网络时钟系统方案

技术文件烟台北极星高基时间同步技术1时钟系统技术方案烟台北极星高基时间同步技术有限公司2012年3月技术文件烟台北极星高基时间同步技术2第一部分：时钟系统技术方案一、时钟系统概述1.1概述根据办公楼的实际情况，特制定如下施工设计方案：时钟系统主要由GPS接收装置、中心母钟、二级母钟(中继器)、全功能数字显示子钟、、传输通道和监测系统计算机组成。系统中心母钟设在中心机房内，其他楼各设备间设置二级母钟，在各有关场所安装全功能数字显示子钟。系统中心母钟接收来自GPS的标准时间信号，通过传输通道传给二级母钟，由二级母钟按标准时间信号指挥子钟统一显示时间；系统中心母钟还通过传输系统将标准时间信号直接传给各个子钟，为楼宇工作人员提供统一的标准时间二、时钟系统功能根据本工程对时钟系统的要求，时钟系统的功能规格如下：时钟系统由GPS校时接收装置（含防雷保护器）、中心母钟、扩容接口箱、二级母钟、数字式子钟、监控终端（也称监测系统计算机）及传输通道构成。其主要功能为：☉显示统一的标准时间信息。☉向其它需要统一时间的系统及通信各子系统网管终端提供标准时间信息。2.1中心母钟系统中心母钟设置在控制中心设备室内，主要功能是作为基础主时钟，自动接收GPS的标准时间信号，将自身的精度校准，并分配精确时间信号给子钟，二级母钟和其它需要标准时间的设备，并且通过监控计算机对时钟系统的主要设备进行监控。中心母钟主要由以下几部分组成：☉标准时间信号接收单元☉主备母钟（信号处理单元）☉分路输出接口箱☉电源中心母钟外观示意图见（附图）2.1.1标准时间信号接收单元标准时间信号接收单元是为了向时间系统提供高精度的时间基准而设置的，用以实现时间系统的无累积误差运行。在正常情况下，标准时间信号接收单元接收来自GPS的卫星时标信号，经解码、比对后，经由RS422接口传输给系统中心母钟，以实现对母钟精度的校准。系统通过信号接收单元不断接收GPS发送的时间码及其相关代码，并对接收到的数据进行分析，判断这些数据是否真实可靠。如果数据可靠即对母钟进行校对。如果数据不可靠便放弃，下次继续接收。技术文件烟台北极星高基时间同步技术32.1.2主备母钟由于母钟是整个时钟系统的中枢部分，其工作的稳定性很大程度上决定了整个系统的可靠性，因此我们充分考虑了系统功能的实现与系统可靠性等综合因素，将其设计为主、副机配置，并且主、副机之间可实现自动或手动切换。中心母钟通过标准RS422接口接收标准时间信号接收机发送的标准时间信号。标准时间信号接收机正常工作时，该信号将作为母钟的时间基准；标准时间信号接收单元出现故障时，中心母钟将采用自身的高稳晶振产生的时间信号作为时间基准，向其他子系统及各个二级母钟(中继器)发送时间信息，同时向时钟系统网管设备发出告警。中心母钟能够显示年、月、日、星期、时、分、秒等全时标时间信息，具备12/24小时以及格林威治时间（GMT）三种显示方式的转换功能，也可显示所控制的二级母钟(中继器)的运行信息。中心母钟和校时信号能自动进行调整，可显示并输出任意时区的时间。中心母钟具有统一调整、变更时钟快慢的功能，可通过设置在前面板上的键盘实现对时间的统一调整。中心母钟通过标准的RS422/RS485接口与监控计算机相连，以实现对时钟系统主要设备的维护管理及监控。中心母钟采用标准的RS422/485接口形式分别与自带子钟连接。通过时钟信号线缆通道定时向子钟发送标准时间信号，使其按统一的时间标准运行。当系统中心母钟出现故障时，能向时钟监测系统计算机发出告警。中心母钟通过分路输出接口箱采用标准的RS422接口形式与传输子系统连接。通过传输系统定时向各个二级母钟发送标准时间信号（包含毫秒级信号），校准二级母钟。当二级母钟、子钟或传输通道出现故障时，能向时钟系统网管中心发出告警。中心母钟通过标准的RS422/RS-485，向其它系统提供标准时间信号，以实现各子系统时间的统一。中心母钟留有标准的RS422/RS-485外部接口，与此次工程的接口扩容箱对接。2.1.3分路输出接口箱系统通过分路输出接口箱实现主备母钟的多路输出，可以为二级母钟提供标准时间信号及监控其运行状态，同时为其他各系统设备提供标准时间信号输出接口，并可单独提供毫秒级标准时间信号输出接口。中心母钟的分路输出接口箱与各二级母钟(中继器)、各系统设备时间接口形式：☉接口类型：标准RS-422/RS-485端口☉传输速率：9600bps☉数据位：8位☉起始位：1位☉停止位：1位☉校验位：无☉工作方式：异步技术文件烟台北极星高基时间同步技术4☉数据格式：ASCII字符串，共19个字符☉传输距离：≤1200米2.1.4电源电源箱可向主备母钟及分路输出接口箱提供12V的交流电。2.2监测系统计算机本套时钟系统具备微机网络集中管理功能。本监控软件用VisualBasic编制而成，运行于NTServer操作系统。在中心母钟机柜中设置时钟系统的维护管理终端（即网管监测终端设备），监控界面采用全中文显示、下拉菜单模式，具有良好的人机对话界面，其优良的开放性和可扩充性便于显示的子钟数量的更改，它通过标准的RS232接口与系统中心母钟相连，具有集中维护功能和自诊断功能，可进行故障管理、一般性能管理及安全管理，其监控软件界面如（图十二）所示。图十二监测系统计算机监控软件界面2.2.1一般性管理功能通过监控终端能够真实显示系统的网络拓扑结构，实时反映其物理连接状态及各点设备运行条件和状态。能够实现对全部时钟进行点对点的监控，其主要监控及显示的内容包括：标准时间信号接收机、中心母钟、二级母钟、子钟及传输通道的工作状态。可实现对全部时钟设备的控制（加快、减慢、复位、校对、停止、追时等）。通过监控终端能对系统网络进行配置和数据设定。在监控主界面上显示的内容主要包含以下几部分：☉能够显示控制中心母钟的运行状态：主备母钟运行信息及标准时间信号接收机的信号来源及技术文件烟台北极星高基时间同步技术5其运行状态。☉能够循环检测所控子钟的运行状态，还可有重点地选择某个子钟，对其运行状况进行监测。☉能够实时监测控制中心所有子钟的运行状态。☉在维护管理界面上，可以根据设备状态不同颜色的出现，显示紧急告警、非紧急告警的状态，指导维护人员及时处理故障。在监控终端还可以监测到中心主备用母钟及接口模块、各二级主备用母钟及其接口模块的工作状态，并可控制主备母钟进行自由切换。在主母钟正常运行的情况下，备用母钟处于待机状态，此时监控终端也能监测到备用母钟有无故障，当需要切换到备用母钟工作时，能确保备用母钟立即进入工作。本监控功能的增加进一步提高了系统的防护级别，使备用母钟（中心级、二级母钟）的状态始终处于维护人员的监控之下，避免了由于备用母钟的故障情况不可预知而给业主带来损失。2.3二级母钟二级母钟设置在综合楼弱电设备室内。为了保证系统的可靠性，二级母钟也设置为主/备机。在正常情况下，主机工作，当出现故障时，自动转换到备用机上工作，提高了系统的可靠性。在正常情况下，二级母钟均通过传输通道接收中心母钟发出的标准时间信号，随时与中心母钟保持同步，并将其进行放大，驱动分布在各楼各处的子钟运行，同时能够向中心母钟回馈自身及子钟的工作信息。二级母钟具有独立的恒温晶振，中心母钟对二级母钟是校对的关系，而不是绝对的指挥关系，当中心母钟或传输通道出现故障时，二级母钟将依靠自身晶振指挥子钟运行，并向时钟系统网管设备告警。二级母钟具有监测数据传输接口，可接入便携机实现对时钟设备的监控。二级母钟可预留数据输出接口。二级母钟(中继器)具有计时功能和日期、时间显示功能，时间显示器以年、月、日、时、分、秒格式显示。二级母钟的时间显示面板除了显示标准时间外，还可以通过切换开关显示备用二级母钟以及所带子钟的工作状态。二级母钟具有分路输出，通过电缆线路连接到各子钟。在本套设备中二级母钟的输出接口，我们设计为8路。二级母钟有标准RS422、RS485和RS232三种接口形式，与一级母钟接口用RS422方式，与子钟采用RS485或RS422接口方式，与便携式监控终端采用RS232方式。二级母钟(中继器)与子钟的接口协议为：接口类型:标准RS-422（总线方式）传输速率:9600bps数据位:8位起始位:1位停止位:1位校验位:无工作方式:异步技术文件烟台北极星高基时间同步技术6数据格式:ASCⅡ字符串,共19个字符传输距离1200m与中心母钟相同，二级母钟也配有备用电源，可以保证在停电状态下正常走时24小时。二级母钟(中继器)外观示意图见样本。2.4数字式子钟子钟通过标准RS485/422接口，采用直接电缆方式与系统中心母钟或二级母钟，接收中心母钟或二级母钟转送的标准时间信号，对自身的精度进行校准，向工作人员和来宾直接指示时间信息。子钟在接收到标准时间信号后，回送自身的工作状态给系统中心母钟。所有子钟均具有独立的计时功能，平时跟踪母钟工作。当子钟接收不到来自二级母钟或中心母钟发送的时间信号时，仍能依靠自身的晶振独立运行并向时钟系统管理中心发出告警。此时时钟时间的调整靠键盘来进行。调整键盘配有复位按钮，每个子钟都配有单独的电源开关。数字式子钟具备12/24小时两种显示方式转换功能。数字式子钟收到系统中心母钟或二级母钟发送来的标准时间信号时，自动刷新，与系统中心母钟或二级母钟保持一致。子钟对接收到的信息能够进行严格的比对、分析、判断，从而排除了异常信息的干扰。数字式子钟具有记忆功能，内置实时时钟芯片，停电后可保持数据十年，来电后自动显示正确时间。大数字式子钟显示格式为“月、日、星期、时、分”。小数字式子钟显示格式为“时：分：秒”，数字式子钟的外观示意图（见附图）。数字式子钟采用点阵显示单元，颜色为黑底红字。双面小数字式子钟的安装为吊挂、单面大数字式子钟和单面小数字式子钟采用壁挂。三、系统构成时钟系统采用分布式结构,采用中心机房及子区域两级组网方式，主要由中心母钟（含GPS标准时间信号接收单元、主备母钟及分路输出接口箱）、子区域二级母钟(中继器)、指针式/数字式子钟及传输通道、电源、系统监测计算机等组成。中心机房设备与各二级母钟(中继器)通过传输通道(综合布线系统提供)连接，各子钟通过屏蔽电缆线路连接至现场控制器或系统中心母钟。中心母钟接收来自GPS的标准时间信号，在中心机房通过传输线路为其它各系统提供统一的时间信号，使各子系统的定时设备与时钟系统同步，从而实现统一的时间标准。时钟系统图如图一所示。3.1控制中心级在8号楼控制机房内设置中心母钟和维护管理终端，GPS天线安装在室外，在天线馈线上加装防雷保护器。中心母钟采用19英寸标准机柜，高度为2000mm，内设风扇、电源及门锁。3.2子区域在9、10号楼办公楼各设置一台二级母钟，用于接收中心母钟的校时信号并发送给子钟。二级母钟(中继器)采用19英寸标准机箱，高度为3U，可与其他系统合放在一个机柜里。技术文件烟台北极星高基时间同步技术7在各楼层，设置2套数字式子钟。分别为大数字式子钟显示格式为“月、日、星期、时、分”，小数字式子钟显示格式为“时：分：秒”。颜色建议为黑底红字，安装方式可采用吊装、壁挂式。时钟系统子区域部分构成框图如图三所示。技术文件烟台北极星高基时间同步技术8注：图中的子钟驱动器即二级母钟，起加强信号或管理的作用。技术文件烟台北极星高基时间同步技术9四根据此次工程的具体要求，需要配置的设备材料清单如下：序号名称规格/型号单位数量产地制造商注册商标备注1中心母钟BKS2-1套1烟台烟台北极星高基北极星含热备份2二级母钟BKS2-2套2烟台烟台北极星高基北极星含热备份3单面无日历数字式子钟YZD720台烟台烟台北极星高基北极星安装方式根据实际要求4单面日历数字式子钟YZD721台烟台烟台北极星高基北极星安装方式根据实际要求4.1备品备件清单表备品备件清单表序号设备名称单位数量产地与品牌1二级母钟主控板块1烟台、北极星2二级母钟接口板块1烟台、北极星3电源块4烟台、北极星安装方式1二级母钟二级母钟安装于室内，与其他系统设备放在一个19英寸标准机柜里。温度0℃~+4