ntp校時器（網絡對時服務器）自動化系統技術應用方案
ntp校時器（網絡對時服務器）自動化系統技術應用方案
京準電子科技提供資料
前言
隨着計算機和網絡通信技術的飛速發展，各行業自動化系統數字化、網絡化的時代已經到來。這一方面爲各控制和信息系統之間的數據交換、分析和應用提供了更好的平臺、另一方面對各種實時和歷史數據時間標籤的準確性也提出了更高的要求、使用價格並不昂貴的GPS時鐘來統一各種系統的時鐘，已是目前各大系統設計中採用的標準做法。如大型的機組分散控制系統(DCS)、輔助系統可編程控制器(PLC)、廠級監控信息系統(SIS)、廠站的管理信息系統(MIS)等的主時鐘通過合適的GPS時鐘信號接口，得到標準的TOD(年月日時分秒)時間，然後按各自的時鐘同步機制，將系統內的從時鐘偏差限定在足夠小的範圍內，從而達到整個系統的時鐘同步。
一、 DCS集散控制系統時鐘同步
1.1 DCS集散控制系統
DCS是分佈式控制系統的英文縮寫（Distributed Control System），在國內自控行業又稱之爲集散控制系統。它是一個由過程控制級和過程監控級組成的以通信網絡爲紐帶的多級計算機系統，綜合了計算機，通信、顯示和控制等4C技術，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活以及組態方便。DCS系統硬件共分三大部分：通信網絡、人系統接口（HSI）、現場控制單元（HCU）；
1.2 DCS系統時鐘同步意義
DCS集散控制系統的時鐘改造前同步信號是由工作站所產生的，由於計算機時鐘都會有秒漂移導致工作站時間基準不夠精確，其他工作站也不例外。因此DCS系統的時間和標準時鍾每月大約會產生6~10分鐘的積累誤差。這些誤差會造成系統報警、SOE順序事故記錄、趨勢記錄等不能正確記錄事件發生的正確時間。要採用人工定期校準DCS系統時間座標的方式來調準時鐘，但頻繁的調整易造成歷史趨勢記錄錯誤、歸檔數據丟失等故障，使工作站歷史紀錄功能紊亂。也由於建廠初期引進了不同廠家的自動化裝置、微機保護裝置、故障錄波裝置、電能量計費系統、計算機監控系統、DCS系統、以及輸煤、除灰等控制裝置。各種裝置大多數採用各自獨立的時鐘，而各時鐘都有一定的偏差。各系統不能在統一時間基準的基礎上進行數據分析，不利於市場化的綜合效益分析。各種對時裝置同時存在不利於現場運行維護。DCS一體化改造時若各系統實施統一的GPS對時方案，可實現對整個系統在GPS時間基準下的運行監控和故障分析。
二、GPS時鐘及信號輸出
2.1 GPS時鐘
全球定位系統(Global Positioning System，GPS)由一組美國國防部在1978年開始陸續發射的衛星所組成，共有24顆衛星運行在6個地心軌道平面內，根據時間和地點，地球上可見的衛星數量一直在4顆至11顆之間變化。GPS時鐘是一種接受GPS衛星發射的低功率無線電信號，通過計算得出GPS時間的接受裝置。爲獲得準確的GPS時間，GPS時鐘必須先接受到至少4顆GPS衛星的信號，計算出自己所在的三維位置。在已經得出具體位置後，GPS時鐘只要接受到1顆GPS衛星信號就能保證時鐘的走時準確性。作爲DCS系統的時鐘標準，我們對GPS時鐘的基本要求是：至少能同時跟蹤8顆衛星，有儘可能短的冷、熱啓動時間，有高精度、可靈活配置的時鐘輸出信號。
2.2 GPS時鐘信號輸出
目前，DCS系統用到的GPS時鐘輸出信號主要有以下四種類型：
2.2.1 1PPS/1PPM輸出
此格式時間信號每秒或每分時輸出一個脈衝。顯然，時鐘脈衝輸出不含具體時間信息。
2.2.2 IRIG-B輸出
IRIG(美國the Inter-Range Instrumentation Group)共有A、B、D、E、G、H幾種編碼標準(IRIG Standard 200-98)。其中在時鐘同步應用中使用最多的是IRIG-B編碼，有bc電平偏移(DC碼)、1kHz正弦載波調幅(AC碼)等格式。IRIG-B信號每秒輸出一幀(1fps)，每幀長爲一秒。一幀共有100個碼元(100pps)，每個碼元寬10ms，由不同正脈衝寬度的碼元來代表二進制0、1和位置標誌位§，見圖1.2.2-1。
2.2.3 RS-232/RS-422/RS-485輸出
此時鐘輸出通過EIA標準串行接口發送一串以ASCII碼錶示的日期和時間報文，每秒輸出一次。時間報文中可插入奇偶校驗、時鐘狀態、診斷信息等。此輸出目前無標準格式，下圖爲一個用17個字節發送標準時間的實例：
2.2.4 NTP網絡對時輸出
NTP 協議全稱網絡時間協議（Network Time Procotol）它的目的是在國際互聯網上傳遞統一、標準的時間。具體的實現方案是在網絡上指定個時鐘源設備，爲網絡中的計算機提供授時服務，通過這個時鐘源產品可以使網絡中的衆多電腦和網絡設備都保持時間同步，其精度高達毫秒級。
通過上面的介紹我們瞭解了DCS系統和GPS時鐘裝置，下面結合DCS現場實例來分析；
三、DCS系統現場時鐘同步應用分析
3.1 DCS系統現場
DCS系統內有衆多需與GPS時鐘同步的系統或裝置，如DCS、PLC、NCS、SIS、MIS、RTU、故障錄波器、微機保護裝置等。由於現場設備的複製性，GPS時鐘一般可配置不同數量、模塊化輸出形式，這樣可爲後期的維護和再增需求留有餘地。
結束語
5.1 目前各控制系統已不再是各自獨立的信息孤島，大量的實時數據需在不同地方打上時戳，然後送至SIS、MIS，用於各種應用中。因此，在設計中應仔細考慮各種系統的時鐘同步方案。
5.2 在DCS設計中不僅要注意瞭解系統主、從時鐘的絕對對時精度，更應重視時鐘之間的相對誤差。因爲如要將SOE點分散設計的同時又不過分降低事件分辨率，其關鍵就在於各時鐘的偏差應儘可能小。