DCS課程設(shè)計(jì)報(bào)告

課程設(shè)計(jì)報(bào)告（2015--2016年度第1學(xué)期）名稱：分散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)題目：SOE技術(shù)綜述院系：班級：學(xué)號：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：設(shè)計(jì)周數(shù)：1成績：日期：2016年1月8日一、課程設(shè)計(jì)的目的與要求分散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)是目前國內(nèi)外工程領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛而有效的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，作為自動化類本科學(xué)生應(yīng)當(dāng)具備和掌握與此相關(guān)的基礎(chǔ)知識、概念和設(shè)計(jì)方法。本課程設(shè)計(jì)是在分散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)課程結(jié)束之后進(jìn)行的一個(gè)綜合性實(shí)踐環(huán)節(jié)，主要目的是使學(xué)生在課程內(nèi)容學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識和設(shè)計(jì)方法，針對工程應(yīng)用問題能夠進(jìn)行有關(guān)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等內(nèi)容的綜合分析設(shè)計(jì)以及仿真，通過該教學(xué)環(huán)節(jié)使學(xué)生進(jìn)一步加深對分散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場總線技術(shù)的認(rèn)識和理解，同時(shí)也給學(xué)生提供了一個(gè)實(shí)踐和增加感性認(rèn)識的機(jī)會，為今后從事實(shí)際工作打下一定的基礎(chǔ)。二、設(shè)計(jì)正文1、SOE的概念SOE，即事件順序記錄，是Sequence

Of

Event的縮寫。隨著火電機(jī)組日趨規(guī)?；蛷?fù)雜化，生產(chǎn)過程信息瞬間千變?nèi)f化。當(dāng)機(jī)組發(fā)生故障時(shí)，需要查找出真實(shí)原因，并采取相應(yīng)措施，這時(shí)就需要對事件進(jìn)行追憶打印。S0E系統(tǒng)是DCS中用于異常記錄的子系統(tǒng)，為機(jī)組故障和異常原因分析提供重要的數(shù)據(jù)依據(jù)。S0E記錄事件發(fā)生的時(shí)間、首發(fā)事件和后續(xù)聯(lián)鎖發(fā)生的一系列事件的間隔時(shí)間和順序；按照一定的時(shí)間間隔（一般為1ms），對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行判斷，一旦發(fā)生事件，立刻按此間隔時(shí)間順序記錄當(dāng)時(shí)和后續(xù)發(fā)生的聯(lián)鎖事件。發(fā)電機(jī)組是一個(gè)緊密耦合的多變量系統(tǒng)，某設(shè)備跳閘故障將引發(fā)一系列的設(shè)備保護(hù)動作，形成一個(gè)事故信號群，事件信號量多達(dá)數(shù)百個(gè)。在數(shù)百個(gè)信號中，快速、正確判別初始事故、尋找第一故障源是S0E的關(guān)鍵技術(shù)。一般的歷史數(shù)據(jù)記錄只能做到秒級的分辨率，當(dāng)事件發(fā)生后，往往同一秒內(nèi)出現(xiàn)的信息很多，且不能分出先后順序，這就給事故分析造成了很大的困擾。而事件順序記錄系統(tǒng)（SOE）以ms級的分辨率獲取事件信息，為熱工和電氣設(shè)備事故分析提供有力的證據(jù)?？梢哉fSOE是電廠重要的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測、記錄、事故分析用設(shè)備。2、SOE系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)GPS作為SOE系統(tǒng)的外部時(shí)鐘源，不僅需向現(xiàn)場總線控制器（FCP）、工程師站提供精確的對時(shí)服務(wù)，而且需通過硬接線向FCP、SOE連接的各模件提供秒脈沖信號。SOE系統(tǒng)的控制器和模件通過硬接線并聯(lián)至GPS秒脈沖信號的輸出端子，以使模件和控制器同步接收到秒脈沖。GPS設(shè)備作為SNTO協(xié)議的對時(shí)服務(wù)器，通過網(wǎng)線與SOE系統(tǒng)連接；FCP、工程師站、操作員站根據(jù)SNTP協(xié)議規(guī)范，通過UDP報(bào)文與GPS進(jìn)行對時(shí)。當(dāng)SOE事件被觸發(fā)時(shí)，SOE模件通過總線將SOE事件的時(shí)間序號（SN）發(fā)送至FCP，由FCP計(jì)算得到時(shí)間ＴＭＳ后，讀取自身存儲的此時(shí)刻對應(yīng)的時(shí)間TS，經(jīng)過FCP中SOE事件時(shí)間生成算法，計(jì)算出SOE事件的時(shí)間T（T＝TS＋TMS＋0.4*SN），并將T通過UDP報(bào)文廣播發(fā)送至上位機(jī)進(jìn)行記錄并生成報(bào)表。SOE系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖１所示。SOE系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)SOE系統(tǒng)包括SOE模件、控制器、上位機(jī)。SOE模件完成事件的采集，記錄一系列聯(lián)鎖發(fā)生的SOE事件的時(shí)序，并通過協(xié)議報(bào)文發(fā)送至控制器?？刂破魍ㄟ^預(yù)先設(shè)計(jì)的處理算法計(jì)算生成事件發(fā)生的精確時(shí)間。上位機(jī)接收到來自控制器的SOE事件后根據(jù)定制格式生成報(bào)表。SOE系統(tǒng)支持的命令字如表１所示。3、SOE模件的程序算法當(dāng)發(fā)生SOE事件時(shí)，SOE模件程序采集SOE事件，通過SOE事件發(fā)出NTY命令將采集的SOE事件相關(guān)屬性（事件序號EN、SOE事件時(shí)間戳高字節(jié)、SOE事件時(shí)間戳低字節(jié)、同步／失步標(biāo)志Flag、時(shí)間序號SN、通道狀態(tài)等）信息報(bào)告發(fā)送至控制器。SOE模件具有16路隔離的開關(guān)量輸入通道，提供48VDC查詢電壓，采用硬接線時(shí)間同步信號實(shí)現(xiàn)不同站SOE的時(shí)間同步，采用SNTP時(shí)間同步協(xié)議方式實(shí)現(xiàn)控制器與工程師站、操作員站之間的時(shí)間同步。(1)SOE模件上電后，SN為0，并且模件工作狀態(tài)為未同步狀態(tài)。

(2)當(dāng)SOE模件接收到來自主控制器（冗余配置）SYN命令后，SOE模件進(jìn)入同步狀態(tài)，并且其SN等于當(dāng)前SYN命令發(fā)出的主控制器時(shí)間序號值（SeqNum），即sn=SeqNum。(3)SOE模件工作狀態(tài)進(jìn)入同步狀態(tài)后，使模件的SN值與控制器的SeqNum保持一致，同時(shí)當(dāng)模件接收GPS設(shè)備的硬件秒脈沖信號后，將SN加1。無論在何種情況下，當(dāng)SOE模件接收到主控制器的SYN命令后，模件的SN均與SYN命令發(fā)出的SeqNum同步。(4)如果SOE模件在同步狀態(tài)下，一旦檢測到模件的SN與SeqNum不一致，則SOE模件立即發(fā)送設(shè)備信息廣播報(bào)告，該報(bào)告包含SOE模件當(dāng)前同步／失步狀態(tài)。同時(shí)，SOE事件中也包含SOE事件發(fā)生時(shí)的同步／失步狀態(tài)。如果在SOE事件采集時(shí)刻模件為失步狀態(tài)，則將模件的SN以及時(shí)間偏移值均不作為完全準(zhǔn)確的時(shí)間值。(5)SOE模件每檢測到１個(gè)事件發(fā)生后，立即通過NTY命令將事件發(fā)布給控制器，并等待控制器給予收到事件的確認(rèn)報(bào)文ACK命令，若在等待超時(shí)的范圍內(nèi)（1s）仍未收到ACK命令，SOE模件將重復(fù)發(fā)布事件至控制器，直至收到ACK命令為止。如果在SOE事件發(fā)布期間檢測到新的事件，SOE模件將緩存新事件。當(dāng)最先一個(gè)事件被確認(rèn)后，則發(fā)布緩存事件，直至所有事件發(fā)布完畢。SOE模件緩沖區(qū)的設(shè)置保證了SOE事件能夠及時(shí)采集并存儲。4、SOE應(yīng)用實(shí)例（INFI-90OPENSOE系統(tǒng)分析）下面以Bailey公司的INFI-90SOE系統(tǒng)為例進(jìn)行介紹。INFI-90SOE系統(tǒng)提供一個(gè)完整的系統(tǒng)進(jìn)行事件監(jiān)視、記錄及報(bào)告。SOE系統(tǒng)同PCU(PROCESSCONTROLUNIT,過程控制單元)和OIS操作員站一樣做為一個(gè)獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)掛在INFI-90通訊環(huán)路上,在INFI-90通訊環(huán)路上有一個(gè)時(shí)間主控器(例如,衛(wèi)星時(shí)鐘同步系統(tǒng)),使環(huán)上所有節(jié)點(diǎn)都是時(shí)間同步的,SOE根據(jù)這個(gè)時(shí)間使有輸入模件都時(shí)間同步。當(dāng)事件發(fā)生后,事件輸入數(shù)據(jù)信息立即由PCU(PROCESSCONTROLUNIT,過程控制單元)內(nèi)輸入模件采集并通過環(huán)路送到SOE節(jié)點(diǎn),SOE系統(tǒng)對這些數(shù)字量輸入信號打上時(shí)間標(biāo)簽,經(jīng)過一定時(shí)間,SOE將存貯的事件信息通過INFI-90操作員站OIS產(chǎn)生報(bào)告。（1）硬件組成SOE系統(tǒng)主節(jié)點(diǎn)部分SOE系統(tǒng)主節(jié)點(diǎn)部分硬件包括:事件順序主模件INSEM01、網(wǎng)絡(luò)接口模件INNIS01、事件時(shí)間保持主模件INTKM01、時(shí)間同步端子單元NTST01、通訊鏈接端子單元NTCL01、INTKM到NTST01電纜NKTK01-10、INNIS01到NTCL01電纜NKLS01-10。（2）相關(guān)硬件介紹：①INSEM01———SequenceofEventsMasterModule事件順序主模件。INSEM01是標(biāo)準(zhǔn)的INFI-NET通訊模件,用于從分散的PCU收集SOE數(shù)據(jù)、檢測觸發(fā)事件及提供事件信息給操作員接口站進(jìn)行報(bào)告。INSEM01為SOE主模件,它通過擴(kuò)展總線直接與NIS模件及TKM模件(TimeKeeperMasterModule,時(shí)間保持主模件)通訊。INSEM01基于例外報(bào)告對PCU數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視,當(dāng)檢測到有觸發(fā)條件時(shí),立即收集、整理獲得的數(shù)據(jù),并將SOE數(shù)據(jù)提供給OIS進(jìn)行報(bào)告。其主要功能:在例外報(bào)告基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集;提供事件數(shù)據(jù)給操作員站作為報(bào)告呈報(bào);管理所有從PCU內(nèi)I/O模件(指IMSED01和IMSET01)來的事件·48·2002年增刊觸發(fā)數(shù)據(jù)。模件前面板有17個(gè)CPULED燈及一個(gè)停止/復(fù)位開關(guān)。一個(gè)為狀態(tài)LED紅/綠燈,顯示INSEM01的狀態(tài);16個(gè)CPU燈分為A、B兩組,A組指示模件在工作,B組在狀態(tài)燈變紅時(shí)顯示錯(cuò)誤編碼。模件有四個(gè)開關(guān)SW1、2、3、4。SW1用于與SW4一起設(shè)置有關(guān)特別操作。SW2用于模件診斷功能,但只有貝利公司人員才能使用,正常運(yùn)行時(shí)該開關(guān)必須設(shè)置為0(CLOSED或ON);SW3設(shè)置是否允許SCSI口,該開關(guān)正常運(yùn)行時(shí)必須設(shè)置為0(不允許SCSI口);SW4設(shè)置決定模件的操作方式。模件有兩種操作方式:執(zhí)行和組態(tài)。在執(zhí)行方式時(shí),模件處理由MFP來例外報(bào)告及普通信息,同時(shí)產(chǎn)生例外報(bào)告及其它信息給OIS,并且通過擴(kuò)展總線讀取TKM來時(shí)間信息及狀態(tài)。在組態(tài)方式時(shí),模件接收INFI90來組態(tài)命令并改變NVROM內(nèi)數(shù)據(jù),INSEM01由功能碼FC243、244、245及246組態(tài)以實(shí)現(xiàn)它在SOE中的功能。②INTKM01———TimeKeeperMasterModule時(shí)間保持主模件。INTKM01為貝利標(biāo)準(zhǔn)的INFI90I/O模件,提供時(shí)間信息給SEM及INFI-90所有SOE系統(tǒng)同步。TKM通過擴(kuò)展總線(Xbus)將時(shí)間信息發(fā)送給SEM,且通過NTST01端子單元將時(shí)間信息發(fā)往同步鏈。TKM能夠與帶IRIG-B時(shí)間編碼的外部時(shí)間接收器連接,TKM使用由接收器發(fā)送來時(shí)間信息來初始化和糾正它內(nèi)部的時(shí)間信息,以保證能與外部的時(shí)間信息同步。發(fā)往同步鏈的時(shí)間同步信息是由時(shí)間信息和同步脈沖組成。時(shí)間信息指從1980年3月1日0:00開始計(jì)算的ms數(shù),與同步脈沖的上升沿有關(guān)。在剛上電時(shí),TKM根據(jù)SEM提供的絕對時(shí)間及時(shí)間接收器來時(shí)間信息初始化其內(nèi)部時(shí)鐘。絕對時(shí)間用于計(jì)算當(dāng)前年,因?yàn)閺慕邮掌鱽頃r(shí)間信息不包含該信息。如果外部時(shí)鐘不存在或不提供時(shí)間信息,則根據(jù)INFI90主時(shí)間同步器來初始化其內(nèi)部時(shí)鐘。模件主要功能:每秒將時(shí)間同步信息發(fā)往SOE同步鏈;將發(fā)往擴(kuò)展總線的時(shí)間信息轉(zhuǎn)化為SEM可用的絕對時(shí)間格式;周期地更新它的內(nèi)部時(shí)鐘并保持模件與外部時(shí)間信息同步。③網(wǎng)絡(luò)接口模件INNIS01。INNIS01是聯(lián)接網(wǎng)絡(luò)和INFI-90通訊模件的模件,它可以同INFI-90的不同類型的通訊模件組成各種INFI-90網(wǎng)絡(luò)接口單元。另外還提供一種監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電源系統(tǒng)工作狀態(tài)的手段,通過通訊系統(tǒng)這個(gè)電源系統(tǒng)狀態(tài)的信息可以在運(yùn)行員操作站(OIS)上顯示,以便實(shí)時(shí)監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的電源工作狀態(tài)。④NTST01———TIMESYNCHTERMINATIONUNIT時(shí)間同步端子單元。NTST01為一標(biāo)準(zhǔn)的INFI-90端子單元,通過SOE同步鏈?zhǔn)笽NTKM01與IMSET01模件接口。同步鏈允許同步時(shí)間信息從INTKM01傳送到所有的IMSET01內(nèi)。并且,NTST01允許INTKM01與外部時(shí)間接收器連接。NTST01能將INTKM01或IMSET01模件連接到同步鏈上,分別具有不同的功能:與INTKM01連接-從衛(wèi)星時(shí)鐘同步器接收IRIG-B格式的時(shí)間;在同步鏈上傳送時(shí)間信息給所連接的IMSET01。與IMSET01連接-從同步鏈上接收由INTKM01發(fā)送來的時(shí)間信息。若有多個(gè)IMSET01,即多個(gè)SOEPCU數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),則同步鏈具有三種不同實(shí)施方案:順序方式、星形方式、前兩種的混合式。由于本廠使用SOE只設(shè)計(jì)了一塊IMSET01模件及7塊IMSED01作為開關(guān)量輸入模件,則不必考慮同步鏈連接方式。（3）SOE主節(jié)點(diǎn)怎樣工作SOE系統(tǒng)與環(huán)路通訊接口為網(wǎng)絡(luò)接口模件INNIS01,INSEM01與一個(gè)INNIS01組成一個(gè)SOE服務(wù)節(jié)點(diǎn)。INTKM是SOE系統(tǒng)中的時(shí)間主模件,它在結(jié)構(gòu)上是SEM的時(shí)間子模件。它通過擴(kuò)展總線將其內(nèi)部時(shí)鐘信號傳送給INSEM,并通過端子單元NTST01進(jìn)行同步鏈接。TKM內(nèi)部有一塊主頻10MHh的恒溫晶體,它為SEM提供精度為10us的同步信號,從而使SOE系統(tǒng)的分辨率達(dá)到1ms。SEM在此時(shí)不僅是SOE的主模件,而且充當(dāng)NPM(網(wǎng)絡(luò)處理模件)的作用,一方面它時(shí)刻監(jiān)視是否有觸發(fā)條件,在檢測到有觸發(fā)條件后,立即將SOEPCU采集來數(shù)據(jù)做上時(shí)間標(biāo)記,另一方面它將所要通信的數(shù)據(jù)打成包,通過擴(kuò)展總路線發(fā)給NIS,NIS立即將這些信息訂上報(bào)頭,通過NTCL01(通訊端子單元)發(fā)往INFI-NET。操作員接口站OIS經(jīng)過組態(tài),接收由SEM發(fā)來的SOE信息后,立即觸發(fā)并開始形成SOE報(bào)表,形成報(bào)表的時(shí)間大約為8min,當(dāng)SOE報(bào)表形成后,OIS向打印機(jī)發(fā)出打印請求,在線的SOE打印機(jī)能將本次SOE信息打出。NTST01為TKM到INFI-90SOE同步鏈的接口,NTST01與INTKM及接收器的連接圖：其中,TKM以電纜NKTK01連接到NTST的P2口,且這時(shí)的NTST01板上的跳線器E4、E5、E6、E7、E8位置應(yīng)設(shè)為2-3。如果衛(wèi)星時(shí)鐘接收器存在,可將其IRIG-B編碼輸出用帶BNC標(biāo)準(zhǔn)接口的同軸電纜連接到NTST01的P4口,并將跳線器E9插入以激活50Ω電阻。（4）怎樣進(jìn)行SOE組態(tài)通常模件組態(tài)是使用WCAD中GMC應(yīng)用進(jìn)行,但對于SEM組態(tài)則需在DOS環(huán)境下進(jìn)行一些特殊的步驟。1)SOE信號輸入部分組態(tài)。2)SOE主模件SEM組態(tài)。3)產(chǎn)生SOE點(diǎn)列表文件(xxxx.SOE)。4)組態(tài)DSOE點(diǎn)列表。5)從點(diǎn)列表更新CAD文件。6)編譯SEM模件組態(tài)。（5）在操作員站OIS上產(chǎn)生SOE報(bào)告以上組態(tài)均在工程師站EWS上進(jìn)行,通過組態(tài)和相關(guān)硬件設(shè)置已組成了一個(gè)完整的SOE系統(tǒng),但要使SOE能通過報(bào)告的形式產(chǎn)生并打印出來,還需在OIS上進(jìn)行部分組態(tài)工作。這部分工作主要是:SER定義及SOE報(bào)表定義。SER定義(SOE報(bào)告定義)可通過“OIS上總功能菜單選擇A※組態(tài)※C記錄組態(tài)※C事件順序記錄(SOE組態(tài))※ASER定義”步驟來選擇。SER定義是將所有的數(shù)字量輸入信號的標(biāo)簽名,按照CAD組態(tài)圖中的次序與SOE標(biāo)簽索引號一一對應(yīng),如第一塊I/O模件的第一個(gè)信號索引號為1,第二個(gè)信號索引號2,如果I/O模件中間有未使用的通道,則對應(yīng)索引號應(yīng)空著。SOE報(bào)告定義可通過“OIS上總功能菜單選擇A組態(tài)※C記錄組態(tài)※C事件順序記錄(SOE組態(tài))※BSOE報(bào)表定義”步驟來選擇。主要定義SOE報(bào)告號及SOE輸入信號的數(shù)量,一個(gè)SOE報(bào)告最大可容納128個(gè)點(diǎn),一個(gè)SOE報(bào)告可少于128個(gè)點(diǎn),如果實(shí)際需要的信號多于128個(gè)點(diǎn),則應(yīng)產(chǎn)生多個(gè)SOE報(bào)告。SOE報(bào)告中定義了報(bào)告中的輸入信號數(shù)量后,則SOE輸入信號定義中最大索引號就為輸入信號的數(shù)量值。除此外,OIS上還定義SOE報(bào)告產(chǎn)生后,應(yīng)送往哪一臺打印機(jī),當(dāng)打印機(jī)投入時(shí),SOE報(bào)告自動打印出來。另外,還可定義SOE保存版本數(shù)量,最大可以定義為9個(gè)版本,數(shù)字越小,版本越新。當(dāng)打印機(jī)未投運(yùn),需要人工打印時(shí),可調(diào)出不同的版本進(jìn)行打印。（6）常見故障情況及怎樣避免1)模件故障:如果是模件顯示故障,應(yīng)分析哪種原因造成的,如果是因?yàn)橥獠吭蛟斐扇缥瓷想?、組態(tài)問題等,則盡量消除外部原因。如果為模件本身故障,只能更換模件。①INSEM01出現(xiàn)故障。可由模件狀態(tài)指示燈LED顏色判斷INSEM01的操作狀態(tài)。它可能有三種狀態(tài):16個(gè)CPULED指示燈:分為A、B兩組。A組顯示模件工作,B組在有錯(cuò)誤產(chǎn)生時(shí),顯示錯(cuò)誤編碼。根據(jù)錯(cuò)誤編碼查找出具體原因。②INSED01出現(xiàn)故障:根據(jù)模件狀態(tài)燈LED判斷故障。③TKM出現(xiàn)故障:模件狀態(tài)燈LED顏色與模件狀態(tài)對應(yīng)關(guān)系同INSED01。為防止模件出現(xiàn)故障,應(yīng)注意幾點(diǎn):工作人員在工作前應(yīng)對設(shè)備了解;工作時(shí)使用防靜電手環(huán),禁止觸摸電路板及元件;送電前檢查模件地址設(shè)置及連接電纜,模件上、MMU內(nèi)擴(kuò)展總線及端子單元的跳線器是否正確接入;定期對模件做維護(hù),一方面檢查卡件的連接是否可靠,另一方面清除模件上及安裝槽內(nèi)的積灰。建議每半年或機(jī)組停運(yùn)期間進(jìn)行。不能產(chǎn)生出SOE報(bào)告情況如:打印機(jī)未投入工作;OIS操作臺上未設(shè)置為打印;SOE組態(tài)方面原因;就地信號發(fā)出,但模件未接收到。三.課程設(shè)計(jì)總結(jié)在本次課程設(shè)計(jì)之前，我事件順序記錄系統(tǒng)基本上沒有任何概念。通過本次課程設(shè)計(jì)，我首次接觸到了SOE相關(guān)知識，并在查資料，找文獻(xiàn)的過程中，逐步的理解，最終對它有了一個(gè)相對完整，但仍十分粗淺的認(rèn)識。這讓我嘗到了初學(xué)新知的快樂與自學(xué)過程的挑戰(zhàn)，同時(shí)也更加懂得科學(xué)研究的不易。由于知識儲備不夠和自身水平的限制，我對SOE的了解不夠全面，深度不夠。但我