GPS同步时钟在工厂的应用说明

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发表时间:2020-10-27 10:07作者:同步天下来源:原创

本文基于GPS同步时钟在多个不同行业性质的厂家应用案例分析,对GPS同步时钟在工厂应用做了一个系统的阐述,主要对GPS同步时钟在工厂应用中的系统构架,GPS同步时钟在工厂使用需要考虑的因素做了一个简单的说明。本文主要是为工厂的用户提供一个在对GPS同步时钟选择时的参考,方便更快的了解工厂时间同步统一系统。

1、GPS同步时钟在工厂的应用选择

GPS同步时钟是工厂用户在对时间同步统一系统选择时一个相对习惯性的名词说法,在实际功能实现中指的是一个有完整参考源和输出信号的时间统一设备。工厂对GPS同步时钟的使用,最早是以美国卫星GPS导航作为授时的时钟源基准,现如今因为我国北斗导航卫星系统的健全,以及国际形势的影响,大多数工厂在对GPS同步时钟选择时,现在以北斗授时卫星信号为主,选择北斗GPS双模授时信号作为工厂内时间同步统一系统的时间源。

工厂对时间同步统一的授时需要具有多样性,这个主要是源于不同工厂性质的原因,目前大多数工厂已经启用网络智能化管理设备系统,选择时间同步统一方式时优先考虑NTP网络协议授时的同步时钟设备。NTP(Network Time Protocol)是由时间协议、ICMP时间戳消息及IP时间戳选项发展而来。NTP用于将计算机客户或服务器的时间同步到另一服务器或参考时钟源。它使用UTC作为时间标准,是基于无连接的IP协议和UDP协议的应用层协议,使用层次式时间分布模型,所能取得的准确度依赖于本地时钟硬件的精确度和对设备及进程延迟的严格控制。除了可以估算封包在网络上的往返延迟外,还可独立地估算计算机时钟偏差,从而实现在网络上的高精准度计算机校时,它是设计用来在Internet上使不同的机器能维持相同时间的一种通讯协定。

网络时间协议(NTP)的以合适的算法以增强时钟的准确性,并且减轻多个由于同步源而产生的差错,实现了准确性低于毫秒的时间服务,以满足目前因特网中路径量测的需要。通常让局域网上的若干台主机通过因特网与其他的NTP主机同步时钟,接着再向局域网内其他客户端提供时间同步服务。

工厂采用NTP协议作为授时方式主要应用于网络电子化设备,计算机,监控摄像机等智能化网络设备进行时间统一,主要采用局域网,专网,广域网等同步方式,实现多网段,多层网络之间的交换时间同步统一工作。

对于工厂的网络时间同步,有部门厂子成立了专门的组网系统,完成一个高精度的时间同步,这里一般采用PTP高精度网络时间协议,完成工厂内的高精度授时服务,需要注意的是工厂内应用PTP授时的设别必须支持PTP高精度网络时间协议。PTP(Precision Time Protocol)是一种对标准以太网终端设备进行时间和频率同步的协议,也称为IEEE 1588,简称为1588。1588分为1588v1和1588v2两个版本,1588v1只能达到亚毫秒级的时间同步精度,而1588v2可以达到亚微秒级同步精度。1588v2被定义为时间同步的协议,最初只是用于设备之间的高精度时间同步,随着技术的发展,1588v2也具备频率同步的功能

理论上任何PTP时钟都能实现主时钟和从时钟的功能,但一个PTP通信子网内只能有一个主时钟。整个系统中的最优时钟为最高级时钟GMC(Grandmaster Clock),有着最好的稳定性、精确性、确定性等。根据各节点上时钟的精度和级别以及UTC(通用协调时间)的可追溯性等特性,由最佳主时钟算法(Best Master Clock)来自动选择各子网内的主时钟;在只有一个子网的系统中,主时钟就是最高级时钟GMC。每个系统只有一个GMC,且每个子网内只有一个主时钟,从时钟与主时钟保持同步。

2、GPS同步时钟使用注意事项

GPS同步时钟在工厂中使用中,主要配置设备有GPS卫星天线,GPS同步时钟主机,部分厂家配有可以与GPS同步时钟链接的电子时钟设备。整个 GPS同步时钟设备首先要考虑放置环境,天线需要架设在室外空旷的地方,工厂一般架设在楼顶,避免长期使用中天气等环境因素对卫星强度造成太大的影响。


GPS同步时钟主机正常情况下都是架设在工厂机房内部,满足正常的电子设备使用环境,同时前端在引入卫星信号后,授时端可以直接接入工厂内部的核心专网,对网络内的各种设备进行时间同步统一的功能。

GPS时间同步系统同时接收北斗和GPS的卫星信号,在时间源的选择上做相互的冗余备份,以满足网络时间服务节点的需要,同时,从根本上消除使用GPS所面临的安全隐患,提高系统的稳定性和准确性。网络接入采用物理隔离方式,在需要严格物理隔离的各专业平台,配置独立的信息时间同步系统接口为各个专业平台单独授时。

在基于一些大型工厂复杂的授时环境,由于各合并单元的数据处理延时不同,需要精确测量各合并单元的延时,并根据测量结果设置时延参数,否则延时测量误差及参数整定错误将造成电压、电流之间失去同步性。因此我们引入扩展装置,即同步时钟扩展装置,是基于全站同步时钟扩展装置的同步。我们引入同步时钟扩展装置对大型场合的同步方法,使得其在传统的时钟同步基础上不依赖于GPS 的绝对时间,而可以采用以站内同步时钟系统作为同步信号源,从而巧妙地利用了站内原有的同步时钟信号,不再受环境和场地的限制。

3、小结

GPS同步时钟在工厂的应用说明,主要是针对近期大量工厂咨询和使用的案例,对客户在方案定型中和后期实际应用中的一些情况作了简单的说明,对于工厂的客户在时间同步统一选择这一块做了一个简单的指导。

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