基于PCS7的SOE系统

范 典

（深圳市能源环保有限公司，广东深圳 518000）

0 引 言

随着国内电厂、化工厂等大型工业企业趋向规模化，大型控制系统也日趋复杂化，在生产过程中各类控制和报警信息大量产生且瞬息万变。当控制系统运行发生故障时，需要快速查找事件的原因，还原事件真相并采取相应措施，这就需要对事件过程进行追忆。常用的事件记录只能做到秒级的分辨率，而对于大型控制系统发生各类事故时，通常在事故发生后的一、两秒内会产生数十条报警信息，且无法分辨先后顺序，这就给事故分析带来很大的困难［1］。SOE系统能更精确地反应事件情况，它能以毫秒级的分辨率获取事件信息和顺序记录，为事故原因判断提供了有力保障。

SOE为Sequence of Events的缩写，即事件顺序记录。SOE系统全部采用开关量信号作为输入信号，即用高分辨率来准确记录各个信号的状态变化和先后顺序［2］，时间分辨率为1ms。

1 原有SOE系统软、硬件设计

深圳能源集团下属电厂建成较早，按照早期的PCS7系统配置，采用冗余CPU加上ET200M分布式I／O可在操纵站实现10ms的时间标签分辨率，难以满足SOE系统对分辨率的要求，因此在早期项目中，利用了PCS7强大的兼容性，除了采用西门子A＆D的产品外，结合了SIEMENS PTD和I＆S集团的相关产品，实现了上述要求。SOE系统是在PCS7V5.2版本下实现，配置方案为：

1）硬件需求。使用PTD集团提供的SICAM DI32（6MD1021-0AA00）数字量输入卡件，结合MCP（6MD1010-0BA00）和SICLOCK时间同步功能实现［3］。

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

2013年电厂对整个分散控制系统进行升级，在新PCS7系统下，以上软件（SoE Function Block和SICAM plus Tools）已经退出市场，导致了原SOE硬件配置方案的硬件SICAM DI32（6MD1021-0AA00）数字量输入卡件，以及MCP（6MD1010-0BA00）均已无法识别，因此在目前系统下SOE运行很受限，一旦项目有任何问题，SOE将无法正常工作，这将给整个系统埋下安全隐患。所以，必须对SOE系统的改造升级，从根本上解决老、旧硬件对软件补丁包的依赖性，避免在各类系统间兼容问题和硬件不识别的情况［4］。

2 改造后SOE系统设计方案

SOE系统的改造是一个系统工程，需要综合考量系统硬件支持、操作系统支持、软件支持，并需考虑升级费用、风险大小、人员工作量等多方面问题。

本系统采用一套CPU416-2DP的控制站来实现SOE功能，单独给SOE系统配一个控制柜，将SOE系统与DCS系统从硬件上分开，保证了SOE系统的可靠性。

用8块6ES7 321-7BH01-0AB0（16＊8＝128通道）采集SOE信号，再通过以太网通讯卡CP443-1连接到DCS系统的工业以太网上传输数据给操作员站，最终实现1ms分辨率时钟。

升级改造后的系统要求：

控制系统：单CPU或冗余系统（S7-400）。

硬件需求：支持时间标签记录功能的IM153－2／IM152-1（ET200M或ET200ISP）接口模块，配合支持硬件中断的数字量输入卡件（可以冗余配置）。

软件要求：PCS7V7.1及以上版本。

SOE系统配置清单见表1。

表1 SOE系统配置清单

使用ET200M或ET200ISP相应的接口模块结合快速的DI输入模板可以实现SOE时间标签功能，并可以在单系统和冗余系统中使用。具体结构如图1所示。

图1 系统结构图

3 SOE系统验证实验

实验采用CT型高速智能开关量信号源作为工具进行测试［5］，该装置的时间间隔精度为0.2ms。为了保证实验结果的准确性，随机选择5个SOE开关量输入通道进行测试。测试用开关量DI信号准确连接后，先将该装置信号之间的时间间隔设置为2ms，启动信号源，检查SOE系统分辨是否正确。如正确，逐步减小信号源的时间间隔，检查SOE系统分辨情况，直至SOE系统无法正确分辨时为止，SOE最小正确分辨时间间隔即为事件顺序记录的分辨率［6］。

SOE系统实验数据见表2。

由表2可知，针对不同卡件上的随机通道测试，SOE系统能够正确记录到最小分辨率为1ms的事故动作间隔时间，对各通道的事故动作顺序可以精确到0.5ms，完全满足电力系统对SOE系统的要求［7］。

表2 SOE系统实验数据

4 基于PCS7技术的SOE系统优点

西门子PCS7系统下的事件标签功能满足了过程控制行业的SOE事件记录的要求，在PCS7 V7.1之后，其在事件标签功能方面主要有以下优点：

1）实现时间标签功能更加灵活，可基于通道方式单独组态。

2）各SOE消息可绑定到过程设备的上位机控制面板Faceplate中。

3）支持冗余系统的SOE。当两块互为冗余地址的DI卡件组态了时间标签功能后，如果两块卡件均工作正常，则在上位机OS上只显示低地址模块的SOE消息，当该卡件故障后，备用卡件的SOE将会显示到OS中。在同一时刻，上位机OS不会显示来自冗余通道的重复的现场SOE消息［8］。

4）SOE消息不再需要在CFC中进行组态。

5 结 语

提出的SOE设计方案结合了电厂实际情况，不但可以和升级后的新系统很好地衔接，也可以为以后很长时间段里硬件设备的备件采购打下坚实基础。该SOE系统成功地实现了高速顺序记录功能，其有效时间分辨率小于1ms，精确地反映事件情况，为事故分析提供有力的证据。在深圳能源集团下属电厂DCS系统中的成功应用，使其成为追踪事故原因和找出首出故障的重要手段。

［1］ 王洪哲，王荣茂.提高SOE信息真实性的探讨［J］.东北电力技术，2005（2）：25-28.

［2］ 国家电力公司.防止电力生产事故的二十五项重点要求［M］.北京：中国电力出版社，2001.

［3］ 邹艳红，郑建勇.基于GPS同步时钟的统一校时方案［J］.电力自动化设备，2004（12）：59-61.

［4］ 赖华欣，王东.SOE系统简介及故障处理［J］.热力发电，2006（4）：46-47.

［5］ 刘一福，赵仕剑，唐海中.DCS系统SOE性能的测试及分析［J］.电力自动化设备，2005（11）：96-98.

［6］ 孙伟.SOE在K201机组控制系统中的设计及实现［J］.化工自动化及仪表，2010，37（4）：112-114.

［7］ 张德江，和红梅，孙晓晖.先进控制技术在DCS控制系统中的应用［J］.长春工业大学学报：自然科学版，2008，29（4）：361-365.

［8］ 刘柏松，刘烨，李丙林，等.基于Ethernet网络的双向S7通信仿真［J］.长春工业大学学报：自然科学版，2012，33（3）：323-327.