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工厂、电厂DCS系统GPS同步时钟方案

鉴于贵单位实际情况,结合我们以往的工程经验,提供如下解决方案。

1时间同步系统的配置

全网配置一套时间同步系统,由两台GPS时间服务器(支持NTP协议)、交换机、网络和客户端组成。两台GPS时间服务器放置在机房交换机机柜中,以NTP 协议方式向全网的客户端授时。两台GPS时间服务器以冗余热备模式工作,提高了系统的可靠性。每台服务器配置4个物理隔离的NTP网口,分别同步多个子网。

NTP(Network Time Protocol)是用来在整个网络内发布精确时间的TCP/IP协议,其本身的传输基于UDP,它可以使计算机对其服务器或时钟源进行同步,提供高精度的时间校正(LAN上与标准间相差1~10毫秒,WAN上几十毫秒)。

支持协议:NTP,SNTP,ARP,UDP,TCP,Telent,ICMP,SNMP,DHCP和TFTP ;

网络接口:RJ-45以太网接口;

2 时间同步系统的性能

2.1 GPS时间服务器接收GPS(全球定位系统)卫星信号或接收外部IRIG-B(DC)时间基准信号。

2.2 GPS时间服务器的时间信号接收单元能接收GPS卫星发送的协调世界时(UTC)信号作为外部时间基准信号。正常情况下,GPS时间服务器的时间信号接收单元独立接收GPS 卫星发送的时间基准信号。当某一GPS时间服务器的时间信号接收单元发生故障时,该GPS时间服务器能自动切换到另一台GPS时间服务器的时间信号接收单元接收到的时间基准信号,实现时间基准信号互为备用。当GPS时间服务器的时间信号接收单元恢复正常后,该GPS时间服务器自动切换回正常工作状态,切换时间小于0.5秒,切换时GPS 时间服务器输出的时间同步信号不会出错。

2.3 GPS时间服务器可输出一路特殊的供GPS时间服务器间互联的IRIG-B(DC)码信号,该信号作为互联GPS时间服务器的“后备”外部时间基准,当GPS时间服务器的“主”外部时间基准故障时,该信号停止输出。消除当GPS时间服务器互联时“主”外部时间基准发生故障所引起的工作状态不确定性。

2.4 GPS时间服务器具有内部守时功能。当接收到外部时间基准信号时,用外部时间基准信号同步;当接收不到外部时间基准信号时,切换到内部守时,使GPS时间服务器输出的时间同步信号仍能保持一定的准确度。当外部时间基准信号接收恢复时,自动切换到

正常状态工作,切换时间小于0.5S,切换时时钟输出的时间同步信号不会出错。

2.5装置采用全模块化即插即用结构设计,支持板卡热插拔,配置灵活,维护方便,同时为将来现场网络改造扩建时增加对时端口提供了方便。

2.6时钟装置采用双电源冗余供电,任何一路电源异常,都不会影响装置的正常工作。<可选>

2.7时钟装置具有自复位能力,在因干扰造成装置CPU瞬间故障时,能自动恢复正常工作。

2.8时钟装置具有工作状态指示、告警显示和告警信号输出功能。告警信号的电接口类型为继电器空接点,接点耐压>250V DC。

2.9每台时钟装置都提供一路TTL脉冲信号(可编程输出1PPS、1PPM、1PPH、事件),供时钟的准确度指标测试。

2.10时钟装置具有时间显示功能,可显示年、月、日、时、分、秒。

3 时间同步系统的结构

该系统结构由两台GPS时间服务器屏、交换机、网络和客户端组成,每台服务器配置4个物理隔离的NTP网口,分别同步多个子网,其结构图如下(以一个局域网为例)。

两台GPS时间服务器互为热备,GPS时间服务器1作为“常用”时间服务器,GPS时间服务器2作为“备用”时间服务器。当“常用”时间服务器(GPS时间服务器1)的GPS

信号接收单元发生故障时,自动切换至“备用”时间服务器(GPS时间服务器2)的GPS 信号接收单元接收到的时间基准信号,从而保证系统的可靠性。当“常用”时间服务器(GPS时间服务器1)的GPS信号接收单元恢复正常后,该GPS时间服务器自动切换回正常工作状态。

当GPS时间服务器都接收不到两路外部时间基准信号时,切换到内部守时,保持一定的走时准确度;当外部时间基准信号接收恢复时,自动切换回接收外部时间基准信号的工作状态。

两台GPS时间服务器的RJ45口分别接到局域网交换机上,各分配一个IP地址,如GPS时间服务器1的IP地址为IP1, GPS时间服务器2的IP地址为IP2,则两个IP地址就作为网内的标准时间服务器。客户端PC机可使用操作系统自带NTP服务,也可使用我公司提供的客户端软件。本软件可输入两台GPS时间服务器的IP地址, IP1地址作为主地址,IP2地址作为备用地址,当客户端因某些原因无法从主地址获取时间信息时,则自动从备用地址获取时间信息。

4 系统特点

4.1精度高,同步快。

4.2模块化结构,NTP端口数量可灵活配置。

4.3支持单星授时模式,适用于收星效果不佳的情况,有屋顶和贴窗天线可供选择。4.4具有多个物理隔离的相互独立的10/100M网口(每个端口具有独立的MAC地址),多个端口可以灵活的配置使用,可以用在不断增长变化的网络环境中;还可用于不同的子网或不同的物理隔离的网络中。另外,还可用来作为NTP网管来使用,使多个物理隔离的网络共享时间服务器资源。

4.5可同时为上万台客户端、服务器、工作站提供时间服务。

4.6支持WINDOWS9X/NT/2000/XP/2003/vista、LINUX、UNIX、SUN SOLARIS、IBM AIX、HP-UX 等操作系统及支持NTP协议的路由器、交换机、智能控制器等网络设备。

4.7多种配置方法,易于管理和升级。

4.8支持电源中断、GPS失歩干接点信号告警。

4.9专用嵌入式系统,无硬盘和风扇设计,防震设计,系统稳定可靠。

4.10机箱经防磁处理,抗干扰能力强。

4.11高品质的工业级元件,高水准的电气设计,高密度集成的电路结构,使装置拥有优

异的电气隔离和电磁屏蔽表现,整机无可调节器件,极大提高了装置抗干扰性能与可靠性保障。

4.12采用双电源冗余供电,并选用高性能、宽范围开关电源,工作稳定可靠,装置电源

供电自适应。

4.13 GPS接收天线重点考虑了防雷设计、稳定性设计、抗干扰设计,信号接收可靠性

高,不受地域条件和环境的限制。

4.14装置具有自复位能力,在因干扰造成装置程序出错时,能自动恢复正常工作。

4.15装置提供一路可编程的TTL脉冲信号(1PPS/1PPM/1PPH)供时钟的准确度指标测试。

4.16装置前面板有“电源指示”灯、“秒脉冲指示”灯、“锁定指示”灯多种工作状态

指示,便于运行值班人员的日常巡视。

4.17装置采用全模块化即插即用结构设计,支持板卡热插拔,配置灵活,维护方便,同

时为将来现场网络改造扩建时增加对时端口提供了方便。

4.18装置不仅实现了板卡全兼容,还提供了丰富的信号接口资源和开放式特殊接口设计

平台,具备优异的兼容能力。装置可提供多路脉冲信号(1PPS、1PPM、1PPH、事件,空接点、差分、TTL、24V/110V/220V有源、光)、IRIB-B信号(TTL、422、232、AC、光)、DCF77信号(有源、无源)、时间报文(RS232、RS422/485、光)、NTP网络时间信号,可以满足不同设备的对时接口要求。

4.19装置可通过数码管在线显示当前收星个数,直观反映装置的同步状况。

5 系统技术指标

5.1电源

交流供电:220V±20%或110V±20% , 47Hz~63Hz ;

直流供电:220V±20%或110V±20%;

装置电源供电自适应。

5.2 GPS接收器

接收频率:1575.42MHz(L1信号)。

接收灵敏度:捕获〈-160dBW,跟踪〈-163dBW。

同时跟踪:正常状态下可同时跟踪8~12颗GPS卫星;

装置冷启动时不小于4颗卫星;

装置热启动时不小于1颗卫星。

捕获时间:装置冷启动时,〈5min;装置热启动时,〈1min。

内部电池:电池类型:锂电池;

电池寿命:≦25000h。

5.3时间保持单元守时精度:选用OCXO,守时精度优于7*10-9(0.42μS/min)。

5.4功耗:≤20W。

5.5平均无故障间隔时间(MTBF)≥70000小时;平均维修时间(MTTR):一般不大于30分,使用寿命不少于20年。正常使用条件下无须维护。

5.6输出时间与协调世界时(UTC)时间同步准确度:≤0.1μS。

5.7时间同步信号接口:

IRIG-B(DC)直流偏置信号接口:

准时上升沿的时间准确度≤1μS。

NTP协议时间:

支持协议:NTP,SNTP,ARP,UDP,TCP,Telent,ICMP,SNMP,DHCP和TFTP ;

网络接口:10/100M自适应以太网接口,RJ-45 ;

吞吐量:满足每秒2400次时间请求;

时间准确度:

每秒NTP请求量时间标识精度可处理用户终端请求量

0~1200 1~10ms 48,000

1200~2400 10~100ms 96,000

6装置外型

GPS时间服务器外形图

应用拓扑图:

7质保承诺

三年免费质保,终身维护。

8系统配置及报价

专业GPS时间频率同步产品及方案提供商

唯尚(北京)电子有限公司北京恒华佳源科技有限公司联系人:朱松华 010-********-11

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