時(shí)鐘同步是指在一個(gè)系統(tǒng)中所有設(shè)備的時(shí)鐘保持一致，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。在 DCS、SIS和GDS 中，時(shí)鐘同步的偏差可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致、事件順序混亂以及系統(tǒng)故障。因此，對(duì)于這些系統(tǒng)來說，時(shí)鐘同步的精確性是至關(guān)重要的。
在現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)中，DCS(分布式控制系統(tǒng))、SIS(安全儀表系統(tǒng))和GDS(數(shù)據(jù)采集系統(tǒng))扮演著重要的角色，它們的協(xié)同運(yùn)行對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)的安全和效率至關(guān)重要。然而， 由于各個(gè)系統(tǒng)的獨(dú)立運(yùn)行和不同設(shè)備之間的差異，時(shí)鐘同步的偏差問題可能會(huì)出現(xiàn)。
DCS是用于監(jiān)控和控制工業(yè)過程的系統(tǒng)，它通常由分布在整個(gè)工廠的各個(gè)控制器組成。在DCS中，各個(gè)控制器的時(shí)鐘需要保持同步，以確保它們能夠按照預(yù)定的時(shí)間序列執(zhí)行任務(wù)。如果時(shí)鐘同步的偏差過大，可能會(huì)導(dǎo)致控制器之間的數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)錯(cuò)誤，從而對(duì)工藝過程的控制產(chǎn)生不良影響。
與DCS相似，SIS是用于監(jiān)測(cè)和控制工業(yè)過程中的安全相關(guān)功 能的系統(tǒng)。在SIS中，時(shí)鐘同步的偏差可能會(huì)導(dǎo)致安全儀表的觸發(fā)時(shí)間計(jì)算錯(cuò)誤，從而無法及時(shí)檢測(cè)到潛在的危險(xiǎn)情況。例如，在一個(gè)需要緊急停機(jī)的情況下，如果SIS中的時(shí)鐘同步存在偏差，可能導(dǎo)致安全儀表無法在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)觸發(fā)，從而延誤緊急停機(jī)的執(zhí)行。
GDS是用于采集和存儲(chǔ)工業(yè)過程數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。在GDS中，時(shí)鐘同步的偏差可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集的時(shí)間戳不準(zhǔn)確，從而無法準(zhǔn)確地記錄數(shù)據(jù)的時(shí)間順序。這將對(duì)后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和故障診斷產(chǎn)生不利影響。特別是在需要對(duì)不同設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析時(shí)，時(shí)鐘同步的偏差可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致，難以得出準(zhǔn)確的結(jié)論。
為了解決DCS、SIS和GDS時(shí)鐘同步的偏差問題，通常會(huì)采用網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議(Network Time Protocol ，NTP)或精確時(shí)間協(xié)議(Precision Time Protocol，PTP)來進(jìn)行時(shí)鐘同步。NTP是一種用于在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中同步時(shí)鐘的協(xié)議，通過參考國(guó)際原子時(shí)標(biāo)準(zhǔn)來 確保各個(gè)設(shè)備的時(shí)鐘保持一致。而PTP是一種適用于工業(yè)控制系統(tǒng) 的時(shí)鐘同步協(xié)議，它具有更高的精確度和可靠性，能夠滿足工業(yè)應(yīng)用對(duì)時(shí)鐘同步的更高要求。
除了采用時(shí)鐘同步協(xié)議，還可以通過硬件設(shè)備來改善時(shí)鐘同步的精確性。例如，一些高精度的時(shí)鐘模塊和時(shí)鐘同步器可以提供更穩(wěn)定和準(zhǔn)確的時(shí)鐘信號(hào)，從而減小時(shí)鐘同步的偏差。此外，定期的時(shí)鐘校準(zhǔn)和維護(hù)也是確保時(shí)鐘同步精確性的重要措施。
DCS、SIS和GDS時(shí)鐘同步的偏差可能會(huì)對(duì)工業(yè)系統(tǒng)的安全和效率產(chǎn)生不利影響。為了解決這一問題，采用合適的時(shí)鐘同步協(xié)議和硬件設(shè)備是必要的。通過確保時(shí)鐘同步的精確性，可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，從而更好地實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的目標(biāo)。
網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)量大于50的網(wǎng)絡(luò)宜設(shè)置時(shí)鐘同步器，時(shí)鐘同步器的授時(shí)精度不應(yīng)低于1ms，守時(shí)精度不應(yīng)低于2μs/min。
在《石油化工分散控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(SH/T3092-2013)5.3.7節(jié)要求DCS不應(yīng)采用無線通信方式的外部時(shí)鐘源。這是出于對(duì)控制系統(tǒng)安全的考慮，該規(guī)范6.2.2無線網(wǎng)絡(luò)中要求DCS嚴(yán)禁采用無線網(wǎng)絡(luò)，采用無線網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)及儀表設(shè)備不得接DCS網(wǎng)絡(luò)，這是對(duì)控制系統(tǒng)安全的考慮。
《分散型控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(HG/T20573-2012)9.2節(jié)要求通信系統(tǒng)宜包含一套裝置時(shí)鐘同步系統(tǒng)，以具有接收來自全球定位系統(tǒng)(GPS)的時(shí)鐘信號(hào)的能力。
《石油化工儀表遠(yuǎn)程監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(SH/T3181-2016)6.5節(jié)要求SCADA應(yīng)在調(diào)度控制中心配置GPS時(shí)鐘，SCADA網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)宜通過時(shí)鐘同步軟件實(shí)現(xiàn)。
是否設(shè)置GPS時(shí)鐘服務(wù)器，與某時(shí)區(qū)時(shí)間一致需要企業(yè)根據(jù)性質(zhì)和需求確定。如燃?xì)忾L(zhǎng)輸管線的SCADA必須設(shè)置GPS時(shí)鐘服務(wù)器，與某時(shí)區(qū)時(shí)間一致，才能保證分布在整條管線上控制系統(tǒng)時(shí)間的一致，有利于保證管線的安全運(yùn)行。一般化工企業(yè)做到各個(gè)控制系統(tǒng)的時(shí)鐘同步，滿足生產(chǎn)監(jiān)控的要求即可。
新建項(xiàng)目時(shí)鐘同步一般由企業(yè)提出要求或設(shè)計(jì)單位提出建議，雙方共同確定方案，由設(shè)計(jì)單位在各個(gè)控制系統(tǒng)規(guī)格書提出要求，由DCS集成商完成。
在役裝置控制系統(tǒng)沒有進(jìn)行時(shí)鐘同步的宜在裝置檢修時(shí)，與原控制系統(tǒng)供應(yīng)商溝通，對(duì)控制系統(tǒng)增加時(shí)鐘同步功能，保證生產(chǎn)順利進(jìn)行。
時(shí)鐘同步的目的是使系統(tǒng)內(nèi)部和系統(tǒng)之間的時(shí)間標(biāo)記數(shù)據(jù)一致，實(shí)際上并不需要絕對(duì)時(shí)間，只要相對(duì)時(shí)間就足夠了，也不需要與某個(gè)地域時(shí)間絕對(duì)一致。DCS內(nèi)部本來就有時(shí)間同步功能。在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)需要具有時(shí)間標(biāo)記記錄數(shù)據(jù)的第三方計(jì)算機(jī)設(shè)備與DCS同步時(shí)，宜采用由DCS發(fā)布同步信號(hào)的方式。對(duì)于不用時(shí)間標(biāo)記記錄數(shù)據(jù)的第三方設(shè)備，不必設(shè)置時(shí)鐘同步。
《石油化工安全儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T 50770-2013)條文解釋中，安全儀表系統(tǒng)的邏輯控制器、工程師站、操作站等設(shè)備，可采用邏輯控制器的時(shí)鐘作為時(shí)鐘源，使安全儀表系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的時(shí)鐘一致。大型石油化工工廠的安全儀表系統(tǒng)應(yīng)與基本控制系統(tǒng)的時(shí)鐘同步。可采用時(shí)鐘同步系統(tǒng)作為時(shí)鐘源。邏輯控制器與基本控制系統(tǒng)時(shí)鐘同步的目的是，當(dāng)發(fā)生事故后，通過對(duì)兩個(gè)系統(tǒng)各自記錄的事件的對(duì)比和追溯，協(xié)助查找事故原因。
《分散型控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(HG/T20573-2012)中，9.2.2 DCS通信系統(tǒng)宜包含一套裝置時(shí)鐘同步系統(tǒng)，以具有接收來自全球定位系統(tǒng)(GPS)的時(shí)鐘信號(hào)的能力。
《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源安全監(jiān)控通用技術(shù)規(guī)范》(AQ 3035-2010)中，系統(tǒng)應(yīng)有時(shí)間校準(zhǔn)功能，系統(tǒng)的時(shí)鐘誤差應(yīng)≤5秒/24小時(shí)。存在多個(gè)子系統(tǒng)及遠(yuǎn)程設(shè)備時(shí)，宜使用全球時(shí)鐘同步設(shè)備統(tǒng)一時(shí)鐘。
系統(tǒng)內(nèi)和系統(tǒng)間實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步有如下幾種方法：
1、系統(tǒng)內(nèi)部時(shí)鐘同步
同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)里面的計(jì)算機(jī)、控制系統(tǒng)，軟件設(shè)置其中一個(gè)作為時(shí)間同步的主站，其他設(shè)備為從站，從而保持整個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步。
2、系統(tǒng)間通訊同步
如DCS與SIS，DCS與PLC之間或者不同DCS品牌之間，可以通過MODUBS、OPC等進(jìn)行時(shí)鐘同步。采用通訊的方式設(shè)置時(shí)鐘同步，優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是通訊傳輸滯后等。
以PLC為例，PLC系統(tǒng)通過MODBUS識(shí)別DCS傳輸過來的時(shí)間參數(shù)，重新設(shè)定PLC的時(shí)鐘，使PLC時(shí)間與DCS保持一致。
3、時(shí)鐘同步器同步
時(shí)鐘源連接GPS，通過NTP(network time protocol網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議)對(duì)計(jì)算機(jī)及控制系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)時(shí)。這種方法時(shí)鐘同步精確度高，缺點(diǎn)是資金投入較大且改造起來有點(diǎn)小工作量。
