GPS计时精度

GPS计时系统编辑GPS计时系统是用于自动系统中计算机和控制设备的时间同步的高科技产品. GPS计时产品从GPS卫星获取标准时间信号，并将返回的一些信息通过各种接口传输到自动化系统中需要时间信息的设备（计算机，保护设备，故障记录器，事件序列记录设备，安全自动设备，RTU）类型. 整个系统的时间同步. 中文名称GPS时间服务系统内，以实现跨时钟同步植物.

引言编辑1. GPS时钟和输出1.1 GPS时钟全球定位系统（GPS）由美国国防部于1978年开始发射的一组卫星组成. 总共有24颗卫星在6在地球地心轨道平面上，根据时间和地点，地球上可见的卫星数量始终在4到11之间变化. GPS时钟是GPS卫星接收到的低功率信号. GPS时间是通过计算GPS时间来计算的. 为了获得准确的GPS时间，GPS时钟必须首先从至少4个GPS卫星接收信号，以计算其三维位置. 在获得特定位置之后，只要GPS时钟接收到GPS卫星信号，就可以保证时钟走时的准确性. 作为火力发电厂的标准时钟，我们对GPS时钟的基本要求是: 可以同时跟踪至少8颗卫星，状态和热启动时间尽可能短，并配有备用电池和高精度的灵活的可配置时钟输出信号1.2 GPS时钟信号输出目前，电厂使用的GPS时钟输出信号主要有以下三种类型: 1.2.1 1PPS / 1PPM输出这种格式的时间信号每秒钟或每分钟输出一次脉冲. 显然，时钟脉冲输出不包含特定的时间信号. 1.2.2 IRIG-B输出IRIG（美国范围内仪器仪表组）具有A，B，D，E，G，H编码标准（IRIG标准200-98）.

其中，IRIG-B编码最常用于时钟同步应用中. 它具有bc电平偏移（DC代码），1kHz正弦载波幅度调制（AC代码）和其他格式. IRIG-B信号每秒输出一帧（1fps），每帧长一秒. 一帧中有100个符号（100pps），每个符号为10ms宽. 正脉冲宽度不同的符号表示二进制系统0、1和位置标记（P），如图1.2.2-1所示. 为了便于理解，图1.2.2-2给出了IRIG-B时间范围的输出示例. 秒，分钟，小时和天（自一年中的第一天起）用BCD代码表示，控制功能代码（CF）和标准二进制秒日（SBS）用1表示. 字符串“ 0”填充（CF和SBS是可选的，在此示例中未使用）. 1.2.3 RS-232 / RS-422 / RS-485输出此时钟输出通过EIA标准串行接口以ASCII码发送一系列日期和时间消息，并每秒输出一次. 奇偶校验，时钟状态和诊断信息可以夹在时间消息中. 目前，此输出没有标准格式. 下图是发送17个字节的标准时间的示例: 1.3 GPS时钟在电力自动化系统中的应用GPS系统中有许多系统或设备不需要GPS时钟同步. ，如DCS，PLC，NCS，SIS，MIS，RTU，故障记录器，微机保护装置等.

在确定GPS时钟时应注意以下时间同步（目前是当前的惯例），在DCS合同谈判之前，应确定行业与行业之间的合作，以确定时钟信号接口的要求. （GPS时钟通常可以配置不同数量和类型的输出模块. 如果无法提前确定相关要求，则相应的合同条款应留有调整的余地. ）协调系统时钟接口的难度，系统的地理位置等考虑. 如果对GPS时钟信号接口的类型或准确性的要求彼此之间有很大差异，则可以单独配置GPS时钟. 这样可以减少与业界的相互约束. 其次，它可以使每个系统时钟同步方案更易于实现. 另外，当系统之间的距离较大时（例如，化学处理厂和脱硫厂与中央控制楼分开），以减少由于时钟的长距离传输而引起的电磁干扰信号时，也可以在本地设置GPS时钟. 分离GPS时钟还有助于减少时钟故障的影响. 当时钟同步接口为可选时，可以优先使用. 但是，应注意，IRIG-B只是B类编码的总称，根据代码是否被调制，CF还是SBS分为多种类型（例如IRIG-B000等），等，因此时钟接收端应配备相应的解码卡. ，否则无法实现准确的时钟同步. 时钟同步. 尽管经常使用RS-232时间输出，但由于没有标准格式，因此在设计中应特别注意以确保时钟信号是否传输以及双方的时钟消息格式是否可以达成协议. 时钟同步信号在网络中具有较大的延迟. 还应考虑GPS时钟彼此不同步.

TELEPERMXP时钟同步方法以西门子的TXP系统为例，了解DCS内部和时钟如何同步. TXP的电厂总线是基于CSMA / CD的以太网. 总线上有两个主时钟: 实时（RTT）以及AS620和CP1430通信/时钟卡. 通常情况下，RTT用作TXP系统的主时钟. 死亡约40秒钟后，CP1430作为备用时钟将自动替换它（实际上，在ES680中配置了两个模块），并且CP1430用作备用主时钟. 参见图2-1. RTT可以自由运行，也可以通过TTY接口（20mA电流环路）在没有外部GPS时钟的情况下进行同步. 有两种不使用GPS时钟进行同步的方式: 串行消息（32字节长，9600波特，1个停止位）和秒/分钟脉冲. RTT在网络层生成并发送主时钟时间同步消息，并每10s发送一次到发电厂总线. RTT时间数据包最多等待1ms. 如果在1毫秒内无法在总线上接收到消息，请在此时取消消息发送: 如果消息发送过程被中断，则会立即生成当前时间的消息. 时钟报纸文具有一个多播地址和一个特殊的帧头. 日期是从1984.01.01到当天的天数，时间是从当天的00: 00: 00,000h到当前的ms值，分辨率为10ms.

OM650从电厂总线获取时间消息. 在OM650中，使用Unix功能将时间传送到终端总线上的SU，OT等. 通常将一个PU用作时间服务器，而其他OM650设备则作为本地客户端登录. AS620的AP启动后，将调用“同步”功能块以实现无需CP1430的时钟同步. 然后，CP1430不会每6s与AP同步一次. TXP时钟的精度如下: 从上述TXP时钟同步方法和时钟精度可以看出，TXP系统中的每个时钟都采用主从分层同步的方法，即低级时钟. 与上级时钟不同步. 精度越高. 3.时钟和时钟同步差异3.1时钟差异众所周知，计算机时钟通常使用石英晶体振荡器. 晶体振荡器连续产生一定频率的时钟脉冲，计数器累加这些脉冲以获得时间值. 时钟振荡器的脉冲，环境温度，均匀的负载电容，激励电平和晶体稳定性会影响时钟的稳定性，因此时钟本身没有差异. 例如，精度为20ppm的时钟的时差为: （16060 1000ms）（20 / 10.6）= 72ms，一天的累计时差可以达到1.73s；如果工作环境温度从25额定值提高到45，则额外裕量将增加25ppm.

可以看出，如果定期且定期地校准DCS中的时钟，则自由运行一段时间后的偏差可能会达到系统应用程序无法容忍的水平. 随着晶体制造技术的发展，在需要高精度时钟的应用中，可以使用各种高稳定性晶体振荡器，例如TCXO（温度补偿晶体），VCXO（压控晶体）和OCXO（恒温）. . 水晶）等. 3.2时钟同步差异如果您分析TXP之类的时钟同步方法，则很难找到自上而下同步过程中时钟生成的DCS的绝对时间同步差异. 3.2.1 GPS时钟与卫星接收到的UTC（全球协调时间）之间的时差取决于GPS时钟的精度. 对于1PPS输出，脉冲的上升沿用作定时沿，精度通常在几十ns之间. 对于IRIG-B代码和RS-232串行输出（例如中国科学院国家定时中心的地面时钟产品），同步精度基于参考符号前沿或起点相对于1PPS的前沿分别为0.3μs和0.2ms. 3.2.2 DCS主时钟和GPS时钟之间的同步DCS网络上的主时钟不会通过“硬接线”与GPS时钟同步. 通常，标准时间码和GPS时钟输出的硬件连接到DCS站点中的时钟同步卡. 例如，如果补偿了RS-232输出的ASCII码字节的传输延迟，或者使用了将符号载波周期计数或高频相位解码用于IRIG-B编码的解码卡，则主时钟不会GPS时钟同步精度可以达到很高的精度.

3.2.3 DCS站的主时钟和从时钟之间的同步差异DCS的主时钟与通过网络的站的从时钟不同步. 发送和接收时钟消息有延迟，传输延迟和处理延迟. 它表现为: （1）在主时钟侧生成和发送时间消息时，内核协议处理，操作系统对同步请求的调用开销，向网络通信接口发送时间消息的时间等； （2）在消息之前，您必须等待网络空闲（用于以太网），如果发生冲突，则必须重新接收它； （3）消息上线后，通过DCS网络从主时钟传输到子时钟（电磁波）需要一定的时间. 光纤中的传播速度是光速的2/3. 对于DCS局域网，传播延迟为几百ns，可以忽略不计. （4）从站侧的网络通信接口确实是时间消息之后，接收消息，记录消息到达时间，接收中断请求以及计算和校正从站时钟也要花费一些时间. 这些延迟导致DCS主时钟和从时钟之间以及从时钟和从时钟之间的时间同步或多或少. 当然，不同类型的网络DCS，不同的时钟通信协议和同步算法可以使网络时间同步的同步精度不同. 以上分析仅基于一般原则. 实际上，随着对网络时钟同步技术的不懈研究，各种复杂而又高效，高精度的时钟同步协议和算法相继出现，并已投入实际使用. 例如，Internet上广泛使用的网络时间协议（NTP）能够在DCS局域网（例如GE的ICS分散控制系统）上提供1ms的时间精度，而基于IEEE1588的标准精确时间协议（Standard精确时间协议（PTP）可以实时控制以太网上的主时钟和从时钟，以实现亚微秒级的同步.

第四，时钟精度不是SOE设计的. 尽管DCS的正常开关扫描速率已达到1ms，但为了满足1ms的SOE分辨率，人们长期以来一直遵循返回样品的设计方法. 所有SOE点都放置在控制器下，事件接收数字信号硬连线到SOE模块中. 原因是控制器的时钟存在一定差异. 关于这一点，西门子正在描述其TXP系统的FUN模块的分布式配置的实际工程情况. 从时钟同步的角度来看，不可能达到1ms的SOE分辨率，即使因为时钟相差近100ms，也会导致SOE事件的顺序颠倒. 然后，如何满足项目对SOE分布式设计的要求（如公共DCS集，单元SOE和公共系统SOE分开，或者希望进入的MFT和ETS的跳闸信号）控制器不需要输出到SOE模块可以使用SOE等），并且不会过多降低SOE的分辨率. DCS产品的分析很难找到. 通常的方法是将控制器或SOE模块的时钟直接连接到内，因此SOE点的分布式设计是可行的.

可以看出，SOE的设计应结合工程设计中使用的DCS功能来确定. 1 1ms切换速率或1ms控制器（或SOE模块）时钟之间的相对扫描差异等于1ms SOE分辨率，以便SOE点可以轻松地分布在整个系统中. 同时，应该注意的是，尽管与“集中式”相比，SOE点的分辨率是“分散式”的，但只要相对时钟差很小，时钟就足够小，可以满足电厂事故分析的需要. （例如小于1ms的数量级）. 实际需要. GPS时间服务系统的特点: 1. 时间精度高，高达30nS. 2.准时率高. 设备中的计时单元采用了先进的时频测控技术，没有智能地驯服算法. 该晶体使用高精度恒温晶体振荡器使该器件的计时精度优于7 * 10-9（0.42μS/ min），也就是说，在外部时间基准异常的情况下，每天的时钟行程时间可能相差0.6毫秒以上. 3. 支持单GPS，单北斗，双GPS，双北斗，GPS /北斗双系统卫星接收机配置. 4. 应用GPS计时技术/北斗计时技术/ B码基准解码接收技术/高稳定性晶体振荡器计时技术计时以实现多参考冗余计时，智能确定GPS信号，北斗信号和外部B码时间的稳定性参考信号性能卓越，幵提供了多种时基配置方法. 5. 精确的频率测量和“智能学习算法”用于使守时电路输出信号与GPS卫星/北斗卫星信号/ IRIG-B时间基准不精确同步，从而消除了由晶体振荡器老化引起的频率偏移.

6. 具有的开关电源，以确保稳定可靠的运行. 设备的电源是自适应的. （根据订购技术协议配置，默认为单电源. ）9. 外壳是防磁的，具有很强的抗干扰能力. 10. GPS /北斗接收天线专注于盐城电厂/电站的防雷设计，稳定性设计和抗干扰设计，高信号接收可靠性以及区域和环境限制. 11.设备可以输出特殊的IRIG-B（DC）代码信号，以实现主时钟之间的互连. 该信号用作主时钟的“备份”外部时间参考. 当主时钟的“主”外部时间参考失败时，信号将停止输出. 11.消除了在互连主时钟时由于“主”外部时间基准故障而导致的工作状态. 该设备具有自复位功能，当设备程序由于干扰而出错时，可以自动恢复正常操作. 13.设备的所有输入和输出信号都是电气隔离的，具有很强的抗干扰能力. 14.设备的输出信号之一短路，这会影响其他输出信号.

15. 15.设备的一个输出信号被允许短路超过5分钟，这将对输出电路造成永久性损坏. 设备的前面板有“电源指示灯”指示灯，“第二脉冲指示”指示灯，“ GPS /北斗信号输入”代码信号输入“指示灯”，“ GPS /北斗信号输入异常”以及各种工作状态指示. 日常检查. 17.该设备具有电源中断警报gps时间精度，GPS /北斗失调警报，外部“ B代码输入”（备份时间参考）消失警报，多个警报（继电器空触点）信号输出，并且可以连接到电源工厂/电站监控系统，监控设备的运行状态. 18.设备可以显示通过数字管跟踪到的有效卫星的数量，以直观地反映设备的接收状态. 19.该设备提供可编程的TTL脉冲信号（1PPS）. / 1PPM / 1PPH）用于时钟的准确性指标测试. 20. GPS时间服务系统采用完全模块化的即用型结构设计gps时间精度，支持热插拔板，灵活的配置和易于维护的功能. 将来它将用于其他信号参考源. Liluo卫星信号，上游地面链路的DCLS信号，PTP，NTP时间参考信号等）为将来三网合一的建设提供了方便的接入. 单词同步网络奠定了基础. 同时，它为将来在现场重建和扩展过程中添加或更改时间信号接口提供了便利. 21.该设备仅实现了板卡的完全兼容，并提供了丰富的信号接口资源和开放的特殊接口设计. 具有出色兼容性的平台.

该设备可以提供多个脉冲信号（1PPS，1PPM，1PPH，事件，空触点，差分，TTL，24V / 110V / 220V有源，光），IRIG-B信号（TTL，422、232，AC，光），DCF77信号（主动，被动），时间消息（RS232，RS422 / 485，光），PTP，NTP / SNTP网络时间信号，可以满足电厂/电站中不同设备的时间同步接口要求. 二十二. 完美监视北斗和GPS信号的性能，自动或手动选择主要卫星信号. 它支持本地和远程网络管理，并通过WEB进行设备的过程管理，并完成对设备的卫星接收状态，设备工作状态，参数设置和其他信息的管理. GPS计时系统的详细参数: 1. 时间源: GPS，北斗，CDMA，IRIG-B，恒温晶体OCXO，原子钟可选； 2. 电源: 220V / 110V交直流自适应，双电源冗余； GPS接收频率: 1575.42MHz，接收灵敏度: 捕获<-160dBW，跟踪<-163dBW. 捕获时间: 打开设备时<5分钟，打开设备时<1分钟. 在正常情况下，可以同时跟踪8到12个GPS卫星. 设备状态开始时，有4个卫星. 内部电池: 电池类型: 锂电池；电池寿命: 25000h.

4. 北斗接收机: 频道: 6；接收灵敏度: -157.6dBW;秦其羽第一次捕获时间: 2次锁定捕获时间: 1秒； 1PPS精度: 出色的100nS. 5. 平均无故障时间（MTBF）150,000小时；平均修复时间（MTTR）: 通常为30分钟或更长，使用寿命减少20年. 在正常使用条件下，无需维护. 6. 6. GPS定时系统的定时精度: 脉冲，B码: 0.1μS，串口: 10μS，NTP / SNTP: 1-10ms； 7.计时单位的计时精度: OCXO用于计时单位晶体振荡器，计时精度优于7 * 10-9（0.42μS/ min）. 8.绝缘电阻: 20MΩ. 9.功耗: 20 11. 尺寸: 1U / 2U，19英寸标准机架式机箱. V.结束语5.1目前，火力发电厂的每个控制系统不再是一个独立的信息孤岛. 大量的实时数据需要在不同的地方打上时间戳，然后发送到SIS和MIS以用于各种应用. 因此，在设计中应仔细考虑各种系统的时钟同步方案和要实现的时钟同步精度. 5.2在DCS设计中，仅需注意系统主时钟和从时钟的绝对定时精度，更重要的是，注意时钟之间的相对差. 这是因为如果要分散设计SOE点，而事件分辨率过分降低，则关键在于每个时钟的偏差应尽可能小. 5.3完全有理由相信，随着网络时钟同步技术的不断发展，通过网络实现系统时钟的高精度同步将非常普遍. 将来，诸如SOE之类的各种发电厂系统的定时精度将会大大提高.

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