GPS卫星授时钟在电厂对时方案

GPS卫星授时钟是一种接受GPS卫星发射的低功率无线电信号，通过计算得出GPS时间的GPS卫星钟，GPS卫星授时钟可同时接收GPS、北斗卫星导航系并提供各种时间同步信号，用于实现电厂内计算机监控系统、保护装置、故障录波器、事件顺序记录装置、安全自动装置、功角测量装置、线路故障行波测距装置、雷电定位装置以及能量管理系统、用电负荷管理系统、通信网监控系统、电能量记费系统、电网频率按秒考核系统、信息管理系统MIS、DCS等系统具有统一的时间基准。

1、GPS卫星授时钟组成

GPS卫星授时钟主要由CPU模块、接收模块、电源模块和输出接口模块组成。具体典型拓谱结构，主时钟A和主时钟B都可接收GPS或北斗发出时间信号和同步信号，同时主时钟A和主时钟B通过IRIG-B码互为冗余。

gps卫星授时钟框图

2、GPS授时钟信号输出

1)1PPS/1PPM输出,此格式时间信号每秒或每分时输出一个脉冲，显然时钟脉冲输出不含具体时间信息。

2)IRIG-B输出,IRIG(美国theInter-RangeInstrumentationGroup)共有A、B、D、E、G、H几种编码标准(IRIGStandard200-98)。其中在时钟同步应用中使用最多的是IRIG-B编码，有bc电平偏移(DC码)、1kHz正弦载波调幅(AC码)等格式。IRIG-B信号每秒输出一帧(1fps)，每帧长为一秒。一帧共有100个码元(100pps)，每个码元宽10ms，由不同正脉冲宽度的码元来代表二进制0、1和位置标志位(P)。

3)RS-232/RS-422/RS-485输出,此时钟输出通过EIA标准串行接口发送一串以ASCII码表示的日期和时间报文，每秒输出一次。时间报文中可插入奇偶校验、时钟状态、诊断信息等。

4)NTP网络对时输出,NTP协议全称网络时间协议（NetworkTimeProcotol）它的目的是在国际互联网上传递统一、标准的时间。具体的实现方案是在网络上**个时钟源设备，为网络中的计算机提供授时服务，通过这个时钟源产品可以使网络中的众多电脑和网络设备都保持时间同步，其精度高达毫秒级。

4、电厂采用GPS卫星钟意义

随着计算机及网络通信技术的高速发展，电力自动化、智能化、数字化、网络化的提高。给控制系统和信息系统之间的数据交换、分析、应用提供了更好的平台同。计算机监控系统、微机保护装置、微机故障录波装置以及各种控制系统，如DEH系统、DCS系统、烟气净化系统已在城市生活垃圾发电厂自动化控制中得到了广泛的应用。但不同厂家的设备系统多数采用各自独立的时钟，而各时钟都有一定的偏差。那么如何做到统一时钟使电力系统长期安全运行、提高生产效率变得势在必行。而采用GPS授时钟来确保各系统之间的同步与有序协调工作是最为有效果的措施方案。

5、发电厂GPS卫星钟应用解决方案

项目概述：广东某城市生活垃圾焚烧发电二厂工程建设规模为日处理生活垃圾2250吨，配置3台750T/D的焚烧炉及余热锅炉，2台25MW凝汽式汽轮发电机组，余热锅炉和汽轮发电机组采用中温中压，汽机间单独设置冷凝旁路。焚烧炉采用的国际先进的四段阶梯式机械炉排炉；烟气净化处理系统采用国际先进的“半干法”技术；汽轮发电机组设备采用东方汽轮机；全厂DCS采用ABB公司的AC800F系统，其它分系统西门子PLC300/400产品。

6、GPS授时钟接线介绍

GPS授时钟与各设备间通过“硬接线”方式进行同步。DCS最小站点（IP地址最小的）时钟接受GPS时钟R232串口输出的标准时间编码。如在接受端是RS-232输出的ASCII码字节，GPS主时钟必须输出同样格式的字节信号GPS主时钟输出接口一般都提供编程接口，电厂相关控制系统只要提出相应的标准接口便可。

该工程主要接口是RS323与RS485接口，DCS系统采用RS232接口；DEH系统接采用RS485接口；电气保护接口是RS485接口；升压站通过RS485接口连接。至于其它分系统（如:SOE事故分析系统、烟气脱酸系统、烟气脱硝系统、除尘系统、垃圾吊系统、吹灰系统等）是以DP通讯方式连接到DCS系统，所以可以通过DCS系统获得标准的时标。

同时还为以后全厂SIS、MIS系统等预留有相应的标准接口。下面主要以DCS系统为例，着重介绍一下DCS系统对时系统解决方案。该项目是用采用ABB公司AC800F系统，软件版本V9.1。GPS卫星授时钟采用西安同步电子科技有限公司生产的GPS卫星钟和GPS授时钟，鉴于AC800F系统本身内部具备时间同步功能，DCS系统内部IP地址最小控制器为时间服务器，其它设备包括操作员站、工程师站都是从时间服务器获得时间同步。IP地址最小控制器的时间由RS232串口获取。所以只要从GPS授时钟接一路RS232信号到最小控制便可实现整个DCS系统时间同步目的。

7、GPS卫星钟RS232接口定义

GPS卫星钟RS232输出串口插座为标准的DB9针插座，各针脚作用如下所述。（1）DCD载波检测；（2）RXD接收数据；（3）TXD发送数据；（4）DTR数据终端准备好；（5）SG信号地；（6）DSR数据准备好；（7）RTS请求发送；（8）CTS清除发送；（9）RI振铃提示。由于同步对时系统接口信息相对简单，而且对于DCS系统来说，只需接收GPS时钟信息即可，只需接2RXD接收数据与5SG信号地便可。同时按DCS系统要求把RS232串口通信参数设置为：波特率-9600，数据位-8，停止位-1，校验位-无，握手信号-无。

ABB800F系统对RS232串口输出协议编码格式尤为严格，必须采用串口通信协议为ASCII码字符格式，且数据长度共18个字节。01数据头STX（02），02状态标（标准时间为C，夏令时间为E，可设置选择），03星期数（16进制9～F，对应星期一～星期日），04小时的十位，05小时个位，06分钟的十位，07分钟个位，08秒数十位，09秒数个位，10日十位，11日个位，12月的十位，13月的个位，14年的十位，15年个位，16换行符换行符LF（10），17回车符CR(13)，18数据尾。格式如：2013年05月13日14时25分56秒的格式为#CB142556130513013。如果装置串口输出的信息没有、信息格式不正确、失步状态时信息格式不完整或串口通信没有建立等原因，都会造成AC800F控制器无法接受到GPS时钟信号命令。当时控制器无法接受到RS232串GPS时钟信息时，也不必担心，DCS系统就会保持内部实时时钟状态。

当DCS系统最小控制器变为时钟服务器时，其内部的系统变量Radio－ClkAv也变为True，在电脑IE浏览页输入:http://172.16.1.1，可看到TimeSyncstatus:ActiveServer:#7(172.16.1.50)withGatewayServer，说明时钟服务器已激活。

只有RS232串口同步信息完全符合上述编码格式（具体编码内容可以通过PC电脑系统自带的超级终端读出，设置波特率-9600，数据位-8，停止位-1，校验位-无，握手信号-无），最小IP地址控制器上电后就会自动从GPS授时钟获取精准备时钟指令。而DCS系统中的其他控制器上电后，自动与该时钟服务器保持时间同步，那么如何判段是否实现了同步，除了查看同步装置各指示灯外，就目测DCS系统时间与GPS卫星钟是否完全一致。可以起先拔出串口，把DCS系统时钟设置与GPS卫星钟完全不一样。用以更明显判断结果。如果最小控制器接上RS232后与GPS完全一致，那么恭喜你，时间同步成功。

8、GPS卫星钟应用总结

随着GPS卫星钟必将在发电厂广泛应用，可有效减少维护和检修的工作量，为发电厂的安全生产管理提供强有力的技术保障。西安同步电子科技有限公司研发生产的GPS卫星钟在国内多家电厂长期稳定运行，为我国电力系统长期安全运行、提高生产效率提供了有力的支持。