基于PCS7的SOE系統(tǒng)

范 典

（深圳市能源環(huán)保有限公司，廣東深圳 518000）

0 引 言

隨著國內(nèi)電廠、化工廠等大型工業(yè)企業(yè)趨向規(guī)?；?，大型控制系統(tǒng)也日趨復(fù)雜化，在生產(chǎn)過程中各類控制和報(bào)警信息大量產(chǎn)生且瞬息萬變。當(dāng)控制系統(tǒng)運(yùn)行發(fā)生故障時(shí)，需要快速查找事件的原因，還原事件真相并采取相應(yīng)措施，這就需要對事件過程進(jìn)行追憶。常用的事件記錄只能做到秒級的分辨率，而對于大型控制系統(tǒng)發(fā)生各類事故時(shí)，通常在事故發(fā)生后的一、兩秒內(nèi)會產(chǎn)生數(shù)十條報(bào)警信息，且無法分辨先后順序，這就給事故分析帶來很大的困難［1］。SOE系統(tǒng)能更精確地反應(yīng)事件情況，它能以毫秒級的分辨率獲取事件信息和順序記錄，為事故原因判斷提供了有力保障。

SOE為Sequence of Events的縮寫，即事件順序記錄。SOE系統(tǒng)全部采用開關(guān)量信號作為輸入信號，即用高分辨率來準(zhǔn)確記錄各個(gè)信號的狀態(tài)變化和先后順序［2］，時(shí)間分辨率為1ms。

1 原有SOE系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)

深圳能源集團(tuán)下屬電廠建成較早，按照早期的PCS7系統(tǒng)配置，采用冗余CPU加上ET200M分布式I／O可在操縱站實(shí)現(xiàn)10ms的時(shí)間標(biāo)簽分辨率，難以滿足SOE系統(tǒng)對分辨率的要求，因此在早期項(xiàng)目中，利用了PCS7強(qiáng)大的兼容性，除了采用西門子A＆D的產(chǎn)品外，結(jié)合了SIEMENS PTD和I＆S集團(tuán)的相關(guān)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了上述要求。SOE系統(tǒng)是在PCS7V5.2版本下實(shí)現(xiàn)，配置方案為：

1）硬件需求。使用PTD集團(tuán)提供的SICAM DI32（6MD1021-0AA00）數(shù)字量輸入卡件，結(jié)合MCP（6MD1010-0BA00）和SICLOCK時(shí)間同步功能實(shí)現(xiàn)［3］。

2）軟件需求。PCS7＋SoE Function Block（6AT4813-0CB05-0YA0）＋SICAM plus Tools（6MD5142-0AA00-5AA1）。

2013年電廠對整個(gè)分散控制系統(tǒng)進(jìn)行升級，在新PCS7系統(tǒng)下，以上軟件（SoE Function Block和SICAM plus Tools）已經(jīng)退出市場，導(dǎo)致了原SOE硬件配置方案的硬件SICAM DI32（6MD1021-0AA00）數(shù)字量輸入卡件，以及MCP（6MD1010-0BA00）均已無法識別，因此在目前系統(tǒng)下SOE運(yùn)行很受限，一旦項(xiàng)目有任何問題，SOE將無法正常工作，這將給整個(gè)系統(tǒng)埋下安全隱患。所以，必須對SOE系統(tǒng)的改造升級，從根本上解決老、舊硬件對軟件補(bǔ)丁包的依賴性，避免在各類系統(tǒng)間兼容問題和硬件不識別的情況［4］。

2 改造后SOE系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

SOE系統(tǒng)的改造是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要綜合考量系統(tǒng)硬件支持、操作系統(tǒng)支持、軟件支持，并需考慮升級費(fèi)用、風(fēng)險(xiǎn)大小、人員工作量等多方面問題。

本系統(tǒng)采用一套CPU416-2DP的控制站來實(shí)現(xiàn)SOE功能，單獨(dú)給SOE系統(tǒng)配一個(gè)控制柜，將SOE系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)從硬件上分開，保證了SOE系統(tǒng)的可靠性。

用8塊6ES7 321-7BH01-0AB0（16＊8＝128通道）采集SOE信號，再通過以太網(wǎng)通訊卡CP443-1連接到DCS系統(tǒng)的工業(yè)以太網(wǎng)上傳輸數(shù)據(jù)給操作員站，最終實(shí)現(xiàn)1ms分辨率時(shí)鐘。

升級改造后的系統(tǒng)要求：

控制系統(tǒng)：單CPU或冗余系統(tǒng)（S7-400）。

硬件需求：支持時(shí)間標(biāo)簽記錄功能的IM153－2／IM152-1（ET200M或ET200ISP）接口模塊，配合支持硬件中斷的數(shù)字量輸入卡件（可以冗余配置）。

軟件要求：PCS7V7.1及以上版本。

SOE系統(tǒng)配置清單見表1。

表1 SOE系統(tǒng)配置清單

使用ET200M或ET200ISP相應(yīng)的接口模塊結(jié)合快速的DI輸入模板可以實(shí)現(xiàn)SOE時(shí)間標(biāo)簽功能，并可以在單系統(tǒng)和冗余系統(tǒng)中使用。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 SOE系統(tǒng)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)采用CT型高速智能開關(guān)量信號源作為工具進(jìn)行測試［5］，該裝置的時(shí)間間隔精度為0.2ms。為了保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，隨機(jī)選擇5個(gè)SOE開關(guān)量輸入通道進(jìn)行測試。測試用開關(guān)量DI信號準(zhǔn)確連接后，先將該裝置信號之間的時(shí)間間隔設(shè)置為2ms，啟動(dòng)信號源，檢查SOE系統(tǒng)分辨是否正確。如正確，逐步減小信號源的時(shí)間間隔，檢查SOE系統(tǒng)分辨情況，直至SOE系統(tǒng)無法正確分辨時(shí)為止，SOE最小正確分辨時(shí)間間隔即為事件順序記錄的分辨率［6］。

SOE系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

由表2可知，針對不同卡件上的隨機(jī)通道測試，SOE系統(tǒng)能夠正確記錄到最小分辨率為1ms的事故動(dòng)作間隔時(shí)間，對各通道的事故動(dòng)作順序可以精確到0.5ms，完全滿足電力系統(tǒng)對SOE系統(tǒng)的要求［7］。

表2 SOE系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

4 基于PCS7技術(shù)的SOE系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

西門子PCS7系統(tǒng)下的事件標(biāo)簽功能滿足了過程控制行業(yè)的SOE事件記錄的要求，在PCS7 V7.1之后，其在事件標(biāo)簽功能方面主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）實(shí)現(xiàn)時(shí)間標(biāo)簽功能更加靈活，可基于通道方式單獨(dú)組態(tài)。

2）各SOE消息可綁定到過程設(shè)備的上位機(jī)控制面板Faceplate中。

3）支持冗余系統(tǒng)的SOE。當(dāng)兩塊互為冗余地址的DI卡件組態(tài)了時(shí)間標(biāo)簽功能后，如果兩塊卡件均工作正常，則在上位機(jī)OS上只顯示低地址模塊的SOE消息，當(dāng)該卡件故障后，備用卡件的SOE將會顯示到OS中。在同一時(shí)刻，上位機(jī)OS不會顯示來自冗余通道的重復(fù)的現(xiàn)場SOE消息［8］。

4）SOE消息不再需要在CFC中進(jìn)行組態(tài)。

5 結(jié) 語

提出的SOE設(shè)計(jì)方案結(jié)合了電廠實(shí)際情況，不但可以和升級后的新系統(tǒng)很好地銜接，也可以為以后很長時(shí)間段里硬件設(shè)備的備件采購打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。該SOE系統(tǒng)成功地實(shí)現(xiàn)了高速順序記錄功能，其有效時(shí)間分辨率小于1ms，精確地反映事件情況，為事故分析提供有力的證據(jù)。在深圳能源集團(tuán)下屬電廠DCS系統(tǒng)中的成功應(yīng)用，使其成為追蹤事故原因和找出首出故障的重要手段。

［1］ 王洪哲，王榮茂.提高SOE信息真實(shí)性的探討［J］.東北電力技術(shù)，2005（2）：25-28.

［2］ 國家電力公司.防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求［M］.北京：中國電力出版社，2001.

［3］ 鄒艷紅，鄭建勇.基于GPS同步時(shí)鐘的統(tǒng)一校時(shí)方案［J］.電力自動(dòng)化設(shè)備，2004（12）：59-61.

［4］ 賴華欣，王東.SOE系統(tǒng)簡介及故障處理［J］.熱力發(fā)電，2006（4）：46-47.

［5］ 劉一福，趙仕劍，唐海中.DCS系統(tǒng)SOE性能的測試及分析［J］.電力自動(dòng)化設(shè)備，2005（11）：96-98.

［6］ 孫偉.SOE在K201機(jī)組控制系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)［J］.化工自動(dòng)化及儀表，2010，37（4）：112-114.

［7］ 張德江，和紅梅，孫曉暉.先進(jìn)控制技術(shù)在DCS控制系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.長春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008，29（4）：361-365.

［8］ 劉柏松，劉燁，李丙林，等.基于Ethernet網(wǎng)絡(luò)的雙向S7通信仿真［J］.長春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012，33（3）：323-327.