,代表性的有:
【上海奇微的 IEEE 1588v2 PTPGrand-1000 系列時鐘】
【美國Symmetricom Xli 5000系列】
一. 1588v2 簡介
1588 發展歷程 為解決乙太網 定時同步 能力的不足,計算機和網路業界開發出一種軟體方式的網路時間協定(NTP),以提高各網路設備之間的定時同步能力。後續NTP版本的同步準確度可以達到μs 級,但是仍然不能滿足測量儀器和工業控制所需的準確度。為了解決測量和控制套用的分布網路定時 同步的需要, IEEE1588標準誕生。
IEEE1588協定的全稱是“網路測量和控制系統的精密時鐘同步協定標準”,是通用的提升網路系統定時同步能力的規範,使分散式通信網路能夠具有嚴格的定時同步,並且套用於工業自動化系統。基本構思是通過硬體和軟體將網路設備(客戶機)的內時鐘與主控機的主時鐘實現同步,提供同步建立時間小於10μs的運用,與未執行IEEE1588協定的乙太網延遲時間1,000μs相比,整個網路的定時同步指標有顯著的改善。
IEEE1588的特點:
1. 早期的網路時間協定(NTP)只有軟體,而IEEE1588既使用軟體,亦同時使用硬體和軟體配合,獲得更精確的定時同步;
2. GPIB匯流排沒有同步時鐘傳送,依靠並行電纜和限制電纜長度(每器件距離)不超過5m來保證延遲小於30μs;
3. GPIB的數據線與控制線是分開的,VXI和PXI兩種匯流排分別在VME和PCI計算機匯流排上擴展,都要增加時鐘線。IEEE1588無需額外的時鐘線,仍然使用原來乙太網的數據線傳送時鐘信號,使組網連線簡化和降低成本
4. IEEE1588採用時間分布機制和時間調度概念,客戶機可使用普通振盪器,通過軟體調度與主控機的主時鐘保持同步,過程簡單可靠,節約大量時鐘電纜
IEEE1588協定目前已發展到v2版本。1588v2對v1進行了完善,提高了同步的精度;引入透明時鐘TC模式,包括E2E透明時鐘和P2P透明時鐘,計算中間網路設備引入的駐留時間,從而實現主從間精確時間同步,並新增連線埠間延時測量機制等,通過非對稱校正減少了大型網路拓撲中的積聚錯誤
1588v2時鐘 實現原理與思想
IEEE 1588v2作為一種主從同步系統,在系統的同步過程中,主時鐘周期性發布PTP時間同步協定及時間信息,從時鐘連線埠接收主時鐘連線埠發來的時間戳信息,系統據此計算出主從線路時間延遲及主從時間差,並利用該時間差調整本地時間,使從設備時間保持與主設備時間一致的頻率與相位。IEEE1588可以同時實現頻率同步和時間同步,時間傳遞的精度保證主要依賴於兩個條件計數器頻率準確和鏈路的對稱性。
二.授時技術對比
傳統的地面時間同步鏈路是採用NTP(Network Time Protocol)傳送方式實現,目前已發展到v4版本,SNTP為NTP的簡化版,標準為RFC 2030(SNTPv4)。該協定最大的缺點只能滿足ms級別的時間傳遞精度,這對於高精度時間同步所需ns級 時間精度是遠遠不夠的。
而採用單向信道的GPS時間同步系統,雖然同步信號的獲得穩定可靠,精度高,但價格高(設備、安裝、維護成本)、施工難度大(基站放在地下室)、失效率也高,同時存在政治和安全風險。
與傳統授時技術相比,IEEE1588v2有著明顯的優勢。其採用雙向信道,精度為ns級,費用低,能適應不同的接入環境等等。在對精度不斷要求提高的行業背景下,1588已成為一種發展的必然趨勢。
GPS | NTP | 北斗 | 原子鐘 | IEEE1588V2 | |
典型授時精度 | 20ns | 10ms | 100ns | 10ns | 100ns |
需要衛星覆蓋 | 需要 | 不需要 | 需要 | 不需要 | 不需要 |
鎖定時間 | 40s | 30ns | 60s | 60ns | |
綜合成本 | 中 | 低 | 高 | 高 | 低 |
支持乙太網連線埠 | 不支持 | 支持 | 不支持 | 不支持 | 支持 |
可控性 | 低 | 高 | 中 | 高 | 高 |
安全性 | 低 | 低 | 高 | 高 | 中 |
可靠性 | 中 | 高 | 中 | 高 | 高 |
三.1588v2時鐘電力行業使用案例
電力系統對統一時間的要求愈來愈迫切,高精度、高可靠的時間同步網已經成為現代化電力系統穩定運行的重要基礎。
1.套用需求
現有電力系統大都是通過在變電站等機房內部配置GPS衛星接收機的方式來獲得時間信息。其不具備各分散GPS接收機的網管能力,因此由於時間同步不良而可能導致的各種問題無法預防,且GPS接收機廣泛使用,各站點不能共享,資源浪費嚴重;GPS信號一旦發生故障,則守時性能低,同步質量下降。
只有具備了統一精確的時間源,才可以更好的實現各系統的運行監控和故障分析,可以通過各種電力系統自動化控制設備的開關動作、調整的先後順序及準確時間來分析事故的原因及過程。
1588v2時鐘產品無疑成為首選!
2.套用場景
電力行業迅速發展,與其相關的自動化產品亦不斷增長,在電力系統的許多領域,諸如時間順序記錄、繼電保護、故障測距、電能計費、實時信息採集等等都需要有一個統一的、高精度的時間基準。如“線路行波故障測距裝置”、“雷電定位系統”等時間同步精度需要達到μs級的要求;“變電站監控系統”、“配電網自動化系統”等自動化控制和監測類設備時間同步精度需要達到ms級的要求。 1588技術可廣泛套用於電力設備。
電力系統常用設備或系統 | 時間同步精度要求 | 推薦使用的時間和同步信號 |
線路行波故障測距裝置 | 優於1 us | IRIG-B或1PPS+串口對時報文 |
同步向量測量裝置 | 優於1 us | IRIG-B或1PPS+串口對時報文 |
雷電定位系統 | 優於1 us | IRIG-B或1PPS+串口對時報文 |
故障錄波器 | 優於1 ms | IRIG-B或1PPS/1PPM+串口對時報文 |
事件順序記錄裝置 | 優於1 ms | IRIG-B或1PPS/1PPM+串口對時報文 |
微機保護裝置 | 優於10 ms | IRIG-B或1PPS/1PPM+串口對時報文 |
安全自動裝置 | 優於10 ms | IRIG-B或1PPS/1PPM+串口對時報文 |
電能量採集裝置 | 優於1 s | 網路對時NTP或串口對時報文 |
負荷/用電監控終端裝置 | 優於1 s | 網路對時NTP或串口對時報文 |
負電荷監控、用電管理系統主站 | 優於1 s | 網路對時NTP或串口對時報文 |
電子掛鍾 | 優於1 s | 網路對時NTP或串口對時報文 |
調度生產和企業管理系統 | 優於1 s | 網路對時NTP或串口對時報文 |
配電網自動化/管理系統主站 | 優於1 s | 網路對時NTP或串口對時報文 |
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