GPS对时(北斗对时)系统在输油输气管道系统中的应用

2015-03-25王宁宋小鸥王健中国石油管道公司河北廊坊065099

化工管理 2015年18期

王宁宋小鸥王健(中国石油管道公司,河北廊坊 065099)

1 GPS对时应用的意义

目前，SCADA系统、泄露监测系统、视频监控系统、语音电话系统、炉控系统、第三方设备等油气管道生产监控系统时钟不同步，其中SCADA系统包括中控机、分控机、站控机、中控PLC、监控阀室RTU，第三方设备暴扣调压撬、流量计算机、超声波流量计、变电所监控终端、锅炉控制系统等。各系统之间及内部时钟不一致引发了较多问题，主要表现为：

1.1 不同层级的控制系统所接收的数据因各自系统时间不同，所产生的报警信息历史趋势等差异明显。因为PLC及RTU采集的现场数据没有时间标识，由于存在数据网络传输延迟等系统固有的问题，数据传至站控或调控中心上位机后上位机将当前时间标记为数据发生的时间，这样导致站控和调控中心对同一工艺参数变化或报警信息的分析差异较大，影响调度人员的判断和进一步的操作。

1.2 时钟不同步造成设备时钟跳变时，压力等工艺参数趋势线偶尔出现断点，影响设备运行和工艺操作。

1.3 时钟不同步影响泄露检测系统的定位。根据QSY GD0180-2008的技术要求，应满足时钟同步的误差不大于100ms，泄露检测系统定位精度在百米级，若各个子站或测点的时钟差越大，泄露定位的偏差就越大。

1.4 在事故、事件及故障分析时，由于各系统时钟不同步，增加了信息分析难度。

2 国内外技术现状分析

随着工业自动化的进步与发展，工业生产中利用HMI人机界面对生产进行控制的应用也越来越广泛，HMI计算机有各自的本地时钟，HMI计算机的本地时钟在运行一段时间后有偏差，而且随着时间的推移偏差越来越大，即不同步。各HMI的时钟不同步对工业生产产生了影响，生产过程中记录的各项数据因采集的基准时间不同而造成偏差，趋势和报警在各HMI计算机上记录时间的不相同而影响对生产情况的分析，特别是在某些精度要求高的生产工艺上，对数据统计、生产分析的影响更大，可能造成无法根据生产采集数据指导生产的严重结果。

目前国内外时钟同步授时的方式主要有以下3种。

2.1 无线电授时

北美地区的无线电授时包括WWV、WWVH和WWVB。WWV和WWVH精度一般保持在10ms以内，但是因为其绝对时间采用语音报时，难以转化为数字信号，并不适用于PLC；WWVB将时间信息通过60kHz的载波信号传输，精度在1ms以内。

和美国的WWVB类似，中国的BPC、英国的MSF、德国的DCF、日本的JJY、瑞士的HBG也都是通过40-70kHz的载波信号发送本国的标准时标。

Loran—C（Long Range Navigation远程导航）传输的是脉冲信号，而且只通过地波传播信号。但是由于它本身固有的频率为100kHz，容易受到电晕放电的干扰。

OMEGA导航系统和Loran-C类似，工作在10-14kHz，作用距离可以很远，其延时时间预测精度可以达到2-5微秒。主要缺点是接收器的花费要比使用卫星系统的高。

2.2 卫星授时

卫星全球定位系统是一种以人造地球卫星为载体的全球覆盖、全天候工作的无线电导航定位系统，可以实现精确导航、定位和授时。目前世界上主要友美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲空间局的伽利略计划、中国的北斗导航卫星系统。

2.3 网络授时

网络时间协议NTP（Network Time Protocol）协议和简单的网络时间协议SNTP（Simple Network Time Protocol）是使用最普遍的国际互联网时间传输协议。NTP属于TCP/IP协议族，采用了复杂的时钟同步算法，可提供对时精度在1-50ms之间。而SNTP是NTP的一个简化版，没有NTP复杂的算法，应用于简单的网络中。在IEC61850中规定的时间同步协议是SNTP，在多数情况下，其精度可以保持在1ms内。