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GPS時(shí)鐘同步在ABB DCS系統(tǒng)的成功應(yīng)用

一、簡介

    通常情況下,如果INFI環(huán)上存在DSOE的話,系統(tǒng)默認(rèn)SEM為整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)鐘MASTER。

    并且按照是否存在GPS又可分兩種情況:

    一種是沒有GPS,此時(shí)TKM時(shí)鐘模件周期性地向擴(kuò)展總線上發(fā)送時(shí)鐘信號,這個(gè)時(shí)鐘信號來自其內(nèi)部的晶振片,并且它的精度為11,SEM主模件再周期性地從擴(kuò)展總線上讀取時(shí)鐘信號并且發(fā)送到INFI環(huán)上。這種方式缺陷為,經(jīng)過較長時(shí)間的運(yùn)行后,整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)鐘和實(shí)際時(shí)鐘會存在一個(gè)偏差,這個(gè)偏差的大小取決于TKM子摸件上的晶振片,并且這個(gè)偏差理論上就存在。

    另外一種情況是存在GPS,此時(shí)TKM始終模件通過TST端子板周期性地從GPS讀取時(shí)鐘信號后再發(fā)送到擴(kuò)展總線上,這個(gè)時(shí)鐘信號為GPS接受的衛(wèi)星時(shí)鐘信號,他的精度為13,SEM主模件再從擴(kuò)展總線上周期性讀取時(shí)鐘信號后發(fā)送到INFI環(huán)上。這個(gè)方式的時(shí)間效果也不太理想,具體表現(xiàn)為TKM時(shí)鐘模件不能穩(wěn)定地從GPS讀取時(shí)鐘信號,從而導(dǎo)致INFI環(huán)上的時(shí)鐘精度經(jīng)常在11和13之間來回變化,并不能導(dǎo)致INFI環(huán)上的時(shí)鐘結(jié)構(gòu)發(fā)生跳變從而導(dǎo)致系統(tǒng)時(shí)鐘混亂。具體原因可能是TKM采取的IRIG-B接口有關(guān),這種接口對GPS接受儀的IRIG-B口的輸出信號要求比較高,北京中新創(chuàng)科有限公司的GPS時(shí)間服務(wù)器能解決這個(gè)問題。

    二、時(shí)間同步網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

    目前有多種時(shí)間同步技術(shù),每一種技術(shù)都各有特點(diǎn),不同技術(shù)的時(shí)間同步精度也存在較大的差異,如表2所示:

    表2:各種常用的時(shí)間同步技術(shù)

    時(shí)間同步技術(shù)準(zhǔn)確度覆蓋范圍

    短波授時(shí)1~10毫秒全球

    長波授時(shí)1毫秒?yún)^(qū)域

    GPS5~500納秒全球

    電話撥號授時(shí)100毫秒全球

    互聯(lián)網(wǎng)授時(shí)(NTP)1~50毫秒全球

    SDH傳輸網(wǎng)授時(shí)100納秒長途

    2長短波授時(shí)時(shí)間同步技術(shù)

    利用無線電信號授時(shí)已經(jīng)具有80多年的歷史,國際上長波授時(shí)主要使用羅蘭-C系統(tǒng),國內(nèi)發(fā)射臺設(shè)在沿海地區(qū),主要用于軍事和導(dǎo)航,尚不民用。

    4 電話撥號時(shí)間同步技術(shù)

    電話撥號授時(shí)(ACTS)使用的設(shè)備相對簡單,只需電話線、模擬調(diào)制解調(diào)器、PC及客戶端軟件即可。目前這種計(jì)算機(jī)主要用于校準(zhǔn)家庭個(gè)人計(jì)算機(jī)時(shí)間,同時(shí)不具備實(shí)時(shí)性。

    6 GPS時(shí)間同步技術(shù)

    GPS時(shí)間同步技術(shù)是當(dāng)前較成熟并在國際上廣泛采用的時(shí)間同步技術(shù)。目前國際上除了美國的GPS還有前蘇聯(lián)的GLANASS系統(tǒng)和我國的“北斗”系統(tǒng)。GLANASS系統(tǒng)由于經(jīng)濟(jì)原因,健康星的數(shù)量有限,穩(wěn)定性和可靠性無法保障。“北斗”系統(tǒng)尚未民用,而且無法做到實(shí)時(shí)覆蓋。目前GPS屬于比較成熟可靠的系統(tǒng)。

    8 互聯(lián)網(wǎng)時(shí)間同步技術(shù)

    使用互聯(lián)網(wǎng)同步計(jì)算機(jī)的時(shí)間是十分方便的,目前這種方式在局域網(wǎng)內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。微軟公司已將網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議(NTP)嵌入到bbbbbbsXP系統(tǒng)中,只要計(jì)算機(jī)能聯(lián)網(wǎng),就能進(jìn)行局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)內(nèi)的計(jì)算機(jī)時(shí)間校準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)的NTP協(xié)議采用的是RFC1350標(biāo)準(zhǔn),簡化的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議(SNTP)采用的是RFC1769標(biāo)準(zhǔn)。NTP協(xié)議包含一個(gè)64bit的協(xié)調(diào)世界時(shí)(UTC)時(shí)間戳,時(shí)間分辨率時(shí)200ps,并可以提供1~50ms的時(shí)間精度(依賴網(wǎng)絡(luò)負(fù)載)。但實(shí)驗(yàn)表明這種技術(shù)在洲際間的校準(zhǔn)精度只能達(dá)到幾百毫秒甚至只能達(dá)到秒的量級。所以,在龐大的網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)設(shè)立一級和二級時(shí)間服務(wù)器來解決精度的問題。

    另外,還有兩個(gè)相對簡單的、低精度的互聯(lián)網(wǎng)時(shí)間協(xié)議:Time協(xié)議(RFC868)和Daytime協(xié)議(RFC867),可以提供1s校準(zhǔn)精度的廣域網(wǎng)時(shí)間同步。

    三、運(yùn)用北京中新創(chuàng)科的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器解決時(shí)間同步問題。

    一直以來,中新創(chuàng)科公司致力于網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器的研發(fā),可根據(jù)客戶的要求單獨(dú)定做,并取得了廣大客戶的認(rèn)可。目前產(chǎn)品分6個(gè)型號可滿足不同行業(yè)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步需求。同時(shí),中新創(chuàng)科的DNTS系列網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器已經(jīng)在:電力、鐵路、衛(wèi)星、軍隊(duì)、電信、政府機(jī)關(guān)等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。

    中新創(chuàng)科的DNTS時(shí)間服務(wù)器是客戶可自己設(shè)置時(shí)間源保存到服務(wù)器的恒溫晶振里達(dá)到時(shí)間同步或GPS時(shí)間同步技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)時(shí)間同步技術(shù)的結(jié)合。一號衛(wèi)星發(fā)射基地就是采用19英寸1U機(jī)架式設(shè)計(jì),內(nèi)置GPS接收機(jī),以GPS衛(wèi)星時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間源,支持NTP協(xié)議(V2.0/V3.0/V4.0)和SNTP協(xié)議,同時(shí)可以支持能夠?yàn)榫钟蚓W(wǎng)內(nèi)成百上千的計(jì)算機(jī)、路由器等提供時(shí)間校準(zhǔn)最終來達(dá)到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步。下圖為利用網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器雙機(jī)備份達(dá)到網(wǎng)絡(luò)同步的應(yīng)用方案:    

    在前面互聯(lián)網(wǎng)時(shí)間同步技術(shù)中提到因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)負(fù)載以及延時(shí)的原因?qū)е轮揠H間的校準(zhǔn)精度只能達(dá)到幾百毫秒甚至只能達(dá)到秒的量級。那么在龐大的網(wǎng)絡(luò)中需要一級二級網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器來很好的解決校準(zhǔn)精度和冗錯(cuò)的問題。   

    在上面的方案中,從主干網(wǎng)絡(luò)到各分支網(wǎng)絡(luò)需要保持應(yīng)用界面的時(shí)間同步。如果僅僅在主干網(wǎng)絡(luò)中設(shè)立一臺網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器那么分支網(wǎng)絡(luò)中的客戶端由于網(wǎng)絡(luò)延時(shí)等原因不能保證所需精度,那么通過在地市級網(wǎng)絡(luò)中也設(shè)立網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器就能解決這一問題,因?yàn)檫@種情況下各地的GPS接收機(jī)在接收到3顆以上衛(wèi)星信號時(shí)大家的時(shí)間源都是當(dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間,所以時(shí)間源的一致性得到保證。同時(shí),即便某地的GPS接收機(jī)發(fā)生故障這是本地的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器可作為NTP的客戶端向上主干網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的一級時(shí)間服務(wù)器請求標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間繼續(xù)提供精準(zhǔn)的時(shí)間源為本地網(wǎng)絡(luò)的客戶端提供校準(zhǔn)服務(wù)。在極端情況下,當(dāng)主干網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中設(shè)立的一級時(shí)間服務(wù)器GPS也發(fā)生故障時(shí),分支網(wǎng)的時(shí)間服務(wù)器具備高精準(zhǔn)的自守時(shí)功能(守時(shí)精度1×10-12即30年誤差1s)仍然能提供精準(zhǔn)的時(shí)間源。

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