浅析老风场风机PLC时钟同步的实现

浅析老风场风机PLC时钟同步的实现

张玉才,葛鎣,杨华明,刘刚,王平宇

华能吉林发电有限公司新能源分公司  134700

摘要：华能吉林公司新能源分公司老风场的风机控制系统的后台管理服务器、操作站、能量管理平台服务器、风机PLC设备目前时钟使用的都是本机时间。当系统长时间运行后，每个设备的时间都不相同。而且随着时间越长，时钟差异越大。时钟不准确将导致事故追忆时的时效准确性降低，同时风机PLC在进行每台风机电量累加时准确率降低，数据上传至远程集控纵向时也会产生误差。为解决此问题，利用现场已建设的GPS和北斗时钟系统和风机环网通过NTP对时协议进行时钟同步。

关键词：风电场；时钟同步；PLC控制系统；系统运维；整改；

引言：

华能吉林发电有限公司新能源分公司下辖的同发风电场、四平风电场、洮北风电场、镇赉风电场、团结风电场和新华风电场，分别于2009年、2010年、2011年、2012年、2015年投产。此6个风电场运行10年以上的有4个，运行7年以上的有2个。

华能吉林发电有限公司新能源分公司下辖的6个场站内均配备了1套GPS与北斗卫星时钟同步装置，同时按照投产时的设计文件实现了升压站内的35KV线路保护、主变保护、220KV线路保护、升压站监控装置和PMU装置等的IRIG-B码对时。通过查阅现有时钟装置的技术资料，了解到装置支持1PPS/1PPM/1PPH、IRIG-B码、串口报文、网络（NTP、PTP）等多种时标信号输出，同时现场查看装置后均有以太网口。华能吉林发电有限公司新能源分公司下辖的6个场站内的风机控制（SCADA）系统均由SCADA服务器、能量管理服务器、操作站、环网交换机和风机PLC系统组成。风机PLC主要是德国倍福（Beckhoff）和巴赫曼（BACHMANN）两种品牌，倍福PLC操作系统是 Windows Embedded，巴赫曼PLC操作系统是VxWorks。在倍福PLC的Windows Embedded操作系统中的控制面板中可以设置时钟同步主机地址和同步时间间隔，巴赫曼PLC中的编程软件SolutionCenter中可以设置时钟同步主机地址和时间间隔。掌握了以上时钟同步装置和PLC设备信息，将使得华能吉林发电有限公司新能源分公司下辖的6个场站的PLC时钟同步实现成为可能。

解决方案：

一般情况下风电场的时钟同步装置都在风电场的二次设备间内，风机控制（SCADA）系统位于控制室内，距离一般不会超过100米。因此可在时钟同步装置和风机控制系统之间增加1台交换机，分别通过以太网线相连组网。考虑到SCADA系统和时钟同步装置之间的网络安全防护，可在中间增加1台防火墙设备，通过防火墙设置可以保证仅有对时报文通过防火墙，保证风机控制系统和时钟同步系统互不影响。有了时钟同步装置和风机控制系统的物理连接，可以通过2种方式实现风机PLC的时钟对时。

1、开发风机时钟同步软件，实现时钟自动同步。

通过开发时钟对时应用服务软件，自动与时钟服务器进行对时，同时通过修改PLC主控程序，使得PLC主控程序支持在局域网内自动搜寻时钟应用服务器，以实现时钟同步。这种方式的优点是可以实现零维护，在风机进行PLC更换时不需要手动进行配置时钟同步服务器。缺点是实现难度大，需要进行软件开发，需要专业人员的参与才能实现，成本相对较高，一般风场运维人员不具备实现能力。

2、通过手动修改PLC配置，实现时钟自动同步。

这种方式相对于第一种方式来说，不需要专业人员的参与，只需要把倍福PLC和巴赫曼PLC的时钟同步服务器地址的设置方法教会现场运维人员，在PLC的生命周期内配置1次即可实现。这种方式实现的门槛低，配置简单，成本低，但是需要人为介入。但是综合考虑还是这种方式简便易行，建议采纳。

华能吉林发电有限公司新能源分公司下辖的6个场站，其中镇赉风电场采用了第一种方案，其他的五个风电场采用第二种方案。实现的时候考虑到实施难度，避免对风机控制系统服务器或能量管理服务器的影响，不是在服务器上增加网卡，而是在每个风机控制系统的操作员站上加装1块网卡，通过此网卡连接到交换机上。此网卡的IP地址与时钟同步装置设置在同一个网段，并设置操员站与时钟同步装置通过NTP协议进行对时。在时钟同步装置和交换机之间加装防火墙，防止风机环网对时钟同步装置的非法访问或产生病毒威胁。风场风机PLC通过原有的风机环网与操作员站进行对时，把PLC装置的NTP服务器地址设置为操作员站的IP地址即可实现。考虑到老风场的风机PLC装置使用年限最短的已有7年，为了保证风机PLC装置在停电时仍然能够保持正常的时钟运行，对PLC装置中的纽扣电池予以更换。

实施效果：

镇赉风电场使用了自行研发的风机时钟同步软件，软件安装在风机控制系统操作员站，通过远程修改风机PLC时钟，在预期的时间内自动进行对时，恢复到时钟同步装置的时间。同发风电场、四平风电场、洮北风电场、团结风电场和新华风电场，通过1次性配置好后，通过远程修改风机PLC时钟，在预期的时间内同样自动进行对时，恢复到时钟同步装置的时间。达到了预期效果。

PLC时钟同步网络拓扑图

参考文献：

[1]电网时间同步系统技术规范Technical Specification for Time Synchronism System of Grid 2008.

[2]李树雄. 可编程序控制器原理及应用教程[M]. 北京航空航天大学出版社, 2003.

[3]陈波, 于泠. 防火墙技术与应用[M]. 机械工业出版社, 2013.

[4]Bachmann控制器使用说明书.

[5]TwinCAT PLC编程手册.

作者简介：张玉才（1973.10--），吉林白山人，男，汉族，本科学历，华能吉林发电有限公司新能源分公司工程师，研究方向为电力自动化、信息化。

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