楊林 張本昕

【摘 要】隨著工廠自動(dòng)化水平的提高，自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)時(shí)鐘統(tǒng)一的要求愈來(lái)愈迫切，有了統(tǒng)一精確的時(shí)間，既可實(shí)現(xiàn)全廠各系統(tǒng)在GPS時(shí)間基準(zhǔn)下的運(yùn)行監(jiān)控和事故的故障分析，也可以通過(guò)各開關(guān)動(dòng)作、調(diào)整的先后順序及準(zhǔn)確時(shí)間來(lái)分析事故的原因及過(guò)程。本文通過(guò)介紹煉鋼部時(shí)鐘同步系統(tǒng)搭建的原因，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，各模塊的作用以及軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，完成了煉鋼部控制系統(tǒng)時(shí)間的統(tǒng)一，保證了煉鋼工藝流程安全運(yùn)行，提高了故障分析能力。

【關(guān)鍵詞】G P S；時(shí)鐘；煉鋼；

【中圖分類號(hào)】 TF7【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1672-5158（2013）07-0159-01

一、前言

全球定位系統(tǒng)（global positioningsystem，GPS） 具有導(dǎo)航、定位的功用，其衛(wèi)星上的精確原子鐘可實(shí)現(xiàn)精確授時(shí)。在通訊、郵電、交通、航運(yùn)、氣象等對(duì)時(shí)間精度要求很高的各個(gè)領(lǐng)域，都利用了GPS的這個(gè)功能。

在冶金行業(yè)，常規(guī)的時(shí)間監(jiān)控系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)校時(shí)基本以人工和自動(dòng)化兩種方式實(shí)現(xiàn)，伴隨信息化程度的逐漸提高和通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，控制系統(tǒng)的自動(dòng)化程度也越來(lái)越高，人工對(duì)時(shí)的方式也逐漸被淘汰，自動(dòng)對(duì)時(shí)逐漸成為發(fā)展和應(yīng)用的主流?，F(xiàn)行的自動(dòng)對(duì)時(shí)控制系統(tǒng)，大多采用計(jì)算機(jī)本身的時(shí)鐘系統(tǒng)為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間源來(lái)校正各終端的時(shí)間，但由于計(jì)算機(jī)本身的守時(shí)性不好，容易造成授時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的不穩(wěn)定，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)時(shí)間混亂，造成經(jīng)濟(jì)損失和資源浪費(fèi)。可見(jiàn)，要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的自動(dòng)授時(shí)控制系統(tǒng)，采集和使用標(biāo)準(zhǔn)可靠的時(shí)間源對(duì)于提高整個(gè)時(shí)間控制系統(tǒng)的質(zhì)量具有十分重要的保證作用。針對(duì)這一需求，采用GPS授時(shí)作為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間源來(lái)校正控制系統(tǒng)的中心計(jì)算機(jī)時(shí)鐘或控制對(duì)象時(shí)鐘，可使授時(shí)控制系統(tǒng)完全達(dá)到全球性、全天候和高精度的理想狀態(tài)和目標(biāo)。

二、搭建時(shí)鐘同步服務(wù)器的原因

工廠的時(shí)鐘同步是一件十分重要的基礎(chǔ)工作，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)采用不同廠家的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、DCS分布式控制系統(tǒng)、各種PLC、自動(dòng)化及線路微機(jī)保護(hù)裝置、能量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)等，時(shí)鐘同步依靠各設(shè)備廠家各自獨(dú)立的時(shí)鐘，在對(duì)時(shí)精度上都有一定的偏差，從而使各個(gè)設(shè)備不能在統(tǒng)一時(shí)間基準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與比較。

煉鋼部生產(chǎn)系統(tǒng)分為鐵水預(yù)處理，轉(zhuǎn)爐，精煉，板坯連鑄，公輔系統(tǒng)等區(qū)域，目前區(qū)域之間沒(méi)有統(tǒng)一時(shí)間，甚至各自區(qū)域內(nèi)的子系統(tǒng)之間也沒(méi)有統(tǒng)一時(shí)間。容易引發(fā)以下問(wèn)題：

1.不能夠嚴(yán)格、準(zhǔn)確地調(diào)度生產(chǎn)工序，時(shí)間銜接出現(xiàn)偏差，影響生產(chǎn)節(jié)奏。

2.一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)信息傳遞出現(xiàn)時(shí)間差，自動(dòng)化生產(chǎn)流程易被打斷，導(dǎo)致生產(chǎn)不能順利進(jìn)行。

3.故障分析、歷史趨勢(shì)等時(shí)間與實(shí)際不符，造成歷史趨勢(shì)數(shù)據(jù)不可追溯，故障不能準(zhǔn)確分析。

針對(duì)以上問(wèn)題，我部決定采用GPS全球定位系統(tǒng)對(duì)區(qū)域內(nèi)所有計(jì)算機(jī)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一對(duì)時(shí)。

三、時(shí)鐘同步功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 硬件網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：

3.1.1 在煉鋼部二級(jí)系統(tǒng)機(jī)房安裝一套時(shí)鐘服務(wù)器設(shè)備，配置4個(gè)NTP對(duì)時(shí)輸出端口，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接（光纖或超五類線）分別對(duì)轉(zhuǎn)爐/精煉環(huán)網(wǎng)、1#、2#連鑄一級(jí)網(wǎng)、3#、4#連鑄一級(jí)網(wǎng)、煉鋼二級(jí)網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行對(duì)時(shí)。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(cè)壁支架安裝，信號(hào)饋線延伸至?xí)r鐘服務(wù)器上。

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

3.2 時(shí)鐘服務(wù)器相關(guān)模塊功能介紹

3.2.1 GPS衛(wèi)星信號(hào)接收模塊

該模塊裝有GPS接收板和相應(yīng)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(shí)間信息。

3.2.2 恒溫守時(shí)模塊

在收不到GPS信號(hào)情況下，仍然要求時(shí)鐘能夠輸出準(zhǔn)確時(shí)間，這時(shí)就需要選配高精度守時(shí)模塊。在衛(wèi)星信號(hào)丟失情況下保證內(nèi)部時(shí)鐘裝置平均守時(shí)精度達(dá)到0.6μs/min。

3.2.3 NTP（Net Time Protocol）模塊

NTP（net time protocol）模塊用于網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)，兼容SNTP，接口為10BaseT或10/100BaseT以太網(wǎng)RJ45接口。

3.3 軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

GPS衛(wèi)星信號(hào)接收模塊通過(guò)室外天線接收GPS衛(wèi)星發(fā)送的時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)，保存到時(shí)鐘服務(wù)器內(nèi)，子系統(tǒng)通過(guò)NTP模塊，定時(shí)與時(shí)鐘服務(wù)器的時(shí)間校準(zhǔn)同步，如圖1所示。

當(dāng)接收不到GPS衛(wèi)星發(fā)送的時(shí)間信號(hào)或GPS衛(wèi)星信號(hào)模塊出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，恒溫守時(shí)模塊將自動(dòng)激活，保證時(shí)鐘服務(wù)器自身時(shí)間的穩(wěn)定性。

時(shí)鐘服務(wù)器系統(tǒng)的開發(fā)采用VB程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。調(diào)用Microsoft提供的串口通信擴(kuò)展控件來(lái)實(shí)現(xiàn)。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文實(shí)現(xiàn)了通過(guò)時(shí)鐘服務(wù)器采集GPS時(shí)間對(duì)本地終端的自動(dòng)授時(shí)，用較低的成本獲得了高精度時(shí)鐘，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，授時(shí)精度可達(dá)毫秒級(jí)。本系統(tǒng)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)可靠、實(shí)時(shí)性強(qiáng)，減少了大量人力物力成本。通過(guò)使用，煉鋼部控制系統(tǒng)時(shí)間進(jìn)行了統(tǒng)一，系統(tǒng)非常穩(wěn)定，時(shí)間偏差在毫秒級(jí)，為生產(chǎn)的穩(wěn)定創(chuàng)造了有利的條件。

參考文獻(xiàn)

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