专题说明GPS时钟对时系统.docx

专题 10：GPS 数字时钟对时系统1. GPS与数字时钟装置FM197的连接FM197是和利时公司自主开发的16 口专用数字时钟对时集线器模块GPS到FM197采用的是穿插线〔根据GPS的串口管角定义及FM197的管角定义〕FM197到时间效劳器和主FM197到从FM197的连接线定义见使用说明，系统方案和原理如下：2. 方案描述图：系统对时构造图2.1系统原理框图PGS接收设备 /标准时钟源2.2 系统原理描述为了实现硬件对时，需设计对时集线器和对时卡 对时集线器可产生标准时钟源并发送对时分脉冲和消息包;对时卡也可产生时钟源并能接收对 时分脉冲和消息包,控制站，操作站都配有对时卡对时分脉冲用上升沿作为每分钟的起点，保持1秒高电平，5 9秒低电平，整个系统都以对时 分脉冲的上升沿作为对时基准〔即整个系统都在整分时刻进展对时〕具体对时过程如下：（1） 系统上电后，对时集线器在每整秒开场后,在下一整秒到来前发出标准时间消息包,消息包 由年，月，日，时，分，秒组成2） 系统效劳器接收该标准时间消息包,校对系统效劳器的时间3） 时分脉冲传送到操作站,控制站的对时卡，脉冲上升沿清零对时卡上的秒，毫秒，同时脉 冲上升沿触发对时卡CPU和操作站、控制站CPU的中断，中断响应后，对时卡CPU 和操作站，控制站CPU都用已准备好的消息包刷新t时刻分〔包括分〕以上的时间，而 控制站CPU还要发出I/O对时命令，同时记录发出I/O对时命令的起始时间（为了 校准 SOE 事件的发生时间）。

4） 对时集线器可实现级联，扩展对时系统3. 设计要求为实现上述对时原理，对时集线器FM197应满足以下性能指标1)串行通讯与秒脉冲输入口： 1路，带光电隔离，可兼容RS485/RS232，用作主对时集线器时可接收 GPS 等标准时钟源的时钟信息与秒脉冲，用作从对时集线器时可接收级连时钟信息与秒脉冲并可以实现2级级连〔见下列图〕接口形式为DB92) RS485串行通信与对时分脉冲输出口： 15路，分脉冲路路带光电隔离，其中有一路可设 置为输出秒脉冲或分钟脉冲，用作级联时输出时钟消息和秒脉冲；其余各路用作对时时输 出对时消息包和对时分脉冲，脉冲上升沿作为时间起点，电流环输出，传输距离不小于 1000m,接口形式为DB9，由于对外的串行通讯为RS485接口，当连接效劳器时需外接 RS485——RS232 转换器3)对时集线器时钟组成：年，月，日，时，分，秒其中分，秒通过对时集线器上的时钟电 路产生；时以上〔包括时〕时间通过对时集线器时钟电路产生的时间校准板上时钟芯片记 录的时间得到4) 实时时间显示：采用14位数码管显示，显示格式为年〔4位〕，月〔2位〕，日〔2位〕， 时〔2位〕，分〔2位〕，秒〔2位〕。

5) 实时时间调整：采用4键〔SET, SELECT，UP, DOWN〕输入调整方式6) 主从状态设置：为了使所用的标准时钟源统一，对时集线器需要有主从状态设置〔只 有主对时集线器可作为标准时钟源〕，采用拨码开关设置7) GPS 或本地时钟设置：假设是主集线器，那么要进展此项设置，采用拨码开关设置(8) 主从LED灯：作为主对时集线器时，LED灯亮；否那么，灯灭9)供电电源： 220VAC〔10〕时间精度：接GPS时准确到1 ms,不接GPS时每小时偏差小于60ms〔11〕外型尺寸：宽19〃，高1U机架安装3.2 构造设计构造设计主要包括对时集线器的机壳，前面板，后面板的设计〔1〕机壳机壳宽度19 “，高度1U,深度200mm2〕前面板3〕后面板16 路 DB94. SOE 对时设计原有对时系统不能到达控制站站间对时小于 2mS 的误差要求，需要重新设计一种对时方案， 该方案需要切实可行，又能满足站间对时误差小于2mS的要求基于上述要求，一种可行的方案是控制站 DP 主卡直接对时，并下发对时播送信息给下属 IO 模块，以满足对时的需要4.1方案设计对时系统配置框图图 1 对时系统配置示意图4.2 对时系统原理4.2.1 系统时间对时系统时间对时要求系统的时间在分钟以上的时间是一致的。

当站内存在GPS时，GPS的时间 包信息通过R232转换成RS485接口，与操作员站相连操作员站每秒接收GPS时间信息，每30 秒通过以太网以播送的方式向其他接点〔工程师站、控制站等〕发送对时信息；分钟以内时间由各 自接点维护当站内没有GPS时，通过一个控制站〔主控制站〕产生时间包信息，通过RS485与操作员站 相连操作员站每秒接收时间包信息，每30秒通过以太网以播送的方式向其他接点〔工程师站、 控制站等〕发送对时信息；分钟以内时间由各自接点维护4.2.2 SOE 时间对时控制站之间的的SOE对时要求小于1ms,为了到达这个要求，需要在现有控制站的DP主卡上 增加对时功能，以产生分脉冲，同时维护DSP的对时时间其原理框图参见图2CLKOUTD触发器CLRIN图 2 带对时功能的 DP 卡原理框图当系统中存在GPS的时候，8051接收GPS的时间信息包和秒脉冲，一方面将时间信息和秒脉 冲转发到下一站钟，另一方面通过分析和比拟，产生严格意义上的分脉冲，当分脉冲上升沿到来时， D触发器输出端〔OUT〕对时请求置高，等待DSP查询此状态；同时8位计数器清零当DSP查 询到有对时请求时，在播送对时帧的时，读取8位计数器的计数值，作为分对时播送的初始值。

由 于从8051向DSP发对时请求到DSP下发对时信息包之间的时间延迟最多只有128mS，在128mS 的时间内保证站间主卡的时间偏差在1mS以内，只需一般的普通晶振就能到达要求播送完毕， DPS 将对时响应置1，清对时请求信号，在将对时响应清0，对时完毕当系统中不存在GPS时，8051读取RTC的数据，并产生时间包信息和秒脉冲，供其他站使用 除此以外，同有GPS系统5. FM197-B01 使用说明5．1 简介硬件对时系统是为使MACS系统的效劳器，操作站，控制站之间的相对时钟偏差小于1ms 而设计的5．2 组成整个系统由 FB197-B01、FB198 板通过双绞线连接组成详细内容可参见?硬件对时系统产 品规格书?相关局部5．3 显示时间FB197-B01 时间的显示的显示采用14 位数码管显示，显示格式为从左至右分别为：年〔4 位〕，月〔2 位〕，日〔2 位〕，时〔2位〕，分〔2 位〕，秒〔2 位〕5．4 时间的手动设定通过FM197-B01前面板的按键设定系统时间时，首先，按下“SET〃键，进入设定状态，这 时会看到数码管显示的“年〃闪动，通过按“JP〃或“DOWN〃键，对“年〃进展加，减设 定，直到数码管显示的“年〃与想要设定的值相符；如果还要设定其他时间单元，可通过按 “SEL〃进展选择，每按下一次“SEL〃键，会看到数码管显示的闪动时间单元右移一个位 置，选择要设定的时间单元，用上述设定“年〃的方法进展设定；当所要设定的时间单元全 部设定完成后，再按下“SET〃键，那么设定的时间生效，并退出设定状态，数码管恢复正 常的时间显示。

设定时间时注意：1） 可设定的“年〃的范围：2000〜2099，其他的时间单元在设定过程中，也是在正确 的范围内变动2） 按下“SET〃键进入设定状态，设定完成后，一定要再按一次“SET〃键退出设定状 态，否那么，系统会一直等待3） 由于设定的单元只到“秒〃，因此当设定生效后，系统立刻将“秒〃以下的时间清 零4） 为了使系统的时间统一，只有主集线器允许进展时间的设定（主从集线器的说明见下 一点），从集线器进展时间设定系统不响应.5．5主从状态的设定为了使系统的时间统一，FM197-B01要进展主从状态的设定，通过FB197-B板上的拨码 开关S1的第1位来设定，拨到“OFF〃状态表示“主〃，拨到“ON〃状态表示“从〃，当只 用1个FM197-B01时，一定是设为“主〃，级连使用时，1个设为“主〃，另1个设为“从〃 由于该状态一经设定不会再改变，为了防止误设定，拨码开关在外壳内放置5．6主从状态的显示FM197-B01 前面板有“红色的 LED 灯〃作为状态显示，灯亮表示“主〃，灯灭表示“从〃5．7 标准时钟源的设定作为“主〃对时集线器，其标准时钟可由本地时钟电路产生，也可通过外接GPS产生，由 FB197-B板上的拨码开关S1的第2位来设定，拨到“OFF〃状态表示外接GPS，拨到“0N〃 状态表示由本地时钟电路产生；作为“从〃对时集线器，该位无关。

5．8 级连的方法级连电缆的制作FM197-B01后面板的第1号D型连接器是“主〃对时集线器级连输出口，第2号D 型连接器是“从〃对时集线器级连输入口，可通过级连电缆进展连接连接电缆的制作采用 1根5类8芯的UTP电缆和2个9针D型连接器〔孔头〕2个9针D型连接器〔孔头〕通 过8芯的UTP电缆进展连接的连接关系如下：9针D型连接器A〔第2号口，级连输入端〕9针D型连接器B〔输出端〕第2针 RS485“＋〃第2针RS485“＋〃 <----->第3针RS485“—〃 <---->第3针RS485“ “第5针地 <----->第5针地第9针接收秒〔分〕脉冲 <---->第7针分脉冲输出两个9针D型连接器的其余针不连接，连接时应该将第2针、第3针用1对双绞线互连， 第5针、第9 （另一端是第7） 针用1对双绞线互连 注意：输出口第3-16也和第1号口具 有同样的级连功能，电缆连接定义一样级连时“从〃对时集线器跳线的设定;级连时“从〃对时集线器的跳线JP4、JP5、JP6、JP7应短接2，3引脚，即“从〃对时集线器只能采用RS485通信级连5・9 “主〃对时集线器与GPS的连接方法“主〃对时集线器后面板的第2号D型连接器可作为GPS的输入口，该DB 9的引脚定 义采用的是标准的RS232定义，即：第2针 ＞发送；第3针 ＞接收；第5针 ＞地；第9针作为秒脉冲的输入脚；当需要外接GPS时，可采用标准的RS232串口通信电缆，可根据所使用GPS引脚的定义选择是用直通型或是穿插型的。

黔北电厂使用的是穿插型的接线如下列图所示：GPS端FM197 端口 2第2针 发送 〉第3针 接收第3针 接收 〉第2针 发送第5针 地 〉第5针 地第9针 秒脉冲的输入脚； 〉第9针 秒脉冲的输入脚一般GPS提供的都是RS232通讯标准，此时“主〃对时集线器的跳线JP4, JP5, JP6, JP7应短接1，2引脚注意：GPS与对时集线器级连的的距离不超过1.5米.由于使用分脉冲来对齐时间，所以 整个对时系统在1分钟内对齐.5．10对时集线器标准时间的发送FM197-B01后面板除了第2号D型连接器外，其余D型连接器都发送RS485通讯标准的时 间信息，时间信息每1秒钟发送1次，格式为：OXAA年 月 日 时分秒 年〜秒 的异或和OXBB,所有的数据都是1字节的十六进制数，其中年的范围是：0〜99，表示 2000〜2099年DB 9的引脚定义为：第2脚 〉RS485 “+〃 ；第3脚 〉RS485 “-〃，当与效劳器的RS232串口连接时，需要根据上述的引脚定义外接RS485-RS232转换器，使用型号为Model 2485FM的接口转换器连接电缆制作可采用5类8芯的UT。