現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)：DCS、SIS、GDS 時鐘同步的方法

現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)：DCS、SIS、GDS時鐘同步的方法時鐘同步是指在一個系統(tǒng)中所有設(shè)備的時鐘保持一致，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實時性。在DCS、SIS和GDS中，時鐘同步的偏差可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致、事件順序混亂以及系統(tǒng)故障。因此，對于這些系統(tǒng)來說，時鐘同步的精確性是至關(guān)重要的。在現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)中，DCS（分布式控制系統(tǒng)）、SIS（安全儀表系統(tǒng)）和GDS（數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）扮演著重要的角色，它們的協(xié)同運行對于工業(yè)生產(chǎn)的安全和效率至關(guān)重要。然而，由于各個系統(tǒng)的獨立運行和不同設(shè)備之間的差異，時鐘同步的偏差問題可能會出現(xiàn)。DCS是用于監(jiān)控和控制工業(yè)過程的系統(tǒng)，它通常由分布在整個工廠的各個控制器組成。在DCS中，各個控制器的時鐘需要保持同步，以確保它們能夠按照預(yù)定的時間序列執(zhí)行任務(wù)。如果時鐘同步的偏差過大，可能會導(dǎo)致控制器之間的數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)錯誤，從而對工藝過程的控制產(chǎn)生不良影響。與DCS相似，SIS是用于監(jiān)測和控制工業(yè)過程中的安全相關(guān)功能的系統(tǒng)。在SIS中，時鐘同步的偏差可能會導(dǎo)致安全儀表的觸發(fā)時間計算錯誤，從而無法及時檢測到潛在的危險情況。例如，在一個需要緊急停機的情況下，如果SIS中的時鐘同步存在偏差，可能導(dǎo)致安全儀表無法在規(guī)定的時間內(nèi)觸發(fā)，從而延誤緊急停機的執(zhí)行。GDS是用于采集和存儲工業(yè)過程數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。在GDS中，時鐘同步的偏差可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集的時間戳不準(zhǔn)確，從而無法準(zhǔn)確地記錄數(shù)據(jù)的時間順序。這將對后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和故障診斷產(chǎn)生不利影響。特別是在需要對不同設(shè)備的數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)分析時，時鐘同步的偏差可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致，難以得出準(zhǔn)確的結(jié)論。為了解決DCS、SIS和GDS時鐘同步的偏差問題，通常會采用網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議（NetworkTimeProtocol，NTP）

或精確時間協(xié)議

（PrecisionTimeProtocol，PTP）來進行時鐘同步。NTP是一種

用于在計算機網(wǎng)絡(luò)中同步時鐘的協(xié)議，通過參考國際原子時標(biāo)準(zhǔn)來確保各個設(shè)備的時鐘保持一致。而PTP是一種適用于工業(yè)控制系統(tǒng)的時鐘同步協(xié)議，它具有更高的精確度和可靠性，能夠滿足工業(yè)應(yīng)用對時鐘同步的更高要求。除了采用時鐘同步協(xié)議，還可以通過硬件設(shè)備來改善時鐘同步的精確性。例如，一些高精度的時鐘模塊和時鐘同步器可以提供更穩(wěn)定和準(zhǔn)確的時鐘信號，從而減小時鐘同步的偏差。此外，定期的時鐘校準(zhǔn)和維護也是確保時鐘同步精確性的重要措施。DCS、SIS和GDS時鐘同步的偏差可能會對工業(yè)系統(tǒng)的安全和效率產(chǎn)生不利影響。為了解決這一問題，采用合適的時鐘同步協(xié)議和硬件設(shè)備是必要的。通過確保時鐘同步的精確性，可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，從而更好地實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的目標(biāo)。網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點數(shù)量大于50的網(wǎng)絡(luò)宜設(shè)置時鐘同步器，時鐘同步器的授時精度不應(yīng)低于lms，守時精度不應(yīng)低于2μs/min。在《石油化工分散控制系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（SH/T3092-2013）5.3.7節(jié)要求DCS不應(yīng)采用無線通信方式的外部時鐘源。這是出于對控制系統(tǒng)安全的考慮，該規(guī)范6.2.2無線網(wǎng)絡(luò)中要求DCS嚴(yán)禁采用無線網(wǎng)絡(luò)，采用無線網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)及儀表設(shè)備不得接入DCS網(wǎng)絡(luò)，這是對控制系統(tǒng)安全的考慮?！斗稚⑿涂刂葡到y(tǒng)工程設(shè)計規(guī)范》（HG/T20573-2012）9.2節(jié)要求通信系統(tǒng)宜包含一套裝置時鐘同步系統(tǒng)，以具有接收來自全球定位系統(tǒng)(GPS)的時鐘信號的能力?！妒突x表遠(yuǎn)程監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（SH/T3181-2016）6.5節(jié)要求SCADA應(yīng)在調(diào)度控制中心配置GPS時鐘，SCADA網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點宜通過時鐘同步軟件實現(xiàn)。是否設(shè)置GPS時鐘服務(wù)器，與某時區(qū)時間一致需要企業(yè)根據(jù)性質(zhì)和需求確定。如燃?xì)忾L輸管線的SCADA必須設(shè)置GPS時鐘服務(wù)器，與某時區(qū)時間一致，才能保證分布在整條管線上控制系統(tǒng)時間的一致，有利于保證管線的安全運行。一般化工企業(yè)做到各個控制系統(tǒng)的時鐘同步，滿足生產(chǎn)監(jiān)控的要求即可。新建項目時鐘同步一般由企業(yè)提出要求或設(shè)計單位提出建議，雙方共同確定方案，由設(shè)計單位在各個控制系統(tǒng)規(guī)格書提出要求，由DCS集成商完成。在役裝置控制系統(tǒng)沒有進行時鐘同步的宜在裝置檢修時，與原控制系統(tǒng)供應(yīng)商溝通，對控制系統(tǒng)增加時鐘同步功能，保證生產(chǎn)順利進行。時鐘同步的目的是使系統(tǒng)內(nèi)部和系統(tǒng)之間的時間標(biāo)記數(shù)據(jù)一致，實際上并不需要絕對時間，只要相對時間就足夠了，也不需要與某個地域時間絕對一致。DCS內(nèi)部本來就有時間同步功能。在實際應(yīng)用中，當(dāng)需要具有時間標(biāo)記記錄數(shù)據(jù)的第三方計算機設(shè)備與DCS同步時，宜采用由DCS發(fā)布同步信號的方式。對于不用時間標(biāo)記記錄數(shù)據(jù)的第三方設(shè)備，不必設(shè)置時鐘同步。《石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB/T50770-2013）條文解釋中，安全儀表系統(tǒng)的邏輯控制器、工程師站、操作站等設(shè)備，可采用邏輯控制器的時鐘作為時鐘源，使安全儀表系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的時鐘一致。大型石油化工工廠的安全儀表系統(tǒng)應(yīng)與基本控制系統(tǒng)的時鐘同步。可采用時鐘同步系統(tǒng)作為時鐘源。邏輯控制器與基本控制系統(tǒng)時鐘同步的目的是，當(dāng)發(fā)生事故后，通過對兩個系統(tǒng)各自記錄的事件的對比和追溯，協(xié)助查找事故原因?！斗稚⑿涂刂葡到y(tǒng)工程設(shè)計規(guī)范》（HG/T20573-2012）中，9.2.2DCS通信系統(tǒng)宜包含一套裝置時鐘同步系統(tǒng)，以具有接收來自全球定位系統(tǒng)(GPS)的時鐘信號的能力。《危險化學(xué)品重大危險源安全監(jiān)控通用技術(shù)規(guī)范》（AQ3035-2010）中，系統(tǒng)應(yīng)有時間校準(zhǔn)功能，系統(tǒng)的時鐘誤差應(yīng)≤5秒/24小時。存在多個子系統(tǒng)及遠(yuǎn)程設(shè)備時，宜使用全球時鐘同步設(shè)備統(tǒng)一時鐘。

系統(tǒng)內(nèi)和系統(tǒng)間實現(xiàn)時鐘同步有如下幾種方法：1、系統(tǒng)內(nèi)部時鐘同步

同一個網(wǎng)絡(luò)里面的計算機、控制系統(tǒng)，軟件設(shè)置其中一個作為時間同步的主站，其他設(shè)備為從站，從而保持整個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點時間同步。2、系統(tǒng)間通訊同步

如DCS與SIS，DCS與PLC之間或者不同DCS品牌之間，可以通過MODUBS、OPC等進行時鐘同步。采用通訊的方式設(shè)置時鐘同步，優(yōu)點是經(jīng)濟簡單，缺點是通訊傳輸滯后等。以PLC為例，PLC系統(tǒng)通過MODBUS識別DCS傳