NTP时钟系统在电厂应用

电厂计算机监控设备，在线状态检测装置、电能采集装置等自动化控制设备都需要在统一的时间基准上面工作，否则会出现各种故障，并且出现故障后很难分析故障原因，因此必须采用ntp时钟系统为全厂提供时间同步服务。

1、NTP对时需求

计算机的内部时钟一般采用廉价的振荡电路或石英钟为基础，每天的误差可达数秒，经过一段时间的累积就会出现较大的误差。各装置或系统时间不统一，将影响电厂事故分析与判断，对电力系统稳定运行产生较大的影响。

传统的对时方式是通过串口方式，这种对时方式需要专门布线，而且不同厂家的产品对时规约和接口有差异，造成对时不准确、不统一。NTP对时方式可以有效利用现有的网络，无需额外布线就能实现水电厂计算机监控系统的可靠对时，对时方便，准确度高。

NTP是一种维持相同时间的一种通讯协定，用来在Internet上使不同的机器能维持相同时间。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的时钟偏差，从而实现在网络上的高精准度计算机校时。

2、NTP协议原理

NTP的传输模型如图1所示。客户机以固定的时间间隔向服务器发出时间请求数据包，数据包中包含请求发出的时间信息，服务器收到请求后发送答复数据包，该数据包包括接收客户机请求数据包的时间，发送答复数据包的时间和客户机发出请求的时间信息，客户机在收到上述包后，记录接收时间，通过四个时间变量即可计算出客户机与服务器时间的偏差量和传递数据包的时间延迟，从而调整自己的系统时钟，达到时间同步的目的。NTP的数据包由48个字节组成，包括NTP头，和4个时间戳，每个时间戳由一个64位无符号浮点数组成，整数部分为前32位，小数部分为后32位，单位为秒，时间是相对于1900年1月零点。它能表示的最大数字为4,294,967,295秒，小数部分具232ps（picosecond，10-12秒）的精度，能满足苛刻的时间要求。这种对数据的过滤处理可以增加偏差的估值准确度，客户机通常要反复调整，达到所需要的精度。

3、NTP工作模式

NTP协议支持三种对时方式，客户/服务器模式，广播模式，对称模式。

客户/服务器模式是指客户周期性地向服务器发送NTP数据包，请求服务器的时间信息，客户根据所收到的NTP数据包的信息，计算两地的时间偏差和网络延迟，客户根据时间偏差调整本地时钟，以达到和服务器同步。

在广播模式下服务器以固定的时间周期向**的广播地址广播自己的时标，在这组地址内的节点侦听广播，并根据收到的时间信息调整自己的时钟，广播模式适合在高速局域网中同步多个客户。

对称模式是指同步的两主机，一方为处于对称主动状态，一方处于对称被动状态，处于主动状态的主机向另一方发送希望同步对方的消息，另一方收到消息，发现对方与自己处于同一级也发出希望同步对方并被对方同步，该机进入对称被动状态，两主机根据对等算法决定同步对方还是被对方同步。

NTP典型的操作方式是客户/服务器模式，客户机和服务器通讯采用UDP协议，端口为123。客户的源端口可以为任意非零值，目的端口为123。NTP采用分层的网络结构，网络中的节点可以为时钟源或客户。每一层上的时钟源或客户可向上一层或本层的时钟源请求时间校正。最高一层为0层，为官方保留。第1层为主时钟源，往下最多不超过15层。

NTP需要几分钟的时间同步到所要求的精度，同步的效果与网络环境有关。图2NTP网络拓扑结构NTP服务器要提供准确时间，首先要有准确的时间来源，时间为国际标准时间UTC。NTP获得UTC的时间来源可以是原子钟、卫星时钟，Internet时间。我们采用北斗卫星或GPS卫星信号为NTP模块提供时间源，也可以原子钟或上级调度授时模式为NTP模块提供时间源。要实现计算机的NTP对时，还需要在计算机上安装NTP软件。

WindowsXP平台有相应的客户端对时软件，只要对软件进行相应的配置，设置NTP服务器的IP地址及请求时间间隔就可以实现对时。NTP在Unix操作系统中的应用程序为xntpd，xntpd可同时用于服务器和客户，xntp可实现NTP的全部功能，可对本地时钟评估。在SUNSolaris中通过编辑ntp.conf文件来**服务器的IP地址，然后启动NTP服务，实现对时。

4、NTP时钟系统在电厂应用

某电厂是第七级电站，装机容量3×60MW，保证出力4.34万kW，为低闸引水式开发。监控系统采用分层分布式体系结构，由厂级主控制层和现地控制单元层组成，主控层由2台主机兼操作员工作站，3台网关计算机组成，现地控制层由6个现地控制单元组成，包括3套机组LCU，1套开关站LCU、1套闸门LCU。

为保证系统的可靠性，采用双以太网结构，通过两套工业级交换机和各LCU内冗余百兆交换机连接。系统配置SYN4505型标准同步时钟一套，时钟配置NTP模块，脉冲模块，串口模块。

主站采用NTP对时方式得到准确的时间，通过广播方式实现网络上各节点的时间同步。现地LCU也采用NTP对时方式，在获得GPS时钟的准确时间后，更新CPU的时间，保证高精度的采集。

5、NTP时钟系统厂家

西安同步电子科技有限公司生产ntp时钟系统相关产品已有近10年，技术实力雄厚，客户广泛分布于全世界各地，目前有几千台NTP时钟系统在正常运行，欢迎各界朋友来我公司参考指导工作，西安同步会一如既往的坚持技术为主，服务周到为公司宗旨。

6、NTP时钟系统的发展前景

随着网络通信技术的不断进步，NTP网络对时方式越来越多的应用于电厂计算机监控系统。实践证明，该方式能有效利用现有的计算机网络，实现高可靠的对时。在一些可靠性要求比较高的场合，可以采用双NTP，一旦一条对时回路出现问题，计算机可以切换到另一NTP对时网络，实现可靠授时。