在我國50MW-200MW中小型電廠控制系統(tǒng)的市場很大大多都采用中小型DCS控制系統(tǒng)。另外電廠自動控制對DOS的要求比較高，不但有高的可靠性，功能要求也很高，例如毫秒級事件順序記錄功能。
在中國SIMATIC PCS 7廣泛應(yīng)用于化工制藥、污水處理和水泥等行業(yè)，但在電廠控制系統(tǒng)中應(yīng)用較少，尤其是實(shí)現(xiàn)1ms分辨率SOE功能的更少，下面介紹PCS 7的SOE功能的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用。
一、SOE介紹
隨著火電機(jī)組隨著火電機(jī)組日趨規(guī)模化和復(fù)雜化，生產(chǎn)過程信息瞬間千變?nèi)f化當(dāng)機(jī)組發(fā)生故障時，需要查找出真實(shí)原因，并采取相應(yīng)措施這時就需要對事件進(jìn)行追憶打印。
SOE為英文Sequence Of Event的縮寫，即事件順序記錄。而一般的事件記錄只能做到秒級的分辨率，當(dāng)事件發(fā)生后往往同一秒內(nèi)出現(xiàn)的信息很多，且不能分出先后順序，這就給事故分析造成了很大的困擾而SOE就能更精確地反映事件情況，它能以毫秒級的分辨率獲取事件信息，為事故分析提供有力的證據(jù)。SOE系統(tǒng)的輸入信號全部為開關(guān)量信號，它以高分辨率分辨各個信號狀態(tài)變化的先后次序，幫助在事故情況下分辨故障的原因找出首出故障因此SOE成為分析事故的主要記錄手段。
二、PCS 7的SOE系統(tǒng)組成
1．體系結(jié)構(gòu)
PCS 7的SOE系統(tǒng)，基于S7-400系列AS站，其上有一時鐘同步模塊，使整個PCS 7系統(tǒng)的時間同步。當(dāng)事件發(fā)生時，高時間分辨率的DI模塊根據(jù)這個時間來記錄，通過PCS 7的SOE驅(qū)動功能塊，將事件打上時間標(biāo)簽，送到上位機(jī)操作員站，產(chǎn)生SOE報告記錄，如圖1為SOE系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖。
2．硬件組成
SOE系統(tǒng)硬件一般包括：S7-400系列CPU，時間同步模塊SICAMMCP，信號記錄輸入模塊SICAMDI32和外部時鐘。以下進(jìn)行逐一介紹。
（1）S7-400系列CPU
S7-400系列CPUI是西門子自動化站（AS）的核心，其根據(jù)自身的優(yōu)化程序?qū)崿F(xiàn)本工段內(nèi)的設(shè)備調(diào)節(jié)和優(yōu)化控制功能；采集本工段內(nèi)的模擬量、數(shù)字量、脈沖量等信號，通過工業(yè)以太網(wǎng)將信號傳輸?shù)讲僮鲉T站，并接收操作員站的控制設(shè)定指令。S7-400的CPU集成了Profibus-DP接口和工業(yè)以太網(wǎng)接口，可以同自動化控制系統(tǒng)現(xiàn)場I/O單元或操作管理層連接，非常適合作為PCS 7的自動化站。
（2）SICAMMCP模塊
SICAMMCP模塊，是SIMATICS7-400自動化站的時鐘同步模塊，接受外部時鐘信號，作為SIMATICS7400系統(tǒng)的時鐘主站，控制CPU和功能組的時鐘同步。在MCP中，其內(nèi)部時鐘與外部參考時鐘不偏離過1ms，保證其高度實(shí)時性。SICAMMCP作為時鐘主站，周期的向CPU和所有K總線模塊廣播設(shè)定時鐘，在下一分鐘將設(shè)置時間。MCP在傳輸時鐘的同時在系統(tǒng)總線上觸發(fā)同步時鐘中斷。隨后ICPU和所有其他K總線模塊接受傳輸過來的時鐘每隔一分鐘，執(zhí)行一次此同步程序。
（3）SICAMD132模塊
SICAMDI32模塊，是用于SICAM系統(tǒng)的處理數(shù)字量輸入信號的DI功能模塊。它能夠處理32個通道，高達(dá)1ms分辨率的隔離、無干擾和快速采集的數(shù)字量信號。
D131模塊中有一事件緩存區(qū)，可以存儲多達(dá)200事件。當(dāng)探At到狀態(tài)變化時D132按時間順序?qū)⒉杉降臄?shù)據(jù)存放到其事件緩存中，分辨率為lmsoDI32輸出一個過程報警（PRAL），使CPU獲得存儲在事件緩存中的數(shù)據(jù)。
D132有多種不同的功能處理采集到的狀態(tài)變化：
1）單點(diǎn)信息Single-point information：每次輸入信號進(jìn)來和離開，都要存儲到緩存中，并且更新過程映像區(qū)。
2）瞬時信息Transient information：跟單點(diǎn)信息功能不同的是，只在信號進(jìn)入時才存儲到緩存更新過程映像區(qū)。
3）雙點(diǎn)信息Double-pointinformation：設(shè)備的兩點(diǎn)狀態(tài)（例如開啟／關(guān)閉）可以用兩個輸入來描述。每次雙點(diǎn)信息改變，存儲到緩存中，并且更新過程映像區(qū)。
（4）外部時鐘
MCP接受信號發(fā)送裝置的時鐘信號，信號發(fā)送裝置可以是DCF-77或者GPS接受器。
DCF-77信號是由德國某地點(diǎn)廣播的一種時間信號，覆蓋大約2000Km方圓。西門子標(biāo)準(zhǔn)接受器精度可達(dá)到士2ms，由于其地域局限性，不用在中國市場。
GPS是美國的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，在地球外20，OOOkm分布有24顆衛(wèi)星，可以在任何地方接受它們傳輸?shù)臅r鐘信號。GPS接受器接受的時鐘精度跟天線可以接受的衛(wèi)星數(shù)量有關(guān)，如果有4顆衛(wèi)星，可以達(dá)到±1us。
3．軟件組態(tài)
（1）SOE軟件描述
SOE功能實(shí)現(xiàn)需要的軟件主要有：SIMATIC PCS 7工具集、SICAMPLUS TOOLS和SOE Driver Blocks等。
1）SIMATIC PCS 7工具集
SIMATIC PCS 7工具集基于三統(tǒng)（統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)一的通信和統(tǒng)一的組態(tài)和編程軟件），集成了強(qiáng)大的各種系統(tǒng)軟件。其中包含有SIMATIC MANAGER，CFC和WINCC等。
SIMATIC MANAGER采用了現(xiàn)代化的軟件體系結(jié)構(gòu)，對項(xiàng)目進(jìn)行管理、處理、歸檔和建立文件。
連續(xù)功能圖CFC是一種簡潔的圖形組態(tài)工具，采用了IEC-1131的標(biāo)準(zhǔn)用CFC有助于節(jié)省時間和費(fèi)用，大大簡化了系統(tǒng)的組態(tài)和維護(hù)。這里我們用CFC對SOE功能塊進(jìn)行組態(tài)。
2）SICAMPLUS TOOLS
為了在S7項(xiàng)目中集成MCP和DI32，我們需要在SIMATIC Step 7 Manager安裝附加軟件SICAMPlus TOOLS SICAMPlus TOOLS中包含了MCP和DI（CO.AI）模塊之間進(jìn)行同步必需的運(yùn)行組件。
3）SOE Driver Blocks
SOE Driver Blocks是一個程序庫，其中包含PCS 7的SOE功能塊，用這些功能塊可以將SICAMD132和SICAMMCP連接到PCS 7過程控制系統(tǒng)中。
（2）關(guān)鍵組態(tài)
1）首次使用MCP模塊時，由于Firmware問題下載時出錯，需要重新裝載Firmware。
2）與MCP模塊一起使用的CPU的時鐘類型設(shè)置為Slave。
3）應(yīng)該在MCP和CPU之間建立S7CONNECTION，這樣時鐘同步才能起作用。
4）CFC組態(tài)SOE功能塊時，在其屬性中設(shè)置每個SOE消息事件。
5）操作員站通過WINCC的ALARMCONTROIL控件來記錄通過設(shè)置丁EXTBLOCK的AREA屬性為SOE來篩選SOE事件。
三、實(shí)際應(yīng)用
1．工程背景及要求
山西魯能晉北鋁業(yè)有限公司自備電站工程為四爐三機(jī)，循環(huán)流化床鍋爐4臺、門臺抽凝式汽輪機(jī)2臺背壓機(jī)鍋爐主蒸汽和給水均為母管制；發(fā)電機(jī)為空冷式汽輪發(fā)電機(jī)。
根據(jù)本工程是母管運(yùn)行的特點(diǎn)，鍋爐、汽機(jī)和公用系統(tǒng)必須配置獨(dú)立的SOE裝置。如表1為各系統(tǒng)需要采集的SOE信號分布。系統(tǒng)應(yīng)提供高速順序記錄裝置，其時間分辨率應(yīng)不大于1ms接入事件順序記錄裝置的任何一點(diǎn)的狀態(tài)變化至特定狀態(tài)時，立即啟動事件順序記錄裝置。事件順序記錄應(yīng)包括測點(diǎn)狀態(tài)、中文描述以及三個校正時間。即接入該裝置的任一測點(diǎn)發(fā)生狀態(tài)改變的繼電器動作校正時間，啟動測點(diǎn)狀態(tài)改變的校正時間，毫秒級地掃描第一個測點(diǎn)狀態(tài)改變與掃描隨后發(fā)生的測點(diǎn)狀態(tài)改變之間的時間差校正。所以SOE記錄應(yīng)按經(jīng)過時間校正的順序排列，并按小時、分、秒和毫秒打印出來。
2．系統(tǒng)設(shè)計及實(shí)現(xiàn)
本系統(tǒng)采用一套CPU416-2DP的自動化站來實(shí)現(xiàn)SOE功能，用7塊SIMCMD13224VDC（32*7=224通道）采集SOE信號通過CP443-1連接到DCS的工業(yè)以太網(wǎng)上傳輸數(shù)據(jù)給操作員站通過SICLOKTM將采集到的CPS數(shù)據(jù)傳輸給MCP模塊實(shí)現(xiàn)1ms時鐘。如圖2為測試的操作員站SOE畫面。
四、結(jié)束語
該SOE系統(tǒng)成功地提供了高速順序記錄功能其時間分辨率小于1ms，精確地反映事件情況，為事故分析提供有力的證據(jù)。在山西魯能晉北鋁業(yè)有限公司3*25MW自備熱電工程DOS系統(tǒng)中的成功應(yīng)用，成為其在事故情況下分辨故障的原因和找出首出故障的主要記錄手段。
信息來源： 工業(yè)控制計算機(jī)
