JP5972450B2 - Signal processing device - Google Patents
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Description
本発明は、時刻同期制御技術に関し、特に、送電線や母線の電気量を収集する装置における時刻同期制御技術に関する。 The present invention relates to a time synchronization control technique, and more particularly to a time synchronization control technique in an apparatus that collects the amount of electricity of a power transmission line or a bus.
送電線や母線の電気量(電圧値、電流値)を複数個所で収集し、それらの電気量から異常を検出すると即座に系統を遮断し、事故の波及を抑制する保護制御システムがある。
この保護制御システムでは、収集した電気量の位相ずれを低減するために、収集地点間で同期の取れた信号を電気量収集の基準として必要とする。
近年の保護リレー装置では、1台の演算装置(以下、IED:Intelligent Electronic Deviceともいう)に対し、ローカルエリアネットワーク(プロセスバス)を介して複数のデータ収集装置(以下、MU:Merging Unitともいう)が接続される。
各MUは、同期信号(1PPS信号:1 Pulse Per Second信号)に基づき、タイミング同期をとることにより、MU間のデータサンプリングタイミングやタイムスタンプ値を一致させる。There is a protection control system that collects the amount of electricity (voltage value, current value) of power transmission lines and buses at a plurality of locations, immediately shuts down the system when an abnormality is detected from those amounts of electricity, and suppresses the spread of accidents.
In this protection control system, in order to reduce the phase shift of collected electricity, a signal synchronized between collection points is required as a reference for collecting electricity.
In recent protection relay devices, a plurality of data collection devices (hereinafter also referred to as MU: Merging Unit) via a local area network (process bus) for a single arithmetic device (hereinafter also referred to as IED: Intelligent Electronic Device). ) Is connected.
Each MU matches the data sampling timing and time stamp value between the MUs by synchronizing the timing based on the synchronization signal (1PPS signal: 1 Pulse Per Second signal).
1PPS信号の受信周期は1秒間隔である。
このため、各MUは高精度水晶発振器(周波数偏差:±数ppm)をクロック発生回路に搭載して周波数偏差の小さい高精度クロックを生成し、MU間のサンプリングタイミングのずれを1秒間で±数マイクロ秒以下に抑える必要がある。
そのため、デジタル回路で一般に使用されている安価な汎用発振回路(周波数偏差精度±50ppm程度)は使用できず、コストが増加するという課題がある。The reception period of the 1PPS signal is 1 second.
Therefore, each MU is equipped with a high-accuracy crystal oscillator (frequency deviation: ± several ppm) in the clock generation circuit to generate a high-precision clock with a small frequency deviation, and the sampling timing deviation between MUs is ± several times per second. Must be kept below microseconds.
Therefore, an inexpensive general-purpose oscillation circuit (frequency deviation accuracy of about ± 50 ppm) generally used in digital circuits cannot be used, and there is a problem that costs increase.
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、周波数偏差が±50ppm程度の汎用発振回路を使用しても、高精度な同期制御を行えるようにすることを主な目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and has as its main object to enable highly accurate synchronous control even when a general-purpose oscillation circuit having a frequency deviation of about ± 50 ppm is used. To do.
本発明に係る信号処理装置は、
1PPS(1 Pulse Per Second)信号を受信する1PPS信号受信部と、
1秒間に比べて微小なクロック周期のクロック信号を生成するクロック生成部と、
前記1PPS信号受信部から前記1PPS信号を入力し、前記クロック生成部から前記クロック信号を入力し、前記1PPS信号を入力する度に、前記クロック信号の前記1PPS信号に対する周波数偏差であるクロック偏差を測定するクロック偏差測定部と、
前記クロック偏差測定部における複数回の測定により得られた複数のクロック偏差測定値を保持する偏差測定値保持部と、
前記偏差測定値保持部に保持されている複数のクロック偏差測定値のうちの最新のクロック偏差測定値と他のクロック偏差測定値とを比較し、前記最新のクロック偏差測定値が他のクロック偏差測定値と所定の許容範囲内で一致する場合に前記最新のクロック偏差測定値を出力先に出力し、前記最新のクロック偏差測定値が他のクロック偏差測定値と前記許容範囲内で一致しない場合に前記他のクロック偏差測定値のうちのいずれかのクロック偏差測定値を前記出力先に出力する偏差測定値選択部とを有することを特徴とする。The signal processing apparatus according to the present invention is
A 1PPS signal receiving unit that receives a 1PPS (1 Pulse Per Second) signal;
A clock generation unit that generates a clock signal having a clock period smaller than that of one second;
Each time the 1PPS signal is input from the 1PPS signal receiving unit, the clock signal is input from the clock generation unit, and the 1PPS signal is input, a clock deviation that is a frequency deviation of the clock signal with respect to the 1PPS signal is measured. A clock deviation measuring unit to
A deviation measurement value holding unit for holding a plurality of clock deviation measurement values obtained by a plurality of measurements in the clock deviation measurement unit;
The latest clock deviation measurement value of a plurality of clock deviation measurement values held in the deviation measurement value holding unit is compared with another clock deviation measurement value, and the latest clock deviation measurement value is compared with another clock deviation. The latest clock deviation measurement value is output to the output destination when the measurement value matches within a predetermined allowable range, and the latest clock deviation measurement value does not match the other clock deviation measurement value within the allowable range. And a deviation measurement value selector for outputting any one of the other clock deviation measurement values to the output destination.
本発明によれば、1秒間に比べて微小なクロック周期のクロック信号と1PPS信号との間のクロック偏差を用いるため、周波数偏差が±50ppm程度の汎用発振回路を使用しても、高精度な同期制御を行うことができる。
また、クロック偏差測定値を複数保持し、最新のクロック偏差測定値が他のクロック偏差測定値に一致しない場合に、最新のクロック偏差測定値ではなく他のクロック偏差測定値を選択するため、1PPS信号の受信に異常が発生した場合でも異常がサンプリング信号の生成に波及しない。
According to the present invention, since a clock deviation between a clock signal having a minute clock period compared to 1 second and a 1PPS signal is used, even if a general-purpose oscillation circuit having a frequency deviation of about ± 50 ppm is used, high accuracy is achieved. Synchronous control can be performed.
Further, since the plurality keeps the clock deviation measuring values, when the latest clock deviation measuring value does not match the other clock deviation measuring values, select other clock deviation measurement values rather than the latest clock deviation measuring value, Even when an abnormality occurs in the reception of the 1PPS signal, the abnormality does not affect the generation of the sampling signal.
実施の形態1.
本実施の形態では、電気量をサンプリングする周期を決定するカウンタ(サンプリング信号生成カウンタ)の補正値を、クロック偏差測定値に応じて計算するデータ収集装置(MU)を説明する。
これにより、周波数偏差が±50ppm程度の汎用発振回路を使用しても、高精度の同期をとることができる。
また、本実施の形態のデータ収集装置は、クロック偏差測定値を複数保持し、最新のクロック偏差測定値が直前のクロック偏差測定値と一致すれば最新のクロック偏差測定値を選択し、一致しない場合は、最新のクロック偏差測定値ではなく直前のクロック偏差測定値を選択する。
このため、1PPS信号が途切れる等の異常が発生した場合でも異常がサンプリング信号の生成に波及しない。
In this embodiment, a data collection device (MU) that calculates a correction value of a counter (sampling signal generation counter) that determines a cycle for sampling an electric quantity according to a clock deviation measurement value will be described.
Thereby, even if a general-purpose oscillation circuit having a frequency deviation of about ± 50 ppm is used, high-precision synchronization can be achieved.
Further, the data collection device of the present embodiment holds a plurality of clock deviation measurement values, and if the latest clock deviation measurement value matches the previous clock deviation measurement value, the latest clock deviation measurement value is selected and does not match. If selects the clock deviation measuring value just before not the latest clock deviation measuring values.
For this reason, even when an abnormality such as the interruption of the 1PPS signal occurs, the abnormality does not affect the generation of the sampling signal.
図1は、本実施の形態に係るデータ収集装置100の構成例を示す。
データ収集装置100は、信号処理装置の例に相当する。
本実施の形態に係るデータ収集装置100は、複数のクロック偏差測定値を保持する偏差測定値保持部301と、偏差測定値保持部301に保持されている複数のクロック偏差測定値の中から後段のサンプリング周期カウント部105に出力するクロック偏差測定値を選択するクロック偏差値生成部302を備えることを主な特徴としている。FIG. 1 shows a configuration example of a
The
The
理解のしやすさを考慮し、まず、偏差測定値保持部301及びクロック偏差値生成部302が含まれていない構成のデータ収集装置を用いて、本実施の形態に係るデータ収集装置100の動作原理を説明する。
In consideration of ease of understanding, first, the operation of the
図5は、本実施の形態に係るデータ収集装置100から偏差測定値保持部301及びクロック偏差値生成部302を除外したデータ収集装置150の構成を示す。
FIG. 5 shows a configuration of the
データ収集装置150は、1PPS信号を受信し、また、測定した電気量を示すデータを演算装置200に送信する。
IEDである演算装置200は、電力系統の異常を検出し、系統を遮断することにより事故の波及を抑制する。
1PPS信号の送信元は、演算装置200でもよいし、GPS(Global Positioning System)レシーバを持った別装置でもよい。The
The
The transmission source of the 1PPS signal may be the
データ収集装置150において、1PPS信号受信部101は、1PPS信号を受信する。
In the
クロック生成部102は、データ収集装置150の動作クロック信号(以下、単にクロック信号という)を生成する。
クロック信号のクロック周期は1秒間に比べて微小である。The
The clock cycle of the clock signal is very small compared to 1 second.
クロック偏差測定部103は、1PPS信号の周期に対するデータ収集装置150のクロック信号との周波数偏差であるクロック偏差を測定する。
The clock
偏差測定値保持部104は、クロック偏差測定部103で測定されたクロック偏差測定値を保持する。
偏差測定値保持部104は、図1の偏差測定値保持部301と異なり、1つのクロック偏差測定値のみを保持する。The deviation measurement
Unlike the deviation measurement
サンプリング周期カウント部105は、電気量をサンプリングするタイミングの時間間隔をカウントする。
サンプリング周期カウント部105は、1PPS信号受信部101から1PPS信号を入力し、クロック生成部102からクロック信号を入力し、1PPS信号の入力時にクロック信号のクロック周期に合わせたカウントを開始し、カウント完了値までのカウントを終えるとカウント開始値からのカウントを開始する。
なお、サンプリング周期カウント部105は、カウンタの例に相当する。The sampling
The sampling
The sampling
サンプリング信号生成部106は、サンプリング周期カウント部105のカウント値からサンプリングタイミングを示すパルスである、サンプリングタイミング信号(サンプリング信号ともいう)を生成する。
The sampling
電気量測定部107は、サンプリング信号生成部106で生成したパルス(サンプリング信号)のタイミングで電力系統の電気量を測定する。
The electric
データ生成部108は、電気量測定部107で測定した電気量をローカルエリアネットワーク(プロセスバス)に送信可能な通信フレーム形式のデジタルデータに変換する。
The
通信部109は、データ生成部108で生成したデジタルデータをローカルエリアネットワーク(プロセスバス)経由で演算装置200に送信する。
The
次に、データ収集装置150の動作例を説明する。
Next, an operation example of the
データ収集装置150には、光ファイバケーブルや電気信号ケーブルといった伝送手段を用いて、演算装置200から1PPS信号が入力される。
1PPS信号は絶対時刻の1秒間の周期を示すパルス信号であり、周期誤差は数ppm以下と非常に小さい。
1PPS信号は1PPS信号受信部101にて受信され、クロック偏差測定部103とサンプリング周期カウント部105に配信される。The
The 1PPS signal is a pulse signal indicating a period of 1 second of absolute time, and the period error is as small as several ppm or less.
The 1PPS signal is received by the 1PPS
クロック生成部102では、データ収集装置150のクロック信号が生成され、クロック偏差測定部103とサンプリング周期カウント部105に配信される。
クロック偏差測定部103では、1PPS信号の受信タイミングと、データ収集装置150のクロック信号でカウントした1秒間とのずれであるクロック偏差を計測し、計測結果は偏差測定値保持部104で保持される。In the
The clock
サンプリング周期カウント部105は、クロック生成部102にて生成されたクロック信号にてカウントアップまたはカウントダウンするカウンタである。
The sampling
ここで、サンプリング周期を生成するカウント値の上限値(カウント完了値)は、偏差測定値保持部104に保持されているクロック偏差測定値を基に、1PPS信号の精度と一致する様に決定される。
例えば、電力系統の交流周波数が50Hz、1交流周期あたりのサンプリング回数が80回の場合、サンプリング周期は250マイクロ秒となる。
1PPS信号の精度が0ppmの場合、250マイクロ秒は80MHzカウンタで20000回のカウントと一致する。
ここで、クロック信号の周波数偏差が−50ppmの場合、20000回のカウントは250.0125マイクロ秒となり、サンプリング周期が12.5ナノ秒長くなる。
そのため、偏差測定値保持部104に保持されているクロック偏差測定値が−50ppmの場合は、80MHzカウンタのカウント上限値を19999回とすることにより、サンプリング周期の時間幅を250マイクロ秒(0ppmでの時間幅)に一致させる。Here, the upper limit value (count completion value) of the count value for generating the sampling period is determined based on the clock deviation measurement value held in the deviation measurement
For example, when the AC frequency of the power system is 50 Hz and the number of samplings per AC cycle is 80, the sampling cycle is 250 microseconds.
If the accuracy of the 1PPS signal is 0 ppm, 250 microseconds corresponds to 20000 counts with an 80 MHz counter.
Here, when the frequency deviation of the clock signal is −50 ppm, the count of 20000 times is 250.0125 microseconds, and the sampling period is increased by 12.5 nanoseconds.
Therefore, when the clock deviation measurement value held in the deviation measurement
サンプリング信号生成部106は、サンプリング周期カウント部105が生成したカウント値を用いて、電気量測定部107に与えるサンプリングタイミング信号を生成する。
電気量測定部107はサンプリング信号生成部106が生成したサンプリングタイミング信号の受信にて電力系統の電気量(電流、電圧)を計測する。
データ生成部108は、サンプリング信号生成部106にて測定された電気量を演算装置200に送信するため、通信部109にて送信可能な通信フレームの形式に構成する。
通信部109は、データ生成部108が生成した通信フレームを演算装置200に送信する。
The sampling
The electric
The
次に、クロック偏差測定部103、偏差測定値保持部104、サンプリング周期カウント部105の動作を図6を用いて説明する。
Next, operations of the clock
クロック偏差測定部103は、1PPS信号の受信時を起点としてクロック信号をカウント源とする10ミリ秒周期パルスの生成を開始する。
10ミリ秒周期パルスによりカウントアップする10ミリ秒パルスカウントの値が99に達した段階で、クロック偏差測定部103は、クロック信号をカウント源とするクロック偏差測定カウンタのカウントを開始する。
カウント開始後、1PPS信号の受信時に、クロック偏差測定部103は、クロック偏差測定カウンタのカウントを停止する。The clock
When the value of the 10-millisecond pulse count counted up by the 10-millisecond periodic pulse reaches 99, the clock
When the 1PPS signal is received after the count starts, the clock
クロック偏差測定カウンタのカウント値から10ミリ秒の理想カウント値(クロック偏差0ppm時のカウント値)を減算することにより、1PPS信号受信間におけるクロック信号のクロック周波数偏差蓄積量(例えば図6の符号500の矩形に相当する時間)を得ることができる。
クロック偏差測定部103にて得られた偏差蓄積量(クロック偏差測定値)は、偏差測定値保持部104に保持される。By subtracting the ideal count value of 10 milliseconds (count value when the clock deviation is 0 ppm) from the count value of the clock deviation measurement counter, the clock frequency deviation accumulation amount of the clock signal during the reception of the 1 PPS signal (for example,
The deviation accumulation amount (clock deviation measurement value) obtained by the clock
クロック偏差測定部103の動作を図7を用いて、より詳細に説明する。
The operation of the clock
1PPS信号がクロック偏差測定部103に入力されると、クロック信号のクロック周期に従ってカウントする10ミリ秒のカウンタが動作する。
例えば、クロック信号が80MHzの場合では、12.5ナノ秒単位のカウントとなるため、800000カウントで10ミリ秒となる。
この10ミリ秒のカウントが99回目の時に、カウンタが800000カウントになるとデータ収集装置150のクロック信号の計測では1秒間となる。
このクロック信号によりカウントした1秒間と、1PPS信号の受信タイミングの差が、クロック偏差の測定値となる。
図7では、10ミリ秒のカウンタが798400カウントの時点で1PPS信号が受信されているため、クロック信号は1秒間で20マイクロ秒((800000−798400)×12.5ナノ秒)遅くカウントしており、この値がクロック偏差の測定値である。
このような動作で、クロック偏差測定部103は、1PPS信号に対するクロック信号の1秒あたりの乖離時間であるクロック偏差を測定し、偏差測定値保持部104にクロック偏差測定値を格納する。
クロック信号による1秒間のカウントが、1PPS信号よりも20マイクロ秒遅い場合は、図8に示すように、サンプリング信号は1秒間で3999回しか出力されず、250マイクロ秒の周期でサンプリング信号を出力できていないことになる。
このため、20マイクロ秒分の補正を行うために、サンプリング周期カウンタの上限値(カウント完了値)を変更する必要がある。
When the 1PPS signal is input to the clock
For example, when the clock signal is 80 MHz, the count is in units of 12.5 nanoseconds, so 800000 counts to 10 milliseconds.
When the count of 10 milliseconds is the 99th time, if the counter reaches 800,000, the measurement of the clock signal of the
A difference in reception timing of 1 second and 1 PPS signal counted by this clock signal is a measured value of the clock deviation.
In FIG. 7 , since the 1 PPS signal is received when the counter of 10 milliseconds is 798400 counts, the clock signal counts late by 20 microseconds ((800000-798400) × 12.5 nanoseconds) in 1 second. This value is a measured value of the clock deviation.
With such an operation, the clock
When the count for 1 second by the clock signal is 20 microseconds slower than the 1PPS signal, the sampling signal is output only 3999 times per second as shown in FIG. 8, and the sampling signal is output at a cycle of 250 microseconds. It will not be done.
For this reason, in order to perform correction for 20 microseconds, it is necessary to change the upper limit value (count completion value) of the sampling period counter.
サンプリング周期カウント部105は、図6に示すように、サンプリング信号生成カウンタを内蔵している。
サンプリング周期カウント部105は、偏差測定値保持部104に保持されている1秒間の偏差蓄積量(クロック偏差測定値)からサンプリング周期あたりの偏差蓄積量(クロック偏差測定値)を算出する。
例えば、サンプリング周期が前述のように250マイクロ秒であれば、サンプリング信号生成カウンタでは、1秒間に4000回のサンプリングが行われるため、偏差測定値保持部104に保持されている1秒間の偏差蓄積量(クロック偏差測定値)を4000で除算して、サンプリング周期あたりの偏差蓄積量(クロック偏差測定値)を求める。
サンプリング周期カウント部105は、算出した偏差蓄積量をサンプリング周期カウントの理想値(クロック偏差0ppm時のカウント値)から加算または減算し、この値をサンプリング信号生成カウンタの上限値(カウント完了値)として設定する。
図6では、符号600がサンプリング信号生成カウンタの上限値を示している。
サンプリング信号生成部106は、サンプリング信号生成カウンタのカウント値を監視し、カウント値が0(カウント開始値)となったタイミングで電気量測定部107に対するサンプリングタイミング信号を有意とする。
尚、符号600はサンプリング毎に異なる値としても良い。1秒間の偏差蓄積量(クロック偏差測定値)がサンプリング回数で割り切れない場合や1より小さい場合は、サンプリング毎にサンプリング信号生成カウンタの上限値を変えることで、細かな調整を行うことができる。例えば、3回のサンプリングにおいて符号600の値を理想値(クロック偏差0ppm時のカウント値)を1回、理想値より2少ない値を2回とする。この場合、サンプリング3回中に4クロック分の調整を行うことになり、1サンプリングあたり1.33クロック分の調整を行うことができる。As shown in FIG. 6, the sampling
The sampling
For example, if the sampling cycle is 250 microseconds as described above, the sampling signal generation counter samples 4000 times per second, so that the deviation accumulation for 1 second held in the deviation measurement
The sampling
In FIG. 6,
The sampling
The
このようにして、図5に示すデータ収集装置150は、1PPS信号に対するクロック信号の偏差量を測定し、測定結果を用いてサンプリング周期カウント部105のカウント上限値を決定することで、サンプリング周期の時間幅を理想時間幅(0ppmでの時間幅)に一致させる。
In this way, the
次に、図1のデータ収集装置100により、1PPS信号入力が一時的に途切れるといった受信異常が発生した場合に、誤ったクロック偏差測定値による誤ったサンプリング周期が生成されることを回避可能であることを説明する。
Next, it is possible to avoid the generation of an incorrect sampling period due to an erroneous clock deviation measurement value when a reception abnormality occurs such that the 1PPS signal input is temporarily interrupted by the
図1の構成と図5の構成との違いは、図1において偏差測定値保持部104の代わりに偏差測定値保持部301が配置され、また、クロック偏差値生成部302が追加されている点である。
偏差測定値保持部301及びクロック偏差値生成部302以外は、図5に示したものと同様である。The difference between the configuration of FIG. 1 and the configuration of FIG. 5 is that, in FIG. 1, a deviation measurement
Except for the deviation measurement
偏差測定値保持部301は、クロック偏差測定部103で計測したクロック偏差測定値を複数保持する。
つまり、偏差測定値保持部301は、クロック偏差測定部103における複数回の測定により得られた複数のクロック偏差測定値を保持する。The deviation measurement
That is, the deviation measurement
クロック偏差値生成部302は、偏差測定値保持部301の複数のクロック偏差測定値を比較し、出力先であるサンプリング周期カウント部105に出力するクロック偏差測定値を、複数のクロック偏差測定値の中から選択する。
クロック偏差値生成部302は、偏差測定値選択部の例に相当する。The clock deviation
The clock deviation
次に、データ収集装置100の動作例を、図2を用いて説明する。
Next, an operation example of the
偏差測定値保持部301は複数の保持部(記憶領域)を持ち、最新のクロック偏差測定値を保持部1に、1つ前のクロック偏差測定値を保持部2に、2つ前のクロック偏差測定値を保持部3に格納する。
1PPS信号に対するクロック信号の偏差量は、例えば昼夜の温度差といった環境要因等で変動するが、数秒間といった短い時間内で変化するものではない。
このため、偏差測定値保持部301内の3つのクロック偏差測定値は一致するはずである。The deviation measurement
The amount of deviation of the clock signal from the 1PPS signal varies depending on environmental factors such as a temperature difference between day and night, but does not change within a short time such as several seconds.
For this reason, the three clock deviation measurement values in the deviation measurement
クロック偏差値生成部302は、偏差測定値保持部301の複数のクロック偏差測定値を比較し、最新のクロック偏差測定値が他のクロック偏差測定値と一致している場合は、最新のクロック偏差測定値が正常であると判定し、最新のクロック偏差測定値をサンプリング周期カウント部105に出力する値として選択する。
最新のクロック偏差測定値が他のクロック偏差測定値と一致しない場合は、クロック偏差値生成部302は、例えば1PPS信号が途切れるなど異常発生があったと判断し、クロック偏差測定値の更新は行わず、現状の値を維持する。
つまり、クロック偏差値生成部302は、保持部2に保持されているクロック偏差測定値をサンプリング周期カウント部105に出力する値として選択する。
そして、クロック偏差値生成部302は、選択したクロック偏差測定値をサンプリング周期カウント部105に出力する。The clock deviation
If the latest clock deviation measurement value does not coincide with other clock deviation measurement values, the clock deviation
That is, the clock deviation
Then, the clock deviation
これにより、1PPS信号受信に異常が生じた場合でも、異常がサンプリング信号生成に影響することを防止することが可能となる。
なお、図1及び図2では、偏差測定値保持部301内の保持部は3つとして説明したが、2つ以上の任意の値で良い。
また、以上では、偏差測定値保持部301内の最新のクロック偏差測定値が、他のクロック偏差測定値と完全に一致する場合にのみ、最新のクロック偏差測定値をサンプリング周期カウント部105に出力することとした。
これに対して、所定の許容範囲を設け、最新のクロック偏差測定値が、許容範囲内で他のクロック偏差測定値と一致する場合には、最新のクロック偏差測定値をサンプリング周期カウント部105に出力するようにしてもよい。As a result, even when an abnormality occurs in the reception of the 1PPS signal, it is possible to prevent the abnormality from affecting the sampling signal generation.
1 and 2, the number of holding units in the deviation measurement
In the above description, the latest clock deviation measurement value is output to the sampling
On the other hand, when a predetermined allowable range is provided and the latest clock deviation measured value matches another clock deviation measured value within the allowable range, the latest clock deviation measured value is input to the sampling
実施の形態2.
以上の実施の形態1では、1PPS信号に対するクロック信号の偏差量を測定し、測定結果を用いてサンプリング周期カウント部のカウント上限値を決定することで、サンプリング周期の時間幅を理想時間幅(0ppmでの時間幅)に一致させることを説明した。
また、実施の形態1では、1PPS信号受信に異常があった場合に誤ったクロック偏差測定値によるサンプリング信号の生成を防止する例を示した。
本実施の形態では、1PPS信号の途絶が長時間に及んだ場合や、データ収集装置の電源投入後に1PPS信号を初めて受信した場合に、サンプリングタイミング信号の生成開始位置を1PPS信号受信タイミングに合わせる方式を示す。Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment described above, the deviation amount of the clock signal with respect to the 1PPS signal is measured, and the count upper limit value of the sampling period count unit is determined using the measurement result, whereby the time width of the sampling period is set to the ideal time width (0 ppm). It was explained that it matches the time width in (1).
In the first embodiment, an example is shown in which generation of a sampling signal due to an erroneous clock deviation measurement value is prevented when there is an abnormality in reception of a 1PPS signal.
In this embodiment, when the interruption of the 1PPS signal takes a long time or when the 1PPS signal is received for the first time after the data collector is turned on, the generation start position of the sampling timing signal is matched with the reception timing of the 1PPS signal. Indicates the method.
図3において、サンプリング位置合わせ部501は、サンプリング信号生成部106が生成するサンプリングタイミング信号の生成開始位置を1PPS信号受信タイミングに合わせるためのタイミング補正量を生成する。
より具体的には、サンプリング位置合わせ部501は、サンプリング周期カウント部105への1PPS信号の入力タイミングとサンプリング周期カウント部105におけるカウント開始値のタイミングとを監視する。
そして、カウント開始値のタイミングが1PPS信号の入力タイミングと一致していない場合に、サンプリング位置合わせ部501は、カウント開始値のタイミングを1PPS信号の入力タイミングに一致させるためのタイミング補正値を算出する。
そして、サンプリング周期カウント部105は、サンプリング位置合わせ部501により算出されたタイミング補正値を用いてカウント上限値(カウント完了値)を変更し、カウント開始値のタイミングを1PPS信号の入力タイミングに一致させる。
なお、サンプリング位置合わせ部501は、タイミング補正値算出部の例に相当する。
また、サンプリング位置合わせ部501以外の要素は、図1に示したものと同様である。In FIG. 3, the sampling
More specifically, the sampling
When the timing of the count start value does not coincide with the input timing of the 1PPS signal, the
Then, the sampling
Note that the sampling
The elements other than the sampling
次に、本実施の形態に係るデータ収集装置100の動作例を、図4を用いて説明する。
Next, an operation example of the
複数のデータ収集装置間でサンプリングタイミングが一致するためには、サンプリング周期の時間幅が一致することに加え、サンプリングタイミング信号の開始位置が1PPS信号の受信タイミングと一致していることが必要である。
そのため、サンプリング信号生成カウンタの上限値を決定する算出式には、サンプリング周期の時間幅をクロック偏差測定値に合わせて設定する(2)に加え、サンプリングタイミング信号の生成タイミングをずらすための(3)が必要である。
<サンプリング信号生成カウンタ上限値の決定式>
カウンタ上限値=(1)カウンタベース値(0ppm時の周期カウント値)
±(2)クロック偏差値 ±(3)タイミング補正量In order for sampling timings to match among a plurality of data collection devices, it is necessary that the sampling timing signal start position matches the reception timing of the 1PPS signal in addition to the matching of the sampling period time widths. .
For this reason, in the calculation formula for determining the upper limit value of the sampling signal generation counter, in addition to setting the time width of the sampling period in accordance with the clock deviation measurement value (2), (3) for shifting the generation timing of the sampling timing signal )is necessary.
<Sampling signal generation counter upper limit value determination formula>
Counter upper limit value = (1) Counter base value (cycle count value at 0 ppm)
± (2) Clock deviation value ± (3) Timing correction amount
1PPS信号の途絶が長時間に及んだ場合や、データ収集装置の電源投入後に1PPS信号を初めて受信した場合は、図4中の同期ずれ量(サンプリングタイミング信号位置と1PPS信号受信位置間のずれ)が存在しており、この同期ずれ量は、データ収集装置ごとに異なる値となっている。 When the interruption of the 1PPS signal lasts for a long time or when the 1PPS signal is received for the first time after the data collector is turned on, the amount of synchronization deviation (the difference between the sampling timing signal position and the 1PPS signal reception position) in FIG. ) And the amount of synchronization deviation is different for each data collection device.
サンプリング位置合わせ部501は、1PPS受信時のサンプリング信号生成カウンタのカウント値から同期ずれ量を算出する。
そして、サンプリング位置合わせ部501は、算出した同期ずれ量をタイミング補正量としてサンプリング周期カウント部105へ出力する。
サンプリング周期カウント部105は、前記のサンプリング信号生成カウンタ上限値の決定式に基づきカウンタ上限値を変更することで、同期ずれ量を0に調整することができる。The
Then, the sampling
The sampling
サンプリング位置合わせ部501は、1PPS信号受信時のサンプリング信号生成カウンタのカウント値によって、サンプリングタイミング信号を調整する方向、すなわち前記の(3)タイミング補正量を加算するか減算するかを決定する。
図4において、1PPS信号の受信タイミングがサンプリング信号生成カウンタの中間値より後であってカウンタ上限値よりも前の場合(図4の(1))は、サンプリング位置合わせ部501は、カウンタ上限値からタイミング補正量を減算することでサンプリングタイミング信号を1PPS信号受信タイミングに一致させる。
また、1PPS信号の受信タイミングがサンプリング信号生成カウンタの中間値より前であってカウンタ開始値よりも後の場合(図4の(2))は、サンプリング位置合わせ部501は、カウンタ上限値にタイミング補正量を加算することでサンプリングタイミング信号を1PPS信号受信タイミングに一致させる。
The
4, when the reception timing of the 1PPS signal is earlier than the counter upper limit value even after the intermediate value of the sampling signal generating counter (of FIG. 4 (1)), the
In addition, when the reception timing of the 1PPS signal is earlier than the intermediate value of the sampling signal generation counter and later than the counter start value ((2) in FIG. 4), the sampling
なお、前記の(3)タイミング補正量の調整は1回で行わず、複数回に分割して行ってよい。
例えば、サンプリングタイミング信号間隔の変化を75ナノ秒以下に制限したいケースで同期ずれ量が750nsの場合、1回の調整量を最大75ns(80MHzカウンタで4カウント分)とし、カウンタ上限値の調整を10回行ってもよい。
また、毎回の調整量が同じでなくてもよい。Note that (3) the adjustment of the timing correction amount may not be performed once but may be performed in a plurality of times.
For example, if you want to limit the change in the sampling timing signal interval to 75 nanoseconds or less and the synchronization deviation amount is 750 ns, the maximum adjustment amount is 75 ns (4 counts for the 80 MHz counter) and the counter upper limit is adjusted. It may be performed 10 times.
Further, the adjustment amount for each time may not be the same.
このように、本実施の形態によれば、1PPS信号の途絶が長時間に及んだ場合や、データ収集装置の電源投入後に1PPS信号を初めて受信した場合に、サンプリングタイミング信号の生成開始位置を1PPS信号受信タイミングに合わせることが可能になる。 As described above, according to the present embodiment, when the interruption of the 1PPS signal takes a long time or when the 1PPS signal is received for the first time after the data collecting device is turned on, the generation start position of the sampling timing signal is set. It becomes possible to match the 1PPS signal reception timing.
なお、実施の形態1及び2では、サンプリング周期カウント部105がインクリメントによりカウントする例を説明したので、カウント開始値がサンプリング周期カウント部105の下限値であり、カウント完了値が上限値であった。
サンプリング周期カウント部105がデクリメントによりカウントする場合は、カウント開始値がサンプリング周期カウント部105の上限値となり、カウント完了値が下限値となる。In
When the sampling
最後に、実施の形態1、2に示したデータ収集装置100のハードウェア構成例を図9を参照して説明する。
データ収集装置100はコンピュータであり、データ収集装置100の各要素をプログラムで実現することができる。
データ収集装置100のハードウェア構成としては、バスに、制御装置901、外部記憶装置902、主記憶装置903、通信装置904、入出力装置905、クロック発生回路906、カウンタ907が接続されている。Finally, a hardware configuration example of the
The
As a hardware configuration of the
制御装置901は、プログラムを実行するCPUである。
外部記憶装置902は、例えばROM(Read Only Memory)やフラッシュメモリ、ハードディスク装置である。
主記憶装置903は、RAM(Random Access Memory)である。
偏差測定値保持部301は、例えば、主記憶装置903により実現される。
通信装置904は、1PPS信号受信部101及び通信部109の物理層に対応する。
入出力装置905は、例えばマウス、キーボード、ディスプレイ装置等である。
クロック発生回路906は、水晶発振器を備え、データ収集装置100のクロック信号を生成する。
クロック生成部102は、クロック発生回路906により実現される。
また、サンプリング周期カウント部105は、カウンタ907により実現される。The
The
The
The deviation measured
The
The input /
The
The
The sampling
プログラムは、通常は外部記憶装置902に記憶されており、主記憶装置903にロードされた状態で、順次制御装置901に読み込まれ、実行される。
プログラムは、図1、図3に示す「〜部」(但し、クロック生成部102、偏差測定値保持部301を除く、以下も同様)として説明している機能を実現するプログラムである。
更に、外部記憶装置902にはオペレーティングシステム(OS)も記憶されており、OSの少なくとも一部が主記憶装置903にロードされ、制御装置901はOSを実行しながら、図1に示す「〜部」の機能を実現するプログラムを実行する。
また、実施の形態1、2の説明において、「〜の測定」、「〜のカウント」、「〜の変更」、「〜の決定」、「〜の設定」、「〜の指定」、「〜の計算」、「〜の判断」、「〜の判定」、「〜の選択」、「〜の生成」、「〜の入力」、「〜の受信」等として説明している処理の結果を示す情報やデータや信号値や変数値が主記憶装置903にファイルとして記憶されている。The program is normally stored in the
The program is a program that realizes the functions described as “˜units” shown in FIG. 1 and FIG. 3 (however, except for the
Further, an operating system (OS) is also stored in the
In the description of the first and second embodiments, “measurement of”, “count of”, “change of”, “determination”, “setting of”, “designation of”, “ Results of the processes described as "Calculation of", "Judgment of", "Judgment of", "Selection of", "Generation of", "Input of", "Reception of" Information, data, signal values, and variable values are stored in the
なお、図9の構成は、あくまでもデータ収集装置100のハードウェア構成の一例を示すものであり、データ収集装置100のハードウェア構成は図9に記載の構成に限らず、他の構成であってもよい。
The configuration in FIG. 9 is merely an example of the hardware configuration of the
100 データ収集装置、101 1PPS信号受信部、102 クロック生成部、103 クロック偏差測定部、104 偏差測定値保持部、105 サンプリング周期カウント部、106 サンプリング信号生成部、107 電気量測定部、108 データ生成部、109 通信部、301 偏差測定値保持部、302 クロック偏差値生成部、501 サンプリング位置合わせ部。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
1秒間に比べて微小なクロック周期のクロック信号を生成するクロック生成部と、
前記1PPS信号受信部から前記1PPS信号を入力し、前記クロック生成部から前記クロック信号を入力し、前記1PPS信号を入力する度に、前記クロック信号の前記1PPS信号に対する周波数偏差であるクロック偏差を測定するクロック偏差測定部と、
前記クロック偏差測定部における複数回の測定により得られた複数のクロック偏差測定値を保持する偏差測定値保持部と、
前記偏差測定値保持部に保持されている前記複数のクロック偏差測定値のうちの最新のクロック偏差測定値と他のクロック偏差測定値とを比較し、前記最新のクロック偏差測定値が他のクロック偏差測定値と所定の許容範囲内で一致する場合に前記最新のクロック偏差測定値を出力先に出力し、前記最新のクロック偏差測定値が他のクロック偏差測定値と前記許容範囲内で一致しない場合に前記他のクロック偏差測定値のうちのいずれかのクロック偏差測定値を前記出力先に出力する偏差測定値選択部とを有することを特徴とする信号処理装置。A 1PPS signal receiving unit that receives a 1PPS (1 Pulse Per Second) signal;
A clock generation unit that generates a clock signal having a clock period smaller than that of one second;
Each time the 1PPS signal is input from the 1PPS signal receiving unit, the clock signal is input from the clock generation unit, and the 1PPS signal is input, a clock deviation that is a frequency deviation of the clock signal with respect to the 1PPS signal is measured. A clock deviation measuring unit to
A deviation measurement value holding unit for holding a plurality of clock deviation measurement values obtained by a plurality of measurements in the clock deviation measurement unit;
The latest clock deviation measurement value of the plurality of clock deviation measurement values held in the deviation measurement value holding unit is compared with another clock deviation measurement value, and the latest clock deviation measurement value is compared with another clock. Outputs the latest clock deviation measurement value to the output destination when the deviation measurement value matches within a predetermined allowable range, and the latest clock deviation measurement value does not match with other clock deviation measurement values within the allowable range And a deviation measurement value selection unit that outputs any one of the clock deviation measurement values of the other clock deviation measurement values to the output destination.
前記1PPS信号受信部から前記1PPS信号を入力し、前記クロック生成部から前記クロック信号を入力し、前記クロック信号のクロック周期に合わせてカウント開始値からカウント完了値までのカウントを行い、前記カウント完了値までのカウントを終えると前記カウント開始値からのカウントを開始するカウンタと、
前記カウンタへの前記1PPS信号の入力タイミングと前記カウンタにおける前記カウント開始値のタイミングとを監視し、前記カウント開始値のタイミングが前記1PPS信号の入力タイミングと一致していない場合に、前記カウント開始値のタイミングを前記1PPS信号の入力タイミングに一致させるためのタイミング補正値を算出するタイミング補正値算出部とを有し、
前記カウンタは、
前記タイミング補正値算出部により算出されたタイミング補正値を用いて前記カウント完了値を変更し、前記カウント開始値のタイミングを前記1PPS信号の入力タイミングに一致させることを特徴とする請求項1に記載の信号処理装置。The signal processing device further includes:
The 1PPS signal is input from the 1PPS signal receiving unit, the clock signal is input from the clock generation unit, and the count from the count start value to the count completion value is performed according to the clock cycle of the clock signal, and the count is completed A counter that starts counting from the count start value when the count to the value is finished,
The input timing of the 1PPS signal to the counter and the timing of the count start value in the counter are monitored, and when the timing of the count start value does not coincide with the input timing of the 1PPS signal, the count start value A timing correction value calculation unit for calculating a timing correction value for matching the timing of the above to the input timing of the 1PPS signal,
The counter is
The timing correction value calculated by the timing correction value calculation unit is used to change the count completion value so that the timing of the count start value coincides with the input timing of the 1PPS signal. Signal processing equipment.
前記カウンタへの前記1PPS信号の入力タイミングが前記カウント開始値と前記カウント完了値との間の中間値よりも後であって前記カウント完了値よりも前である場合に、前記カウンタに前記カウント完了値からタイミング補正値を減算させるようにし、
前記カウンタへの前記1PPS信号の入力タイミングが前記カウント開始値よりも後であって前記中間値よりも前である場合に、前記カウンタに前記カウント完了値にタイミング補正値を加算させるようにすることを特徴とする請求項2に記載の信号処理装置。The timing correction value calculator is
When the input timing of the 1PPS signal to the counter is later than the intermediate value between the count start value and the count completion value and before the count completion value, the counter completes the count completion. The timing correction value is subtracted from the value,
When the input timing of the 1PPS signal to the counter is after the count start value and before the intermediate value, the counter is caused to add a timing correction value to the count completion value. The signal processing apparatus according to claim 2.
算出したタイミング補正値をn(nは2以上の整数)分割し、
前記カウンタは、
前記タイミング補正値の分割値をn回のカウント完了値に用いて前記n回のカウント完了値を変更して、前記カウント開始値のタイミングを前記1PPS信号の入力タイミングに一致させることを特徴とする請求項2又は3に記載の信号処理装置。The timing correction value calculator is
Divide the calculated timing correction value into n (n is an integer of 2 or more),
The counter is
The division value of the timing correction value is used as the n count completion value to change the n count completion value so that the timing of the count start value coincides with the input timing of the 1PPS signal. The signal processing apparatus according to claim 2 or 3.
1秒に比べて微小なクロック周期のクロック信号を生成するクロック生成部と、
前記1PPS信号受信部から前記1PPS信号を入力し、前記クロック生成部から前記クロック信号を入力し、前記クロック信号のクロック周期に合わせてカウント開始値からカウント完了値までのカウントを行い、前記カウント完了値までのカウントを終えると前記カウント開始値からのカウントを開始するカウンタと、
前記カウンタへの前記1PPS信号の入力タイミングと前記カウンタにおける前記カウント開始値のタイミングとを監視し、前記カウント開始値のタイミングが前記1PPS信号の入力タイミングと一致していない場合に、前記カウント開始値のタイミングを前記1PPS信号の入力タイミングに一致させるためのタイミング補正値を算出するタイミング補正値算出部とを有し、
前記カウンタは、
前記タイミング補正値算出部により算出されたタイミング補正値を用いて前記カウント完了値を変更し、前記カウント開始値のタイミングを前記1PPS信号の入力タイミングに一致させることを特徴とする信号処理装置。A 1PPS signal receiving unit that receives a 1PPS (1 Pulse Per Second) signal;
A clock generation unit for generating a clock signal having a clock period smaller than 1 second;
The 1PPS signal is input from the 1PPS signal receiving unit, the clock signal is input from the clock generation unit, and the count from the count start value to the count completion value is performed according to the clock cycle of the clock signal, and the count is completed A counter that starts counting from the count start value when the count to the value is finished,
The input timing of the 1PPS signal to the counter and the timing of the count start value in the counter are monitored, and when the timing of the count start value does not coincide with the input timing of the 1PPS signal, the count start value A timing correction value calculation unit for calculating a timing correction value for matching the timing of the above to the input timing of the 1PPS signal,
The counter is
The signal processing apparatus, wherein the count completion value is changed using the timing correction value calculated by the timing correction value calculation unit, and the timing of the count start value is made coincident with the input timing of the 1PPS signal.
前記カウンタへの前記1PPS信号の入力タイミングが前記カウント開始値と前記カウント完了値との間の中間値よりも後であって前記カウント完了値よりも前である場合に、前記カウンタに前記カウント完了値からタイミング補正値を減算させるようにし、
前記カウンタへの前記1PPS信号の入力タイミングが前記カウント開始値よりも後であって前記中間値よりも前である場合に、前記カウンタに前記カウント完了値にタイミング補正値を加算させるようにすることを特徴とする請求項5に記載の信号処理装置。The timing correction value calculator is
When the input timing of the 1PPS signal to the counter is later than the intermediate value between the count start value and the count completion value and before the count completion value, the counter completes the count completion. The timing correction value is subtracted from the value,
When the input timing of the 1PPS signal to the counter is after the count start value and before the intermediate value, the counter is caused to add a timing correction value to the count completion value. The signal processing apparatus according to claim 5.
算出したタイミング補正値をn(nは2以上の整数)分割し、
前記カウンタは、
前記タイミング補正値の分割値をn回のカウント完了値に用いて前記n回のカウント完了値を変更して、前記カウント開始値のタイミングを前記1PPS信号の入力タイミングに一致させることを特徴とする請求項5又は6に記載の信号処理装置。The timing correction value calculator is
Divide the calculated timing correction value into n (n is an integer of 2 or more),
The counter is
The division value of the timing correction value is used as the n count completion value to change the n count completion value so that the timing of the count start value coincides with the input timing of the 1PPS signal. The signal processing device according to claim 5 or 6.
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