JM-503时间同步系统

 

JM-503是采用冗余构架的IEEE1588 v2时间同步主钟,以保证最高的正常时间运行。该主钟采用“北斗+GPS”构成双导航的时间同步系统,独特的嵌入式实时软硬件技术,提供更加精准和种类丰富的对时和同步信息,具有高精准度。全面支持最新的IEEE1588网络对时协议,时间戳精度小于8ns。采用基于硬件的时间标记,提供最高级别的时间和频率精度,远远超过广泛的有线和无线应用?/div>
JM-503具有多种输入输出接口,并在业内率先使用千兆IEEE1588授时接口。JM-503以铷原子振荡器作基准,恒温晶振、温补晶振可选?/div>
JM-503高精度主钟可广泛运用于电力系?5KV?10KV?20KV?00KV及以上变电站(所)、发电厂,为无线以太网回程,电路仿真业务,无源光网络以及电力系统二次设备和自动化装置提供时间信息及同步信号,如:调度自动化系统、微机继电保护装置、故障录波器、事件顺序记录装置、远动装置、计算机数据交换网、雷电定位系统、智能电子设备IED等?/div>
装置严格符合《华东电网统一时钟系统技术规范》、《广东电网变电站GPS时间同步系统技术规范》、《上海电网GPS时间同步系统技术原则和运行管理规定》、《电力系统的时间同步系统——第一部分:技术规范、IEEE1588 2002标准和IEEE1588 2008标准》?/div>
JM-503 IEEE1588时间同步系统接收多种时钟源发送的秒同步信号和时间信息,同时本身装备了高精度的守时时钟,可不受地域限制并以一定的精度与UTC同步运行?/div>
JM-503 IEEE1588时间同步系统的核心平台满足IEEE1588精密对时协议,由32位高性能CPU、高速FPGA及高稳振荡器(铷钟或OCXO)构成,并采用VxWorks进行多任务实时并行处理及调度。系统可同时接收GPS、北斗、IRIG-B码同步源发送的秒同步信号,按优先级自动选择外部时间基准信号作为同步源并将其牵引入跟踪锁定状态(locked)。具有输入传输延时补偿,采用卡尔曼数字滤波技术滤除外部时间基准信号的抖动后,对铷原子钟或OCXO进行控制和驯服,由内部振荡器分频得到1PPS信号。使输出?PPS信号同步于外部时间基准输出的1PPS信号的长期稳定值,克服了由于外部时间基准的秒脉冲信号跳变所带来的影响,因此,输出的时间信号不但与外部时间基准信号保持同步而且更加稳定。当失去外部时间基准信号后,进入守时保持状态(hold-over),当外部时间基准信号恢复时,自动结束守时保持状态并牵引入跟踪锁定状态。无论是处于跟踪锁定状态还是守时保持状态,系统都稳定且不间断地输出与UTC保持同步的时间信息?/div>

JM-503 IEEE1588系统软件设计根据功能进行划分,采用多任务、模块化设计方式。JM-503 IEEE1588系统结构框图如图1所示:

 
? JM-503 IEEE1588系统结构框图
 
JM-503 IEEE1588时间同步系统的硬件也采用模块化设计,由CPU模块、接收模块、电源模块、显示模块和输出接口模块组成。标准配置䱳?/div>
v时间源输入:1路北?GPS?路IRIG-B码;
v1路IRIG-B 光纤输出?/div>
v1路IRIG-B RS485输出?/div>
v1PPS脉冲输出?/div>
v2路IEEE1588光纤接口?/div>
v4路IEEE1588 RJ45千兆以太网接口;
v电源:双电源?10V?20V AC/DC 通用?/div>
v告警?对继电器接点?A@220V AC?/div>
1)     Xilinx公司高性能FPGA?/div>
2)     高速逻辑设计?/div>
3)     高可靠性机箱及电源设计?/div>
4)     多种接口电路设计?/div>
JM-503 IEEE1588时间同步系统硬件系统逻辑结构图如下:4166am
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1)     高性能微内核设计?/div>
2)     高效的任务管理(优先级抢占、轮转调度)?/div>
3)     动态链接和模块加载?/div>
4)     高效的中断和异常事件处理?/div>
5)     动态内存管理?/div>
6)     时钟和记时工具?/div>
7)     支持工业标准TCP/IP网络协议族?/div>
 
3.1      接收北斗/GPS时间信号
JM-503IEEE1588 时间同步系统装置可以接收北斗/GPS时间信号,JM-503时间同步系统同时支持北斗和GPS时间基准源,满足最新IEEE1588v2精密对时协议,使更高精度的对时满足国内的北斗卫星导航,增强其安全性和可靠性?/div>
JM-503 IEEE1588 时间同步系统装置可以接收IRIG-B时码,一般在双主钟互备时作为备用参考源?/div>
JM-503 IEEE1588 时间同步系统可同时接??路外部时钟源,如北斗、GPS、IRIG-B时码及PTP,系统能自动判断当前时钟源中最优的外部时钟源,并自动选定和锁定时钟源。系统在丢失当前锁定时钟源后,将自动切换至此时最优的外部时钟源,以保证装置在外部时钟源不稳定的情况下能正常运行?/div>
JM-503 IEEE1588时间同步系统不但能满足NTP/SNTP网络授时协议,并使用最新的IEEE1588精密对时协议。此协议的使用使基于以太网的分布式系统达到精确同步,IEEE1588PTP精密对时协议能达到纳秒级精度?/div>
JM-503 IEEE1588时间同步系统在受到外部不确定因素的影响,造成装置出现不可预测的错误时,装置能通过系统内部自检模块检测到这一现象,并通过自动复位来重新恢复系统到正常运行,保证系统的稳定性和实时性?/div>
JM-503 IEEE1588时间同步系统能输出各种不同的时间信号,包括IRIG-B时码?PPS脉冲TTL电平?PPS/PPM/PPH脉冲等。装置采用模块化设计,可通过不同的配置来满足用户的各种需求?/div>
人机界面有着操作直观、软件灵活以及节省体积等优点。其简单清楚的界面使现场的设置操作简单快捷,有效的解决现场的配置设置问题?/div>
JM-503 IEEE1588时间同步系统装置具备失电告警,北?GPS失步告警,IRIG-B码失步告警功能,系统通过正确的判断,有效地给出告警信号,以预防现场严重事故的发生?/div>
JM-503 IEEE1588时间同步系统在丢失所有有效的外部时钟源时,系统自动转入自守时状态,通过系统内部高稳定、高精度的时钟源信号来保证输出信号的精度?/div>
 
4.1   IEEE1588 精密对时技?/span>
IEEE1588协议的时钟同步过程与NTP/SNTP协议基本一致,区别在于同步报文SYNC包含该报文离开主时钟的时间的估计值,而同步报文离开主时钟的精确值将由主时钟通过硬件或软件进行记录,以消除网络协议堆栈和操作系统的影响。IEEE1588协议中获取时间标签的位置可以多样,时间标签的准确性也直接决定了时钟同步的精确性。最准确的方法是使用硬件检测同步报文帧(接近物理层),当入口帧和出口帧经过媒体独立接口时,可以容易地将其捕获和解码,实现高精度对时?/div>
当装置根据外部基准源同步本地PPS时,必然产生内部延时,而针对这个产生的延时,本机超前延时补偿技术能够使装置内部PPS超前外部时钟源的秒沿,在PPS经过装置处理后达到与外部时钟源同步?/div>
其次,对于每个输出通道都能单独配置延时补偿。通常一台时间同步系统装置可同时通过不同的端口进行对时,例如,串口RS232、RS485、光口、电口、网口等,每个不同的端口都有不同的延时。因此,对于每种端口进行不同的超前延时补偿可以使不同端口输出的信号都能与外部时钟源同步?/div>
本装置的多端口超前延时补偿技术根据装置内部标准的PPS和各种不同通道输出的信号配置进行不同的超前延时补偿,使装置全面的达到与外部时钟源保持同步,增强了装置的实时性和稳定性?/div>
4.3   高精度相位累计时钟源技?/span>
IEEE1588对时技术是通过计算延时和偏离报文得到更精准的时间,当这个精准时间进入本地系统时,在这个时间转换和移交的过程过中必定存在着精度丢失的现象,普通的处理方法是使用一定的频率计数,而频率不高的情况下产生的误差比较大。本机高精度相位累积时钟源技术是通过CPU算出96位数参数,对每个时间进行相位累积,其中包?2位秒?2位纳秒,?2位纳秒以下的数字累计,每经过时钟时记录一次,然后通过CPU不断调整,计算出更精确的时间,从而实现精密时间同步?/div>
JM-503 IEEE 1588时间同步主钟具备多至4个带硬件支持IEEE1588 10/100/1000BASE-T(RJ-45) 千兆网口,千兆网口的使用可使网段隔离,也可以实现网口冗余,更能实?ns时间戳精度?/div>
 
 
5.1      JM-503主要设计功能及指标如?
1)     卫星接收采用第五代定位引擎技术,捕获、重捕获和跟踪灵敏度高达–160 dBm?/div>
2)     支持定位后单星可视同步?/div>
3)     外部时间基准源冗余,双电源冗余设计?/div>
4)     基于多任务的VxWorks嵌入式软件设计?/div>
5)     高性能FPGA提高系统集成度?/div>
6)     所有网口硬件都支持IEEE1588v2协议?/div>
7)     采取可扩展的机箱结构?/div>
8)     装置可配?个独立千兆网口?/div>
9)     支持1588v2、NTP、SNTP等多种对时协议?/div>
10) 支持IRIG-B时间码?/div>
11) IEEE1588延时请求处理能力可达到每?0万次?/div>
12) 保持精度优于500ns/24h(铷钟)?0μs/ h(恒温晶振)?/div>
13) 铷原子振荡器作基准,恒温晶振、温补晶振可选?/div>
采用标准19’’?U/3U机箱,机箱外壳有可靠接地点?/div>
1)     主机工作环境
v工作温度?10℃~ +60?/span>?/div>
v储存温度?20℃~ +85?/span>?/div>
v?span>   
度:5?~ 95%,不结露?/div>
2)     天线工作环境
v工作温度?40℃~ +70?/span>?/div>
v储存温度?40℃~ +85?/span>?/div>
v?span>   
度:100%,结露?/div>
采用多层PCB、SMD和软件容错技术等多种抗干扰措施,抗干扰能力强。在变电站保护室和控制室的电磁场环境下能正常工作,符?ldquo;GB/T13926-1992 工业过程测量和控制装置的电磁兼容?rdquo;中有关规定的要求,达到Ⅲ级标准?/div>
JM-503系列设备采用宽输入范围的交直流开关电源模块,其纹波系数小,噪声干扰低?/div>
1)交流电?/span>
v额定电压:单?20VAC/110VAC,允许偏?-20% ?+20%?/div>
v频率?0Hz,允许偏?≤±3Hz?/div>
v波形:正弦,波形畸变 ≤5%?/div>
2)直流电?/span>
v允许偏差?20% ?+20%?/span>
v纹波系数?le;5%?
3)     功率消?/span>
不大?0W?/div>
MTBF:在正常使用条件下不小于50000h(正常使用条件下无须维护)。使用寿命不少于10年?/div>
1)     机柜外形尺寸(?span>´?span>´??/div>
2260mm´800mm´600mm
2260mm´800mm´800mm
2360mm´800mm´600mm
2)     机柜安全防护等级:IP30,或根据用户要求定制?/div>
3)     机柜颜色:按用户要求定制?/div>
在目前的变电站自动化系统中,站控层大多采用基于SNTP的网络时钟同步方式,而间隔层、过程层设备多采用时间编码方式实现时钟同步,即通过国际通用的时间格式码,将GPS秒脉冲对时的准时沿和串口报文对时的时间数据组合起来,构成一个脉冲串,从时钟可以从脉冲串中解析出时间数据,时钟同步精度可达到1μs,但随着工业以太网技术引入变电站过程层,基于IEEE1588的网络时钟同步将会得到广泛应用?/div>
IEEE1588协议是通用的提升网络系统定时同步能力的规范,使分布式通信网络能够具有严格的定时同步,整个网络的定时同步指标有显著的改善,因此,基于IEEE1588网络时间同步将在智能电网的发展中起到重要的作用?/div>
IEEE1588时间同步系统在电力系统中的系统图?/div>
 
1)     《华东电网统一时钟系统技术规范》?/div>
2)     《广东电网变电站GPS时间同步系统技术规范》?/div>
3)     《上海电网GPS时间同步系统技术原则和运行管理规定》?/div>
4)     电力系统的时间同步系?mdash;—第一部分:技术规范?/div>
5)     IEEE1588 2002标准和IEEE1588 2008标准?/div>
 
 
 

 

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