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GPS時鐘服務器在電力自動化系統的應用

(發布日期：2010-12-7 12:58:29) 來源：岳峰15900725610

    前言
    隨著計算機和網絡通信技術的飛速發展，火電廠熱工自動化系統數字化、網絡化的時代已經到來。這一方面為各控制和信息系統之間的數據交換、分析和應用提供了更好的平臺、另一方面對各種實時和歷史數據時間標簽的準確性也提出了更高的要求可參考(峻峰偉業公司網頁)：http://yfcs.sm160.com
    使用價格并不昂貴的GPS時鐘來統一全廠各種系統的時鐘，已是目前火電廠設計中采用的標準做法。電廠內的機組分散控制系統(DCS)、輔助系統可編程控制器(PLC)、廠級監控信息系統(SIS)、電廠管理信息系統(MIS)等的主時鐘通過合適的GPS時鐘信號接口，得到標準的TOD(年月日時分秒)時間，然后按各自的時鐘同步機制，將系統內的從時鐘偏差限定在足夠小的范圍內，從而達到全廠的時鐘同步。
一、GPS時鐘及輸出
1.1 GPS時鐘
    全球定位系統(Global Positioning System，GPS)由一組美國國防部在1978年開始陸續發射的衛星所組成，共有24顆衛星運行在6個地心軌道平面內，根據時間和地點，地球上可見的衛星數量一直在4顆至11顆之間變化。
    GPS時鐘是一種接受GPS衛星發射的低功率無線電信號，通過計算得出GPS時間的接受裝置。為獲得準確的GPS時間，GPS時鐘必須先接受到至少4顆GPS衛星的信號，計算出自己所在的三維位置。在已經得出具體位置后，GPS時鐘只要接受到1顆GPS衛星信號就能保證時鐘的走時準確性。
    作為火電廠的標準時鐘，我們對GPS時鐘的基本要求是：至少能同時跟蹤8顆衛星，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。
1.2 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：
1.2.1 1PPS/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。
1.2.2 IRIG-B輸出
    IRIG(美國the Inter-Range Instrumentation Group)共有A、B、D、E、G、H幾種編碼標準(IRIG Standard 200-98)。其中在時鐘同步應用中使用最多的是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制0、1和位置標志位(P)，見圖1.2.2-1。


    為便于理解，圖1.2.2-2給出了某個IRIG-B時間幀的輸出例子。其中的秒、分、時、天(自當年1月1日起天數)用BCD碼表示，控制功能碼(Control Functions，CF)和標準二進制當天秒數碼(Straight Binary Seconds Time of Day，SBS)則以一串二進制“0”填充(CF和SBS可選用，本例未采用)。
1.2.3 RS-232/RS-422/RS-485輸出
    此時鐘輸出通過EIA標準串行接口發送一串以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、時鐘狀態、診斷信息等。此輸出目前無標準格式，下圖為一個用17個字節發送標準時間的實例：

1.3 電力自動化系統GPS時鐘的應用
    電力自動化系統內有眾多需與GPS時鐘同步的系統或裝置，如DCS、PLC、NCS、SIS、MIS、RTU、故障錄波器、微機保護裝置等。在確定GPS時鐘時應注意以下幾點：
    (1)這些系統分屬熱控、電氣、系統專業，如決定由DCS廠商提供的GPS時鐘實現時間同步(目前通常做法)，則在DCS合同談判前，就應進行專業間的配合，確定時鐘信號接口的要求。(GPS時鐘一般可配置不同數量、型式的輸出模塊，如事先無法確定有關要求，則相應合同條款應留有可調整的余地。)
    (2)各系統是否共用一套GPS時鐘裝置，應根據系統時鐘接口配合的難易程度、系統所在地理位置等綜合考慮。各專業如對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，這樣一可減少專業間的相互牽制，二可使各系統時鐘同步方案更易實現。另外，當系統之間相距較遠(例如化水處理車間、脫硫車間遠離集控樓)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GPS時鐘。分設GPS時鐘也有利于減小時鐘故障所造成的影響。

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