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GPS時鐘服務器在電力自動化系統(tǒng)的應用

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

    前言
    隨著計算機和網(wǎng)絡通信技術的飛速發(fā)展，火電廠熱工自動化系統(tǒng)數(shù)字化、網(wǎng)絡化的時代已經(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、分析和應用提供了更好的平臺、另一方面對各種實時和歷史數(shù)據(jù)時間標簽的準確性也提出了更高的要求可參考(峻峰偉業(yè)公司網(wǎng)頁)：http://yfcs.sm160.com
    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，已是目前火電廠設計中采用的標準做法。電廠內(nèi)的機組分散控制系統(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(tǒng)內(nèi)的從時鐘偏差限定在足夠小的范圍內(nèi)，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(tǒng)(Global Positioning System，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)星運行在6個地心軌道平面內(nèi)，根據(jù)時間和地點，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(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。
1.2 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(shù))用BCD碼表示，控制功能碼(Control Functions，CF)和標準二進制當天秒數(shù)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(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、時鐘狀態(tài)、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(jié)發(fā)送標準時間的實例：

1.3 電力自動化系統(tǒng)GPS時鐘的應用
    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、微機保護裝置等。在確定GPS時鐘時應注意以下幾點：
    (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時鐘實現(xiàn)時間同步(目前通常做法)，則在DCS合同談判前，就應進行專業(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要求，則相應合同條款應留有可調整的余地。)
    (2)各系統(tǒng)是否共用一套GPS時鐘裝置，應根據(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現(xiàn)。另外，當系統(tǒng)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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