DCS中SOE分辨率達到1ms的實現方法

　　摘要：分析了分散式控制系統不同過程控制站下SOE分辨率達到1ms的重要性,并給出了具體可行的實現方法以及測試手段。
　　
　　一、背景
　　
　　在大中型分散式控制系統、變電站自動化系統、水電站自動化系統中，經常涉及到大量設備狀態的監測。這些設備可能是開關接點、斷路器接點、重合閘信號等開閉狀態。對于這些接點信號的監測根據其重要性不僅僅需要監測其狀態變化，同時也要監測其狀態變化發生的時刻。在同一個系統中，有些設備的狀態變位有關聯性，因此需要用SOE模件將這類狀態變位的發生時刻記錄下來。SOE的英文全稱為SequenceOfEvent，即事件順序。
　　
　　在上述的分散控制系統中，對SOE的事件記錄分辨率一般要求達到毫秒級，上*系統SOE的分辨率都聲稱可以到1毫秒，因此，SOE模件的時間同步就顯的尤為重要，往往成為本系統是否*的關鍵指標之一。但是在大型的分散控制系統中，大量的SOE模件是散布在不同的過程控制站中的，如何保證不同過程控制站內SOE模件的時間同步是難實現的。
　　
　　二、通用解決方案
　　
　　傳統意義上的SOE模件時鐘同步大部分采用以下幾種方式：
　　
　　1.將控制系統內的所有SOE模件集中于同一過程控制站下，這樣可以得到相對準確的相對時鐘時標，但隨著監測對象的多樣化、分散化，該方法在大中型控制系統中的使用受到通信容量的制約而且也不符合分散控制保證系統可靠性的要求。
　　
　　2.將SOE模件分散在不同的過程控制站中，時鐘服務器通過通信網絡（以太網、串行口）對所有的過程控制站進行廣播方式對時，各過程控制站對下掛的SOE模件再通過通信方式進行廣播對時，這樣雖然遵循了分散控制的原則，但各個過程控制站對于時鐘服務器廣播對時的接收響應，各個SOE模件對于過程控制站廣播對時的接收響應均存在延時，甚至有丟失廣播信息的可能，這樣要實現不同過程控制站下SOE模件的時鐘誤差為1ms是很困難的。
　　
　　以某一過程控制站對其所屬的SOE模件以廣播方式對時為例：通信報文，MODBUS通信規約，波特率115.2K，通信報文包括廣播命令、校驗碼、廣播地址、時鐘等大約10個字節。路途傳輸時間（不算通信路途延遲）大約為0.8ms。而SOE模件雖然可以將接收處理廣播對時的操作權限設置為zui別，但此SOE模件上的CPU對該廣播對時報文的中斷響應、報文解析（包括校驗）、時標覆蓋需時大約也在0.5~1.5ms之間。
　　
　　同時在兩次對時之間，所有的SOE模件是靠內部模擬時鐘計時（通過工作晶振的振蕩計數來模擬），SOE模件內部時鐘不可避免地存在累計誤差，而這個累積誤差在1分鐘間隔內將達到數毫秒。
　　
　　顯然，這種方式也是很難實現不同過程控制站下的所有SOE模件時鐘誤差不超過1ms的。
　　
　　三、本系統解決方案
　　
　　在本系統中，我們采用了一種已經獲得發明的時間同步方法，使用此方法可以保證不同過程控制站下的SOE模件時間同步誤差達到1ms。
　　
　　下圖為本系統中不同過程控制站下SOE模件的對時設計方案架構圖。
　　
　　對時具體實施方案步驟如下：
　　
　　1.在多對冗余的過程控制站中，設定其中的一個站為時鐘主站，以下以過程控制站A1為時鐘主站來舉例；
　　
　　2.此時鐘主站在設定的時間間隔（通常為60秒）到時通過控制器之間的硬件對時線與所有的過程控制站對時，同時通過硬件對時線A1將本站內的所有SOE模件對時，所有的SOE模件接收到此信號時即開始模擬時鐘偏移△t；
　　
　　3.時鐘主站將發硬件對時的時刻（t1）記錄下來，通過網絡傳遞到其他的過程控制站并同時通過I/O通訊服務器A1將此信息廣播到本站內的所有SOE模件；
　　
　　4.SOE模件接收到廣播信息，并開始處理：執行t=t1+△t，隨后以t為起點開始新的模擬時鐘。
　　
　　5.對于另外一個過程控制站A2在接收到控制器之間的硬件對時信號立刻通過硬件對時線A2將本站內的所有SOE模件對時，同時本站的所有SOE模件接收到此信號時也開始模擬時鐘偏移△t′；
　　
　　6.過程控制站A2通過I/O通訊服務器A2也將t1信息廣播到本站內的所有SOE模件；
　　
　　7.SOE模件接收到廣播信息，同樣執行t′=t1+△t′，隨后以t′為起點開始新的模擬時鐘。
　　
　　在上述步驟中zui關鍵的地方在于步驟5，要求過程控制站A2在接收控制器之間的硬件對時信號與發出和本站內SOE模件對時信號必須要在同一個中斷中實現，不能有延遲。這個要求是消除不同過程控制站內SOE模件因為累積誤差而造成分辨率大于1ms的關鍵點。
　　
　　四、驗證方法
　　
　　如何來驗證系統中不同過程控制站下SOE模件的事件分辨率達到1ms呢？
　　
　　1.測試同一控制站下不同SOE模件的事件分辨率：
　　
　　將一個雙路脈沖發生器的兩組輸出分別接入到同一過程控制站下不同SOE模件的任意通道；
　　
　　脈沖發生器兩路輸出同時發出脈沖信號，SOE模件記錄下沿變化的時刻；
　　
　　讀出保存在SOE模件內的SOE事件，兩個SOE模件記錄的動作時刻誤差要求在1ms內。
　　
　　2.測試不同控制站下SOE模件的事件分辨率：
　　
　　將一個雙路脈沖發生器的兩組輸出分別接入到不同過程控制站下SOE模件的任意通道；
　　
　　脈沖發生器兩路輸出同時發出脈沖信號，SOE模件記錄下沿變化的時刻；
　　
　　讀出保存在SOE模件內的SOE事件，兩個SOE模件記錄的動作時刻誤差要求在1ms內。
　　
　　通過上述測試可以證明，本方法可以保證大型分散控制系統中所有SOE的分辨率達到1ms。