irig-b码校时、对时 dcs、plc对时.doc

什么是 IRIG-B 时间码IRIG-B：当今电子技术日新月异的发展，时间同步得到了越来越重要的应用时间码IRIG-B 作为一种重要的时间同步传输的方式，以其实际优越性能，成为时统设备首选的标准码型，广泛的应用到电信、电力、军事等重要行业或部门IRIG 是美国靶场仪器组的简称，美国靶场仪器组是美国靶场司令部委员会的下属机构IRIG 时间标准有两大类：一类是并行时间码格式，这类码由于是并行格式，传输距离较近，且是二进制，因此远不如串行格式广泛；另一类是串行时间码，共有六种格式，即 A、B、D、E 、G 、H它们的主要差别是时间码的帧速率不同，IRIG-B 即为其中的 B 型码 B 型码的时帧速率为 1 帧/s；可传递 100 位的信息作为应用广泛的时间码，B 型码具用以下主要特点：携带信息量大，经译码后可获得 1、10 、100、1000 c/s 的脉冲信号和 BCD 编码的时间信息及控制功能信息；高分辨率；调制后的 B 码带宽，适用于远距离传输；分直流、交流两种；具有接口标准化，国际通用等IRIG-B 码对时方式在继电保护装置中的应用时间：2011-07-18 14:24:17 来源：电子设计工程 作者：石美传 保定中力电力摘要：随着变电站自动化技术的发展，对变电站内时间的精确和统一提出了更高的要求。

本文提出了一种采用IRIG-B 时间码来时时的方案在这种对时方案中，每个变电站只安装一个 GPS 接收装置，利用 RS422／485 总线传输 IRIG-B 码，保护装置对 IRIG-B 码解码器后，来设置自己的时间本文还详细介绍了 IRIG-B 码的概念和原理以及用 CPLD 实现 IRIG-B 码解码器的设计思想和实现方法IRIG-B 码时时方式简化了回路设计，并且能够可靠地提供精确的时间信息，必将在电力系统中得到广泛的应用关键词：IRIG-B 时间码；继电保护；对时；CPLD时间的精确和统一是变电站自动化系统的最基本要求只有电力系统中的各种自动化设备(如故障录波器、继电保护装置、RTU 微机监控系统等)采用统一的时间基准，在发生事故时，才能根据故障录波数据，以及各开关、断路器动作的先后顺序和准确时间，对事故的原因、过程进行准确分析统一精确的时间是保证电力系统安全运行，提高运行水平的一个重要措施全球定位系统(GPS)的出现为实现这些需求提供了可能基于 GPS 的对时方式有 3 种：1) 脉冲对时方式；2) 串行口对时方式；3)IRIG-B 时间编码对时方式脉冲对时和串行口对时各有优缺点，前者精度高但是无法直接提供时间信息，而后者对时精度比较低。

IRIG-B 码对时方式兼顾了两者的优点，是一种精度很高并且又含有绝对的精确时间信息的对时方式，采用 IRIC-B 码对时，就不再需要现场总线的通信报文对时，也不再需要 GPS 输出大量脉冲节点信号国家电网公司发布的技术规范中明确要求新投运的需要授时的变电站自动化系统间隔层设备，原则上应采用 IRIG-B 码(DC)方式实现对时1 继电保护装置对时方案一个变电站内配置一套时间同步系统，该时间同步系统可由一面或多面时钟装置屏组成时问同步系统的结构可采用主从式或主备式结构时间同步系统与被授时的继电保护装置之间采用 EIA RS-422／485 接口标准来传输 IRIG-B(DC)码信号不同厂家的保护装置仅需具有 EIA RS422／485 接口的 IRIG-B 码解码器，即可接入变电站统一对时网络保护装置内嵌 IRIG-B 码解码模块，采用图 1 中的对时模式，即由 IRIG-B 码解码模块检测出时间信息和对时脉冲，通过串口将时间信息直接下发到各个功能插件各功能插件都直接从对时模块引入对时脉冲2 IRIG-B 码解码模块的硬件设计早期的 B 码解码设备多采用 TTL 集成电路与单片机相结合的方法来实现，利用门电路和触发器从编码信号中提取出秒同步信号，而用单片机实现时间信息的解码。

目前该方法仍在使用，但该方法存在器件较多，结构复杂，可靠性差、同步精度不高、通用性差、不利于功能扩展等问题为了解决上述问题，在本设计中，采用 CPLD 芯片来实现 IRIG-B 码的解码，采用的是 Altera 公司的 EPM3256开发仿真软件采用的是 MAX+ PLUSⅡ，它可以进行原理图编辑和 VHDL 语言编辑，并支持这些编辑方式的混合设计在本设计中利用 VHDL 语言进行底层模块的设计，用原理图进行上层模块的设计该软件具有门级仿真功能，可以进行功能和时序仿真，并且支持目标程序外部接入的 IRIG-B 编码信号是用 RS485 电平传输的差分信号，需变换为 TTL 信号，转换芯片为 AD 公司的ADM2483，该芯片是带隔离的增强型 RS485 收发器，有失效保护、短路电流限制、热关断和恢复等功能外接的 5 MHz 信号来源于 5 MHz 的有源晶振硬件框图如图 2 所示 3 IRIG-B 码解码模块的软件设计3．1 IRIG-B 码原理IRIG(Inter Range Instrumentation Group)码是美国靶场司令委员会制定的一种时间标准，共有 4 种并行二进制时间码格式和 6 种串行二进制时间码格式。

其中最常用的是 IRIG-B 时间码格式 B 码可以分为直流(DC)码和交流(AC)码，交流码是 1 kHz 的正弦波载频对直流码进行幅度调制后形成的；直流码采用脉宽编码方式每秒 1 帧，含 100 个码元，每个码元宽度为 10ms码元有 3 种，位置标识符的脉宽是 8ms(位置标识 P0～P9 和参考标志 Pr)，二进制“1”和“0”的脉宽分别为 5 ms 和 2ms每帧从参考标志 Pr 开始，也就是连续两个 8 ms 脉冲中的第 2 个 8 ms 脉冲的前沿开始，分别为 Pr，第0，1，… ，99 码元在 Pr 和 P5 之间是 BCD 字段，传送的是 BCD 码格式的时间信息(包含秒、分、时、天 4 种信息)，低位在前，高位在后；个位在前十位在后在 P5 和 P8 之间是 CF 字段，实现控制功能，可根据实际使用时的协议制定使用方法，在这里没有用到该字段在 P5 和 P8 之间是 SBS 字段，是用二进制表示的以秒 (s)为单位的时间信息IRIG-B 码的格式如图 3 所示3．2 IRIG-B 码解码方案IRIC-B 码解码器的功能框图如图 4 所示 1)分频电路本模块的功能是将 5 MHz 的时钟信号进行分频处理，输出 1 000 Hz 和 9 600 Hz 的信号，为码元检测和识别单元、码元记录单元和异步申行发送单元提供时间基准。

为了减少计数器的位数进行了多次分频2)码元检测和识别单元首先对 B 码信号进行串并转换用 10 个 D 触发器串联，用 1 000Hz 的时钟信号作为它们的时钟，这样只有在 1 000 Hz 的时钟信号的上升沿来的时候才对输入的数据进行输出，其他时候处于保持原来输出不变串行触发器的输出分别连到 10 个并行 D 触发器，由 IRIG-B 码的上升沿来控制并行 D 触发器的输出 Q9～Q0 当并行D 触发器的输出“Q9Q8Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0”为“0011111111”时，对应的码元信息为标识位；同理，“0000011111”对应码元“1”，而“0000000011”对应码元 “0”码元检测原理框图如图 5 所示3)秒同步脉冲的产生根据码元识别结果，如果连续检测到两个标识位，则第 2 个标识位就是参考标志 Pr，其前沿为秒同步脉冲的起始点而参考标志 Pr 后第 1 个上升沿对应的是秒同步脉冲经过延时 10ms 的时刻，所以应该在参考标志 Pr 后第 1 个上升沿对应时刻再延时 990ms 来产生秒同步脉冲信号，在产生秒脉冲的同时把记录码元位置信息的计数器 A 清零4)码元记录单元码元记录单元根据码元识别结果和码元位置来组合产生时间信息，包括 7 位秒信息、7 位分信息和 6位时信息。

5)信息处理因为当前解出的时间是上一秒的时间信息信息处理单元要将解码后的时间加上 1 s，同时为便于后续时间信息的传输和处理，要将时间信息转换成 BCD 码格式6)异步串行发送异步串行发送模块就是把经过处理后的时间信息通过异步串口发送出去，速率是 9 600 bit／s，8 位数据位，无校验位，1 位停止位4 结束语IRIC-B 码对时有利于简化回路设计，并且能够可靠地提供精确的时间信息，必将在电力系统中得到日益广泛的应用传统的 IRIG-B 码解码器大多采用单片机来实现，器件较多，结构复杂，在受到外界干扰的情况下还可能出现死机等故障而采用 CPLD 设计的解码器可以大大减少器件的数量、增加解码器的稳定性和应用的灵活性根据本方案设计出的解码器模块适用于各种电压等级的保护装置，性能可靠稳定，时间信息准确、对时脉冲精度高(误差为几 μs)校时精度：IRIG-B（AC）调制信号接口载波频率：1kHz；信号幅值峰-峰值：高：3～12V 可调，低：符合 3：1 调制比要求；输出阻抗：600 欧姆，变压器隔离输出同步准确度：≤12μSIRIG-B（DC）直流偏置信号接口每秒 1 帧，包含 100 个码元，每个码元 10mS。

脉冲宽度编码，2mS 宽度表示二进制 0、分隔标志或未编码位，5mS 宽度表示二进制 1，8mS 宽度表示整100mS 基准标志秒准时沿：连续两个 8mS 宽度基准标志脉冲的第二个脉冲的前沿，上升沿帧结构：起始标志、秒（个位）、分隔标志、秒（十位）、基准标志、分（个位）、分隔标、分（十位）、基准标志、时（个位）、分隔标志、时（十位）、基准标志、自当年元旦开始的天（个位）、分隔标志、天（十位）、基准标志、天（百位）（前面各数均为 BCD 码）、7 个控制码（在特殊使用场合定义）、自当天 0 时整开始的秒数（为纯二进制整数）、结束标志根据 TEEE Std 1344-1995 规定，在 IRIG-B P50-P58 位增加了年份准时上升沿的时间准确度≤1μS CSPA-2000 中的 CM 控制器校时方案，B 码 连接到每个控制器的 主机和备机上，主机通过 DP 报文，通过 DP-net 下传给每个 DI 模块，在每个整秒时刻（0 毫秒） ，控制器向所有的 DI 模块发送整秒脉冲，所有的 DI模块根据对齐算法，对时间进行校正， “毫秒清 0，秒钟进位或者不变 ”电源线中有冗余的 24V 电源和 GPS 校时线。

DCS 网/PLC 网时间同步  1DCS 网/PLC 网时间同步DCS 网/PLC 网时间同步（GPS 时间服务器，时间同步服务器，网络时间服务器，GPS 时钟服务器、GPS 校时器）以 GPS 信号作为时间源，同时可选北斗卫星、IRIG-B 码(DCLS)、OCXO(高稳恒温晶振)、CDMA、铷原子钟等时间源，内嵌国际流行的 NTP/SNTP 协议，同步网络中的所有计算机、控制器等设备，实现网络授时, 是为网络设备提供精确、标准、安全、可靠的时间同步服务的最佳选择DCS 网/PLC 网时间同步产品已广泛应用于金融、通信、电力、交通、广电、安防、水利、石化、冶金、国防、医疗、教育、政府机关、IT 等领域的校时服务DCS 网/PLC 网时间同步设备的特点：1．模块化结构，NTP/SNTP 端口数量可灵活配置，最多配置 20 路物理隔离的10/100M 网口2．双 CPU 同时工作，32 位 CPU 双核处理器，性能极大提高3．精度高，同步快4．支持单星授时模式，适用于收星效果不佳的情况，有屋顶和贴窗天线可供选择7．自保持能力强，时钟装置收不到卫星信号后，自守时能力优于 7*10-9(0.42μS/min)。

8．装置具有多个物理隔离的相互独立的 10/100M 网口（每个端口具有独立的MAC 地址），多个端口可以灵活的配置使用，可以用在不。