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標(biāo)簽：GPS時鐘系統(tǒng) GPS時鐘
GPS時鐘系統(tǒng)是針對自動化系統(tǒng)中的計算機(jī)、控制裝置等進(jìn)行校時的高科技產(chǎn)品，GPS時鐘產(chǎn)品它從GPS衛(wèi)星上獲取標(biāo)準(zhǔn)的時間信號，將這些信息通過各種接口類型來傳輸給自動化系統(tǒng)中需要時間信息的設(shè)備（計算機(jī)、保護(hù)裝置、故障錄波器、事件順序記錄裝置、安全自動裝置、遠(yuǎn)動RTU），這樣就可以達(dá)到整個系統(tǒng)的時間同步。
北京中新創(chuàng)研發(fā)的GPS時鐘系統(tǒng)可以應(yīng)用于軍事指揮系統(tǒng)、調(diào)度系統(tǒng)；金融行業(yè)的時間戳服務(wù)器；電信網(wǎng)管系統(tǒng)、計費(fèi)系統(tǒng)、分布式數(shù)據(jù)庫服務(wù)器；鐵路調(diào)度系統(tǒng)等等都需要局域網(wǎng)時間同步，并強(qiáng)烈要求有個標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)時間源為整個系統(tǒng)服務(wù)。
前言
隨著計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，火電廠熱工自動化系統(tǒng)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的時代已經(jīng)到來。這一方面為各控制和信息系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換、分析和應(yīng)用提供了更好的平臺、另一方面對各種實(shí)時和歷史數(shù)據(jù)時間標(biāo)簽的準(zhǔn)確性也提出了更高的要求。
使用價格并不昂貴的GPS時鐘來統(tǒng)一全廠各種系統(tǒng)的時鐘，已是目前火電廠設(shè)計中采用的標(biāo)準(zhǔn)做法。電廠內(nèi)的機(jī)組分散控制系統(tǒng)(DCS)、輔助系統(tǒng)可編程控制器(PLC)、廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)(SIS)、電廠管理信息系統(tǒng)(MIS)等的主時鐘通過合適的GPS時鐘信號接口，得到標(biāo)準(zhǔn)的TOD(年月日時分秒)時間，然后按各自的時鐘同步機(jī)制，將系統(tǒng)內(nèi)的從時鐘偏差限定在足夠小的范圍內(nèi)，從而達(dá)到全廠的時鐘同步。
一、GPS時鐘及輸出
1.GPS時鐘
全球定位系統(tǒng)(GlobalPositioningSystem，GPS)由一組美國國防部在1978年開始陸續(xù)發(fā)射的衛(wèi)星所組成，共有24顆衛(wèi)星運(yùn)行在6個地心軌道平面內(nèi)，根據(jù)時間和地點(diǎn)，地球上可見的衛(wèi)星數(shù)量一直在4顆至11顆之間變化。
GPS時鐘是一種接受GPS衛(wèi)星發(fā)射的低功率無線電信號，通過計算得出GPS時間的接受裝置。為獲得準(zhǔn)確的GPS時間，GPS時鐘必須先接受到至少4顆GPS衛(wèi)星的信號，計算出自己所在的三維位置。在已經(jīng)得出具體位置后，GPS時鐘只要接受到1顆GPS衛(wèi)星信號就能保證時鐘的走時準(zhǔn)確性。
作為火電廠的標(biāo)準(zhǔn)時鐘，我們對GPS時鐘的基本要求是：至少能同時跟蹤16顆衛(wèi)星，有盡可能短的冷、熱啟動時間，配有后備電池，有高精度、可靈活配置的時鐘輸出信號。
1.GPS時鐘信號輸出
目前，電廠用到的GPS時鐘輸出信號主要有以下三種類型：
1.2.11PPS/1PPM輸出
此格式時間信號每秒或每分時輸出一個脈沖。顯然，時鐘脈沖輸出不含具體時間信息。
1.2.2IRIG-B輸出
IRIG(美國theInter-RangeInstrumentationGroup)共有A、B、D、E、G、H幾種編碼標(biāo)準(zhǔn)(IRIGStandard200-98)。其中在時鐘同步應(yīng)用中使用最多的是IRIG-B編碼，有bc電平偏移(DC碼)、1kHz正弦載波調(diào)幅(AC碼)等格式。IRIG-B信號每秒輸出一幀(1fps)，每幀長為一秒。一幀共有100個碼元(100pps)，每個碼元寬10ms，由不同正脈沖寬度的碼元來代表二進(jìn)制0、1和位置標(biāo)志位(P)，見圖1.2.2-1。
其中的秒、分、時、天(自當(dāng)年1月1日起天數(shù))用BCD碼表示，控制功能碼(ControlFunctions，CF)和標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)制當(dāng)天秒數(shù)碼(StraightBinarySecondsTimeofDay，SBS)則以一串二進(jìn)制“0”填充(CF和SBS可選用，本例未采用)。
1.2.3RS-232/RS-422/RS-485輸出
GPS時鐘輸出通過EIA標(biāo)準(zhǔn)串行接口發(fā)送一串以ASCII碼表示的日期和時間報文，每秒輸出一次。時間報文中可插入奇偶校驗(yàn)、時鐘狀態(tài)、診斷信息等。：
1.3電力自動化系統(tǒng)GPS時鐘的應(yīng)用
電力自動化系統(tǒng)內(nèi)有眾多需與GPS時鐘同步的系統(tǒng)或裝置，如DCS、PLC、NCS、SIS、MIS、RTU、故障錄波器、微機(jī)保護(hù)裝置等。在確定GPS時鐘時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
(1)這些系統(tǒng)分屬熱控、電氣、系統(tǒng)專業(yè)，如決定由DCS廠商提供的GPS時鐘實(shí)現(xiàn)時間同步(目前通常做法)，則在DCS合同談判前，就應(yīng)進(jìn)行專業(yè)間的配合，確定時鐘信號接口的要求。(GPS時鐘一般可配置不同數(shù)量、型式的輸出模塊，如事先無法確定有關(guān)要求，則相應(yīng)合同條款應(yīng)留有可調(diào)整的余地。)
(2)各系統(tǒng)是否共用一套GPS時鐘裝置，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)時鐘接口配合的難易程度、系統(tǒng)所在地理位置等綜合考慮。各專業(yè)如對GPS時鐘信號接口型式或精度要求相差較大時，可各自配置GPS時鐘，這樣一可減少專業(yè)間的相互牽制，二可使各系統(tǒng)時鐘同步方案更易實(shí)現(xiàn)。另外，當(dāng)系統(tǒng)之間相距較遠(yuǎn)(例如化水處理車間、脫硫車間遠(yuǎn)離集控樓)時，為減少時鐘信號長距離傳送時所受的電磁干擾，也可就地單設(shè)GPS時鐘。分設(shè)GPS時鐘也有利于減小時鐘故障所造成的影響。
(3)IRIG-B碼可靠性高、接口規(guī)范，如時鐘同步接口可選時，可優(yōu)先采用。但要注意的是，IRIG-B只是B類編碼的總稱，具體按編碼是否調(diào)制、有無CF和SBS等又分成多種(如IRIG-B000等)，故時鐘接收側(cè)應(yīng)配置相應(yīng)的解碼卡，否則無法達(dá)到準(zhǔn)確的時鐘同步。
(4)1PPS/1PPM脈沖并不傳送TOD信息，但其同步精度較高，故常用于SOE模件的時鐘同步。RS-232時間輸出雖然使用得較多，但因無標(biāo)準(zhǔn)格式，設(shè)計中應(yīng)特別注意確認(rèn)時鐘信號授、受雙方時鐘報文格式能否達(dá)成一致。
(5)火電廠內(nèi)的控制和信息系統(tǒng)雖已互連，但因各系統(tǒng)的時鐘同步協(xié)議可能不盡相同，故仍需分別接入GPS時鐘信號。即使是通過網(wǎng)橋相連的機(jī)組DCS和公用DCS，如果時鐘同步信號在網(wǎng)絡(luò)中有較大的時延，也應(yīng)考慮分別各自與GPS時鐘同步。
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