元，还需要借助时间同步链发布时间信息。这一时间信息一方面通过绝对时间同步系统，另一方面通过时钟链发布时间信息，来同步采集单元的通道。该设备就是SOE服务器(专门的独立结构)。

　　★事件数据记录

　　在操作员工作站上应该建立专门的SOE数据库。这些数据将向操作员报告它所采集和记录的事件，帮助完成事故的追忆过程。操作员工作站来完成SOE数据的记录。

　　DSOE非常重要的两个任务是：其一，采集现场触点状态的改变，判别事件并加以排序和报告;其二，为整个系统的同步提供高精度的时间信息。这样在系统中就具有了两个链即：SOE数据链和时钟链。DSOE数据链及时钟同步链如下：

　　控制网络接收符合IRIG-B标准时间码制设备GPS的信息来调整自己的时钟。

　　四、现场运行中出现的故障

　　出现部位：操作员服务器节点(在生产现场，B网络中有三台服务器同时运行，其他操作员站用以太网的方式链接这三台服务器，并可以实现无扰切换)。

　　故障现象：某天，有两台服务器的所有参数，在画面监视中实时数据在变，按照正常情况，实时数据的曲线图也会随着数据的变化而上下波动，但是当时实时数据的曲线一直是条直线，如果重新打开数据的实时趋势图，以前的数据趋势也能记录变化情况，就是在当前打开的趋势图中不变，一直保持一条直线。更为奇怪的是，在三台服务器中有两台同时出现，都是出现在当天的0点0分以后(这种情况只出现了一天，第二天一切正常)。

　　分析：当时抱着试试看的态度，将两台服务器的时钟提前了一天，发现趋势变化正常，再次改到当前时间，故障现象再次出现。后来和ABB公司的技术人员交流，因为从服务器的运行记录上也找不到相关信息，就提出了几个可能的原因：

　　★怀疑与软件相结合的硬狗出现故障，导致上位机软件部分功能失效。但两台服务器同时出现的概率非常小，何况更改时间后显示正常，解释不通。

　　★怀疑服务器与网络的接口模件出现问题，导致不能与网络的时钟信息同步，趋势不再变化。但同样从概率和更改时间上也解释不通，不过ABB公司技术人员说，虽然还不能有力证实这一点，但与时间信息的联系可能性比较大。

　　★如果仅从单个服务器或网络的接口模件入手，恐怕不能彻底地调查清楚，后来便拓展思路。考虑到出现故障的服务器所用PC品牌和没有出现故障的PC品牌不一样，就想是不是由于PC的软、硬件和人机接口操作软件发生了冲突导致的呢 但是其他厂家并没有发生类似情况，而且这一情况是偶尔出现，也不能下结论。后来为了排除此项隐患，将PC更换。目前已经更换了不同品牌的PC，并且得到了ABB公司的认可和支持。是否还会发生类似情况，只能在以后的日子里验证。

　　这个故障现象，虽没有得到彻底清晰的答案，但它告诉我们在控制网路中时钟信息的重要性。对电厂内参与维护DCS的工作人员来说，搞清楚原理性的知识点对DCS的日常维护、故障分析起着非常重要性的作用。

　　另外DSOE服务器在分辨率及性能测试中，能达到设计要求，在事故分析中也发挥了实际作用。