CN207835469U - 时钟同步系统 - Google Patents
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Abstract
一种时钟同步系统，包括：第一DP83640物理层驱动电路(200)，通过第一RJ‑45接口(700)与广域网通讯连接；GPS报文接收电路(300)；恒温晶振(400)；EPGA(100)，与恒温晶振(400)电性连接，用于通过恒温晶振(400)获取时钟信号；并与第一DP83640物理层驱动电路(200)电性连接，用于通过第一DP83640物理层驱动电路(200)获取广域网时间信号；还与GPS报文接收电路(300)电性连接，用于通过GPS报文接收电路(300)接收GPS时间信号；EPGA(100)还通过输出接口电路与变电站内设备通讯连接，用于基于广域网时间信号或GPS时间信号实现EPGA(100)与变电站内设备时钟同步。本实用新型的时钟同步系统的设计巧妙，实用性强。
Description
技术领域
本实用新型涉及变电站调试设备领域，尤其涉及一种时钟同步系统。
背景技术
数字化变电站作为整个电力系统的能量枢纽，对国家电网安全可靠运行起着举足轻重的作用。随着国家电网的规模不断壮大、智能化和自动化程度越来越高，变电站的规模和结构也变得日益庞大和复杂。特别是近年来，新的理论、技术和智能电子设备不断涌入变电站的建设中，而这些智能电子设备的正常工作均需要一个精确可靠的参考时钟源，时钟同步系统对数字化变电站的调试显得尤其重要。
数字化变电站的主时钟装置一般通过GPS接收机获取时间源，数字化变电站的数据库服务器、工作站、通讯服务器和远程抄表系统通常采用NTP网络对时方式实现时间同步，本地控制单元(LCU)一般根据现场实际情况选择IRIG-B码(一种时间标准码)或者NTP(Network Time Protocol)网络对时方式实现时间同步。然而，单一的GPS对时方式输入形式单一，对时时间长，严重制约了数字化变电站同步测试的效率；同时，当因天气情况或设备损坏而导致GPS信号不良时，GPS对时方式准确性不高，甚至无法进行。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对上述技术问题，提出了一种时钟同步系统。
本实用新型解决其技术问题的技术方案是：
本实用新型提出了一种时钟同步系统，包括：
第一DP83640物理层驱动电路，通过第一RJ-45接口与广域网通讯连接；
GPS报文接收电路；
恒温晶振；
EPGA，与恒温晶振电性连接，用于通过恒温晶振获取时钟信号；并与第一DP83640物理层驱动电路电性连接，用于通过第一DP83640物理层驱动电路获取广域网时间信号；还与GPS报文接收电路电性连接，用于通过GPS报文接收电路接收GPS时间信号；
EPGA还通过输出接口电路与变电站内设备通讯连接，用于基于广域网时间信号或GPS时间信号实现EPGA与变电站内设备时钟同步。
本实用新型上述的时钟同步系统中，GPS报文接收电路包括LEA-4A芯片，该LEA-4A芯片的RF_IN引脚连接天线以接收GPS时间信号；LEA-4A芯片通过RxD1引脚和TxD1引脚与EPGA连接，从而实现串口通信。
本实用新型上述的时钟同步系统中，EPGA采用EP2C35芯片，其包括本地时间控制模块和GPS报文解析模块；本地时间控制模块与GPS报文解析模块电性连接，并通过该GPS报文解析模块与GPS报文接收电路连接，从而获取GPS时间信号并根据该GPS时间信号修正本地时间控制模块的时间。
本实用新型上述的时钟同步系统中，EPGA还包括第一MAC模块和第一TSU模块、NTP报文解析/封装模块、NTP算法处理模块以及时钟修正模块；第一DP83640物理层驱动电路分别连接第一MAC模块和第一TSU模块；第一MAC模块和第一TSU模块分别依次经NTP报文解析/封装模块、NTP算法处理模块以及时钟修正模块后与本地时间控制模块连接，用于向本地时间控制模块输出广域网时间信号，以使本地时间控制模块根据该广域网时间信号修正其时间；本地时间控制模块还通过第一TSU模块与第一DP83640物理层驱动电路连接；本地时间控制模块与恒温晶振连接。
本实用新型上述的时钟同步系统中，EPGA还包括NTP报文封装模块、第二MAC模块以及第二TSU模块；本地时间控制模块分别与NTP报文封装模块和第二TSU模块连接，NTP报文封装模块分别与第二MAC模块以及第二TSU模块连接；输出接口电路包括第二DP83640物理层驱动电路，第二MAC模块以及第二TSU模块分别通过第二DP83640物理层驱动电路与变电站以太网连接，用于向变电站以太网输出本地时间控制模块的时间。
本实用新型上述的时钟同步系统中，变电站以太网包括以太网交换机，以及与以太网交换机连接的开关设备、电源设备、智能辅助系统以及运行管理信息系统；第二DP83640物理层驱动电路通过第二RJ-45接口与以太网交换机连接。
本实用新型上述的时钟同步系统中，输出接口电路还包括电信号转光信号电路和ST光接口，EPGA还包括IRIG-B码编码模块；本地时间控制模块依次经IRIG-B码编码模块、电信号转光信号电路以及ST光接口与IRIG-B码时间信号输出扩展箱的输入端连接；IRIG-B码时间信号输出扩展箱的输出端分别与母线保护设备、线路保护设备、变压器保护设备、电容器保护设备以及开关设备连接。
本实用新型上述的时钟同步系统中，EPGA还包括与本地时间控制模块电性连接、用于将本地时间控制模块的时间以串口报文格式向RS-232接口输出的串口报文封装模块；EPGA还包括与本地时间控制模块电性连接、用于基于本地时间控制模块的时间向SMA接口输出秒脉冲和分脉冲信号的硬脉冲产生模块。
本实用新型的时钟同步系统采用EPGA同时实现网络对时和GPS对时，从而解决单一对时方式的局限性。同时，还通过EPGA实现外网与变电站以太网的隔离，保证了变电站以太网的安全。本实用新型的时钟同步系统的设计巧妙，实用性强。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
图1示出了本实用新型优选实施例的时钟同步系统的功能模块示意图；
图2示出了图1所示的时钟同步系统的GPS报文接收电路的电路图；
图3示出了图1所示的时钟同步系统的EPGA的IRIG-B码编码模块的fdiv_1ms_10ms模块的示意图；
图4示出了图1所示的时钟同步系统的EPGA的IRIG-B码编码模块的CODE_IRIG模块的示意图。
具体实施方式
本实用新型所要解决的技术问题是：单一的GPS对时方式输入形式单一，对时时间长，严重制约了数字化变电站同步测试的效率；同时，当因天气情况或设备损坏而导致GPS信号不良时，GPS对时方式准确性不高，甚至无法进行。本实用新型就该技术问题而提出的技术思路是：采用EPGA同时实现网络对时和GPS对时，从而解决单一对时方式的局限性。同时，还通过EPGA实现外网与变电站以太网的隔离，保证了变电站以太网的安全。
为了使本实用新型的技术目的、技术方案以及技术效果更为清楚，以便于本领域技术人员理解和实施本实用新型，下面将结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步详细的说明。
如图1所示，图1示出了本实用新型优选实施例的时钟同步系统的功能模块示意图。该时钟同步系统包括：
第一DP83640物理层驱动电路200，通过第一RJ-45接口700与广域网通讯连接；
GPS报文接收电路300；
恒温晶振400；
EPGA100，与恒温晶振400电性连接，用于通过恒温晶振400获取时钟信号；并与第一DP83640物理层驱动电路200电性连接，用于通过第一DP83640物理层驱动电路200获取广域网时间信号；还与GPS报文接收电路300电性连接，用于通过GPS报文接收电路300接收GPS时间信号；
EPGA100还通过输出接口电路与变电站内设备通讯连接，用于基于广域网时间信号或GPS时间信号实现EPGA100与变电站内设备时钟同步。
进一步地，如图2所示，图2示出了图1所示的时钟同步系统的GPS报文接收电路的电路图。GPS报文接收电路300包括LEA-4A芯片GPS1，该LEA-4A芯片GPS1的RF_IN引脚连接天线JP3以接收GPS时间信号；LEA-4A芯片GPS1通过RxD1引脚和TxD1引脚与EPGA100连接，从而实现串口通信。这样，LEA-4A芯片GPS1能够将接收到的GPS时间信号以NMEA-0183格式传给EPGA100。
EPGA100采用EP2C35芯片，其包括本地时间控制模块110和GPS报文解析模块120；本地时间控制模块110与GPS报文解析模块120电性连接，并通过该GPS报文解析模块120与GPS报文接收电路300连接，从而实现GPS授时。具体来说，GPS报文接收电路300首先把GPZDA字符串中各个字符的ASCII码转换成相应的二进制数，再使用宏定义`define，指定了GPSHEAD0～GPSHEAD5标识符来代表GPZDA字符串中各字符。当检测到irxd的起始位，则开始存储该UART周期的8位二进制数，也即一个字符数据，8位二进制数存储完成后，如果紧接着检测到停止位，则认为该数据有效，否则无效。同时，由于GPS的报文数据具有周期性，每秒发送一组报文数据，同时报头是特定的，即GPZDA，因此GPS报文解析模块120可以定义22个8位寄存器Data_reg1～Data_reg22，再使用移位寄存器法，即每当使能控制信号data_en有效时，把o_data[7:0]的值赋给Data_reg1，Data_reg1的值赋给Data_reg2，Data_reg2赋给Data_reg3，如此类推，只有当Data_reg22～Data_reg17的值与GPZDA报文相等时，认为该报文有效，同时向本地时间控制模块110输出有效的GPS时间信号。
进一步地，EPGA100还包括第一MAC(介质访问控制)模块130和第一TSU(时间戳标记)模块140、NTP报文解析/封装模块150、NTP算法处理模块160以及时钟修正模块170；第一DP83640物理层驱动电路200分别连接第一MAC模块130和第一TSU模块140；第一MAC模块130和第一TSU模块140分别依次经NTP报文解析/封装模块150、NTP算法处理模块160以及时钟修正模块170后与本地时间控制模块110连接；本地时间控制模块110还通过第一TSU模块140与第一DP83640物理层驱动电路200连接；同时，本地时间控制模块110与恒温晶振400连接。在这里，EPGA100首先会配置第一DP83640物理层驱动电路200的工作模式，启用IEEE1588报文识别并自动添加报文发送和到达时间戳功能，第一DP83640物理层驱动电路200会接收广域网报文数据；第一MAC模块130控制第一DP83640物理层驱动电路200每整秒向第一TSU模块140输出Trigger脉冲信号，本地时间控制模块110实时检测Trigger脉冲信号上升沿，本地时间控制模块110通过读取由恒温晶振400驱动的计数器获取两个Trigger脉冲信号上升沿的间隔计数；第一MAC模块130读取第一DP83640物理层驱动电路200的时间寄存器，取得广域网的绝对时间；NTP报文解析/封装模块150将接收到的SYN报文中的源MAC地址作为允许通过的唯一MAC地址、负责广域网报文数据的编解码服务，NTP算法处理模块160用于运行IEEE1588同步算法；时钟修正模块170包括用于实现本地时间控制模块110时钟频率校正的频率寄存器，以及用于实现本地时间控制模块110时钟相位校正的时间寄存器。
进一步地，EPGA100还包括NTP报文封装模块180、第二MAC模块190以及第二TSU模块101；本地时间控制模块110分别与NTP报文封装模块180和第二TSU模块101连接，NTP报文封装模块180分别与第二MAC模块190以及第二TSU模块101连接；输出接口电路包括第二DP83640物理层驱动电路510，第二MAC模块190以及第二TSU模块101分别通过第二DP83640物理层驱动电路510与变电站以太网连接。在这里，当本地时间控制模块110与广域网时间同步时，第二TSU模块101向第二DP83640物理层驱动电路510发送本地时间控制模块110的时间，第二MAC模块190控制第二DP83640物理层驱动电路510向变电站以太网输出Trigger脉冲信号和本地时间控制模块110的时间。具体地，变电站以太网包括以太网交换机610，以及与以太网交换机610连接的开关设备、电源设备、智能辅助系统以及运行管理信息系统等。第二DP83640物理层驱动电路510通过第二RJ-45接口520与以太网交换机610连接。
进一步地，输出接口电路还包括电信号转光信号电路530和ST光接口540，EPGA100还包括IRIG-B码编码模块102；本地时间控制模块110依次经IRIG-B码编码模块102、电信号转光信号电路530以及ST光接口540与IRIG-B码时间信号输出扩展箱620的输入端连接；IRIG-B码时间信号输出扩展箱620的输出端分别与母线保护设备、线路保护设备、变压器保护设备、电容器保护设备以及开关设备等连接。IRIG-B码是一帧串行的二进制时间码，由三种不同脉宽信号组成。为了便于这三种不同脉冲信号的产生，本实施例中，IRIG-B码编码模块102包括fdiv_1ms_10ms模块和CODE_IRIG模块，如图3和图4所示。fdiv_1ms_10ms模块用于产生周期为1ms的时钟信号clock_1ms和用于产生周期为10ms的时钟信号clock_10ms，CODE_IRIG模块用于对本地时间控制模块110的时间进行编码处理，产生符合IRIG-B码的协议规则的一串二进制时间码。这样，IRIG-B码编码模块102每秒发送一帧IRIG-B码信息，用于接收该IRIG-B码信息的人一时钟装置一旦检测到连续二个脉宽为8ms的码元时，则认为接收到新的一帧IRIG-B码信息，并按照IRIG-B协议规则解析该IRIG-B码信息，同时将本地纳秒计数器清零，并更新本地时间，从而完成时间同步。具体地，fdiv_1ms_10ms模块使用50MHz的系统时钟，有两个计数器cnt_500us和cnt_5ms。当检测到pps的上升沿时或者计数器计满25000次和250000次时，计数器清零，同时将时钟信号clock_1ms进行取反操作，从而产生周期为1ms和10ms的时钟信号，同理也产生5ms的时钟信号。CODE_IRIG模块包含二个部分，第一部分是把原始的时、分、秒、日等时间信息的每一位二进制数转换成能表示相应脉宽的10位二进制数，第二部分是利用状态机把编码过后的一帧时间信息(共100个码元)按顺序发送出去。
进一步地，EPGA100还包括与本地时间控制模块110电性连接、用于将本地时间控制模块110的时间以串口报文格式向RS-232接口输出的串口报文封装模块103。同时，EPGA100还包括与本地时间控制模块110电性连接、用于基于本地时间控制模块110的时间向SMA接口输出秒脉冲和分脉冲信号的硬脉冲产生模块104。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种时钟同步系统，其特征在于，包括：
第一DP83640物理层驱动电路(200)，通过第一RJ-45接口(700)与广域网通讯连接；
GPS报文接收电路(300)；
恒温晶振(400)；
EPGA(100)，与恒温晶振(400)电性连接，用于通过恒温晶振(400)获取时钟信号；并与第一DP83640物理层驱动电路(200)电性连接，用于通过第一DP83640物理层驱动电路(200)获取广域网时间信号；还与GPS报文接收电路(300)电性连接，用于通过GPS报文接收电路(300)接收GPS时间信号；
EPGA(100)还通过输出接口电路与变电站内设备通讯连接，用于基于广域网时间信号或GPS时间信号实现EPGA(100)与变电站内设备时钟同步。
2.根据权利要求1所述的时钟同步系统，其特征在于，GPS报文接收电路(300)包括LEA-4A芯片(GPS1)，该LEA-4A芯片(GPS1)的RF_IN引脚连接天线(JP3)以接收GPS时间信号；LEA-4A芯片(GPS1)通过RxD1引脚和TxD1引脚与EPGA(100)连接，从而实现串口通信。
3.根据权利要求1或2所述的时钟同步系统，其特征在于，EPGA(100)采用EP2C35芯片，其包括本地时间控制模块(110)和GPS报文解析模块(120)；本地时间控制模块(110)与GPS报文解析模块(120)电性连接，并通过该GPS报文解析模块(120)与GPS报文接收电路(300)连接，从而获取GPS时间信号并根据该GPS时间信号修正本地时间控制模块(110)的时间。
4.根据权利要求3所述的时钟同步系统，其特征在于，EPGA(100)还包括第一MAC模块(130)和第一TSU模块(140)、NTP报文解析/封装模块(150)、NTP算法处理模块(160)以及时钟修正模块(170)；第一DP83640物理层驱动电路(200)分别连接第一MAC模块(130)和第一TSU模块(140)；第一MAC模块(130)和第一TSU模块(140)分别依次经NTP报文解析/封装模块(150)、NTP算法处理模块(160)以及时钟修正模块(170)后与本地时间控制模块(110)连接，用于向本地时间控制模块(110)输出广域网时间信号，以使本地时间控制模块(110)根据该广域网时间信号修正其时间；本地时间控制模块(110)还通过第一TSU模块(140)与第一DP83640物理层驱动电路(200)连接；本地时间控制模块(110)与恒温晶振(400)连接。
5.根据权利要求4所述的时钟同步系统，其特征在于，EPGA(100)还包括NTP报文封装模块(180)、第二MAC模块(190)以及第二TSU模块(101)；本地时间控制模块(110)分别与NTP报文封装模块(180)和第二TSU模块(101)连接，NTP报文封装模块(180)分别与第二MAC模块(190)以及第二TSU模块(101)连接；输出接口电路包括第二DP83640物理层驱动电路(510)，第二MAC模块(190)以及第二TSU模块(101)分别通过第二DP83640物理层驱动电路(510)与变电站以太网连接，用于向变电站以太网输出本地时间控制模块(110)的时间。
6.根据权利要求5所述的时钟同步系统，其特征在于，变电站以太网包括以太网交换机(610)，以及与以太网交换机(610)连接的开关设备、电源设备、智能辅助系统以及运行管理信息系统；第二DP83640物理层驱动电路(510)通过第二RJ-45接口(520)与以太网交换机(610)连接。
7.根据权利要求4所述的时钟同步系统，其特征在于，输出接口电路还包括电信号转光信号电路(530)和ST光接口(540)，EPGA(100)还包括IRIG-B码编码模块(102)；本地时间控制模块(110)依次经IRIG-B码编码模块(102)、电信号转光信号电路(530)以及ST光接口(540)与IRIG-B码时间信号输出扩展箱(620)的输入端连接；IRIG-B码时间信号输出扩展箱(620)的输出端分别与母线保护设备、线路保护设备、变压器保护设备、电容器保护设备以及开关设备连接。
8.根据权利要求4所述的时钟同步系统，其特征在于，EPGA(100)还包括与本地时间控制模块(110)电性连接、用于将本地时间控制模块(110)的时间以串口报文格式向RS-232接口输出的串口报文封装模块(103)；EPGA(100)还包括与本地时间控制模块(110)电性连接、用于基于本地时间控制模块(110)的时间向SMA接口输出秒脉冲和分脉冲信号的硬脉冲产生模块(104)。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201820814778.XU CN207835469U (zh) | 2018-05-29 | 2018-05-29 | 时钟同步系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201820814778.XU CN207835469U (zh) | 2018-05-29 | 2018-05-29 | 时钟同步系统 |
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|---|---|
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| CN201820814778.XU Active CN207835469U (zh) | 2018-05-29 | 2018-05-29 | 时钟同步系统 |
Country Status (1)
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|---|---|
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111061147A (zh) * | 2019-11-28 | 2020-04-24 | 南京国电南自电网自动化有限公司 | 一种基于无线网络的区域智能变电站授时系统及方法 |
| TWI769486B (zh) * | 2020-07-15 | 2022-07-01 | 優達科技股份有限公司 | 分散式同步系統 |
| CN115987829A (zh) * | 2022-12-15 | 2023-04-18 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 智能变电站过程层的时钟同步系统测试方法、装置及设备 |
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2018
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