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★北京廣利核系統工程有限公司陳汶汶

關鍵詞：交換機；自動校時；核電；非安DCS

1　引言

交換機的校時功能是為交換機設備記錄事件發生以及數據采集等功能提供時間依據的，時鐘設置的準確性將影響現場維護人員對現場故障的判斷。本文介紹了交換機自動校時功能的意義，以及其目前在CPR1000機組KIC（電站計算機和控制系統）系統中的應用情況。以羅杰康M2000系列交換機的自動校時功能為例，本文介紹了其如何實現交換機自動校時功能，并通過評估交換機校時功能在現場實施中的影響，探討交換機自動校時功能在核電項目中應用的可行性。

2　KIC系統校時功能應用現狀

2.1  KIC系統中的網絡結構

CPR1000機組KIC系統從整個系統架構劃分，包括三個層次的網絡，如圖1所示。

·監控網（MNET）

·系統網（SNET）

·控制網（CNET）

圖1  KIC系統網絡結構圖

MNET（監控網絡）是指系統中各操作員站之間，以及操作員站與NI/CI服務器、計算服務器、歷史服務器等之間的通信網絡，主要包括操作員站、工程師站、NI/CI服務器、計算服務器、歷史服務器等。

SNET（系統網）是NI/CI服務器與現場控制站、通訊站、網關之間的通信網絡，主要包括NI/CI服務器、計算服務器、現場控制站、通訊站、網關，可以完成數據的管理存儲、數據處理，自動診斷并切換，保障了系統的可靠性。

CNET（控制網）是存在于現場控制站內部設備層的數據通訊網絡，負責與系統輸入/輸出模塊進行通信連接。

2.2　KIC系統校時功能介紹

校時系統是KIC系統軟件的一個重要組成部分，它為系統提供基準時間，并使服務器、操作員站、控制站、帶時標的DI（SOE）等與系統時間保持一致，為系統事件發生、數據采集等功能提供時間依據。

校時分為硬校時和軟校時兩種方式。硬校時是通過串口訪問，被校時設備周期性地與硬件校時設備進行通訊，通過獲取標準時間來同步系統時間的校時方式；軟校時是不使用硬件校時設備，以主服務器的時間為基準的，通過系統機制實現的校時方式。

KIC系統的整體校時功能大致如圖2所示。

圖2  KIC系統中的校時功能

2.3　交換機校時功能的運用

交換機的自動校時功能未開啟會導致交換機的時鐘與全廠DTC的時鐘無法對應，當交換機涉及的網絡發生故障時，交換機記錄的故障信息與DCS記錄的信息時間無法對應，運維人員無法使用交換機記錄的日志對現場問題進行定位。如圖3為交換機日志，日志記錄的時間與故障發生的時間偏差較大。

圖3  交換機日志

經了解，在工程建設階段，設計人員未考慮交換機時鐘設置正確性對現場運維工作的影響，導致工程建設階段交換機未開啟自動校時功能。目前CPR1000機組的KIC系統中的交換機均未開啟自動校時功能，交換機的時鐘都是人為通過本機進行設置，部分交換機從出廠開始從未調整過交換機的時鐘。

3　交換機NTP校時功能的實現

以羅杰康M2000系列交換機為例，該交換機可使用NTP協議（Network Time Protocol，網絡時間協議）實現自動校時功能，設置NTP時間服務器后，可實現與指定NTP服務器進行自動校時功能。

NTP協議是用來使計算機時間同步化的一種協議，它可以提供高精準度的時間校正（局域網上與標準間差小于1毫秒，互聯網上幾十毫秒），并且可以通過加密確認的方式來防止惡毒的協議攻擊。

3.1　選用交換機NTP服務器

KIC系統的交換機主要運用于MNET和SNET網絡上。

MNET由兩個互為冗余的環網組成，分別為NETA和NETB。按照與NETA網相連的設備的配電，NETA網又分為兩個部分：TrainANETA與TrainBNETA，這兩個部分之間用光纜連接。按照與NETB網相連的設備的配電，NETB網又分為兩個部分：TrainANETB與TrainBNETB，這兩個部分之間用光纜連接。

SNET網同理。

某核電單一機組有UNIT1交換機42臺、UNIT9交換機2臺、UNIT0交換機4臺，共48臺。其中NI\CI服務器同時連接MNET和SNET網絡，歷史服務器只連接至MNET，公共機組網關連接著公共機組使用的交換機，由此考慮將NI\CI服務器、歷史服務器、公共機組網關作為交換機的校時服務器，并產生方案1、2進行對比如下：

方案1：選用NIb\CIa作為所有交換機的NTP校時服務器，公共機組網關B機作為機組交換機的NTP校時服務器。

優點：MNET和SNET的校時服務器可統一設置，減少了NTP校時服務器數量，便于管理及維護。

缺點：NI\CI服務器作為非安DCS系統的重要服務器，可能會增加NI\CI服務器風險，引起設備故障。

方案2：選用歷史服務器作為MNET網絡交換機的NTP校時服務器，選用NIb\CIa作為SNET網絡交換機的NTP校時服務器，公共機組網關B機作為機組交換機的NTP校時服務器。

優點：NI\CI服務器作為非安DCS系統的重要服務器，選用方案2，可分擔NI\CI服務器的負擔，降低NI\CI服務器故障的風險。

缺點：NTP校時服務器數量比方案1多，不便于管理及維護，并引入歷史服務器故障風險。

考慮核電非安DCS系統的重要性，建議采用方案2作為啟用交換機自動校時功能的方案。

3.2　NTP校時服務器設置

需將與交換機連接的某一設備設置為NTP校時服務器，并開啟相應服務，具體配置如下：

（1）將校時服務器的IP地址與交換機的IP地址設置在同一個網段，如現場選用已有設備，可不用再設置IP地址。

（2）開啟NTP校時服務器的服務項NtpServer

進入到服務器，打開系統注冊表，依次點擊：開始—運行—regedit，然后點擊確定。依次展開：HKEY_LOCAL_MACHINE、SYSTEM、CurrentControlSet、Services、W32Time、TimeProviders、NtpServer，在NtpServer項的右側鍵值ENabled，將默認的0改為1（1為啟用NTP服務器）。

（3）將校時服務器設置為可靠的時間源

依次展開：HKEY_LOCAL_MACHINE、SYSTEM、CurrentControlSet、Services、W32Time、Config，找到Config項右側的AnnounceFlags，把默認的10改為5（5的意思就是自身為可靠的時間源）。

（4）重新啟動NTP服務，確保服務生效

在命令提示符中輸入：net stop w32Time回車，等待NTP服務停止，然后再輸入：net start w32Time，點擊回車，啟動NTP服務。

3.3　交換機設置

3.3.1　連接交換機

使用串口線連接校時服務器和交換機：

RSG2000系列交換機的RJ45Console口，及串口線（DB9-RJ45）如圖4所示。

圖4  交換機RJ45口及串口線

可通過以下3種方式中的任意一種或其他通信軟件連接交換機，開啟交換機的自動校時功能；

（1）通過超級終端（HyperTerminal）連接交換機

點擊Windows桌面左下角Start->AllPrograms→Accessories→Communications→HyperTerminal→為連接任意輸入一個名字后點擊OK→選擇適當的串口，點擊OK后回車進入登錄頁面。

參考參數設置：Bits per second=57600、Data bits=8、Parity=None、Stop bits=1、Flowcontrol=None。

輸入缺省的用戶名和密碼admin后回車，進入交換機的管理主菜單。

（2）通過WEB界面查看交換機信息

打開Internet Explorer瀏覽器，在地址欄中輸入交換機管理IP地址，默認為192.168.0.1。

忽略錯誤信息，直接點擊鏈接：Continue to this website（not recommended）。

（3）使用TeraTerm軟件進行遠程登錄

啟動TT軟件，輸入對應交換機的IP地址，默認為192.168.0.1，選擇Telnet連接方式，輸入對應的TCPport號，點擊OK。

3.3.2　交換機設置

使用配置電腦進入交換機配置頁面，進入Administration—System Time Manager—configure NTP server。

設置交換機校時NTP服務器的IP地址，并將校時頻率設置為1次/分鐘，如圖5所示。

圖5  NTP服務器設置圖

4　方案驗證分析

搭建KIC系統模擬環境對交換機校時功能進行測試，開啟交換機自動校時功能，確認該功能正常可用，并通過KIC系統軟件中的設備監視功能，比較設置NTP服務、開啟自動校時功能前后對歷史服務器和實時服務器的性能影響。

4.1　搭設模擬系統

將模擬系統的工程師站和OPS安裝在同一設備中，并將該設備的MNET的IP地址配置為：130.0.0.92。將計算服務器和實時服務器安裝在同一工控機上，服務器的MNET配置IP地址為：130.0.0.84，SNET配置IP地址為128.0.0.84，歷史服務器的MNET配置IP地址為：130.0.0.86。

通過網絡交換機1配置MNET網絡，網絡交換機2配置SNET，檢查MNET和SNET網絡設備均正常運行，通訊正常。

模擬系統的網絡配置圖如圖6所示。

圖6  模擬系統配置圖

4.2　校時功能評估

參考章節3.3，使用配置電腦開啟網絡交換機1\2的NTP服務器校時功能，并將網絡交換機1的NTP服務器設置為130.0.0.86（歷史服務器），將網絡交換機2的NTP服務器設置為128.0.0.84（實時服務器）；參考章節3.2，對NTP校時服務器（歷史服務器、實時服務器）進行配置。

通過修改NTP服務器時間觀察交換機的時間變化，確認交換機的時間可以按校時周期與NTP校時服務器進行同步，確認通過該方式可以使交換機的自動校時功能生效。

4.3　影響評估

將NTP服務器（歷史服務器、實時服務器）的網絡負荷、內存負荷、CPU負荷進行監視，對比未開啟NTP服務、開啟NTP服務未進行校時、開啟NTP服務并校時三個不同階段，每個階段觀察5～10分鐘，以評估開啟NTP服務和開啟校時功能對現場設備的影響，并通過模擬環境試驗，形成對比數據，如表1所示（以下表格中的數據單位均為%，表征相關功能占用Windows系統負荷量的百分比）。

表1  影響評估表

對以上測試的數據進行分析，確認開啟交換機的自動校時功能對現場設備的網絡負荷、內存負荷和CPU負荷的影響較小，可以忽略不計。

5　結束語

交換機時鐘設置的準確性直接影響現場維護人員對現場故障的判斷，目前在CPR1000機組KIC（電站計算機和控制系統）系統中未開啟交換機的自動校時功能。通過在模擬環境中測試并形成測試數據，我們認為可通過在交換機中設置NTP校時服務器，選用歷史服務器作為MNET網絡交換機的NTP校時服務器、NIb/CIa作為SNET網絡交換機的NTP校時服務器、網關B機作為機組交換機的NTP校時服務器的方式，開啟交換機自動校時功能，以便現場運維人員對現場故障的處理。

由于核電系統的重要性，我們建議在新建項目的非安DCS系統中通過本文介紹的方式開啟交換機的自動校時功能，并比對新建項目與CPR1000機組的差異性，形成核電現場改造的正式方案，以便現場運維人員對現場故障的處理。

作者簡介：

陳汶汶（1990-），男，福建人，工程師，本科，現就職于北京廣利核系統工程有限公司，主要從事核電DCS儀控系統的改造與運維工作。

參考文獻：

[1] 鄒志勵, 郭東玲. 防城港核電廠非安全級DCS網絡結構和設備功能淺議[J]. 機電信息, 2012 (3).

[2] 蔡俊東. AP1000核電廠非安全級DCS通信網絡淺析及運行維護思考[J]. 大亞灣核電維修技術, 2017 (3) : 61 - 64.

摘自《自動化博覽》2023年7月刊