DCS课程设计报告

课程设计报告

（2015 -- 2016 年度第 1 学期）

名称：分散控制系统与现场总线技术题目：SOE技术综述

院系：

班级：

学号：

学生姓名：

指导教师：

设计周数： 1

成绩：

日期：2016 年1 月8日

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一、课程设计的目的与要求

分散控制系统与现场总线技术是目前国内外工程领域应用非常广泛而有效的计算机控制技术，作为自动化类本科学生应当具备和掌握与此相关的基础知识、概念和设计方法。本课程设计是在分散控制系统与现场总线技术课程结束之后进行的一个综合性实践环节，主要目的是使学生在课程内容学习的基础上，运用所学的基础理论知识和设计方法，针对工程应用问题能够进行有关计算机监控系统等内容的综合分析设计以及仿真，通过该教学环节使学生进一步加深对分散控制系统与现场总线技术的认识和理解，同时也给学生提供了一个实践和增加感性认识的机会，为今后从事实际工作打下一定的基础。

二、设计正文

1、SOE的概念

SOE，即事件顺序记录，是Sequence Of Event的缩写。随着火电机组日趋规模化和复杂化，生产过程信息瞬间千变万化。当机组发生故障时，需要查找出真实原因，并采取相应措施，这时就需要对事件进行追忆打印。

S0E系统是DCS中用于异常记录的子系统，为机组故障和异常原因分析提供重要的数据依据。S0E记录事件发生的时间、首发事件和后续联锁发生的一系列事件的间隔时间和顺序；按照一定的时间间隔（一般为1ms），对设备运行状态和运行参数进行判断，一旦发生事件，立刻按此间隔时间顺序记录当时和后续发生的联锁事件。发电机组是一个紧密耦合的多变量系统，某设备跳闸故障将引发一系列的设备保护动作，形成一个事故信号群，事件信号量多达数百个。在数百个信号中，快速、正确判别初始事故、寻找第一故障源是S0E的关键技术。

一般的历史数据记录只能做到秒级的分辨率，当事件发生后，往往同一秒内出现的信息很多，且不能分出先后顺序，这就给事故分析造成了很大的困扰。而事件顺序记录系统（SOE）以ms级的分辨率获取事件信息，为热工和电气设备事故分析提供有力的证据。可以说SOE是电厂重要的运行状态监测、记录、事故分析用设备。

2、SOE系统的结构

GPS作为SOE系统的外部时钟源，

不仅需向现场总线控制器（FCP）、工

程师站提供精确的对时服务，而且需

通过硬接线向FCP、SOE连接的各模

件提供秒脉冲信号。SOE系统的控制

器和模件通过硬接线并联至GPS秒脉

冲信号的输出端子，以使模件和控制

器同步接收到秒脉冲。GPS 设备作为

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SNTO 协议的对时服务器，通过网线与SOE 系统连接；FCP 、工程师站、操作员站根据SNTP 协议规范，通过UDP 报文与GPS 进行对时。当SOE 事件被触发时，SOE 模件通过总线将SOE 事件的时间序号（SN ）发送至FCP ，由FCP 计算得到时间ＴＭＳ后，读取自身存储的此时刻对应的时间TS ，经过FCP 中SOE 事件时间生成算法，计算出SOE 事件的时间T （T ＝TS ＋TMS ＋0.4*SN ），并将T 通过UDP 报文广播发送至上位机进行记录并生成报表。SOE 系统硬件结构如图１所示。

SOE 系统硬件结构SOE 系统包括SOE 模件、控制器、上位机。SOE 模件完成事件的采集，记录一系列联锁发生的SOE 事件的时序，并通过协议报文发送至控制器。控制器通过预先设计的处理算法计算生成事件发生的精确时间。上位机接收到来自控制器的SOE 事件后根据定制格式生成报表。SOE 系统支持的命令字如表１所示。

3、SOE 模件的程序算法

当发生SOE 事件时，SOE 模件程序采集SOE 事件，通过SOE 事件发出NTY 命令将采集的SOE 事件相关属性（事件序号EN 、SOE 事件时间戳高字节、SOE 事件时间戳低字节、同步／失步标志Flag 、时间序号SN 、通道状态等）信息报告发送至控制器。SOE 模件具有16路隔离的开关量输入通道，提供48VDC 查询电压，采用硬接线时间同步信号实现不同站SOE 的时间同步，采用SNTP 时间同步协议方式实现控制器与工程师站、操作员站之间的时间同步。

(1)SOE 模件上电后，SN 为0，并且模件工作状态为未同步状态。

(2)当SOE 模件接收到来自主控制器（冗余配置）SYN 命令后，SOE 模件进入同步状态，并且其SN 等于当前SYN 命令发出的主控制器时间序号值（SeqNum ），即sn= SeqNum 。

(3)SOE 模件工作状态进入同步状态后，使模件的SN 值与控制器的SeqNum 保持一致，同时当模件接收GPS 设备的硬件秒脉冲信号后，将SN 加1。无论在何种情况下，当SOE

模件接

收到主控制器的SYN命令后，模件的SN均与SYN 命令发出的SeqNum同步。

(4)如果SOE模件在同步状态下，一旦检测到模件的SN 与SeqNum 不一致，则SOE模件立即发送设备信息广播报告，该报告包含SOE模件当前同步／失步状态。同时，SOE事件中也包含SOE事件发生时的同步／失步状态。如果在SOE事件采集时刻模件为失步状态，则将模件的SN 以及时间偏移值均不作为完全准确的时间值。

(5)SOE模件每检测到１个事件发生后，立即通过NTY命令将事件发布给控制器，并等待控制器给予收到事件的确认报文ACK 命令，若在等待超时的范围内（1s）仍未收到ACK命令，SOE模件将重复发布事件至控制器，直至收到ACK 命令为止。如果在SOE事件发布期间检测到新的事件，SOE模件将缓存新事件。当最先一个事件被确认后，则发布缓存事件，直至所有事件发布完毕。SOE模件缓冲区的设置保证了SOE事件能够及时采集并存储。

4、SOE应用实例（INFI -90 OPEN SOE系统分析）

下面以Bailey 公司的INFI -90SOE 系统为例进行介绍。

INFI -90 SOE 系统提供一个完整的系统进行事件监视、记录及报告。SOE 系统同PCU(PROCESSCONTROL UNIT , 过程控制单元)和OIS 操作员站一样做为一个独立的节点挂在INFI -90 通讯环路上, 在INFI -90 通讯环路上有一个时间主控器(例如, 卫星时钟同步系统), 使环上所有节点都是时间同步的, SOE 根据这个时间使有输入模件都时间同步。当事件发生后, 事件输入数据信息立即由PCU(PROCESSCONTROL UNIT , 过程控制单元)内输入模件采集并通过环路送到SOE 节点, SOE 系统对这些数字量输入信号打上时间标签, 经过一定时间, SOE 将存贮的事件信息通过INFI -90 操作员站OIS 产生报告。

（1）硬件组成

SOE 系统主节点部分SOE 系统主节点部分硬件包括:事件顺序主模件INSEM01 、网络接口模件INNIS01 、事件时间保持主模件INTKM01 、时间同步端子单元NTST01 、通讯链接端子单元NTCL01 、INTKM 到NTST01 电缆NKTK01 -10 、INNIS01 到NTCL01 电缆NKLS01 -10 。

（2）相关硬件介绍：

① INSEM01 ———Sequence of Events Master Module事件顺序主模件。INSEM01 是标准的INFI -NET 通讯模件, 用于从分散的PCU 收集SOE 数据、检测触发事件及提供事件信息给操作员接口站进行报告。INSEM01 为SOE 主模件, 它通过扩展总线直接与NIS 模件及TKM 模件(Time Keeper Master Module , 时间保持主模件)通讯。INSEM01 基于例外报告对PCU数据进行监视, 当检测到有触发条件时, 立即收集、整理获得的数据, 并将SOE 数据提供给OIS 进行报告。其主要功能:在例外报告基础上进行数据采集;提供事件数据给操作员站作为报告呈报;管理所有从PCU 内I/O 模件(指IMSED01 和IMSET01)来的事

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