GPS时钟同步在ABB DCS系统的应用

一、简介

通常情况下，如果INFI环上存在DSOE的话，系统默认SEM为整个系统的时钟MASTER。 并且按照是否存在GPS又可分两种情况： 一种是没有GPS ，此时TKM时钟模件周期性地向扩展总线上发送时钟信号，这个时钟信号来自其内部的晶振片，并且它的精度为11，SEM主模件再周期性地从扩展总线上读取时钟信号并且发送到INFI环上。这种方式缺陷为，经过较长时间的运行后，整个系统的时钟和实际时钟会存在一个偏差，这个偏差的大小取决于TKM子摸件上的晶振片，并且这个偏差理论上就存在。 另外一种情况是存在GPS，此时TKM始终模件通过TST端子板周期性地从GPS 读取时钟信号后再发送到扩展总线上，这个时钟信号为GPS接受的卫星时钟信号，他的精度为13，SEM主模件再从扩展总线上周期性读取时钟信号后发送到INFI环上。这个方式的时间效果也不太理想，具体表现为TKM时钟模件不能稳定地从GPS读取时钟信号，从而导致INFI环上的时钟精度经常在11和13之间来回变化，并不能导致INFI环上的时钟结构发生跳变从而导致系统时钟混乱。具体原因可能是TKM采取的IRIG-B接口有关，这种接口对GPS 接受仪的IRIG-B口的输出信号要求比较高，北京中新创科有限公司的GPS时间服务器能解决这个问题。

二、时间同步网络技术 目前有多种时间同步技术，每一种技术都各有特点，不同技术的时间同步精度也存在较大的差异，如表2所示： 表2：各种常用的时间同步技术 时间同步技术 准确度 覆盖范围 短波授时 1～10毫秒 全球 长波授时 1毫秒 区域 GPS 5～500纳秒 全球 电话拨号授时 100毫秒 全球 互联网授时（NTP） 1～50毫秒 全球 SDH传输网授时 100纳秒 长途 2 长短波授时时间同步技术 利用无线电信号授时已经具有80多年的历史，国际上长波授时主要使用罗兰-C系统，国内发射台设在沿海地区，主要用于军事和导航，尚不民用。 4 电话拨号时间同步技术 电话拨号授时（ACTS）使用的设备相对简单，只需电话线、模拟调制解调器、PC及客户端软件即可。目前这种计算机主要用于校准家庭个人计算机时间，同时不具备实时性。 6 GPS时间同步技术 GPS时间同步技术是当前较成熟并在国际上广泛采用的时间同步技术。目前国际上除了美国的GPS还有前苏联的GLANASS系统和我国的“北斗”系统。GLANASS系统由于经济原因，健康星的数量有限，稳定性和可靠性无法保障。“北斗”系统尚未民用，而且无法做到实时覆盖。目前GPS属于比较成熟可靠的系统。 8 互联网时间同步技术 使用互联网同步计算机的时间是十分方便的，目前这种方式在局域网内得到广泛的应用。微软公司已将网络时间协议（NTP）嵌入到Windows XP系统中，只要计算机能联网，就能进行局域网或广域网内的计算机时间校准。标准的NTP协议采用的是RFC 1350标准，简化的网络时间协议（SNTP）采用的是RFC 1769标准。NTP协议包含一个64bit的协调世界时（UTC）时间戳，时间分辨率时200ps，并可以提供1~50ms的时间精度（依赖网络负载）。但实验表明这种技术在洲际间的校准精度只能达到几百毫秒甚至只能达到秒的量级。所以，在庞大的网络中应设立一级和二级时间服务器来解决精度的问题。 另外，还有两个相对简单的、低精度的互联网时间协议：Time协议（RFC868）和Daytime协议（RFC867），可以提供1s校准精度的广域网时间同步。 三、运用北京中新创科的网络时间服务器解决时间同步问题。 一直以来，中新创科公司致力于网络时间服务器的研发，可根据客户的要求单独定做，并取得了广大客户的认可。目前产品分6个型号可满足不同行业的网络时间同步需求。同时，中新创科的DNTS系列网络时间服务器已经在：电力、铁路、卫星、军队、电信、政府机关等行业有着广泛的应用。 中新创科的DNTS时间服务器是客户可自己设置时间源保存到服务器的恒温晶振里达到时间同步或GPS时间同步技术和互联网时间同步技术的结合。一号卫星发射基地就是采用19英寸1U机架式设计，内置GPS接收机，以GPS卫星时间为标准时间源，支持NTP协议（V2.0/V3.0/V4.0）和SNTP协议，同时可以支持能够为局域网内成百上千的计算机、路由器等提供时间校准最终来达到整个网络时间同步。下图为利用网络时间服务器双机备份达到网络同步的应用方案： 图1

在前面互联网时间同步技术中提到因为网络负载以及延时的原因导致洲际间的校准精度只能达到几百毫秒甚至只能达到秒的量级。那么在庞大的网络中需要一级二级网络时间服务器来很好的解决校准精度和冗错的问题。图2为大型网络解决方案： 图2

在上面的方案中，从主干网络到各分支网络需要保持应用界面的时间同步。如果仅仅在主干网络中设立一台网络时间服务器那么分支网络中的客户端由于网络延时等原因不能保证所需精度，那么通过在地市级网络中也设立网络时间服务器就能解决这一问题，因为这种情况下各地的GPS接收机在接收到3颗以上卫星信号时大家的时间源都是当前的标准时间，所以时间源的一致性得到保证。同时，即便某地的GPS接收机发生故障这是本地的网络时间服务器可作为NTP的客户端向上主干网网络的一级时间服务器请求标准时间继续提供精准的时间源为本地网络的客户端提供校准服务。在极端情况下，当主干网网络中设立的一级时间服务器GPS也发生故障时，分支网的时间服务器具备高精准的自守时功能（守时精度1�10 －12即30年误差1s）仍然能提供精准的时间源。方案中的一级时间服务器采用中新创科DNTS-72型。 另外，中新创科还提供应用于移动通信、卫星通信和数字广播电视系统的时间频率产品，例如可以作为CDMA钟源为CDMA基站提供时钟源可提供19.6608MHZ方波信号，PP2S信号，10M正弦波信号或方波信号。如作为数字集群的应用可定制信号16.384MHZ，14.4MHZ。并支持再定时功能作为再定时设备使用。 中新创科时间服务器参数和性能特点： 1 保证Intranet/Internet内所有的计算机时间同步 2 支持协议ARP,UDP,IP,TCP, Telnet, ICMP, SNMP, DHCP, TFTP,NTP,SNTP,Time/UDP 3 NTP V4，V3，V2;NTP Server或NTP Client可选择 4 2个独立以太网速率10/100M，协议兼容：Ethernet 2.0/IEEE 802.3 5 一个RS232/RS485口输出标准时间和位置信号(NMEA 0183) 6 一个RS232口输入，可作为外部时间源 7 1PPS输出 8 本地干节点告警功能 9 12通道GPS接收机，寻星时间小于10秒 10 内置高精度时钟，GPS信号丢失情况下仍可输出标准时间信号 11 网络较时精度小于10ms可用于WIN95/98/ME/NT/2000,Unix,Linux 12 提供MD5加密验证，防止非法获取时间 13 提供UDP广播协议，可接LED显示屏 14 完善的SNMP网管功能 15 输入电源 220VAC/50Hz,-48VDC,24VDC,10W 16 B码输入,B码输出,1PPS,1PPM,1PPH 型号：DNTS系列 选型指南 GPS PPS 网口1 网口2 LCD LED RS232 RS485 本地告警 机架式 天线 B码 DNTS-1 ○ ○ ○ DNTS-2 ○ ○ ○ ○ ○ DNTS-3 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ DNTS-4 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ DNTS-5 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ DNTS-72 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ DNTS-74 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○