CN103516507A - 基于dlptp时钟同步的用电信息采集系统对时方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力用电信息采集系统时间同步方法，属于电力用电信息采集技术。本发明所描述的方法是在电力系统传输规约的基础上自定义DLPTP协议，把系统内所有主站，所有采集终端以及电能表的时间调整为同一标准时间，保证系统内所有设备时钟的一致性；该方法采用GPS对主站时间进行校准，以主站为基准，采用DLPTP协议先对采集终端进行对时，再使用DLPTP协议调整电能表设备的方法，逐步实现系统时钟的同步。该发明有效地解决了电力用电信息采集系统内主站、采集终端、电能表时钟准确性的问题，从而保证了系统内采集数据的准确性。

Description

基于DLPTP时钟同步的用电信息采集系统对时方法

技术领域

本发明涉及电力用电信息采集系统中所有设备的对时方法，属于电力用电信息采集技术。

背景技术

目前电力用电信息采集系统时钟的同步，多数使用的方式是主站对采集终端对时、采集终端每天定时对电能表进行对时的两级对时方法。但是，如果主站与采集终端的通信因传输延时，或者因采集终端自身的故障，都会使电能表的时钟出现较大的误差。目前有些改进措施是，在对时的过程中，加入信道传输延时的补偿，即对时前控制台和对时对象进行一次（或数次）通信，将返回延时的一半作为命令下发的传输延时，在下发对时命令时，当前时钟加上传输延时作为下发命令中的时钟。然而，由于信道存在不稳定性，前几次通信的延时并不代表真正对时命令的延时，有可能出现真正下发的对时命令传输延时超过正常延时数倍的情况，因此，依然存在一定的出现不可预知的对时误差的风险。由于电能表需要对电量等计费数据进行计量，尤其是有些省份实现了阶梯电价，这就对电能表的时钟的精确度要求更高，电力系统要求每日的时钟计时误差不超过1秒。

对于网络时间同步技术，主要采用PTP协议或NTP协议，其协议比较完整地定义了时间同步过程中使用的结构和算法，该协议使用方便，实用性强，值得推广应用，电力系统因通信信道较复杂，无法完全实现PTP协议或者NTP协议。

发明内容

本发明是针对现有技术的不足，为解决电力用电信息采集系统内的设备时钟不一致问题，而提出的一种对时方法。

本发明的技术方案如下：

一种基于DLPTP时钟同步的用电信息采集系统对时方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、主站、采集终端以及电能表采用树形拓扑结构图组建系统；

b、通过GPS对主站进行时钟校准；

c、定义DLPTP协议，包括主站与采集终端间的通信协议和主站与电能表间的通信协议，对主站下采集终端和电能表进行时钟同步；

d、主站每日定时对采集终端巡测一次时钟，对时钟偏差大于终端时钟误差阈值的采集终端进行DLPTP协议的时钟同步；

e、采集终端定时采集电能表的时钟，将采集终端时钟与电能表时钟进行比较，如果时钟偏差大于电能表时钟误差阈值，采集终端生成事件告警，通知主站；

f、主站根据告警事件，对对应的电能表进行时钟的同步；

g、主站对电能表进行同步时，将同步报文下发给采集终端，采集终端不对同步报文做任何处理，直接透明转发给电能表。

步骤d中，

d1、主站每日定时巡测终端时钟，对时钟误差超过设定阈值的终端进行时钟的同步，采用DLPTP协议，进行多次计算得出时钟误差，对采集终端进行时钟调整；主站将符合DLPTP协议、带有时间标签t1的同步报文，发送给采集终端，采集终端将自身时间修正为t1，主站与采集终端之间的时间差即为网络延时；

d2、主站发送带有时间标签t3的报文给采集终端，采集终端收到报文后，记录此时的时间记为t4；

d3、采集终端在t5时刻返回一帧相应报文给主站，主站接收到报文后，记录此时的时间记为t6，同时发送一帧带时间t6的时间报文给采集终端；

d4、采集终端得到网络之间的延时为：（（t6-t3）-（t5-t4））/2；

d5、采集终端根据网络延时对自身时间进行同步调整。

本发明所达到的有益效果：

本发明的方法是在电力系统传输规约的基础上自定义DLPTP协议，把系统内所有主站、采集终端以及电能表的时间调整为同一标准时间，保证系统内所有设备时钟的一致性；该方法采用GPS对主站时间进行校准，以主站为基准，采用DLPTP协议先对采集终端进行对时，再使用DLPTP协议调整电能表设备的方法，逐步实现系统时钟的同步。该发明有效地解决了电力用电信息采集系统内主站、采集终端、电能表时钟准确性的问题，从而保证了系统内采集数据的准确性。

附图说明

图1为所述方法流程图；

图2、图3为DLPTP时钟同步方法释义图；

图4为所述方法应用的系统连接框图。

具体实施方式

下面结合实例对本发明做详细的说明：

本发明自定义了DLPTP协议，DLPTP协议分为主站与采集终端通信协议、主站与电能表通信协议。

DLPTP协议中，主站与采集终端通信协议格式如下：

起始字符（68H）（1byte）
	长度L（2byte）
长度L（2byte）
	起始字符（68H）（1byte）
控制域C
	地址域A
链路用户数据
	时间标签
校验和CS
	结束字符（16H）

起始字符，固定以68H开头，长度是控制域、地址域、链路用户数据（应用层）的字节总数；

控制码C，定义如下：

地址域A，定义如下：

地址域	数据格式	字节数
			行政区划码A1	BCD	2
终端地址A2	BIN	2
			主站地址和终端组地址标识A3	BIN	1

链路用户数据，格式定义如下：

应用层功能码AFN
	帧序列域SEQ
数据单元标识1
	数据单元1
……
	数据单元标识n
数据单元n
	附加信息域AUX

时间标签，格式定义如下：

时间标签	数据格式	字节数
			年月日时分秒十分之一秒	BCD	7

校验和CS，帧校验和是用户数据区所有字节的八位位组算术和，不考虑溢出位。用户数据区包括控制域、地址域、链路用户数据3部分；结束字符16H标识一帧信息的结束。

DLPTP协议中，主站与电能表通信协议格式如下：

帧起始符68H，标识一帧信息的开始；

地址域A0～A5，地址域由6个字节构成，每字节2位BCD码，地址长度可达12位十进制数。每块电能表具有唯一的通信地址，且与物理层信道无关。当使用的地址码长度不足6字节时，高位用“0”补足6字节，地址域传输时低字节在前，高字节在后；

控制码C，包括了传输方向以及功能码；

控制码C，D8位为上下行传输方向，低5位为功能码；

数据域长度L，L为数据域的字节数；

数据域DATA，数据域包括数据标识、密码、操作者代码、数据、帧序号等，其结构随控制码的功能而改变。传输时发送方按字节进行加33H处理，接收方按字节进行减33H处理。

时间标签Tp，格式为年月日时分秒十分之一秒，7个字节，时间精确到十分之一秒；

校验码CS，从第一个帧起始符开始到校验码之前的所有各字节的模256的和，即各字节二进制算术和，不计超过256的溢出值；

结束字符16H，标识一帧信息的结束。

如图1所示，本发明的对时方法包括以下步骤：

a、主站、采集终端以及电能表采用树形拓扑结构图组建系统，如图4所示；

b、系统使用GPS接收国际标准时间，将该标准时间传送到主站，使主站的时间调整为国际标准时间；

c、主站每日定时巡测终端时钟，对时钟误差超过设定阈值的终端进行时钟的同步，采用自定义的DLPTP协议算法，进行多次计算得出时钟误差，对采集终端进行时钟调整；主站将符合自定义的DLPTP协议、带有时间标签t1的同步报文，发送给采集终端，采集终端将自身时间修正为t1，可知主站与采集终端之间的时间差即为网络延时；

d、主站发送带有时间标签t3的报文给采集终端，采集终端收到报文后，记录此时的时间记为t4；

e、采集终端在t5时刻返回一帧相应报文给主站，主站接收到报文后，记录此时的时间记为t6，同时发送一帧带时间t6的时间报文给采集终端；

f、由此采集终端可得到网络之间的延时为：（（t6-t3）-（t5-t4））/2；

g、采集终端即可根据网络延时对自身时间进行同步调整；

h、采集终端定时抄读电能表的时钟，将电表的时钟与采集终端的时钟做比较，如果大于设定的阈值，采集终端生成一个时钟异常的事件，并将该事件上报给主站；

i、主站对生成时钟异常事件对应的电表，采用DLPTP协议方法，进行时钟同步；

j、主站对电表的操作经过采集终端，采集终端采用透明转发的方式，不对报文做任何处理。

主站与采集终端时钟同步采用点对点通信方式，分两步实现：

第一，主站与采集终端时钟的偏移测量，主站每日定点巡测采集终端时钟，发现有采集终端时钟与主站时钟偏差大于终端时钟误差阈值时，主站在t1时刻发送时间标签为t1的DLPTP协议报文给采集终端，采集终端将自身时间设定为t1时间标签的值，如图2所示；

第二，主站与采集终端信道传输延时的测量，主站发送带有时间标签t3的报文给采集终端，采集终端接收到报文后，记录此时的接收时间，记为t4；采集终端在t5时刻发送带有时间标签为t5的响应报文给主站，主站接收到报文后，记录此时的接收时间，记为t6；主站根据t6时刻的时间组织一帧时间报文发送给采集终端，这样采集终端即拥有t3、t4、t5和t6四个时间，根据这四个时间即可计算出网络延时为（（t6-t3）-（t5-t4））/2，采集终端将自身时间设定为当前时间加上网络延时时间，如图3所示；

主站与电能表时钟同步也采用一对一通信方式，分三步实现：

第一，采集终端定点抄读电能表的时钟，将电能表时钟与采集终端时钟做对比，当电能表时钟与终端时钟误差大于电能表误差阈值时，采集终端自动生成时间异常告警事件，同时将告警事件通知主站；

第二，主站与电能表时钟的偏移测量，主站根据时间异常告警事件，找出对应的电能表，在T1时刻通过采集终端透明转发时间标签为T1的DLPTP协议报文给电能表，电能表将自身时间设定为T1时间标签的值；

第三，主站与电能表信道传输延时的测量，主站通过采集终端透明转发带有时间标签T3的报文给电能表，电能表收到后，记录此时的时间，记为T4；电能表在T5时刻发送一帧响应报文给主站，主站接收到报文后，记录此时的时间，记为T6；主站再发送记录T6时间的时间报文给电能表，这样电能表即拥有了T3、T4、T5和T6四个时标，由此可得出信道的传输延时为：（（T6-T3）-（T5-T4））/2，从而电能表可将自身时间设定为当前时间加上网络延时时间。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于DLPTP时钟同步的用电信息采集系统对时方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、主站、采集终端以及电能表采用树形拓扑结构图组建系统；

b、通过GPS对主站进行时钟校准；

c、定义DLPTP协议，包括主站与采集终端间的通信协议和主站与电能表间的通信协议，对主站下的采集终端和电能表行时钟同步；

d、主站每日定时对采集终端巡测一次时钟，对时钟偏差大于终端时钟误差阈值的采集终端进行DLPTP协议的时钟同步；

e、采集终端定时采集电能表的时钟，将采集终端时钟与电能表时钟进行比较，如果时钟偏差大于电能表时钟误差阈值，采集终端生成事件告警，通知主站；

f、主站根据告警事件，对对应的电能表进行时钟的同步；

g、主站对电能表进行同步时，将同步报文下发给采集终端，采集终端不对同步报文做任何处理，直接透明转发给电能表。

2.根据权利要求1所述的基于DLPTP时钟同步的用电信息采集系统对时方法，其特征在于，DLPTP协议中，主站与采集终端通信协议格式如下：

起始字符（68H）（1byte） 长度L（2byte） 长度L（2byte） 起始字符（68H）（1byte） 控制域C 地址域A 链路用户数据 时间标签 校验和CS 结束字符（16H）

起始字符，固定以68H开头，长度是控制域、地址域、链路用户数据的字节总数；

控制码C，定义如下：

地址域A，定义如下：

地址域 数据格式 字节数 行政区划码A1 BCD 2 终端地址A2 BIN 2 主站地址和终端组地址标识A3 BIN 1

链路用户数据，格式定义如下：

应用层功能码AFN 帧序列域SEQ 数据单元标识1 数据单元1 …… 数据单元标识n 数据单元n 附加信息域AUX

时间标签，格式定义如下：

时间标签 数据格式 字节数 年月日时分秒十分之一秒 BCD 7

校验和CS，帧校验和是用户数据区所有字节的八位位组算术和；

用户数据区，包括控制域、地址域、链路用户数据3部分；

结束字符16H，标识一帧信息的结束。

3.根据权利要求1所述的基于DLPTP时钟同步的用电信息采集系统对时方法，其特征在于，DLPTP协议中，主站与电能表通信协议格式如下：

帧起始符68H，标识一帧信息的开始；

地址域A0～A5，地址域由6个字节构成，每字节2位BCD码；每只电能表具有唯一的通信地址；

控制码C，包括了传输方向以及功能码；

数据域长度L，L为数据域的字节数；

数据域DATA，数据域包括数据标识、密码、操作者代码、数据、帧序号；传输时发送方按字节进行加33H处理，接收方按字节进行减33H处理；

时间标签Tp，格式为年月日时分秒十分之一秒，7个字节，时间精确到十分之一秒；

校验码CS，从第一个帧起始符开始到校验码之前的所有各字节的模256的和，不计超过256的溢出值；

结束字符16H，标识一帧信息的结束。

4.根据权利要求1、2或3所述的基于DLPTP时钟同步的用电信息采集系统对时方法，其特征在于，步骤d中，

d1、主站每日定时巡测终端时钟，对时钟误差超过设定阈值的终端进行时钟的同步，采用DLPTP协议，进行多次计算得出时钟误差，对采集终端进行时钟调整；主站将符合DLPTP协议、带有时间标签t1的同步报文，发送给采集终端，采集终端将自身时间修正为t1，主站与采集终端之间的时间差即为网络延时；

d2、主站发送带有时间标签t3的报文给采集终端，采集终端收到报文后，记录此时的时间记为t4；

d3、采集终端在t5时刻返回一帧相应报文给主站，主站接收到报文后，记录此时的时间记为t6，同时发送一帧带时间t6的时间报文给采集终端；

d4、采集终端得到网络之间的延时为：（（t6-t3）-（t5-t4））/2；

d5、采集终端根据网络延时对自身时间进行同步调整。

5.根据权利要求1、2或3所述的基于DLPTP时钟同步的用电信息采集系统对时方法，其特征在于，主站与采集终端时钟同步采用点对点通信方式，包含以下步骤：

第一，主站与采集终端时钟的偏移测量：主站每日定点巡测采集终端时钟，发现有采集终端时钟与主站时钟偏差大于设定阈值时，主站在t1时刻发送时间标签为t1的DLPTP协议报文给采集终端，采集终端将自身时间设定为t1时间标签的值；

第二，主站与采集终端信道传输延时的测量：主站发送带有时间标签t3的报文给采集终端，采集终端接收到报文后，记录此时的接收时间，记为t4；采集终端在t5时刻发送带有时间标签为t5的响应报文给主站，主站接收到报文后，记录此时的接收时间，记为t6；主站根据t6时刻的时间组织一帧时间报文发送给采集终端，计算出网络延时为（（t6-t3）-（t5-t4））/2，采集终端将自身时间设定为当前时间加上网络延时时间。

6.根据权利要求1所述的基于DLPTP时钟同步的用电信息采集系统对时方法，其特征在于，主站与电能表时钟同步采用一对一通信方式，包含以下步骤：

第一，主站与电能表时钟的偏移测量：主站根据时间异常告警事件，找出对应的电能表，在T1时刻通过采集终端透明转发时间标签为T1的DLPTP协议报文给电能表，电能表将自身时间设定为T1时间标签的值；第二，主站与电能表信道传输延时的测量：主站通过采集终端透明转发带有时间标签T3的报文给电能表，电能表收到后，记录此时的时间，记为T4；电能表在T5时刻发送一帧响应报文给主站，主站接收到报文后，记录此时的时间，记为T6；主站再发送记录T6时间的时间报文给电能表，得出信道的传输延时为：（（T6-T3）-（T5-T4））/2，电能表将自身时间设定为当前时间加上网络延时时间。

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