多制式主时钟在燃气机控制系统中的应用

蒙在朗 高帅 崔鹏

摘 要：文章旨在构建一个以多种时间源为基础的新标准时钟系统，介绍了新系统的结构组成，以及相对应的功能，并对系统的可靠性、稳定性进行了探讨，对于取代老系统的科学性进行了阐述。

关键词：HOPF；GPS；北斗

1 概述

目前，现有的燃气发电机组的控制系统中，通常使用以设备HOPF为核心的标准时间方式，结构如图1所示。

图1

这种模式已经得到广泛使用，也经历的时间的考验。但是，随着技术的进步和需求的变化，该系统的局限性益发突出，已经越来越不能满足安全生产的要求。

文章以HOPF设备为主要突破点，重点论述了采用多种时间源的新时钟系统，在机组稳定运行中所起到的重要作用。

2 现有时钟系统简介

郑州燃气发电有限公司现有2台燃气机组，使用GPS标准时钟+HOPF模式对设备进行授时。其中GPS标准时钟产生基准时间，然后将时间送给HOPF和二次保护设备；HOPF对时钟信号进行转发，发送给2台机组和服务器；如果GPS标准时钟出现故障，HOPF本身带有晶振，可以自行继续产生时钟信号。

3 现有系统的问题与隐患

现有的授时系统以HOPF为核心，系西门子下属厂家生产，随着时间的推移，该设备存在着如下的技术问题和隐患：（1）时钟来源单一，安全性低：该系统采用GPS标准时钟作为系统时钟的唯一来源，没有其他来源做冗余；与国家关于GPS类设备的安全性控制要求相抵触；（2）技术老化，集成度低：原有的HOPF本身没有时钟源，必须采用外接的GPS标准时钟，这样就需要单独增加一台设备，造成了系统的链接复杂，容易增加故障点；（3）自守时精度差，无法满足生产要求：HOPF本身自带晶振，但是该晶振的精度较低，产生的时钟信号无法满足生产的要求，如果外接的GPS标准时钟出现故障，无法向HOPF发出正常的时钟信号，则整个的生产系统将没有正确的时钟信号；（4）对时间来源无法进行诊断：HOPF无法对接入的时钟信号是否符合国家标准做出甄别；（5）供应商已停产，无法提供售后和产品配件：由于生产HOPF的厂家已经不存在，所以西门子公司已经无法对HOPF提供配件和售后服务。HOPF一旦出现问题，将无法得到维修，西门子公司给出的解决方案是更换整个控制系统，需要花费数百万元，这不但对企业是一个巨大的经济负担，对其他可以正常使用的完好设备来说，就是极大的浪费。

4 多制式主时钟系统简介

该系统可以接收GPS信号、北斗信号、地面光通网络信号（SDH）、内部守时信号、设备间握手信号等多个信号输入。其功能特点是同时将另外一台授时设备发送过来的符合IRIG-B码格式的时间源与其他多个时间参考源，按照预先设定好的切换逻辑，在同一时间设备自动选取一个时间质量最好的信号作为整个系统的基准时间源，从而保证当前时间上系统采用的是唯一的、最佳的时间信号；设备具有自学习功能，即参与冗余的低质量时间信号向高质量时间信号学习；采用IRIG-B码（美国军用码）作为冗余设备间的握手信号。

该系统针对正在使用的HOPF和目前授时系统的主流技术，进行了如下的技术创新：

（1）采用了多信号源方式：系统可以接收GPS信号、北斗信号、地面光通网络信号（SDH）、内部守时信号、设备间握手信号等多个信号输入；（2）采用全新的冗余切换处理：一般现有技术对于设备之间冗余切换的处理，是在两个CPU模块之间，只通讯丢星告警信号，然后根据预先设置的切换逻辑进行两个CPU模块之间进行的主控与被控切换；而多制式主时钟在切换的同时，也对信息进行了详细的更新，实现了真正意义上的冗余切换处理；（3）系统自学习功能：当系统存在质量等级高的时间信号时，使之能够自动向高等级的時间信号学习，从而使得系统性能更加稳定，在各种工作状态下输出的时间信号更加精确。

5 新旧系统的比较

新旧系统主要功能比较如下：

6 结束语

通过以上新旧系统的比较，我们不难看出，新的多制式主时钟系统具有老系统无法比拟的优势，主要体现为：（1）设备的更新换代，提高设备的稳定性和维护及时性，保证生产经营安全；（2）提高国产化设备使用率，提高企业自身技术含量，提升民族品牌和形象；（3）成型产品可以在行业内推广，并加强集团内DCS授时系统的标准化、安全性，对标准时间来源多样化，可以有效预防GPS授时偏差等突发事件对整体生产的影响；（4）在行业内起到技术领先的作用，并成为率先应用新技术的表率。