CN101211184A - 事件顺序记录方法 - Google Patents

Abstract

一种事件顺序记录方法，其特征在于：将GPS接收器接收的GPS卫星信号，转换成IRIG－B码和秒脉冲后，传入主分散处理单元DPU；主DPU对IRIG－B码解调获得秒级绝对时间，通过网络广播传送到各从DPU，同时通过硬接线将秒脉冲信号传送到各从DPU；各从DPU根据秒脉冲的同步，对其控制下的各数字信号输入卡(DI卡)状态扫描，若DI卡的状态发生翻转，则将此DI卡的地址及通道状态以及记到的毫秒时间，再将记到的毫秒时间加上广播获得的秒级绝对时间组合成毫秒级的绝对时间上传至上位机。本发明的优点是分散控制系统中的时间以主DPU为基准，时间的同步、I/O CPU高精度的定时器计时、以及准确的ms和秒级绝对时间组合方式都保证了事件顺序记录的精度达到不大于1ms，实现了高精度的事件顺序记录。

Description

事件顺序记录方法

技术领域

本发明涉及一种事件顺序记录(SOE)在分散控制系统中的实现方法。

背景技术

分散控制系统(DCS)广泛地应用于电力、冶金、石油化工等各个行业。在这些行业的应用中，随着控制对象日趋规模化和复杂化，生产过程信息瞬间千变万化当机组发生故障时，需要查找出真实原因，并采取相应措施，这时就需要对事件进行追忆打印。事件顺序记录简称SOE，即为英文Sequence Of Event的缩写。而一般的事件记录只能做到秒级的分辨率，当事件发生后往往同一秒内出现的信息很多，且不能分出先后顺序，因为在联锁保护的情况下一个故障会引起多个相关的控制点跳闸或动作，这就给事故分析造成了很大的困扰。

发明内容

本发明的要解决的技术问题是：提供一种在分散控制系统中实现毫秒级的事件顺序记录(SOE)的方法，以便更精确的记录各种事件发生的时间，为确定故障发生的先后次序、分析事故原因提供有力的依据。

本发明采用的技术方案是：

1.利用GPS(美国卫星导航系统)接收器接收GPS卫星信号，并将该GPS信号转换成IRIG-B码和秒脉冲后，传入主分散处理单元(简称主DPU)；

2.主DPU对IRIG-B码解调获得秒级绝对时间，并将该绝对时间通过网络广播传送到各从分散处理单元(简称从DPU)，同时通过硬接线将秒脉冲信号传送到各从DPU；

3.分散控制系统中的时间以主DPU为基准，各从DPU根据秒脉冲的同步，对其控制下的各数字信号输入卡(DI卡)状态不断进行扫描，扫描DI卡监视的各个关键控制点的状态有无改变；

4.若DI卡的状态发生翻转，则将此时计到的毫秒时间和此DI卡的地址及通道状态记录下来，再将记到的毫秒时间加上广播获得的秒级绝对时间组合成毫秒级的绝对时间，一同上传至上位机显示和保存。

本发明方法的技术效果是：GPS是美国的卫星导航系统，可以在任何地方接受它们传输的时钟信号，分散控制系统中的时间都是以主DPU为基准，整个分散控制系统的时间同步，I/O CPU高精度的定时器计时，加上每秒秒脉冲的同步，以及准确的ms和秒级绝对时间组合方式都保证了事件顺序记录(SOE)的精度达到不大于1ms，实现了高精度的事件顺序记录。

附图说明

下面结合附图与具体实施方法对本发明的方法作进一步详细的描述。

图1是事件顺序记录的硬件构架图；

图2是事件顺序记录的网络构架图；

图3是I/O CPU记录事件时间的软件流程图；

图4是实现ms级事件顺序记录中毫秒时间和秒级绝对时间组合示意图；

图5是IRIG-B码格式示意图；

图6是GPS信号接收电路示意图。

其中：1-GPS接收器，2-扩展CPU，3-I/O CPU，4-主CPU，5-主分散处理单元(主DPU)，6-从分散处理单元(从DPU)，7-以太网，8-硬接线，9-运算放大器(LM339)，10-GPS原始信号，11-IRIG-B时钟信号，12-IRIG-B数据信号。

具体实施方式

由图1可见：主DPU 5内部包括扩展CPU 2、主CPU 4和I/O CPU 3。首先通过GPS接收器1接收GPS的卫星信号，将GPS信号和秒脉冲送入主分散处理单元(主DPU 5)，通过GPS接收电路将GPS信号转换成IRIG-B码。IRIG-B格式时间码为国际通用时间格式码。由扩展CPU 2按照其特定格式对IRIG-B码进行解调，使其成为主CPU 4可以识别的秒级绝对时间(详见图5说明)。扩展CPU 2对IRIG-B码解调后，将秒级绝对时间码存入与主CPU 4共享的内存中(如双口RAM)供主CPU 4取用。秒脉冲信号就是在每秒的起始发出一个脉冲的信号，这个信号被送到I/O CPU 3作为每秒的同步信号。本实施例中扩展CPU 2和I/O CPU3均采用PHILIPS XA系列16位单片机PXAG49，主CPU为PIII 300MHz级别低功耗CPU，运算放大器为LM339。

由图2可见：主CPU获得扩展CPU解调的秒级绝对时间以后，主DPU将该秒级绝对时间通过以太网7对分散控制系统中的其他从DPU 6进行网络广播。同时主DPU 5一方面将接收的秒脉冲信号送入其内部I/O CPU 3，另一方面经过放大器放大信号通过硬接线8将秒脉冲信号送向其他从DPU 6。由于分散控制系统中的时间都是以主DPU发出的秒级绝对时间网络广播和秒脉冲信号为基准的，而主DPU的时间又是与GPS信号同步的，所以做到了整个分散控制系统与GPS的时间同步。但当GPS信号突然丢失或GPS接收器出现故障时，主DPU将继续以自身的时钟作为基准对分散控制系统中的其他从DPU进行绝对时间网络广播和发送秒脉冲信号，保证整个分散控制系统的时间同步。

由图3可见，各DPU中I/O CPU是通过如下软件流程记录事件时间的。每个DPU的I/O CPU都会接收到一个秒脉冲信号，将其设定为CPU的外部中断，同时在CPU内设置一个1ms的定时器和ms时间计数变量。ms时间计数变量由秒脉冲清零，在定时器每溢出一次也就是每过1ms以后自增1次，是用来计算当前毫秒数的变量。在初始化以后CPU便开始等待秒脉冲的外部中断。当接收到了秒脉冲信号进入外部中断服务函数，将ms时间计数变量清零同时1ms定时器置初值开始计时。然后当定时器每次溢出时便进入定时器中断服务函数，将ms时间计数变量+1，同时对此DPU控制下的各个DI卡状态进行扫描判断其每个通道状态有没有翻转。没有的话就再次等待下一个1ms定时器溢出或秒脉冲的重新清零。如果有DI卡的状态发生了翻转，则将此DI卡的地址以及其各个通道旧的状态和新的状态都记录下来，同时将此时的ms时间计数变量的值也就是此时的ms数也记录下来，存入与主CPU共享的内存中。由于DI卡监视的就是各种关键的控制点状态，这样也就记录了各种事件发生的状态和当时ms数，即为其打上了时间标签。然后再次等待下一个1ms定时器溢出或秒脉冲的重新清零。由于CPU定时器精度较高可以达到微秒级，可保证事件时间记录的准确，同时每秒通过秒脉冲清零即同步一次，使得定时器在一秒内的累积误差不会影响精度。

各个DPU中的主CPU每隔一段时间(＜200ms)对前面提到的共享内存中的事件时间标签进行扫描，将时间标签中的ms数和扩展CPU解调的或从网络广播中获得的秒级绝对时间组合成完整的毫秒级的绝对时间，并上传至上位机供其显示和保存。在这种时间组合的过程中有可能会碰到如图4所示的情况，事件发生在前一秒的最后几毫秒内，如900ms处，此时在进行时间组合的时候秒级的绝对时间可能已经进入了下一秒，如果直接简单得组合在一起就产生了1秒的误差。针对这个问题可以引入一个变量，标记是否是刚刚进入新的一秒，即此次获得的秒级绝对时间是否与上一次相同，相同的话，就直接组合，不同的话则判断事件时间标签ms数如果大于500ms的则绝对时间减去1秒，如果小于500ms的则绝对时间保持不变然后进行组合。这是因为主CPU扫描事件时间标签的间隔小于200ms，所以在新的一秒首次扫描时不会大于此秒的200ms，此时扫描到的事件如果发生在新的一秒的话应该其毫秒时间也＜200ms，毫秒时间大于500ms的事件应该发生在上一秒中。这样就保证了组合出的毫秒级绝对时间的准确性。

由图5可见：IRIG-B码是每秒一帧的时间串码，每个码元宽度为10ms，一个时帧周期包括100个码元，为脉宽编码，即二进制″1″和″0″的脉宽分别为5ms和2ms。码元的″准时″参考点是其脉冲前沿，时帧的参考标志由一个位置识别标志和相邻的参考码元组成，其宽度为8ms；每10个码元有一个位置识别标志：P1，P2，P3，…，P9，P0，它们均为8ms宽度；PR为帧参考点；二进制″1″和″0″的脉宽为5ms和2ms。一个时间格式帧从帧参考标志开始。因此连续两个8ms宽脉冲表明秒的开始，如果从第二个8ms开始对码元进行编码，分别为第0，1，2，…，99个码元。在B码时间格式中含有天、时、分、秒，时序为秒-分-时-天，所占信息位为秒7位、分7位、时6位、天10位，其位置在P0～P5之间。P6～P0包含其他控制信息。其中″秒″信息：第1，2，3，4，6，7，8码元；″分″信息：第10，11，12，13，15，16，17码元；″时″信息：第20，21，22，23，25，26，27码元；第5，14，24码元为索引标志，宽度为2ms。时、分、秒均用BCD码表示，低位在前，高位在后；个位在前，十位在后，以相应位的脉宽即二进制″1″和″0″的脉宽分别为5ms和2ms得到其数值(所以如图5所示，BCD码相应的位有宽有窄，即表示此位为0或1)。扩展CPU就是按照以上格式对IRIG-B码进行解调，使其成为主CPU可以识别的秒级绝对时间的。

由图6可见：GPS接收电路作用是将GPS的原始信号转换成IRIG-B码，它接收来自GPS接收器的GPS原始信号10，是在5V电平上幅值变化的交流信号(其在5V电平上下波动)，幅值大于1V(即电平会小于4V或大于6V的)为高，幅值小于1V(即电平波动范围在4V和6V之间的)为低。通过由运算放大器(LM339)9组成的比较电路进行转换。其中一个以5V作为阈值电压，因信号在5V上下波动，所以高信号和低信号都能捕捉到转换成直流波形作为IRIG-B的时钟信号11。另一个比较电路采用4V作为阈值电压，只捕捉高信号转换成直流波形作为IRIG-B的数据信号12。然后这两个信号送入扩展CPU进行调解。

下面对本发明的原理做如下描述：

由主DPU接收GPS信号将其解调后向分散控制系统进行绝对时间网络广播和发送秒脉冲信号，使得分散控制系统时间和GPS时间保持同步。然后各个DPU中的I/O CPU根据秒脉冲的同步对DI卡的状态进行扫描，对有翻转的DI卡打上ms级的时间标签，同时存入与主CPU共享的内存中。主CPU将共享内存中事件时间标签的ms数和获得的秒级绝对时间组合成完整的ms级绝对时间上传给上位机。整个系统的时间同步，I/O CPU高精度的定时器计时加上每秒秒脉冲的同步以及准确的ms和秒级绝对时间组合方式都保证了事件顺序记录(SOE)的精度达到不大于1ms，实现了高精度的事件顺序记录。

Claims (1)

1.一种事件顺序记录的方法，其特征在于：

1)利用GPS美国卫星导航系统接收器接收GPS卫星信号，并将该GPS信号转换成IRIG-B码和秒脉冲后，传入主分散处理单元；

2)主分散处理单元对IRIG-B码解调获得秒级绝对时间，并将该绝对时间通过网络广播传送到各从分散处理单元，同时通过硬接线将秒脉冲信号传送到各从分散处理单元；

3)分散控制系统中的时间以主分散处理单元为基准，各从分散处理单元根据秒脉冲的同步，对其控制下的各数字信号输入卡状态不断进行扫描，扫描各数字信号输入卡监视的各个关键控制点的状态有无改变；

4)若数字信号输入的状态发生翻转，则将此时计到的毫秒时间和此数字信号输入卡的地址及通道状态记录下来，再将记到的毫秒时间加上广播获得的秒级绝对时间组合成毫秒级的绝对时间，一同上传至上位机显示和保存。

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