專利名稱：事件順序記錄方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種事件順序記錄(S0E)在分散控制系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)方法。
技術(shù)背景分散控制系統(tǒng)(DCS)廣泛地應(yīng)用于電力、冶金、石油化工等各個(gè)行業(yè)。在 這些行業(yè)的應(yīng)用中，隨著控制對(duì)象日趨規(guī)?；蛷?fù)雜化，生產(chǎn)過程信息瞬間千變 萬化當(dāng)機(jī)組發(fā)生故障時(shí)，需要查找出真實(shí)原因，并采取相應(yīng)措施，這時(shí)就需要對(duì) 事件進(jìn)行追憶打印。事件順序記錄簡(jiǎn)稱SOE，即為英文Sequence Of Event的縮 寫。而一般的事件記錄只能做到秒級(jí)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，因?yàn)樵诼?lián)鎖保護(hù)的情況下一個(gè)故障會(huì)引起多 個(gè)相關(guān)的控制點(diǎn)跳閘或動(dòng)作,這就給事故分析造成了很大的困擾。 發(fā)明內(nèi)容.本發(fā)明的要解決的技術(shù)問題是提供一種在分散控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)的事 件順序記錄(SOE)的方法，以便更精確的記錄各種事件發(fā)生的時(shí)間，為確定故 障發(fā)生的先后次序、分析事故原因提供有力的依據(jù)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是1. 利用GPS (美國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng))接收器接收GPS衛(wèi)星信號(hào)，并將該GPS信 號(hào)轉(zhuǎn)換成IRIG-B碼和秒脈沖后，傳入主分散處理單元(簡(jiǎn)稱主DPU);2. 主DPU對(duì)IRIG-B碼解調(diào)獲得秒級(jí)絕對(duì)時(shí)間，并將該絕對(duì)時(shí)間通過網(wǎng)絡(luò)廣 播傳送到各從分散處理單元(簡(jiǎn)稱從DPU)，同時(shí)通過硬接線將秒脈沖信號(hào)傳送到 各從DPU;3. 分散控制系統(tǒng)中的時(shí)間以主DPU為基準(zhǔn)，各從DPU根據(jù)秒脈沖的同步，對(duì) 其控制下的各數(shù)字信號(hào)輸入卡(DI卡)狀態(tài)不斷進(jìn)行掃描，掃描DI卡監(jiān)視的各 個(gè)關(guān)鍵控制點(diǎn)的狀態(tài)有無改變；4. 若DI卡的狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，則將此時(shí)計(jì)到的毫秒時(shí)間和此DI卡的地址及 通道狀態(tài)記錄下來，再將記到的毫秒時(shí)間加上廣播獲得的秒級(jí)絕對(duì)時(shí)間組合成毫
秒級(jí)的絕對(duì)時(shí)間， 一同上傳至上位機(jī)顯示和保存。本發(fā)明方法的技術(shù)效果是GPS是美國(guó)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，可以在任何地方接受它們傳輸?shù)臅r(shí)鐘信號(hào)，分散控制系統(tǒng)中的時(shí)間都是以主DPU為基準(zhǔn)，整個(gè)分散 控制系統(tǒng)的時(shí)間同步，I/O CPU高精度的定時(shí)器計(jì)時(shí)，加上每秒秒脈沖的同步， 以及準(zhǔn)確的ms和秒級(jí)絕對(duì)時(shí)間組合方式都保證了事件順序記錄(SOE)的精度達(dá) 到不大于lms，實(shí)現(xiàn)了高精度的事件順序記錄。


下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方法對(duì)本發(fā)明的方法作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。圖1是事件順序記錄的硬件構(gòu)架圖；圖2是事件順序記錄的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架圖；圖3是I/O CPU記錄事件時(shí)間的軟件流程圖；圖4是實(shí)現(xiàn)ms級(jí)事件順序記錄中毫秒時(shí)間和秒級(jí)絕對(duì)時(shí)間組合示意圖；圖5是IRIG-B碼格式示意圖；圖6是GPS信號(hào)接收電路示意圖。其中1""GPS接收器，2—擴(kuò)展CPU ， 3—I/O CPU, 4—主CPU, 5—主分散 處理單元(主DPU)， 6—從分散處理單元(從DPU)， 7—以太網(wǎng)，8—硬接線，9 一運(yùn)算放大器(LM339) , 10""GPS原始信號(hào)，11一IRIG-B時(shí)鐘信號(hào)，12—IRIG-B 數(shù)據(jù)信號(hào)。
具體實(shí)施方式
由圖1可見主DPU 5內(nèi)部包括擴(kuò)展CPU 2、主CPU 4和I/O CPU 3。首先 通過GPS接收器1接收GPS的衛(wèi)星信號(hào)，將GPS信號(hào)和秒脈沖送入主分散處理單 元(主DPU5),通過GPS接收電路將GPS信號(hào)轉(zhuǎn)換成IRIG-B碼。IRIG-B格式時(shí) 間碼為國(guó)際通用時(shí)間格式碼。由擴(kuò)展CPU 2按照其特定格式對(duì)IRIG-B碼進(jìn)行解 調(diào)，使其成為主CPU 4可以識(shí)別的秒級(jí)絕對(duì)時(shí)間(詳見圖5說明)。擴(kuò)展CPU 2 對(duì)IRIG-B碼解調(diào)后，將秒級(jí)絕對(duì)時(shí)間碼存入與主CPU 4共享的內(nèi)存中(如雙口 RAM)供主CPU 4取用。秒脈沖信號(hào)就是在每秒的起始發(fā)出一個(gè)脈沖的信號(hào)，這 個(gè)信號(hào)被送到I/O CPU 3作為每秒的同步信號(hào)。本實(shí)施例中擴(kuò)展CPU 2和I/O CPU 3均采用PHILIPS XA系列16位單片機(jī)PXAG49,主CPU為PIII 300MHz級(jí)別低功 耗CPU,運(yùn)算放大器為L(zhǎng)M339。
由圖2可見主CPU獲得擴(kuò)展CPU解調(diào)的秒級(jí)絕對(duì)時(shí)間以后，主DPU將該秒 級(jí)絕對(duì)時(shí)間通過以太網(wǎng)7對(duì)分散控制系統(tǒng)中的其他從DPU6進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)廣播。同時(shí) 主DPU 5 —方面將接收的秒脈沖信號(hào)送入其內(nèi)部I/O CPU 3，另一方面經(jīng)過放大 器放大信號(hào)通過硬接線8將秒脈沖信號(hào)送向其他從DPU 6。由于分散控制系統(tǒng)中 的時(shí)間都是以主DPU發(fā)出的秒級(jí)絕對(duì)時(shí)間網(wǎng)絡(luò)廣播和秒脈沖信號(hào)為基準(zhǔn)的，而主 DPU的時(shí)間又是與GPS信號(hào)同步的，所以做到了整個(gè)分散控制系統(tǒng)與GPS的時(shí)間 同步。但當(dāng)GPS信號(hào)突然丟失或GPS接收器出現(xiàn)故障時(shí)，主DPU將繼續(xù)以自身的 時(shí)鐘作為基準(zhǔn)對(duì)分散控制系統(tǒng)中的其他從DPU進(jìn)行絕對(duì)時(shí)間網(wǎng)絡(luò)廣播和發(fā)送秒脈 沖信號(hào)，保證整個(gè)分散控制系統(tǒng)的時(shí)間同步。由圖3可見，各DPU中I/O CPU是通過如下軟件流程記錄事件時(shí)間的。每個(gè) DPU的I/O CPU都會(huì)接收到一個(gè)秒脈沖信號(hào)，將其設(shè)定為CPU的外部中斷，同時(shí) 在CPU內(nèi)設(shè)置一個(gè)1ms的定時(shí)器和ms時(shí)間計(jì)數(shù)變量。ms時(shí)間計(jì)數(shù)變量由秒脈沖 清零，在定時(shí)器每溢出一次也就是每過lms以后自增l次，是用來計(jì)算當(dāng)前毫秒 數(shù)的變量。在初始化以后CPU便開始等待秒脈沖的外部中斷。當(dāng)接收到了秒脈沖 信號(hào)進(jìn)入外部中斷服務(wù)函數(shù)，將ms時(shí)間計(jì)數(shù)變量清零同時(shí)1ms定時(shí)器置初值開 始計(jì)時(shí)。然后當(dāng)定時(shí)器每次溢出時(shí)便進(jìn)入定時(shí)器中斷服務(wù)函數(shù)，將ras時(shí)間計(jì)數(shù) 變量+1，同時(shí)對(duì)此DPU控制下的各個(gè)DI卡狀態(tài)進(jìn)行掃描判斷其每個(gè)通道狀態(tài)有 沒有翻轉(zhuǎn)。沒有的話就再次等待下一個(gè)lms定時(shí)器溢出或秒脈沖的重新清零。如 果有DI卡的狀態(tài)發(fā)生了翻轉(zhuǎn)，則將此DI卡的地址以及其各個(gè)通道舊的狀態(tài)和新 的狀態(tài)都記錄下來，同時(shí)將此時(shí)的ms時(shí)間計(jì)數(shù)變量的值也就是此時(shí)的ms數(shù)也記 錄下來，存入與主CPU共享的內(nèi)存中。由于DI卡監(jiān)視的就是各種關(guān)鍵的控制點(diǎn) 狀態(tài)，這樣也就記錄了各種事件發(fā)生的狀態(tài)和當(dāng)時(shí)ms數(shù)，即為其打上了時(shí)間標(biāo) 簽。然后再次等待下一個(gè)lms定時(shí)器溢出或秒脈沖的重新清零。由于CPU定時(shí)器 精度較高可以達(dá)到微秒級(jí)，可保證事件時(shí)間記錄的準(zhǔn)確，同時(shí)每秒通過秒脈沖清 零即同步一次，使得定時(shí)器在一秒內(nèi)的累積誤差不會(huì)影響精度。各個(gè)DPU中的主CPU每隔一段時(shí)間(〈200ms)對(duì)前面提到的共享內(nèi)存中的事 件時(shí)間標(biāo)簽進(jìn)行掃描，將時(shí)間標(biāo)簽中的ms數(shù)和擴(kuò)展CPU解調(diào)的或從網(wǎng)絡(luò)廣播中獲得的秒級(jí)絕對(duì)時(shí)間組合成完整的毫秒級(jí)的絕對(duì)時(shí)間，并上傳至上位機(jī)供其顯示 和保存。在這種時(shí)間組合的過程中有可能會(huì)碰到如圖4所示的情況，事件發(fā)生在
前一秒的最后幾毫秒內(nèi)，如900ms處，此時(shí)在進(jìn)行時(shí)間組合的時(shí)候秒級(jí)的絕對(duì)時(shí) 間可能已經(jīng)進(jìn)入了下一秒，如果直接簡(jiǎn)單得組合在一起就產(chǎn)生了1秒的誤差。針 對(duì)這個(gè)問題可以引入一個(gè)變量，標(biāo)記是否是剛剛進(jìn)入新的一秒，即此次獲得的秒 級(jí)絕對(duì)時(shí)間是否與上一次相同，相同的話，就直接組合，不同的話則判斷事件時(shí) 間標(biāo)簽ms數(shù)如果大于500ms的則絕對(duì)時(shí)間減去1秒，如果小于500ms的則絕對(duì) 時(shí)間保持不變?nèi)缓筮M(jìn)行組合。這是因?yàn)橹鰿PU掃描事件時(shí)間標(biāo)簽的間隔小于 200ms,所以在新的一秒首次掃描時(shí)不會(huì)大于此秒的200ms，此時(shí)掃描到的事件如 果發(fā)生在新的一秒的話應(yīng)該其毫秒時(shí)間也〈200ms,毫秒時(shí)間大于500ms的事件應(yīng) 該發(fā)生在上一秒中。這樣就保證了組合出的毫秒級(jí)絕對(duì)時(shí)間的準(zhǔn)確性。由圖5可見IRIG-B碼是每秒一幀的時(shí)間串碼，每個(gè)碼元寬度為10ms， 一 個(gè)時(shí)幀周期包括100個(gè)碼元，為脈寬編碼，即二進(jìn)制"r和"O"的脈寬分別為5ms 和2ms。碼元的"準(zhǔn)時(shí)"參考點(diǎn)是其脈沖前沿，時(shí)幀的參考標(biāo)志由一個(gè)位置識(shí)別標(biāo) 志和相鄰的參考碼元組成，其寬度為8ras;每IO個(gè)碼元有一個(gè)位置識(shí)別標(biāo)志-P1,P2,P3，…，P9,P0，它們均為8ms寬度；PR為幀參考點(diǎn);二進(jìn)制""和"(T的 脈寬為5ms和2ms。 一個(gè)時(shí)間格式幀從幀參考標(biāo)志開始。因此連續(xù)兩個(gè)8ms寬脈 沖表明秒的開始，如果從第二個(gè)8ms開始對(duì)碼元進(jìn)行編碼，分別為第O， 1， 2，…， 99個(gè)碼元。在B碼時(shí)間格式中含有天、時(shí)、分、秒，時(shí)序?yàn)槊?分-時(shí)-天，所占 信息位為秒7位、分7位、時(shí)6位、天10位，其位置在P0 P5之間。P6 P0包 含其他控制信息。其中"秒"信息第l， 2, 3, 4, 6, 7, 8碼元；"分"信息第 10, 11， 12, 13, 15, 16, 17碼元; 〃時(shí)〃信息第20, 21， 22, 23， 25， 26, 27碼元；第5, 14, 24碼元為索引標(biāo)志，寬度為2ffls。時(shí)、分、秒均用BCD碼表 示，低位在前，高位在后；個(gè)位在前，十位在后，以相應(yīng)位的脈寬即二進(jìn)制"l" 和〃0〃的脈寬分別為5ms和2ms得到其數(shù)值(所以如圖5所示，BCD碼相應(yīng)的位有 寬有窄，即表示此位為0或1)。擴(kuò)展CPU就是按照以上格式對(duì)IRIG-B碼進(jìn)行解 調(diào)，使其成為主CPU可以識(shí)別的秒級(jí)絕對(duì)時(shí)間的。由圖6可見GPS接收電路作用是將GPS的原始信號(hào)轉(zhuǎn)換成IRIG-B碼，它 接收來自GPS接收器的GPS原始信號(hào)10,是在5V電平上幅值變化的交流信號(hào)(其 在5V電平上下波動(dòng))，幅值大于1V (即電平會(huì)小于4V或大于6V的)為高，幅值 小于IV (即電平波動(dòng)范圍在4V和6V之間的)為低。通過由運(yùn)算放大器(LM339) 9組成的比較電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換。其中一個(gè)以5V作為閾值電壓，因信號(hào)在5V上下波 動(dòng)，所以高信號(hào)和低信號(hào)都能捕捉到轉(zhuǎn)換成直流波形作為IRIG-B的時(shí)鐘信號(hào)11。 另一個(gè)比較電路釆用4V作為閾值電壓，只捕捉高信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流波形作為IRIG-B 的數(shù)據(jù)信號(hào)12。然后這兩個(gè)信號(hào)送入擴(kuò)展CPU進(jìn)行調(diào)解。 下面對(duì)本發(fā)明的原理做如下描述-由主DPU接收GPS信號(hào)將其解調(diào)后向分散控制系統(tǒng)進(jìn)行絕對(duì)時(shí)間網(wǎng)絡(luò)廣播和 發(fā)送秒脈沖信號(hào)，使得分散控制系統(tǒng)時(shí)間和GPS時(shí)間保持同步。然后各個(gè)DPU中 的I/O CPU根據(jù)秒脈沖的同步對(duì)DI卡的狀態(tài)進(jìn)行掃描，對(duì)有翻轉(zhuǎn)的DI卡打上ms 級(jí)的時(shí)間標(biāo)簽，同時(shí)存入與主CPU共享的內(nèi)存中。主CPU將共享內(nèi)存中事件時(shí)間 標(biāo)簽的ms數(shù)和獲得的秒級(jí)絕對(duì)時(shí)間組合成完整的ms級(jí)絕對(duì)時(shí)間上傳給上位機(jī)。 整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)間同步，I/O CPU高精度的定時(shí)器計(jì)時(shí)加上每秒秒脈沖的同步以及 準(zhǔn)確的ms和秒級(jí)絕對(duì)時(shí)間組合方式都保證了事件順序記錄(SOE)的精度達(dá)到不 大于lms，實(shí)現(xiàn)了高精度的事件順序記錄。
權(quán)利要求
1. 一種事件順序記錄的方法，其特征在于1)利用GPS美國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)接收器接收GPS衛(wèi)星信號(hào)，并將該GPS信號(hào)轉(zhuǎn)換成IRIG-B碼和秒脈沖后，傳入主分散處理單元；2)主分散處理單元對(duì)IRIG-B碼解調(diào)獲得秒級(jí)絕對(duì)時(shí)間，并將該絕對(duì)時(shí)間通過網(wǎng)絡(luò)廣播傳送到各從分散處理單元，同時(shí)通過硬接線將秒脈沖信號(hào)傳送到各從分散處理單元；3)分散控制系統(tǒng)中的時(shí)間以主分散處理單元為基準(zhǔn)，各從分散處理單元根據(jù)秒脈沖的同步，對(duì)其控制下的各數(shù)字信號(hào)輸入卡狀態(tài)不斷進(jìn)行掃描，掃描各數(shù)字信號(hào)輸入卡監(jiān)視的各個(gè)關(guān)鍵控制點(diǎn)的狀態(tài)有無改變；4)若數(shù)字信號(hào)輸入的狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，則將此時(shí)計(jì)到的毫秒時(shí)間和此數(shù)字信號(hào)輸入卡的地址及通道狀態(tài)記錄下來，再將記到的毫秒時(shí)間加上廣播獲得的秒級(jí)絕對(duì)時(shí)間組合成毫秒級(jí)的絕對(duì)時(shí)間，一同上傳至上位機(jī)顯示和保存。
全文摘要
一種事件順序記錄方法，其特征在于將GPS接收器接收的GPS衛(wèi)星信號(hào)，轉(zhuǎn)換成IRIG-B碼和秒脈沖后，傳入主分散處理單元DPU；主DPU對(duì)IRIG-B碼解調(diào)獲得秒級(jí)絕對(duì)時(shí)間，通過網(wǎng)絡(luò)廣播傳送到各從DPU，同時(shí)通過硬接線將秒脈沖信號(hào)傳送到各從DPU；各從DPU根據(jù)秒脈沖的同步，對(duì)其控制下的各數(shù)字信號(hào)輸入卡(DI卡)狀態(tài)掃描，若DI卡的狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，則將此DI卡的地址及通道狀態(tài)以及記到的毫秒時(shí)間，再將記到的毫秒時(shí)間加上廣播獲得的秒級(jí)絕對(duì)時(shí)間組合成毫秒級(jí)的絕對(duì)時(shí)間上傳至上位機(jī)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是分散控制系統(tǒng)中的時(shí)間以主DPU為基準(zhǔn)，時(shí)間的同步、I/O CPU高精度的定時(shí)器計(jì)時(shí)、以及準(zhǔn)確的ms和秒級(jí)絕對(duì)時(shí)間組合方式都保證了事件順序記錄的精度達(dá)到不大于1ms，實(shí)現(xiàn)了高精度的事件順序記錄。
文檔編號(hào)G05B23/02GK101211184SQ20061014816
公開日2008年7月2日 申請(qǐng)日期2006年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月28日
發(fā)明者強(qiáng) 朱 申請(qǐng)人:上海自動(dòng)化儀表股份有限公司