張如周，鮑教旗，李 杰，曹敬國(guó)，安建軍，閆衛(wèi)國(guó)，徐 歡，儲(chǔ)怡芳，賈國(guó)棟

（華能曲阜熱電有限公司，山東 曲阜 273100）

0 引言

時(shí)間同步是工業(yè)控制系統(tǒng)重要組成部分，是工業(yè)工藝系統(tǒng)及設(shè)備出現(xiàn)故障后通過時(shí)間先后迅速判斷事故發(fā)生點(diǎn)的重要環(huán)節(jié)。很多老機(jī)組發(fā)電廠在設(shè)計(jì)初期僅僅在繼電保護(hù)、分散控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了衛(wèi)星時(shí)間同步，但未對(duì)公用系統(tǒng)如輸煤、灰水等控制系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)間同步。在目前的工業(yè)控制系統(tǒng)時(shí)間同步領(lǐng)域中，以光纜為通訊介質(zhì)通過TCPIP協(xié)議傳輸進(jìn)行對(duì)時(shí)或者遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)置一套對(duì)時(shí)裝置的情況較多，但是將不同控制系統(tǒng)采用無線通訊手段進(jìn)行對(duì)時(shí)，并應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中的仍不太常見。常用時(shí)間同步時(shí)系統(tǒng)與無線通訊手段的時(shí)間同步系統(tǒng)仍存在較大差異，使用起來不夠靈活，特別是增加對(duì)時(shí)系統(tǒng)時(shí)需要的設(shè)備、施工及實(shí)現(xiàn)周期都較長(zhǎng)。華能曲阜電廠公用系統(tǒng)包括輸煤、輸灰、化學(xué)水處理、中水處理、制氫站、燃料監(jiān)管等，另外還有火災(zāi)報(bào)警、視頻監(jiān)控等輔助系統(tǒng)，以上系統(tǒng)均采用計(jì)算機(jī)本地時(shí)間，工控機(jī)時(shí)間偏差較大，未能實(shí)現(xiàn)校時(shí)功能。時(shí)間的不統(tǒng)一給生產(chǎn)過程設(shè)備事故追憶帶來了很大不便。本文設(shè)計(jì)利用433MHZ傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾等特點(diǎn)，提供一種降低系統(tǒng)總成本且改造靈活、對(duì)時(shí)覆蓋范圍廣的433MHZ無線傳輸對(duì)時(shí)系統(tǒng)。此系統(tǒng)具有操作靈活，移植性強(qiáng)，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定的特點(diǎn)。

圖1 校時(shí)裝置通訊連接及主機(jī)顯示展示圖Fig.1 Communication display and display of host display in school fashion

1 衛(wèi)星校時(shí)

1.1 衛(wèi)星校時(shí)裝置

本設(shè)計(jì)選用同時(shí)可接受GPS和北斗信號(hào)的新型衛(wèi)星校時(shí)裝置，授時(shí)方式采用單向授時(shí)，用戶端只需要接受電文信號(hào)就可自主獲得本地時(shí)間與北斗或GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間差，然后實(shí)現(xiàn)同步整個(gè)過程不需要進(jìn)行信息交互。衛(wèi)星天線采用室外安裝的磁吸式“BDS+GPS”有源天線，天線安裝在高處，傾向120°～160°便于接收衛(wèi)星信號(hào)。

1.2 同步裝置與本地計(jì)算機(jī)連接方式

同步裝置設(shè)計(jì)有RS232與RS485通訊接口，通過兩芯計(jì)算機(jī)屏蔽電纜制作的DB9接口線與本地計(jì)算機(jī)COM口連接。選用速率為4800；無校驗(yàn)，數(shù)據(jù)位8位，停止位1位的通訊，可發(fā)送報(bào)文://BJT，YYMMDD，hhmmss，<+/->XXXX.XX，HHFFPP，ff.f1f1f1分別代表北京時(shí)間和信息中斷報(bào)警時(shí)間，校時(shí)差0.2ms。本地連接及時(shí)間軟件運(yùn)行如圖1所示。

2 無線通訊時(shí)間同步網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)

2.1 433MHZ通訊網(wǎng)頻及無線數(shù)傳電臺(tái)特點(diǎn)

433MHZ在全國(guó)范圍內(nèi)屬于免費(fèi)的通訊頻段，其通訊特點(diǎn)：1）高靈敏度、抗干擾性強(qiáng)，具有高接收靈敏度-139dBm，很好的穿透力，能夠大大減少網(wǎng)關(guān)數(shù)量，降低施工成本；2）傳輸距離遠(yuǎn)?？蛇m應(yīng)工業(yè)控制領(lǐng)域的通信遠(yuǎn)距離傳輸，其在空曠傳輸距離可達(dá)到5000m以上，能夠解決低功耗和遠(yuǎn)距離不能兼得的難題，適用于需要無線抄表和工業(yè)控制等項(xiàng)目方案中；3）低功耗。節(jié)約能源，降低熱量，從而延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命，其產(chǎn)品可以使用電池供電。從電池運(yùn)行的無線產(chǎn)品需要考慮充電、更換或設(shè)計(jì)長(zhǎng)壽命電源?；蛟S，更換電池可能看起來不重要，但是當(dāng)客戶擁有成千上萬的設(shè)備，那么所需的資源和后續(xù)成本就會(huì)變得非常重要。選擇低功耗的LoRa模塊，在節(jié)約能源、延長(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命上，具有重要意義。

圖2 無線連接通訊圖Fig.2 Wireless connection communication diagram

圖3 通訊對(duì)時(shí)展示Fig.3 Communication pair display

工廠內(nèi)部使用選用1W功率的透明數(shù)傳電臺(tái)搭配高增益磁吸式天線即可滿足2km以內(nèi)的穩(wěn)定傳輸，即可滿足本設(shè)計(jì)要求。無線數(shù)傳電臺(tái)具備無線中繼功能，包含插接和接線電源設(shè)計(jì)，取電電壓范圍8 VDC～28VDC，電臺(tái)帶有標(biāo)準(zhǔn)RS-485接口與壓線式電源接口，合計(jì)有電源及數(shù)據(jù)收發(fā)指示燈便于判斷和調(diào)試。電臺(tái)最多可設(shè)計(jì)32個(gè)通道，可通過軟件進(jìn)行通訊波特率4800～19200、通道使用等通訊參數(shù)的設(shè)置，以滿足與校時(shí)裝置的通訊要求。

2.2 通訊網(wǎng)絡(luò)方案

為保證網(wǎng)絡(luò)通訊的穩(wěn)定性和安裝調(diào)試的方便，本設(shè)計(jì)采用RS485通訊連接方式，終端使用RS485轉(zhuǎn)RS232接口或RS485轉(zhuǎn)USB終端虛擬串口用來接收遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)，設(shè)備選用防雷抗干擾型。433MHZ無線數(shù)傳電臺(tái)帶有無線中繼功能，以保證遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。無線組網(wǎng)如圖2所示。

2.3 遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)授時(shí)

取電時(shí)間同步器軟件以WINDOWS為運(yùn)行平臺(tái)，軟件通過RS485轉(zhuǎn)RS232設(shè)備連接至計(jì)算機(jī)COM口。軟件顯示的計(jì)算機(jī)時(shí)間即為本地計(jì)算機(jī)時(shí)間，衛(wèi)星同步時(shí)間為接收衛(wèi)星信號(hào)的時(shí)間，端口在初始化正常后顯示出通訊信息。軟件正常運(yùn)行狀態(tài)如圖3所示。

3 結(jié)束語

根據(jù)以上設(shè)計(jì)，華能曲阜電廠根據(jù)設(shè)計(jì)實(shí)施，經(jīng)過近半年的運(yùn)行試驗(yàn)，華能曲阜電廠輸煤程控，化學(xué)水處理、中水處理、地表水處理程控，輸灰控制系統(tǒng)、電除塵控制系統(tǒng)、制氫站控制系統(tǒng)、燃料監(jiān)管系統(tǒng)等程控系統(tǒng)時(shí)間同步并穩(wěn)定運(yùn)行，視頻監(jiān)控和火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、熱網(wǎng)首站供熱系統(tǒng)等控制系統(tǒng)時(shí)間同步。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)已得到國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局的知識(shí)產(chǎn)權(quán)受理，下一步將應(yīng)用于MIS等生產(chǎn)管理系統(tǒng)的時(shí)間同步。