GPS在炼钢生产中的应用

杨林 张本昕

【摘 要】随着工厂自动化水平的提高，自动化系统对时钟统一的要求愈来愈迫切，有了统一精确的时间，既可实现全厂各系统在GPS时间基准下的运行监控和事故的故障分析，也可以通过各开关动作、调整的先后顺序及准确时间来分析事故的原因及过程。本文通过介绍炼钢部时钟同步系统搭建的原因，网络架构，各模块的作用以及软件的设计与实现，完成了炼钢部控制系统时间的统一，保证了炼钢工艺流程安全运行，提高了故障分析能力。

【关键词】G P S；时钟；炼钢；

【中图分类号】 TF7【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0159-01

一、前言

全球定位系统（global positioningsystem，GPS） 具有导航、定位的功用，其卫星上的精确原子钟可实现精确授时。在通讯、邮电、交通、航运、气象等对时间精度要求很高的各个领域，都利用了GPS的这个功能。

在冶金行业，常规的时间监控系统的标准校时基本以人工和自动化两种方式实现，伴随信息化程度的逐渐提高和通信技术、网络技术和网络技术的广泛应用，控制系统的自动化程度也越来越高，人工对时的方式也逐渐被淘汰，自动对时逐渐成为发展和应用的主流。现行的自动对时控制系统，大多采用计算机本身的时钟系统为标准时间源来校正各终端的时间，但由于计算机本身的守时性不好，容易造成授时监控系统的不稳定，甚至导致系统时间混乱，造成经济损失和资源浪费。可见，要实现稳定可靠的自动授时控制系统，采集和使用标准可靠的时间源对于提高整个时间控制系统的质量具有十分重要的保证作用。针对这一需求，采用GPS授时作为标准时间源来校正控制系统的中心计算机时钟或控制对象时钟，可使授时控制系统完全达到全球性、全天候和高精度的理想状态和目标。

二、搭建时钟同步服务器的原因

工厂的时钟同步是一件十分重要的基础工作，工业现场采用不同厂家的计算机监控系统、DCS分布式控制系统、各种PLC、自动化及线路微机保护装置、能量计费系统等，时钟同步依靠各设备厂家各自独立的时钟，在对时精度上都有一定的偏差，从而使各个设备不能在统一时间基准的基础上进行数据分析与比较。

炼钢部生产系统分为铁水预处理，转炉，精炼，板坯连铸，公辅系统等区域，目前区域之间没有统一时间，甚至各自区域内的子系统之间也没有统一时间。容易引发以下问题：

1.不能够严格、准确地调度生产工序，时间衔接出现偏差，影响生产节奏。

2.一级、二级、三级信息传递出现时间差，自动化生产流程易被打断，导致生产不能顺利进行。

3.故障分析、历史趋势等时间与实际不符，造成历史趋势数据不可追溯，故障不能准确分析。

针对以上问题，我部决定采用GPS全球定位系统对区域内所有计算机设备进行统一对时。

三、时钟同步功能设计与实现

3.1 硬件网络架构：

3.1.1 在炼钢部二级系统机房安装一套时钟服务器设备，配置4个NTP对时输出端口，通过网络连接（光纤或超五类线）分别对转炉/精炼环网、1#、2#连铸一级网、3#、4#连铸一级网、炼钢二级网内的设备进行对时。如图1所示

3.1.2 卫星天线安装在主控楼顶西南角，采用侧壁支架安装，信号馈线延伸至时钟服务器上。

3.1.3 调度室加装具有时钟同步功能的时钟显示屏。如图2所示：图2 GPS天线安装及时钟显示屏示意图

3.2 时钟服务器相关模块功能介绍

3.2.1 GPS卫星信号接收模块

该模块装有GPS接收板和相应的接口电路，具备GPS接收器和配套的有源天线，接收器搜索GPS卫星并锁定后，能给出精确的时间信息。

3.2.2 恒温守时模块

在收不到GPS信号情况下，仍然要求时钟能够输出准确时间，这时就需要选配高精度守时模块。在卫星信号丢失情况下保证内部时钟装置平均守时精度达到0.6μs/min。

3.2.3 NTP（Net Time Protocol）模块

NTP（net time protocol）模块用于网络对时，兼容SNTP，接口为10BaseT或10/100BaseT以太网RJ45接口。

3.3 软件的设计与实现

GPS卫星信号接收模块通过室外天线接收GPS卫星发送的时间基准信号，保存到时钟服务器内，子系统通过NTP模块，定时与时钟服务器的时间校准同步，如图1所示。

当接收不到GPS卫星发送的时间信号或GPS卫星信号模块出现问题时，恒温守时模块将自动激活，保证时钟服务器自身时间的稳定性。

时钟服务器系统的开发采用VB程序设计语言。调用Microsoft提供的串口通信扩展控件来实现。

四、结束语

本文实现了通过时钟服务器采集GPS时间对本地终端的自动授时，用较低的成本获得了高精度时钟，结构简单，运行可靠，授时精度可达毫秒级。本系统系统硬件设计可靠、实时性强，减少了大量人力物力成本。通过使用，炼钢部控制系统时间进行了统一，系统非常稳定，时间偏差在毫秒级，为生产的稳定创造了有利的条件。

参考文献

[1] 陈爱萍，杨波.基于GPS的时间同步系统设计与实现[J].微计算机信息，2009，（13）

[2] 董剑利，周丹.通用GPS授时同步监控系统的设计与实现[J].计算机工程与设计，2007，（12）