電力系統中，京準衛星時間同步系統是重中之重

電力系統中，京準衛星時間同步系統是重中之重

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。
使用價格并不昂貴的GPS北斗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北斗時鐘信號接口，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北斗時鐘及輸出
1.1 GPS北斗時鐘
全球定位系統(Global Positioning System，GPS北斗)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北斗時鐘是一種接收GPS北斗衛星發射的低功率無線電信號，通過計算得出GPS北斗時間的接收裝置。為獲得準確的GPS北斗時間，GPS北斗時鐘必須先接收到至少4顆GPS北斗衛星的信號，計算出自己所在的三維位置。在已經得出具體位置后，GPS北斗時鐘只要接收到1顆GPS北斗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北斗時鐘的基本要求是：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北斗時鐘信號輸出
目前，電廠用到的GPS北斗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。
1.3 電力自動化系統GPS北斗時鐘的應用
電力自動化系統內有眾多需與GPS北斗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北斗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北斗時鐘實現時間同步(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北斗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北斗時鐘裝置，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北斗時鐘信號接口型式或精度要求相差較大時，可各自配置GPS北斗時鐘，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北斗時鐘。分設GPS北斗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、接口規范，如時鐘同步接口可選時，可優先采用。但要注意的是，IRIG-B只是B類編碼的總稱，具體按編碼是否調制、有無CF和SBS等又分成多種(如IRIG-B000等)，故時鐘接收側應配置相應的解碼卡，否則無法達到準確的時鐘同步。
(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，但因無標準格式，設計中應特別注意確認時鐘信號授、受雙方時鐘報文格式能否達成一致。
(5)火電廠內的控制和信息系統雖已互連，但因各系統的時鐘同步協議可能不盡相同，故仍需分別接入GPS北斗時鐘信號。即使是通過網橋相連的機組DCS和公用DCS，如果時鐘同步信號在網絡中有較大的時延，也應考慮分別各自與GPS北斗時鐘同步。

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：

五、結束語
5.1 目前火電廠各控制系統已不再是各自獨立的信息孤島，大量的實時數據需在不同地方打上時戳，然后送至SIS、MIS，用于各種應用中。因此，在設計中應仔細考慮各種系統的時鐘同步方案和需達到的時鐘同步精度。
5.2 在DCS設計中不僅要注意了解系統主、從時鐘的絕對對時精度，更應重視時鐘之間的相對誤差。因為如要將SOE點分散設計的同時又不過分降低事件分辨率，其關鍵就在于各時鐘的偏差應盡可能小。
5.3 完全有理由相信，隨著網絡時鐘同步技術的不斷發展，通過網絡對系統各時鐘進行高精度的同步將變得十分平常。今后電廠各系統的對時準確性將大大提高，像SOE點分散設計這種基于高精確度時鐘的應用將會不斷出現。