多制式主時鐘在燃氣機控制系統中的應用

蒙在朗 高帥 崔鵬

摘 要：文章旨在構建一個以多種時間源為基礎的新標準時鐘系統，介紹了新系統的結構組成，以及相對應的功能，并對系統的可靠性、穩定性進行了探討，對于取代老系統的科學性進行了闡述。

關鍵詞：HOPF；GPS；北斗

1 概述

目前，現有的燃氣發電機組的控制系統中，通常使用以設備HOPF為核心的標準時間方式，結構如圖1所示。

圖1

這種模式已經得到廣泛使用，也經歷的時間的考驗。但是，隨著技術的進步和需求的變化，該系統的局限性益發突出，已經越來越不能滿足安全生產的要求。

文章以HOPF設備為主要突破點，重點論述了采用多種時間源的新時鐘系統，在機組穩定運行中所起到的重要作用。

2 現有時鐘系統簡介

鄭州燃氣發電有限公司現有2臺燃氣機組，使用GPS標準時鐘+HOPF模式對設備進行授時。其中GPS標準時鐘產生基準時間，然后將時間送給HOPF和二次保護設備；HOPF對時鐘信號進行轉發，發送給2臺機組和服務器；如果GPS標準時鐘出現故障，HOPF本身帶有晶振，可以自行繼續產生時鐘信號。

3 現有系統的問題與隱患

現有的授時系統以HOPF為核心，系西門子下屬廠家生產，隨著時間的推移，該設備存在著如下的技術問題和隱患：（1）時鐘來源單一，安全性低：該系統采用GPS標準時鐘作為系統時鐘的唯一來源，沒有其他來源做冗余；與國家關于GPS類設備的安全性控制要求相抵觸；（2）技術老化，集成度低：原有的HOPF本身沒有時鐘源，必須采用外接的GPS標準時鐘，這樣就需要單獨增加一臺設備，造成了系統的鏈接復雜，容易增加故障點；（3）自守時精度差，無法滿足生產要求：HOPF本身自帶晶振，但是該晶振的精度較低，產生的時鐘信號無法滿足生產的要求，如果外接的GPS標準時鐘出現故障，無法向HOPF發出正常的時鐘信號，則整個的生產系統將沒有正確的時鐘信號；（4）對時間來源無法進行診斷：HOPF無法對接入的時鐘信號是否符合國家標準做出甄別；（5）供應商已停產，無法提供售后和產品配件：由于生產HOPF的廠家已經不存在，所以西門子公司已經無法對HOPF提供配件和售后服務。HOPF一旦出現問題，將無法得到維修，西門子公司給出的解決方案是更換整個控制系統，需要花費數百萬元，這不但對企業是一個巨大的經濟負擔，對其他可以正常使用的完好設備來說，就是極大的浪費。

4 多制式主時鐘系統簡介

該系統可以接收GPS信號、北斗信號、地面光通網絡信號（SDH）、內部守時信號、設備間握手信號等多個信號輸入。其功能特點是同時將另外一臺授時設備發送過來的符合IRIG-B碼格式的時間源與其他多個時間參考源，按照預先設定好的切換邏輯，在同一時間設備自動選取一個時間質量最好的信號作為整個系統的基準時間源，從而保證當前時間上系統采用的是唯一的、最佳的時間信號；設備具有自學習功能，即參與冗余的低質量時間信號向高質量時間信號學習；采用IRIG-B碼（美國軍用碼）作為冗余設備間的握手信號。

該系統針對正在使用的HOPF和目前授時系統的主流技術，進行了如下的技術創新：

（1）采用了多信號源方式：系統可以接收GPS信號、北斗信號、地面光通網絡信號（SDH）、內部守時信號、設備間握手信號等多個信號輸入；（2）采用全新的冗余切換處理：一般現有技術對于設備之間冗余切換的處理，是在兩個CPU模塊之間，只通訊丟星告警信號，然后根據預先設置的切換邏輯進行兩個CPU模塊之間進行的主控與被控切換；而多制式主時鐘在切換的同時，也對信息進行了詳細的更新，實現了真正意義上的冗余切換處理；（3）系統自學習功能：當系統存在質量等級高的時間信號時，使之能夠自動向高等級的時間信號學習，從而使得系統性能更加穩定，在各種工作狀態下輸出的時間信號更加精確。

5 新舊系統的比較

新舊系統主要功能比較如下：

6 結束語

通過以上新舊系統的比較，我們不難看出，新的多制式主時鐘系統具有老系統無法比擬的優勢，主要體現為：（1）設備的更新換代，提高設備的穩定性和維護及時性，保證生產經營安全；（2）提高國產化設備使用率，提高企業自身技術含量，提升民族品牌和形象；（3）成型產品可以在行業內推廣，并加強集團內DCS授時系統的標準化、安全性，對標準時間來源多樣化，可以有效預防GPS授時偏差等突發事件對整體生產的影響；（4）在行業內起到技術領先的作用，并成為率先應用新技術的表率。