時間同步系統

分佈式控制系統的各個節點的控制計算機中，用力提供本地時鐘的晶體振盪器的分辨率通常是為μs量級，工作温度範圍內的精度為

。這就是説，它相對於外部標準參考時間每秒會產生10μs的漂移。因此，如果想要某個計算機節點與外部標準參考時間保持1μs的同步精度的話，它就必須每隔100ms取得一次標準參考時間來校正自己的本地時鐘。 ^[1] 

為了在整個分佈式控制系統中實現時間同步，通用的方法是由標準參考時間的主時鐘節點，通過網絡廣播方式，向所有其他從節點以固定的時間間隔發送時間印記，各節點收到時間印記後，對本地時鐘進行校正。這就是時間同步系統。要實現時間同步系統，首先是建立時間同步協議，包括定義時間印記的格式、傳送時間印記並提取校正值的方法等，然後是在協議基礎上的技術實現，包括時間校正技術和提高同步精度的技術等。 ^[1] 

時間同步系統是一種能接收外部時間基準信號，並按照要求的時間精度向外輸出時間同步信號和時間信息的系統。它能使網絡內其它時鐘對準並同步，通俗來説時間同步就是採取技術措施對網絡內時鐘實施高精度“對錶”。時間同步廣泛應用於各類信息系統，尤其是對時間敏感的複雜信息系統中。以電力系統智能變電站為例，各類裝置需要時間同步，以保證各類裝置動作順序正確且適應電信號以光速運行的環境條件，如果時間不同步，嚴重情況下有可能將造成系統癱瘓。

時間同步的原理就是按照接收到的時間來調控設備內部的時鐘和時刻。在將時刻校對到秒後，時間同步的調控原理與頻率同步對時的調控原理相似，它既調控時鐘的頻率又調控時鐘的相位，同時將時鐘的相位以數值表示，即時間的時刻。與頻率同步不同的是，時間同步接受非連續的時間信息，非連續調控設備時鐘，即設備時鐘鎖相環的調節控制是週期性的，其週期對應於獲取時間的週期，且與調節方式、時鐘的準確度和穩定度有關。 ^[2] 

時間同步系統完成GPS衞星信號的接收、處理，及向全站各系統提供標準同步時間信號，按冗餘配置，一主一備，主系統和備用系統獨立運行，主系統故障時切換至備用系統運行。時間同步系統主要包括GPS天線、GPS時間接收和解碼器、主時鐘、熱備用時鐘、主/備切換邏輯、各種脈衝轉換器、光纖和連接纜線。 ^[3] 

時間同步系統與站內各系統之間主要有四種同步方式，分別為：

（1）連接到LAN的控制系統和工作站通過LAN接口來接收時間信息；

（2）就地控制接口屏通過DCF77信號同步；

（3）I/O單元、SIMADYND保護系統和線路保護、母差保護裝置：通過分脈衝來同步；

（4）暫態故障記錄儀和線路保護裝置：通過IRIG-B信號來同步。 ^[3] 

時間同步系統採用GPS時間來統一全站所有控制保護系統的時鐘，有了統一精確的時間，可以實現全站各系統在GPS時間基準下的運行監控和事故後的故障分析。衞星導航全球定位系統可提供一個精度高達

s的基準時間，而全站各系統經過時間同步後，它們之間的最大時間誤差不超過1ms。 ^[3] 

此外，時間同步在許多領域都很重要，如在金融交易中一般遵循“價格優先、時間優先”的交易規則;在通信系統中用户計費與時間幾乎完全掛鈎;在大型分佈式商業數據庫中需要準確記錄客户的交易信息;上述各類現象無不與高精度時間同步緊密相關。根據全國電力技術市場協會預計，在2012 年之前，時間同步系統將保持不低於40%的增長速度。

公司的時間同步系統產品能夠實現與我國自主研發的北斗導航定位系統對接，有助於我國時間同步系統擺脱對國外技術的依賴，提高國家電力系統的戰略安全。2008 年公司產品銷量全國排名第三，國內市場佔有率為 13.3%。北京奧運工程、粵西電力輸出核心工程、2009 年湖北重點工程、黔電送粵 500kV 核心工程等重點工程均使用了本公司產品。

變電站時間同步系統是站內系統故障分析和處理的時間依據，也是提高電網運行管理水平的必要技術手段。目前我國電力系統採用的基準時鐘源主要分為兩種：一種是高精度的原子鐘，另一種是全球定位系統導航衞星（GPS）發送的無線標準時間信號。

智能站的對時方式主要有3種：

（1）脈衝對時方式。它主要有秒脈衝信號（每秒一個脈衝）和分脈衝信號（每分鐘一個脈衝）硬對時方式。其中，秒脈衝是利用GPS所輸出的每秒一個脈衝方式進行時間同步校準，獲得與世界標準時（UTC）同步的時間精度，上升沿時刻的誤差不大於1μs。分脈衝是利用GPS所輸出的每分鐘一個脈衝的方式進行時間同步校準，獲得與UTC同步的時間精度，上升沿時刻的誤差不大於3μs。秒脈衝對時方式在國內變電站自動化系統中應用較廣泛。

（2）編碼對時方式。目前國內變電站自動化系統中普遍採用的編碼對時信號為美國靶場儀器組碼IRIG（Inter Range Instrumentation Group）。IRIG串行時間碼共有6種格式，即A、B、D、E、G、H，其中B碼應用最為廣泛，有調製和非調製兩種。調製美國靶場儀器組碼IRIG-B輸出的幀格式是每秒輸出1幀。每幀有100個代碼，包含秒段、分段、小時段、日期段等信號。非調製美國靶場儀器組碼IRIG-B信號是一種標準的TTL電平，適合傳輸距離不長的場合。

（3）網絡對時方式。網絡對時是依賴變電站自動化系統的數據網絡提供的通信信道，以監控時鐘或GPS為主時鐘，將時鐘信息以數據幀的形式發送給各個授時裝置。被授時裝置接收到報文後，通過解析幀獲得當時的時刻信息，以校正自己的時間，達到與主時鐘時間同步的目的。

通常，智能變電站配置一套公用的時間同步系統，主時鐘雙重化配置，支持北斗系統和GPS系統單向標準授時信號，優先採用北斗系統，時鐘同步精度和守時精度滿足站內所有設備的對時精度要求，站控層設備採用SNTP網絡對時方式，間隔層和過程層設備採用IRIG-B（DC）碼對時方式，預留IEC 61588接口。 ^[4] 

高速鐵路通信網主要在三個方面對時間同步提出要求：

1.網絡優化的需要

目前，中國鐵路通信網的網絡規模和用户數量都處於相對穩定的發展時期，當前很重要的工作就是對網絡進行優化，提高網絡效率，保障網絡安全。其中強化網路管理系統和建立七號信令監測系統是網絡優化的重要工作內容，而網絡管理系統和七號信令監測系統都需要時間同步，特別是七號信令監測系統的順利運行更需要高精度的時間同步信號，用於標記監測到的信令流先後發生的順序。 ^[2] 

2.提高服務質量的需要

高速鐵路對通信的依賴日益增強，而服務質量是鐵路通信部門日趨關注的核心問題之一。高速鐵路的正點到發點問題是旅客非常關注的問題之一，而引發糾紛最主要的原因之一是時間不同步，因此需要迫切解決各種運營同步的問題。 ^[2] 

3.高速鐵路運輸業務的需要

隨着鐵路無線通信技術採用GSM-R體制的確立，在鐵路以東數字通信發展過程中，特別是CTCS列控技術的不斷髮展應用，需要不斷引入新的業務以適應高速鐵路的需要，如列控限速命令的傳送、無線閉塞信號的傳送、動車組列車位置定位、車載設備監控等，這些新業務的順利開展，都需要一定精度的時間同步保證。 ^[2]