SOE系統結構優劣分析與研究

【摘要】事件順序記錄系統（SOE）對工廠運行狀態監視、事故分析中起著重要作用。通過試驗研究了SOE的性能、誤差以及系統結構，得出SOE系統結構的最佳方案。

【關鍵詞】事件順序記錄；SOE；誤差；系統結構

1.引言

SOE（Sequence Of Event）事件順序記錄系統，它以毫秒級的時間分辨率獲取并記錄開關量變化的信息，為系統的監視、控制及事后分析、研究各種事故的產生原因提供有力依據，為消除安全隱患提供支持，目前在電站、化工、冶金、煉油等領域中被廣泛地應用，對工廠的運行和維護起著重要作用。

2.概述

SOE系統是DCS及其他控制系統中用于記錄異常故障的子系統。它所記錄的事件發生時間和聯鎖發生事件的間隔順序，是系統故障和異常分析的最重要依據。尤其在電力行業具有普遍的應用，利用它精確記錄和報告預先定義好的水機、汽機、鍋爐、電氣重要開關量信號的狀態變化，對機組的事故分析提供明確有效的線索和證據。在現實中，許多電廠出現過保護動作等情況時SOE未記錄下來或記錄時間與實際情況不符的問題，因此，事故順序記錄對于指導檢修人員及時排除事故顯得特別重要，并直接影響機組的穩定運行。同樣，對SOE系統的設計和設備的精度也提出了更高的要求。

目前電站的SOE系統設計基本分為集中布置和分散布置兩種方式。集中式布置是將SOE采集卡由集中在同一對CPU控制，物理上也集中在同一機柜或擴展柜中；分散式布置是將SOE采集卡物理上分散布置在不同的機柜中，由不同的CPU控制。SOE系統的授時方式也分為兩種，一種為NTP方式，即通過控制系統的通信網絡進行分級授時，如西門子SIMATIC PCS7系統；另一種為集中授時，SOE模件通過時鐘同步卡和GPS（標準時間同步裝置）相連接，如東芝TOSMAP-DS系統。

3.SOE系統的誤差分析

在《火力發電廠分散控制系統驗收測試規程》DL/T 659-2006規定了SOE的時問分辨力應不大于lms。實際影響DCS的SOE時間分辨力大小的因素主要有SOE模件的通道掃描周期、不同開入模件和不同控制器的基準時鐘誤差及時鐘同步誤差等。SOE時間分辨力可以按式（1）估算。

⊿T=⊿T1+⊿T2+⊿T3+…… （1）

式中：⊿T1表示開入模件的掃描周期；⊿T2表示不同開入模件之間的時間偏差；⊿T3是表示不同控制器之間的時間偏差。

開人模件的掃描周期⊿T1是開入模件CPU等間隔掃描對開入通道的時間間隔.由CPU的運行速度決定，一般小于0.5ms，實際應用中已經達到更快速度。

不同開入模件之間的時間偏差⊿T2主要由模件的基準時鐘誤差和時鐘同步誤差引起。開入模件時鐘同步是通過接受與之相接的控制器同步信號完成，或通過時鐘同步卡直接與GPS相連接完成信號同步。模件與制器同步信號傳遞是通過模件與控制器相接的通信總線傳遞；另一種是通過專用開關量脈沖遞。模件通過時鐘同步卡直接與GPS相連接完成信號同步，采用IRIG-B格式時間碼，為脈沖方式。

不同控制器之間的時間偏差⊿T3主要由控制器基準時鐘誤差和時鐘同步誤差引起。控制器的時鐘同步有2種方式：一種是通過一臺操作員站（計算機）經以太網發同步信號，這種方式同步信號為網絡傳輸的模擬信號，精度一般在秒級，必須要進行網絡延遲補償后才能時鐘同步；另一種是通過GPS（標準時間同步裝置）發脈沖同步信號。

由上可見，SOE時間分辨力的大小主要由開人模件的掃描周期的大小決定，如果各開入模件之間、控制器之間不通過專用時間同步，SOE偏差可能很大。

4.SOE系的典型測試

SOE系統設計基本分為集中布置和分散布置兩種方式。分散式布置如某化工廠采用西門子SIMATIC PCS7系統，SOE系統共461個S點分布在6個控制站中，在各個控制站中，各SOE點均在一條總線上，整個系統采用采用NTP方式進行授時。系統的第一時鐘是標準的NTP服務器，其時間來自GPS裝置；控制器的時鐘作為第二時鐘，由NTP服務器進行授時；SOE卡的時鐘作為第三時鐘，由控制器每秒發出的脈沖信號進行授時。經過SOE性能測試：⊿T1=0.1ms，⊿T2=0.2ms，⊿T3=0.5ms，SOE時間分辨力=0.1+0.2+0.5=0.8ms。

集中式布置如某電站B廠采用東芝TOSMAP-DS系統，其SOE系統共288點，系統獨立分布于一個控制站，布置共分5層。J1、J2層為冗余配置的電源單元1和電源單元2；J3層為CPU機架，有冗余配置的兩組控制處理單元，每組有CPUW11G022型CPU、ETMW03G021型以太網卡、COMW03G021型COM總線接口卡各一塊；J3層和J4層為PIO機架，各布置一塊IOBW03/IO BUS型IO緩沖卡、一塊IRGW01時鐘同步卡，9塊SOE DI卡，其中18塊SOE DI卡在J3層的地址定義為奇數，在J4層地址定義為偶數，J3層和J4層分別通過一條數據總線和控制處理單元相連接。整個系統的授時方式為控制處理單元NTP方式進行授時，按兩條數據總線布置J3層和J4層分別通過IRGW01時鐘同步卡進行授時。

集中式布置方式下，沒有不同控制器之間的時間偏差，即⊿T3=0，但各SOE點分布于兩條總線下，定義各總線之間的時間偏差為⊿T4，將公式（1）演變得出：

⊿T=⊿T1+⊿T2+⊿T4+⊿T3=⊿T1+⊿T2+⊿T4 （2）

經過SOE性能測試：

試驗1：

對同一模件上各點測試，⊿T1=0.1ms；

試驗2：

分別對J3層和J4層即兩條總線下的9塊模件各選取1個點進行測試，兩條總線下的分辨率均為0.2ms，即⊿T1+⊿T2=0.2ms，同一總線下的分辨率均為0.2ms，⊿T2=0.1ms；

試驗3：

在兩條總線下的18塊模件各選取一個點進行測試，分辨率為0.4ms，⊿T1+⊿T2+⊿T4 =0.4ms，⊿T4=0.2ms，SOE系統的誤差在0.4ms之內。

5.SOE系統的結構分析

在兩種不同的布置方式下，模件的掃描周期產生的誤差⊿T1均為0.1ms，不同模件之間的時間偏差⊿T2分別為0.2ms和0.1ms，分布布置下不同控制器之間的時間偏差⊿T3=0.5ms，集中式布置方式下各總線之間的時間偏差⊿T4=0.2ms。

根據以上數據綜合分析，相對于模件的掃描周期產生的誤差⊿T1均為0.1ms，各個模件之間的誤差⊿T2、⊿T4、⊿T3是較大的，⊿T2是不可消除的，控制站內若采用單總線布置各模件則可消除⊿T4，若采用集中式布置則可消除⊿T3，集中式、單總線布置更為優良。因此可以在系統結構的設計上盡量消除或縮小這些誤差，有效的提高系統的精度。

6.結束語

在SOE系統實際設計時盡量采取集中式、單總線布置。單總線布置完全可以做到，若無法采取集中式布置，則應避免使用存在網絡延遲的NTP方式向控制器進行授時，采用精度更高的GPS發脈沖同步信號直接向控制器授時，把不同控制器之間的時間偏差降到最小，提高SOE系統整體性能。