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【摘 要】根据当前主流水电厂监控系统的对时系统的方案、结构等,分析对时系统在不同结构的监控系统中的应用特点和实现方式.

【关 键 词 】GPS；对时；PLC；水电厂

引言

随着水电厂的自动化水平的提高,对于电厂系统的时钟的统一也有了新的要求,各个系统如监控、水情、保护、电量等系统在GPS的统一授时下运行监控和事故后的故障分析,可以通过其先后顺序来分析事故的原因及发展过程.统一时钟是保证电力系统安全运行,提高运行水平的一个重要前提.本文就水电厂监控系统时钟同步的实现进行介绍与分析.

1.水电厂监控对时介绍

早期水电厂对时系统均采用GPS的时钟基准.出于对国家安全的考虑,我国推出了北斗卫星系统,目前重要水电厂的时钟系统均采用GPS和北斗双系统授时方式.时钟系统既接受时钟同步信号,也广播时钟信号.水电厂监控系统目前主要的对时方式有报文对时和脉冲方式的硬对时,其中报文对时主要有IRIG-B码、DCF77码、NTP协议、串口时间报文等,脉冲有秒、分、时三种形式.典型的水电厂时钟系统结构如图1,时钟通过双授时系统进行冗余切换,其现地控制单元通过布置时钟扩展单元对时钟系统进行扩展,可以减少通讯对时电缆的数量,增加对时系统的可靠、稳定性和可扩展性.

为什么要写时钟论文
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2.监控系统对时方案

2.1 上位机系统对时

电厂监控系统的上位机部分均由计算机组成,按不同的功能分为主机、操作员站、历史服务器、调度通讯机、厂内通讯机、WEB机器、语音报警机等系统.上位机系统对时方式分为串行报文和网络NTP两种.

（1）串行报文方式：串行报文为输出可设定的当地时间、日期、位置等信息,波特率可选.一般使用厂内通讯机与时钟系统进行通讯.通讯机解析时钟系统发送过来的串行报文,修改本机的系统时间.同时将时间周期性的广播给上位机的各个节点,从而使上位机系统保持时间上的同步.

（2）网络NTP方式：网络方式对时基于网络时间协议（NTP）、精确时间协议（PTP）.时钟系统作为系统的时钟源,接入至上位机系统网络中.对上位机系统需要对时的节点进行配置,从而使计算机系统的时钟保持一致.

2.2 现地控制单元（LCU）对时

水电厂监控系统的现地控制单元核心控制部分均由PLC组成,其负责SOE量、开关量、模拟量、温度量等信号的采集,外部设备的控制、调节等功能.其中SOE事件时间是SOE模块自身产生得到的外部信号发生变化的时间.其时间的准确性是监控系统的一个重要指标.PLC周期性的接受上位机下发的时间信息（包括年月日时分秒）,将其写入CPU,使时间同步.SOE模块则将外部信号变化产生的包含时间信息的事件,记录下来送给上位机进行报警显示.目前监控部分主要使用的PLC有施耐德、AB、GE、西门子等,其对时的方式也存在着差异.

（1）AB PLC系统

AB对时系统见图2,其对时的核心部分为1756-TIME的时钟模块,该模块接受GPS或者IRIG-B的时钟源信号,输出PTP的网络对时协议,进行时钟同步.时钟模块通过网线接入以1783-ETAP为网络交换设备的对时环网当中.将带SOE模件（1756-IB16ISOE）的机架通过1756-EN2T 或 1756-EN2TR网络模件接入对时环网中,并选择时钟同步功能,即可实现SOE模件对时功能.在PLC程序中,通过添加毫秒级的中断程序,对SOE输入信号的进行变位信号检测.当检测到存在外部信号变化时,该模件将会记录的事件跳变的时间,将变量中的.TIMESAMP[X].OFFON[0]（1到0变化）或.TIMESAMP[X]. ONOFF[0] （0到1变化） 值取出,转换成UTC时间写入事件记录区,供上位机系统显示.AB PLC系统内部采用PTP网络对时协议,获取网络中的时钟信息,其对时精度可达100ns,并且扩充对时节点也比较方便,仅需添加一组网络设备,组成新的环网即可.采用PTP对时协议对设备无特殊的要求,且占用很少量的网络带宽资源.

Quantum系列PLC对时系统见图3.系统采用其专属的140 ERT 854 10/20 时标模块,使用它可以配置输入并按每1毫秒的时间间隔评估输入信号状态.对时方式为ERT模块直接接入GPS的对时信号,时钟信号为DCF77格式或IRIG-B码,常用DCF77格式.在程序处理上通过调用ERT_