JP2001221874A - 時刻同期方式 - Google Patents

時刻同期方式

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JP2001221874A
JP2001221874A JP2000034413A JP2000034413A JP2001221874A JP 2001221874 A JP2001221874 A JP 2001221874A JP 2000034413 A JP2000034413 A JP 2000034413A JP 2000034413 A JP2000034413 A JP 2000034413A JP 2001221874 A JP2001221874 A JP 2001221874A
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signal
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Hideki Torigoe
秀樹 鳥越
Shigekazu Morita
茂和 森田
Koichi Hamamatsu
浩一 浜松
Itsuo Shudo
逸生 首藤
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Toshiba Corp
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    • GPHYSICS
    • G04HOROLOGY
    • G04RRADIO-CONTROLLED TIME-PIECES
    • G04R40/00Correcting the clock frequency
    • G04R40/06Correcting the clock frequency by computing the time value implied by the radio signal
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14Relay systems
    • H04B7/15Active relay systems
    • H04B7/155Ground-based stations
    • GPHYSICS
    • G04HOROLOGY
    • G04RRADIO-CONTROLLED TIME-PIECES
    • G04R20/00Setting the time according to the time information carried or implied by the radio signal
    • G04R20/02Setting the time according to the time information carried or implied by the radio signal the radio signal being sent by a satellite, e.g. GPS

Abstract

(57)【要約】 【課題】 時刻同期を意識せずに情報伝送効率を確保し
つつ、信頼性の高い時刻同期方式を得る。 【解決手段】 Global Positioning
System(GPS)101からの時刻信号を受信
し、Universal Time Cordinat
ed(UTC)に同期した時刻補正用基準信号と絶対時
刻を表す時刻シリアル信号を出力する受信器102と、
前記基準信号と時刻シリアル信号とから前記UTCに同
期した時刻同期信号を合成し、複数端末装置104への
時刻同期信号分配手段を実装する時刻分配器103とか
ら構成され、前記時刻分配器からシステムを構成する複
数端末装置へ時刻同期信号を分配送信し、端末装置間の
一括時刻同期をとる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数端末装置間に
おける時刻統一を図るための時刻同期方式に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、各種プラントの監視制御システ
ムでは、マイコン,伝送技術の進展により、複数の端末
装置から構成され、これらの各端末装置が伝送系により
結合された分散制御システムが主流となっている。又、
プラントからの各種入力情報に対し、状態変化時の発生
時刻を付加して記録及び状態表示を行なっている。
【0003】プラントからの入力情報を受けた端末装置
から伝送系を経由し、対向装置へ入力情報の送信を実現
する方法として、大別すると、入力情報の伝送受信側装
置で時刻付加を行なう場合と、入力情報を受ける端末装
置で入力情報の状態変化時に時刻を付加する場合とに分
けられる。従来は、伝送受信側装置で時刻付加を行なう
場合には、端末装置間を結合する伝送系内の伝送遅延及
び各装置内の処理時間遅延により、情報へ付加される時
刻が実際の情報発生時間と遅延時間分の誤差を生じてい
た。
【0004】又、入力情報を最初に受ける端末装置で入
力情報の状態変化時に時刻を付加する場合には、要求さ
れる時刻分解能以上の精度の時刻同期を端末装置間で行
なう必要があり、尚且つ、端末装置間を結合する伝送系
または時刻同期専用の信号線を用いる必要があった。そ
の場合、時刻同期を考慮した伝送方式としたり、あるい
は時刻同期専用のハードウェア,ソフトウェアが必要と
なって、情報伝送効率の低下及び経済性の低下を招いて
きた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
の入力情報に対する時刻付加の方法において、1mS程
度の高精度な時刻分解能を要求された場合には、前記時
刻分解能以上の精度の時刻同期処理を行なう必要があ
り、その実現方法及び精度の確保が困難であった。本発
明は上記課題を解決するためになされたものであり、時
刻同期を意識せずに情報伝送効率を確保しつつ、高精
度、且つ、経済性の良い時刻同期方式を提供することを
目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の[請求項1]に
係る時刻同期方式は、近年、GPSの利用普及に伴な
い、地球上どこにいてもUTCに対し±1μSという高
精度な時刻が容易に入手可能であるGPSを利用し、G
PSから出力されるUTCに同期した時刻補正用基準信
号と絶対時刻を表す時刻シリアル信号を時刻分配器から
複数端末装置へ分配送信し、複数端末装置間の一括時刻
同期をとる手段を提供する。
【0007】[請求項1]のように構成されたシステム
においては、汎用性のあるGPSを使用することによ
り、全世界においてUTCに同期した基準時刻を容易に
取得することが可能となる。又、時刻分配器から複数端
末装置へ基準時刻の伝送を行なうことにより、システム
の簡素化、且つ、高精度な時刻同期処理が可能となる。
【0008】本発明の[請求項2]に係る時刻同期方式
は、GPSより送信されるUTCに同期した時刻先頭識
別信号とUTCに同期した絶対時刻信号とを合成して、
各端末装置へ一定周期で分配送信する手段を提供する。
【0009】[請求項2]のように構成されたシステム
においては、GPSから送信されるUTCに同期した時
刻先頭基準信号とUTCに同期した絶対時刻信号とを時
刻分配器にて同一の信号線に合成し、一定周期で送信す
ることにより、信号線の簡素化による経済性の向上及び
伝送処理負荷軽減が可能となる。
【0010】本発明の[請求項3]に係る時刻同期方式
は、各端末装置で受信した時刻分配器からの時刻同期信
号をUTCに同期した時刻先頭識別信号とUTCに同期
した絶対時刻信号とに抽出する。その時刻先頭識別信号
を利用して、立上がりタイミング時に同期した基準クロ
ックを設け、m秒の時刻として使用している内部クロッ
クとの時間差を計測し、計測結果から両クロック間での
クロック差異がある場合は、内部クロックを基準クロッ
クのタイミングへ同期させることにより、GPSと端末
装置との時刻同期がとれ、各端末装置夫々がGPSとの
時刻同期をとることにより、各端末装置間の時刻同期を
とる手段を提供する。
【0011】[請求項3]のように構成されたシステム
においては、秒オーダーまでの時刻は時刻分配器からの
絶対時刻を使用し、m秒などGPSからの基準信号に含
まれない細微な時刻は、UTCに同期した基準クロック
に内部クロックを精密に合わせることにより、容易にm
秒単位の時刻同期をとることが可能となる。
【0012】本発明の[請求項4]に係る時刻同期方式
は、基準クロックと内部クロック間の時刻差の違いに応
じて補正刻み幅を可変させ、時刻同期確立までの所要時
間を短縮させる手段を提供する。
【0013】[請求項4]のように構成されたシステム
においては、時刻同期対象装置の処理立上がり時に対し
て、基準クロックと内部クロックのズレ幅が非常に大き
い場合でも、瞬時に時刻同期を行なうことができ、各端
末装置の時刻の信頼性向上が可能となる。
【0014】本発明の[請求項5]に係る時刻同期方式
は、GPSからの時刻信号受信が不可能となった場合に
は、時刻分配器でGPS時刻に同期させた内部時刻を端
末装置へ分配させ、各端末装置間の時刻同期を継続させ
る手段を提供する。
【0015】[請求項5]のように構成されたシステム
においては、何らかの障害によりGPSからの時刻信号
を受信することが不可能となった場合でも、時刻分配器
でGPSと同期させた内部時刻を全端末装置へ送信する
ことにより、各端末装置間の時刻同期が確保され、信頼
性の向上が可能となる。
【0016】本発明の[請求項6]に係る時刻同期方式
は、時刻分配器から時刻受信ができない場合、GPS基
準時刻に同期させた端末装置内部の時刻を使用すること
で、時刻処理を継続する手段を提供する。
【0017】[請求項6]のように構成されたシステム
においては、何らかの障害により時刻分配器からの基準
時刻受信が不可能となった場合でも、各端末装置内の基
準時刻に同期させた内部時刻を使用することにより、各
端末装置間の時刻同期が確保され、信頼性の向上が可能
となる。
【0018】
【発明の実施の形態】図1は本発明による時刻同期方式
の全体構成図である。図1において、Global P
ositioning System(以下、GPSと
称す)101、GPS受信器102、時刻分配器10
3、複数の端末装置104がパルス信号線105とシリ
アル伝送系106と光伝送系107を介して夫々接続さ
れた全体構成を有している。そしてGPS101の基準
時刻信号を受信したGPS受信器102からシリアル信
号をシリアル伝送系106を介して時刻分配器103へ
送信し、この時刻信号を受信した時刻分配器103は光
伝送系107を介して複数の端末装置104へ基準時刻
信号を伝送するシステム構成の一例である。
【0019】図2はGPS受信器102から受信するU
TC同期基準信号201と、同じくUTC同期絶対時刻
信号202を時刻分配器103にて合成信号204を作
成して各端末装置への基準時刻信号データの送信を行な
うブロック図である。図2に示すとおり、GPS受信器
102からUTC同期基準信号201と、UTC同期絶
対時刻信号202がパルス信号線105とシリアル伝送
系106を介して時刻分配器103へ送信されてくるた
め、夫々の信号を時刻分配器103において信号合成2
03を行ない、合成した合成信号204を複数の端末装
置104へ光伝送系107を介して分配送信する。
【0020】図3は時刻分配器103で作成する信号合
成203の処理概要図である。図3に示すとおり、GP
S受信器102から送信されてくるUTC同期基準信号
201とUTC同期絶対時刻信号202を信号合成20
3し、合成信号204へ加工する処理である。
【0021】図4は時刻分配器103から送信されてく
る合成信号204を端末装置104で取り込み、時刻同
期処理を行なうブロック図である。図4に示すとおり、
時刻分配器103から送信されてくる合成信号204
を、端末装置104で時刻先頭識別信号302と絶対時
刻信号303とに信号分離301し、時刻先頭識別信号
302はm秒時刻補正処理304を行なうことでm秒時
刻306を作り、絶対時刻信号303は年月日時分秒時
刻補正305を行なうことで年月日時分秒時刻307を
作り、UTCに同期した内部時刻308を作り出す。
【0022】図5は各端末装置104内の時刻同期処理
に要する所要時間を短くするための処理のブロック図で
ある。図5に示すとおり、時刻先頭識別信号302受信
時にカウンタ値をリセットする外部クロックカウンタ4
01と、m秒時刻306に使用している内部クロックカ
ウンタ402を一定周期でカウンタ値同時比較403
し、カウンタ値誤差判定404を行なう。
【0023】カウンタ値誤差判定404の結果により、
誤差範囲が大きい場合は瞬時時刻補正のための内部クロ
ックカウンタ粗調整処理405を、誤差範囲が小さい場
合はm秒時刻をUTC基準時刻へ同期させるための内部
クロックカウンタ微調整処理406を実施し、時刻同期
確立までの所要時間を最短に押さえ込む処理を行なう。
【0024】図6は時刻分配器103内部の処理ブロッ
ク図である。図6に示すとおり、通常GPS受信器10
2からのUTC同期基準信号201とUTC同期絶対時
刻信号202の基準時刻取り込みが正常である場合に
は、時刻分配器103内で受信したUTC同期基準信号
201とUTC同期絶対時刻信号202を用いて信号合
成203を行ない、合成信号204を作成する。
【0025】ここでGPS受信器からの受信がケーブル
断、もしくは、電源断などにより途絶え、伝送異常と認
識した場合には、時刻分配器103内部にある水晶発振
器501により作成しているUTC同期基準信号201
に代わる内作基準信号502と、時刻分配器103で自
走させた内部時刻503を用いて信号合成203を行な
い、合成信号204を作成して分配送信する。
【0026】次に、各実施の形態の作用について説明す
る。先ず、[請求項1]について図1〜図3により説明
する。GPS101からの信号をGPS受信器102で
受信し、UTC同期基準信号201をパルス信号線10
5と、UTC同期絶対時刻202をシリアル伝送系10
6により時刻分配器103へ出力する。時刻分配器10
3ではGPS受信器102から受信した絶対時刻信号を
各端末装置104へ光伝送系107により一括分配送信
する。
【0027】ここで合成信号204が時刻分配器103
から各端末装置104へ一括送信されることにより、各
端末装置104で夫々GPSからのUTC絶対時刻に各
端末装置104の内部時刻308を同期させ、各端末装
置104間の時刻を一斉に統一させるようにした。
【0028】本実施の形態によれば、汎用性のあるGP
Sを使用することにより、全世界においてUTCに同期
した基準時刻を容易に取得することが可能であり、時刻
分配器からの伝送に光ケーブルを使用することで、対ノ
イズ性にも優れる。又、時刻分配器による複数端末装置
への伝送を可能とすることにより経済性に優れ、システ
ムの簡素化、且つ、高精度な時刻同期処理が可能となっ
た。
【0029】[請求項2]について図1〜図4により説
明する。本実施の形態では信号線の簡素化と伝送処理負
荷の低減をはかったものである。GPS受信器102か
らのUTC同期基準信号201とUTC同期絶対時刻信
号202を信号合成203し、合成信号204として各
端末装置104に対し、1本の伝送路で送信するように
した。
【0030】本実施の形態によれば、GPSから送信さ
れるUTCに同期した時刻先頭識別基準信号とUTCに
同期した絶対時刻信号とを時刻分配器にて同一の信号線
に合成し、一定周期で送信するようにしたので、信号線
の簡素化による経済性の向上及び伝送処理負荷軽減が可
能となった。
【0031】[請求項3]について図1〜図5により説
明する。本実施の形態では容易にm秒単位の時刻同期を
得るようにしたものである。各端末装置104で受信し
た合成信号204を時刻先頭識別信号302と絶対時刻
信号303とに信号分離し、絶対時刻信号303はその
まま各端末装置104の年月日時分秒時刻307として
使用する。又、絶対時刻信号303に存在しないm秒時
刻306には、時刻先頭識別信号302をリセット源と
した外部クロックカウンタ401と、ソフトウェア及び
内部水晶発振器をリセット源とした内部クロックカウン
タ402を用いて算出させる。
【0032】その方法として外部クロックカウンタ40
1のカウント値と内部クロックカウンタ402のカウン
ト値をカウンタ値同時比較403し、カウンタ値誤差判
定404結果によりm秒時刻306に用いている内部ク
ロックカウンタ402のカウント値をソフトウェアによ
り補正し、時刻先頭識別信号302に同期させた外部ク
ロックカウンタ401のカウント値に近くなるよう処理
させる。
【0033】この外部クロックカウンタ401に同期さ
せた内部クロックカウンタ402のカウント値をm秒時
刻306として使用することによりGPS受信器102
から送信されてくる絶対時刻信号303に組み込まれて
いないm秒時刻もUTCに同期させるようにした。
【0034】本実施の形態によれば、秒オーダーまでの
時刻は時刻分配器からの絶対時刻を使用し、m秒などG
PSからの基準信号に含まれない細微な時刻は、UTC
に同期した基準クロックに内部クロックを精密に合わせ
るようにしたので、容易にm秒単位の時刻同期をとるこ
とが可能となった。
【0035】[請求項4]について図1〜図5により説
明する。本実施の形態では瞬時に時刻同期が得られるよ
うにしたものである。そして[請求項3]において、各
端末装置104の外部クロックカウンタ401と内部ク
ロックカウンタ402のカウンタ値同時比較403を行
ない、カウント値誤差判定404の誤差大小により、補
正処理の実施を内部クロックカウンタ粗調整405とす
るか内部クロックカウンタ微調整406とするかを切り
替えることで、時刻差に応じ時刻同期確立までの所要時
間を最短とするようにした。
【0036】本実施の形態によれば、時刻同期対象装置
の処理立上がり時に対して、基準クロックと内部クロッ
クのズレ幅が非常に大きい場合でも、瞬時に時刻同期を
行なうことができ、各端末装置の時刻の信頼性向上が可
能となった。
【0037】[請求項5]について図1〜図3,図6に
より説明する。本実施の形態ではGPSからの時刻信号
が得られない場合の対応処理を得ようとするものであ
る。GPS受信器102からのUTC同期基準信号20
1及びUTC同期絶対時刻信号202が通知されなくな
った場合には、予め時刻分配器103でUTC同期絶対
時刻信号202を、内部時刻503として格納させてお
いた時刻と時刻分配器103内部の水晶発振器501か
ら作成したUTC同期基準信号201相当の内作基準信
号502を生成し、信号合成203して合成信号301
を作り、各端末装置104へ分配送信するようにした。
【0038】本実施の形態によれば、何らかの障害によ
りGPSからの時刻信号を受信することが不可能となっ
た場合でも、時刻分配器でGPSと同期させた内部時刻
を全端末装置へ送信するようにしたので、各端末装置間
の時刻同期が確保され、信頼性の向上が可能となった。
【0039】[請求項6]について図1〜図5により説
明する。本実施の形態では時刻分配器からの基準時刻信
号が得られない場合の対応処理を得るようにしたもので
ある。時刻分配器103からの合成信号301が取り込
みできなくなった場合には、予め各端末装置104にて
絶対時刻信号303を内部時刻308として格納させて
おいた時刻と各端末装置104でカウントしている内部
クロックカウンタ402のカウント値により、時刻を継
続使用するようにした。
【0040】本実施の形態によれば、何らかの障害によ
り時刻分配器からの基準時刻受信が不可能となった場合
でも、各端末装置内の基準時刻に同期させた内部時刻を
使用するようにしたので、各端末装置間の時刻同期が確
保され、信頼性の向上が可能となった。
【0041】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば1
mS以下の高精度な時刻分解能を要求された場合、地球
上どこにいても±1μS精度の絶対時刻が取得可能なG
PSを使用するようにしたので、時刻同期を意識せず情
報伝送効率を確保しつつ、高精度で経済性の良い、且
つ、信頼性の高い時刻同期方式を提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による時刻同期処理システム全体を示す
ブロック図。
【図2】本発明による[請求項1]〜[請求項6]の実
施の形態における時刻分配器側での合成信号作成内容を
示すブロック図。
【図3】本発明による[請求項1]〜[請求項6]の実
施の形態における時刻分配器内で作成される合成信号の
内容を示すブロック図。
【図4】本発明による[請求項1]〜[請求項4]の実
施の形態における端末装置内の時刻作成処理内容を示す
ブロック図。
【図5】本発明による[請求項3],[請求項4]の実
施の形態における端末装置内の時刻同期処理時間切替え
処理内容を示すブロック図。
【図6】本発明による[請求項1]〜[請求項5]の実
施の形態における時刻分配器内の時刻信号バックアップ
処理内容を示すブロック図。
【符号の説明】
101 GPS 102 GPS受信器 103 時刻分配器 104 端末装置 105 パルス信号線 106 シリアル伝送系 107 光伝送系 201 UTC同期基準信号 202 UTC同期絶対時刻信号 203 信号合成 204 合成信号 301 信号分離 302 時刻先頭識別信号 303 絶対時刻信号 304 m秒時刻補正 305 年月日時分秒時刻補正 306 m秒時刻 307 年月日時分秒時刻 308 内部時刻 401 外部クロックカウンタ 402 内部クロックカウンタ 403 カウンタ値同時比較 404 カウンタ値誤差判定 405 内部クロックカウンタ粗調整 406 内部クロックカウンタ微調整
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浜松 浩一 東京都府中市東芝町1番地 株式会社東芝 府中工場内 (72)発明者 首藤 逸生 東京都府中市東芝町1番地 株式会社東芝 府中工場内 Fターム(参考) 2F002 AA05 AD03 AF01 BB04 BB05 FA14 FA16 GA04 GA06 5J062 AA13 CC07 5K047 AA18 BB02 GG56

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Global Positioning
    System(GPS)からの時刻信号を受信し、U
    niversal Time Cordinated
    (UTC)に同期した時刻補正用基準信号と絶対時刻を
    表す時刻シリアル信号を出力する受信器と、前記基準信
    号と時刻シリアル信号とから前記UTCに同期した時刻
    同期信号を合成し、複数端末装置への時刻同期信号分配
    手段を実装する時刻分配器とから構成され、前記時刻分
    配器からシステムを構成する複数端末装置へ時刻同期信
    号を分配送信し、端末装置間の一括時刻同期をとること
    を特徴とする時刻同期方式。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の時刻同期方式において、
    時刻分配器から端末装置へ送信する時刻同期信号は、信
    号の先頭を表す識別信号と時刻を表す絶対時刻信号とか
    ら構成し、前記識別信号の立上がりタイミングをUTC
    に同期させ、一定周期で時刻同期信号を端末装置へ送信
    することを特徴とする時刻同期方式。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の時刻同期方式において、
    端末装置にて時刻分配器からの時刻同期信号を受信し、
    前記時刻同期信号内の識別信号の先頭立上がりタイミン
    グに同期した基準クロックを設け、この基準クロックと
    内部クロックとの時間差を計測し、前記計測結果により
    両クロック間で時刻差異がある場合は、内部クロックの
    補正処理を行なうことにより、内部クロックをUTCに
    同期させることを特徴とする時刻同期方式。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の時刻同期方式において、
    端末装置内部の基準クロックと内部クロック間の時刻差
    の補正処理であって、前記時刻差に応じて補正刻み幅を
    可変させ、時刻補正を行なうことを特徴とする時刻同期
    方式。
  5. 【請求項5】 請求項1記載の時刻同期方式において、
    時刻分配器内にGPSから受信した時刻信号に同期させ
    た内部クロックを設け、前記GPSからの時刻信号受信
    不可能な場合は、前記時刻分配器内の内部クロックの時
    刻を端末装置へ分配送信することにより、各端末装置間
    の一括時刻同期をとることを特徴とする時刻同期方式。
  6. 【請求項6】 請求項1記載の時刻同期方式において、
    端末装置にて時刻分配器からの時刻同期信号を受信出来
    ない場合は、前記端末装置内の内部クロックにより時刻
    処理を継続することを特徴とする時刻同期方式。
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