解决了中煤榆林聚丙烯装置多个控制系统间时钟不同步的难题，保证整套装置的高效运行——现代煤化工企业生产装置内控制系统包括DCS、SIS、ITCC、CCC、PCS7以及PLC等，种类多，数量大。由于彼此间网络独立，长时间运行后系统时钟之间就会产生较大偏差，进而造成不同步。当生产装置异常停车或事故发生后，控制系统之间的时间顺序记录信息交错混乱，使得查找、分析原因十分困难。本文介绍了一种方案，成功地解决了中煤榆林聚丙烯装置多个控制系统间时钟不同步的难题，为行业内解决类似问题提供了借鉴。
本文刊登于PROCESS《流程工业》2021年第13期
《时钟同步在中煤榆林聚丙烯装置控制系统中的应用》
本文作者供职于中煤陕西榆林能源化工有限公司；本文系仪表圈主办的第三届“定华杯 - 生产过程安全技术应用”征文活动入围作品。
中煤陕西榆林能源化工有限公司Ⅰ期项目规模为180万t/a煤制甲醇、60万t/aMTO、30万t/a聚乙烯以及30万t/a聚丙烯，于2014年7月建成投产。主要由气化、净化、硫回收、甲醇合成、MTO、烯烃分离、聚丙烯以及C4综合利用等装置组成。
聚丙烯装置采用美国Union Carbid公司Unipol工艺技术生产均聚物和无规共聚物。物料流程由前到后依次为反应器生成粉料、粉料输送、粉料与添加剂掺混、挤压造粒、粒料输送以及粒料包装等。其中SIEMENS S7-300 PLC系统控制粉料输送，SIEMENS S7-400PLC系统控制粉料与添加剂掺混，SIEMENS PCS7系统控制挤压造粒以及SIEMENS PCS7系统控制粒料输送。
由于物料流程控制系统分属不同设备供应商成套集成，系统类型不同，网络相互独立。每个控制系统都有自己的时钟，经过长时间运行后，控制系统间的时间就会产生很大不同。
控制系统的时间标签不统一，一是对于工艺生产的操作监控、历史数据查询很不方便；二是设备停车事件发生后，比对数据曲线、分析事件原因极为困难。
因此，装置各控制系统时钟必须一致才能保证整套装置的高效运行。
上述设备控制系的时钟同步支持SIMATIC模式和NTP两种模式。
SIMATIC模式较简单，但其要求时钟源及控制系统均为SIEMENS产品，而我们有可利旧的第三方GPS卫星同步时钟，因此采用NTP模式。
GPS卫星同步时钟作为NTP时钟主站。网络时间协议（NTP，Network Time Protocol）是基于数据包网络通信的计算机系统时钟同步标准，NTP是局域网和广域网中同步系统时钟的通用模式。通过建立NTP时间服务器和NTP客户端体系实现时钟同步，通常以AS站、CP和OS客户机作为时钟从站，OS服务器或者外部时钟源作为时钟主站。
在NTP模式中，PLC或CP以固定时间间隔向子网（LAN）中的PCNTP服务器发送时钟请求（客户端模式）。根据服务器的应答，确定最可靠和最精确的时钟，并同步站时钟。这一模式的优点是使时钟的同步超越了子网限制。其精确度取决于所使用NTP服务器的品质。网络架构如图1所示。
图 1 网络架构
1.配置NTP主站。
NTP的时钟主站负责接收从站的时钟同步请求并返回时间同步信息给从站，如图2所示。
图 2 NTP 主站配置模式
1）将GPS卫星时钟NW10模块网口与交换机A用网线相连，采用568B直连方式。
2）设置GPS卫星时钟MW10模块IP地址。其IP地址需与挤压机控制网络处于同一网段。
2.配置NTP从站。
（1）设置AS为NTP从站。AS站点作为NTP时钟从站，通过连接主站的通信接口发送NTP同步请求，本方案中以CPU41×集成PN接口为例进行说明。如果使用CP443-1连接服务器，则下列配置在CP443-1的属性中设置。
1）打开AS站硬件组态，在PN口属性标签页“Time-of-Day Synchronization”，配置CPUPN接口时间模式，如图3所示。CPU41×含有两个PN接口，做时钟同步时仅需配置连接NTP时钟主站的接口。
图 3 配置 CPU PN 接口时间模式
2）勾选“Enable time-of-day synchronization in NTP mode”使能NTP模式，在“NTPserver address”中点击“Add”，填入NTP主站的IP地址，如图4所示。
图 4 填入 NTP 主站的 IP 地址
3）设置“Time zone”为东八区（GMT+08:00）时区，北京、重庆、香港时区，如图5所示。
图 5 设置“Time zone”为东八区（GMT+08:00）时区
4）“Update interval”为从站时间更新周期，从站会按照这个频率向NTP主站发送时间同步请求，默认周期为10s。
5）同样方式设置机架1（Rack1）上的CPUPN接口。
6）设置CPU的时钟同步选项，选择Diagnose/Clock标签页，将Clock中的时间同步类型设置为“none”，如图6所示。
图 6 设置 CPU 的时钟同步选项
7）保存并编译，修改CPU时钟同步选项后，冗余CPU需要停机下载。
（2）设置OS站、ES站为NTP从站。NTP模式下作为时钟从站的ES站和OS站也需要配置NTP从站功能，它们通过终端总线（Terminal Bus）向NTP主站发送同步请求，方法如下。
1）双击打开Windows的时钟设置，如图7所示。
图7Windows的时钟设置
2）选择“Internet Time”标签页，点击“Change Setting”按钮，在弹出对话框中，勾选“Synchronization Internet time setting”,在“Server”中输入从站可以访问到的NTP主站的IP地址，如图8所示。
图8在“Server”中输入从站可以访问到的NTP主站的IP地址
3）配置完成后，点击“Update now”，开始向NTP主站发送时钟同步请求，同步成功后出现提示：“The clock was successfully synchronized with<主站地址>on<同步成功时间>”。这表示从站已经可以正常地同步主站时钟。
4）修改NTP从站的时钟同步频率。可以通过点击“Update now”方法手动激活NTP从站和NTP主站的时钟同步，也可以修改注册表中的从站同步周期设置，让NTP从站定期的发送时钟同步请求。
在“运行”中输入“regedit”打开注册表，找到注册表子项：“HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\W32Time\TimeProviders\NtpClient”，在右侧窗口中找到SpecialPollInterval，打开修改窗口，修改成十进制43200(单位为s，43200s为12h，该值为更新时间间隔)，如图9所示。
图9修改成十进制43200
保存后，关闭注册表编辑器。重启Windows时钟同步服务器。然后，在开始菜单的运行栏中输入CMD，打开DOS命令窗口。先输入ntpstopw32time回车，先停止对时服务；再输入netstartw32time回车，最后再启动对时服务。即无需重启计算机，即可激活对时服务，并使修改的参数生效。
NTP模式可以实现局域网和广域网的时钟同步，但如果要实现跨子网或广域网的时钟同步，必须配置路由。如果没有路由，需要确认NTP主站和NTP从站在同一网段并且互相可以PING通。
检查防火墙是否开启，如果开启，请增加NTP服务的规则，NTP使用Port123。在PCS7封闭的网络内，关闭计算机的防火墙和域防火墙。
上述方案成功解决了中煤榆林聚丙烯装置多种控制系统时钟的同步问题。不仅方便了工艺生产人员的监控操作，而且当装置异常停机或发生事故时，可在同一时间标签下调取数据曲线、事件记录等信息，为分析原因提供了准确性和便利性，保障了生产的连续稳定运行，同时亦为行业内解决类似问题提供了借鉴。
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