SOE系统结构优劣分析与研究

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【摘要】事件顺序记录系统（soe）对工厂运行状态监视、事故分析中起着重要作用。通过试验研究了SOE的性能、误差以及系统结构，得出SOE系统结构的最佳方案。

【关键词】事件顺序记录；SOE；误差；系统结构

1.引言

SOE（Sequence Of Event）事件顺序记录系统，它以毫秒级的时间分辨率获取并记录开关量变化的信息，为系统的监视、控制及事后分析、研究各种事故的产生原因提供有力依据，为消除安全隐患提供支持，目前在电站、化工、冶金、炼油等领域中被广泛地应用，对工厂的运行和维护起着重要作用。

2.概述

SOE系统是DCS及其他控制系统中用于记录异常故障的子系统。它所记录的事件发生时间和联锁发生事件的间隔顺序，是系统故障和异常分析的最重要依据。尤其在电力行业具有普遍的应用，利用它精确记录和报告预先定义好的水机、汽机、锅炉、电气重要开关量信号的状态变化，对机组的事故分析提供明确有效的线索和证据。在现实中，许多电厂出现过保护动作等情况时SOE未记录下来或记录时间与实际情况不符的问题，因此，事故顺序记录对于指导检修人员及时排除事故显得特别重要，并直接影响机组的稳定运行。同样，对SOE系统的设计和设备的精度也提出了更高的要求。

目前电站的SOE系统设计基本分为集中布置和分散布置两种方式。集中式布置是将SOE采集卡由集中在同一对CPU控制，物理上也集中在同一机柜或扩展柜中；分散式布置是将SOE采集卡物理上分散布置在不同的机柜中，由不同的CPU控制。SOE系统的授时方式也分为两种，一种为NTP方式，即通过控制系统的通信网络进行分级授时，如西门子SIMATIC PCS7系统；另一种为集中授时，SOE模件通过时钟同步卡和GPS（标准时间同步装置）相连接，如东芝TOSMAP-DS系统。

3.SOE系统的误差分析

在《火力发电厂分散控制系统验收测试规程》DL/T 659-2006规定了SOE的时问分辨力应不大于lms。实际影响DCS的SOE时间分辨力大小的因素主要有SOE模件的通道扫描周期、不同开入模件和不同控制器的基准时钟误差及时钟同步误差等。SOE时间分辨力可以按式（1）估算。

T=T1+T2+T3+…… （1）

式中：T1表示开入模件的扫描周期；T2表示不同开入模件之间的时间偏差；T3是表示不同控制器之间的时间偏差。

开人模件的扫描周期T1是开入模件CPU等间隔扫描对开入通道的时间间隔.由CPU的运行速度决定，一般小于0.5ms，实际应用中已经达到更快速度。

不同开入模件之间的时间偏差T2主要由模件的基准时钟误差和时钟同步误差引起。开入模件时钟同步是通过接受与之相接的控制器同步信号完成，或通过时钟同步卡直接与GPS相连接完成信号同步。模件与制器同步信号传递是通过模件与控制器相接的通信总线传递；另一种是通过专用开关量脉冲递。模件通过时钟同步卡直接与GPS相连接完成信号同步，采用IRIG-B格式时间码，为脉冲方式。

不同控制器之间的时间偏差T3主要由控制器基准时钟误差和时钟同步误差引起。控制器的时钟同步有2种方式：一种是通过一台操作员站（计算机）经以太网发同步信号，这种方式同步信号为网络传输的模拟信号，精度一般在秒级，必须要进行网络延迟补偿后才能时钟同步；另一种是通过GPS（标准时间同步装置）发脉冲同步信号。

由上可见，SOE时间分辨力的大小主要由开人模件的扫描周期的大小决定，如果各开入模件之间、控制器之间不通过专用时间同步，SOE偏差可能很大。

4.SOE系的典型测试

SOE系统设计基本分为集中布置和分散布置两种方式。分散式布置如某化工厂采用西门子SIMATIC PCS7系统，SOE系统共461个S点分布在6个控制站中，在各个控制站中，各SOE点均在一条总线上，整个系统采用采用NTP方式进行授时。系统的第一时钟是标准的NTP服务器，其时间来自GPS装置；控制器的时钟作为第二时钟，由NTP服务器进行授时；SOE卡的时钟作为第三时钟，由控制器每秒发出的脉冲信号进行授时。经过SOE性能测试：T1=0.1ms，T2=0.2ms，T3=0.5ms，SOE时间分辨力=0.1+0.2+0.5=0.8ms。

集中式布置如某电站B厂采用东芝TOSMAP-DS系统，其SOE系统共288点，系统独立分布于一个控制站，布置共分5层。J1、J2层为冗余配置的电源单元1和电源单元2；J3层为CPU机架，有冗余配置的两组控制处理单元，每组有CPUW11G022型CPU、ETMW03G021型以太网卡、COMW03G021型COM总线接口卡各一块；J3层和J4层为PIO机架，各布置一块IOBW03/IO BUS型IO缓冲卡、一块IRGW01时钟同步卡，9块SOE DI卡，其中18块SOE DI卡在J3层的地址定义为奇数，在J4层地址定义为偶数，J3层和J4层分别通过一条数据总线和控制处理单元相连接。整个系统的授时方式为控制处理单元NTP方式进行授时，按两条数据总线布置J3层和J4层分别通过IRGW01时钟同步卡进行授时。

集中式布置方式下，没有不同控制器之间的时间偏差，即T3=0，但各SOE点分布于两条总线下，定义各总线之间的时间偏差为T4，将公式（1）演变得出：

T=T1+T2+T4+T3=T1+T2+T4 （2）

经过SOE性能测试：

试验1：

对同一模件上各点测试，T1=0.1ms；

试验2：

分别对J3层和J4层即两条总线下的9块模件各选取1个点进行测试，两条总线下的分辨率均为0.2ms，即T1+T2=0.2ms，同一总线下的分辨率均为0.2ms，T2=0.1ms；

试验3：

在两条总线下的18块模件各选取一个点进行测试，分辨率为0.4ms，T1+T2+T4 =0.4ms，T4=0.2ms，SOE系统的误差在0.4ms之内。

5.SOE系统的结构分析

在两种不同的布置方式下，模件的扫描周期产生的误差T1均为0.1ms，不同模件之间的时间偏差T2分别为0.2ms和0.1ms，分布布置下不同控制器之间的时间偏差T3=0.5ms，集中式布置方式下各总线之间的时间偏差T4=0.2ms。

根据以上数据综合分析，相对于模件的扫描周期产生的误差T1均为0.1ms，各个模件之间的误差T2、T4、T3是较大的，T2是不可消除的，控制站内若采用单总线布置各模件则可消除T4，若采用集中式布置则可消除T3，集中式、单总线布置更为优良。因此可以在系统结构的设计上尽量消除或缩小这些误差，有效的提高系统的精度。

6.结束语

在SOE系统实际设计时尽量采取集中式、单总线布置。单总线布置完全可以做到，若无法采取集中式布置，则应避免使用存在网络延迟的NTP方式向控制器进行授时，采用精度更高的GPS发脉冲同步信号直接向控制器授时，把不同控制器之间的时间偏差降到最小，提高SOE系统整体性能。