CN202353572U - 电子式互感器合并单元的ieee1588时间同步系统 - Google Patents

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何鹏
白世军
陈凯
路平
董瑞
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Abstract

本实用新型涉及一种电子式互感器合并单元的IEEE1588时间同步系统,包括以太网收发器、CPU和FPGA;所述以太网收发器连接CPU和FPGA;所述以太网收发器的型号为DP83640。本实用新型一种电子式互感器合并单元的时间同步装置,采用DP83640以太网收发器,可以准确的获得网络报文时间戳,并在MPC8272处理器上实现了PTP协议,实现了亚微秒级的同步精度,实现了合并单元与其它电力设备之间精确同步;本实用新型系统成本低廉,扩张性良好。

Description

电子式互感器合并单元的IEEE1588时间同步系统
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于网络通讯技术领域,特别涉及一种高压交直流电压电流测量的电子式互感器合并单元的时间同步系统。
【背景技术】
[0002] 电力系统的现场设备由于温度变化、电磁干扰、振荡器老化,甚至还包括计算机负载等多种原因,多数设备的时钟是不精确的,而且时间误差是累积的,随着时间的推移,设备之间的时间同步问题也凸现出来,特别是在一些对时间精度要求比较严格的领域,如变电站、电力监控系统等,使得这一问题更加突出。合并单元的同步问题在电力系统自动化设备中是相当重要的,来自不同设备间隔的电压电流信息同步就是时钟同步,它是电子式互感器标准化接口的核心问题。因此,目前电力系统采用的时钟同步技术,由于其特定的应用环境以及系统中其他各方面的影响,使其同步精度未能达到很高的精度要求。为了进一步提高电力系统运行管理水平,满足系统快速发展的要求,并提高对系统的控制能力和故障分析能力,采用统一的技术方案建设一个完善的时间同步网络,就成为电力系统的一个选择和努力的方向,而建成的时间同步网络也将成为电网中一个支撑网络的重要基础。要做到这时钟同步这一点,首先必须提供一个统一的系统时钟,使整个控制系统内部各个站点的时钟保持同步。根据国网《智能变电站导则》电力系统自动化设备的同步对时方式发展方向是IEEE 1588对时系统,IEEE 1588的基本功能是使分布式网络内的最精确时钟与其他时钟保持同步,用于对标准以太网或其他采用多播技术的分布式总线系统中的传感器、 执行器以及其他终端设备中的时钟进行亚微秒级同步。
【实用新型内容】
[0003] 本实用新型的目的在于提供一种电子式互感器合并单元的IEEE1588时间同步系统,用于电力系统智能设备合并单元的精确对时。
[0004] 为了实现上述目的,本实用新型采用如下技术方案:
[0005] 一种电子式互感器合并单元的IEEE1588时间同步系统,包括以太网收发器、CPU 和FPGA ;所述以太网收发器连接CPU和FPGA。
[0006] 本实用新型进一步的改进在于:所述以太网收发器的型号为DP83640。
[0007] 本实用新型进一步的改进在于:所述CPU的型号为MPC8272。
[0008] 本实用新型进一步的改进在于:所述FPGA的型号为XC3S1200E。
[0009] 本实用新型进一步的改进在于:所述以太网收发器包括以太网物理层接口模块、 IEEE1588报文处理单元、IEEE1588控制模块和IEEE1588时钟模块;所述以太网物理层接口模块连接CPU和IEEE1588报文处理单元;IEEE1588报文处理单元连接IEEE1588控制模块;IEEE1588控制模块连接CPU、IEEE1588时钟模块和FPGA ;IEEE1588时钟模块连接CPU。
[0010] 相对于现有技术,本实用新型具有以下优点:本实用新型一种电子式互感器合并单元的IEEE1588时间同步系统,采用DP83640以太网收发器,可以准确的获得网络报文时间戳,并在MPC8272处理器上实现了 PTP协议,实现了亚微秒级的同步精度,实现了合并单元与其它电力设备之间精确同步;本实用新型系统成本低廉,扩张性良好。
【附图说明】
[0011] 图I为本实用新型硬件框图。
[0012] 图2为本实用新型PTP时钟同步方法图。
[0013] 图3为本实用新型IEEE 1588高精度同步实现机制图。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述:
[0015] 图I为本实用新型硬件框图。如图I所示,本实用新型系统包括以太网收发器、 CPU和FPGA。以太网收发器包括以太网物理层接口模块(PHY)、IEEE1588报文处理单元、 IEEE1588控制模块和IEEE1588时钟模块。
[0016]其硬件组成为 MPC8272+XC3S1200E+DP83640,其中 MPC8272 为 Motorola 公司基于PowerPC的微处理器(CPU),负责节点操作系统以及PTP协议栈的运行。XC3S1200E Sxilinx的现场可编程门阵列芯片(FPGA),负责校准其本地时间,直接提供时间信息。 DP83640为国家半导体公司的高精度以太网收发器,负责在物理层对时钟同步报文打上精确时间标记。所有器件都挂载在CPU上,系统运行后MPC8272启动运行,CPU通过从并模式写入FPGA运行程序,同时用MDIO接口初始化DP83640芯片的IEEE1588控制模块,这样整个系统处于了正常运行状态。合并单元在收到主钟的报文后,首先通过DP83640的PHY模块,报文经过IEEE1588报文处理单元后加入了硬件时间戳,再经过MII接口进入CPU,我们采用实施多任务操作系统VXWorks6. 0,它能保证对时算法高效率的完成,再通过MII接口发送以太网数据包,在发包过程中由报文处理模块加入硬件时间戳,计算后的时钟补偿值通过IEEE1588控制模块传入FPGA,FPGA调整自身的晶振频率最终实现准确对时,并发出 PPS (秒脉冲)。
[0017] 图2为本实用新型PTP时钟同步方法图。如图2所示,该方法包括:
[0018] 步骤I、一个新的IEEE1588设备在网络中听从主时钟,发出一个自己的时钟指标, 每一个网络中的设备将自己的精度指标与主时钟比较,最高指标的主时钟将开始发出时间数据包;
[0019] 步骤2、一旦主时钟被定义,主时钟将向所有的从时钟发出同步信息,并注上发送信息时的自己的时钟(tl);
[0020] 步骤3、主时钟向所有的从时钟发出第二个信息(跟随信息),告诉它们时间(tl) 是向它们发出的同步信息时主时钟的时间;
[0021] 步骤4、每一个从时钟在收到同步信息时标注时间(t2);
[0022] 步骤5、在一个随机的间隔(每2〜30同步脉冲),每个从时钟发出一个延时请求 (Delay_req)信息到主时钟,并注上发送信息时自己的时间(t3);
[0023] 步骤6、主时钟在从每隔从时钟收到延时请求信息(Delay_req)时,注上自己的时间(t4);
[0024] 步骤7、主时钟将用信息向每个从时钟发出接收时间(t4);[0025] 步骤8、每个从时钟利用时间tl、t2、t3、t4计算出主从时钟间的偏移量和传输延迟,进而升级自己的时钟与主时钟的时间相符,于是整个网络被同步。
[0026] 图3为本实用新型IEEE 1588高精度同步实现机制图。如图3所示,本实用新型所指的闻精度同步包括:
[0027] 主时钟通过位于底层的时标生成器获得精确信息后,发送FolloW_Up报文,该跟随报文精确反映了 Sync报文的发送时刻。从时钟利用时标生成器可以精确测量Sync报文的接收时刻。这种精确时刻的保证是因为时间标签信息是在接近于物理层的介质独立接口处(MII) “加盖”的。同样,Delay_Req报文和Delay_ReSp报文的传输时刻也能实现精确的时间标记。图2中圆圈表示同步报文的时标生成处。相对于主-从时钟偏移量测量,主-从通信路径延迟测量并不是周期性执行地,而是较长的时间间隔才执行一次,这样可以减少网络负载和终端设备的处理任务。正是由于这种软、硬件结合的方案,消除了协议堆栈延时的不定性,使得IEEE1588协议可以达到亚微秒级的时间同步精度。

Claims (5)

1. 一种电子式互感器合并单元的IEEE1588时间同步系统,其特征在于,包括以太网收发器、CPU和FPGA ;所述以太网收发器连接CPU和FPGA。
2.根据权利要求I所述的一种电子式互感器合并单元的IEEE1588时间同步系统,其特征在于,所述以太网收发器的型号为DP83640。
3.根据权利要求I所述的一种电子式互感器合并单元的IEEE1588时间同步系统,其特征在于,所述CPU的型号为MPC8272。
4.根据权利要求I所述的一种电子式互感器合并单元的IEEE1588时间同步系统,其特征在于,所述FPGA的型号为XC3S1200E。
5.根据权利要求I至4中任一项所述的一种电子式互感器合并单元的IEEE1588时间同步系统,其特征在于,所述以太网收发器包括以太网物理层接口模块、IEEE1588报文处理单元、IEEE1588控制模块和IEEE1588时钟模块;所述以太网物理层接口模块连接CPU和 IEEE1588报文处理单元;IEEE1588报文处理单元连接KEE1588控制模块JEEE1588控制模块连接CPU、IEEE1588时钟模块和FPGA ;IEEE1588时钟模块连接CPU。
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Date Code Title Description
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
LICC Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Assignee: Xi'an XD High Voltage Apparatus Co., Ltd.

Assignor: China XD Electronic Corporation

Contract record no.: 2013610000099

Denomination of utility model: Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) 1588 time synchronization system for electronic type mutual inductor merging units

Granted publication date: 20120725

License type: Exclusive License

Record date: 20130826