GPS在煉鋼生產(chǎn)中的應用

楊林 張本昕

【摘 要】隨著工廠自動化水平的提高，自動化系統(tǒng)對時鐘統(tǒng)一的要求愈來愈迫切，有了統(tǒng)一精確的時間，既可實現(xiàn)全廠各系統(tǒng)在GPS時間基準下的運行監(jiān)控和事故的故障分析，也可以通過各開關動作、調整的先后順序及準確時間來分析事故的原因及過程。本文通過介紹煉鋼部時鐘同步系統(tǒng)搭建的原因，網(wǎng)絡架構，各模塊的作用以及軟件的設計與實現(xiàn)，完成了煉鋼部控制系統(tǒng)時間的統(tǒng)一，保證了煉鋼工藝流程安全運行，提高了故障分析能力。

【關鍵詞】G P S；時鐘；煉鋼；

【中圖分類號】 TF7【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0159-01

一、前言

全球定位系統(tǒng)（global positioningsystem，GPS） 具有導航、定位的功用，其衛(wèi)星上的精確原子鐘可實現(xiàn)精確授時。在通訊、郵電、交通、航運、氣象等對時間精度要求很高的各個領域，都利用了GPS的這個功能。

在冶金行業(yè)，常規(guī)的時間監(jiān)控系統(tǒng)的標準校時基本以人工和自動化兩種方式實現(xiàn)，伴隨信息化程度的逐漸提高和通信技術、網(wǎng)絡技術和網(wǎng)絡技術的廣泛應用，控制系統(tǒng)的自動化程度也越來越高，人工對時的方式也逐漸被淘汰，自動對時逐漸成為發(fā)展和應用的主流。現(xiàn)行的自動對時控制系統(tǒng)，大多采用計算機本身的時鐘系統(tǒng)為標準時間源來校正各終端的時間，但由于計算機本身的守時性不好，容易造成授時監(jiān)控系統(tǒng)的不穩(wěn)定，甚至導致系統(tǒng)時間混亂，造成經(jīng)濟損失和資源浪費。可見，要實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的自動授時控制系統(tǒng)，采集和使用標準可靠的時間源對于提高整個時間控制系統(tǒng)的質量具有十分重要的保證作用。針對這一需求，采用GPS授時作為標準時間源來校正控制系統(tǒng)的中心計算機時鐘或控制對象時鐘，可使授時控制系統(tǒng)完全達到全球性、全天候和高精度的理想狀態(tài)和目標。

二、搭建時鐘同步服務器的原因

工廠的時鐘同步是一件十分重要的基礎工作，工業(yè)現(xiàn)場采用不同廠家的計算機監(jiān)控系統(tǒng)、DCS分布式控制系統(tǒng)、各種PLC、自動化及線路微機保護裝置、能量計費系統(tǒng)等，時鐘同步依靠各設備廠家各自獨立的時鐘，在對時精度上都有一定的偏差，從而使各個設備不能在統(tǒng)一時間基準的基礎上進行數(shù)據(jù)分析與比較。

煉鋼部生產(chǎn)系統(tǒng)分為鐵水預處理，轉爐，精煉，板坯連鑄，公輔系統(tǒng)等區(qū)域，目前區(qū)域之間沒有統(tǒng)一時間，甚至各自區(qū)域內的子系統(tǒng)之間也沒有統(tǒng)一時間。容易引發(fā)以下問題：

1.不能夠嚴格、準確地調度生產(chǎn)工序，時間銜接出現(xiàn)偏差，影響生產(chǎn)節(jié)奏。

2.一級、二級、三級信息傳遞出現(xiàn)時間差，自動化生產(chǎn)流程易被打斷，導致生產(chǎn)不能順利進行。

3.故障分析、歷史趨勢等時間與實際不符，造成歷史趨勢數(shù)據(jù)不可追溯，故障不能準確分析。

針對以上問題，我部決定采用GPS全球定位系統(tǒng)對區(qū)域內所有計算機設備進行統(tǒng)一對時。

三、時鐘同步功能設計與實現(xiàn)

3.1 硬件網(wǎng)絡架構：

3.1.1 在煉鋼部二級系統(tǒng)機房安裝一套時鐘服務器設備，配置4個NTP對時輸出端口，通過網(wǎng)絡連接（光纖或超五類線）分別對轉爐/精煉環(huán)網(wǎng)、1#、2#連鑄一級網(wǎng)、3#、4#連鑄一級網(wǎng)、煉鋼二級網(wǎng)內的設備進行對時。如圖1所示

3.1.2 衛(wèi)星天線安裝在主控樓頂西南角，采用側壁支架安裝，信號饋線延伸至時鐘服務器上。

3.1.3 調度室加裝具有時鐘同步功能的時鐘顯示屏。如圖2所示：圖2 GPS天線安裝及時鐘顯示屏示意圖

3.2 時鐘服務器相關模塊功能介紹

3.2.1 GPS衛(wèi)星信號接收模塊

該模塊裝有GPS接收板和相應的接口電路，具備GPS接收器和配套的有源天線，接收器搜索GPS衛(wèi)星并鎖定后，能給出精確的時間信息。

3.2.2 恒溫守時模塊

在收不到GPS信號情況下，仍然要求時鐘能夠輸出準確時間，這時就需要選配高精度守時模塊。在衛(wèi)星信號丟失情況下保證內部時鐘裝置平均守時精度達到0.6μs/min。

3.2.3 NTP（Net Time Protocol）模塊

NTP（net time protocol）模塊用于網(wǎng)絡對時，兼容SNTP，接口為10BaseT或10/100BaseT以太網(wǎng)RJ45接口。

3.3 軟件的設計與實現(xiàn)

GPS衛(wèi)星信號接收模塊通過室外天線接收GPS衛(wèi)星發(fā)送的時間基準信號，保存到時鐘服務器內，子系統(tǒng)通過NTP模塊，定時與時鐘服務器的時間校準同步，如圖1所示。

當接收不到GPS衛(wèi)星發(fā)送的時間信號或GPS衛(wèi)星信號模塊出現(xiàn)問題時，恒溫守時模塊將自動激活，保證時鐘服務器自身時間的穩(wěn)定性。

時鐘服務器系統(tǒng)的開發(fā)采用VB程序設計語言。調用Microsoft提供的串口通信擴展控件來實現(xiàn)。

四、結束語

本文實現(xiàn)了通過時鐘服務器采集GPS時間對本地終端的自動授時，用較低的成本獲得了高精度時鐘，結構簡單，運行可靠，授時精度可達毫秒級。本系統(tǒng)系統(tǒng)硬件設計可靠、實時性強，減少了大量人力物力成本。通過使用，煉鋼部控制系統(tǒng)時間進行了統(tǒng)一，系統(tǒng)非常穩(wěn)定，時間偏差在毫秒級，為生產(chǎn)的穩(wěn)定創(chuàng)造了有利的條件。

參考文獻

[1] 陳愛萍，楊波.基于GPS的時間同步系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].微計算機信息，2009，（13）

[2] 董劍利，周丹.通用GPS授時同步監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].計算機工程與設計，2007，（12）