本文目录
- GPS卫星时钟服务器和北斗卫星时钟服务器一样吗
- gps授时时钟都有哪些必要的参数
- GPS同步时钟的介绍
- GPS模块的授时精度是多少
- GPS时钟服务器价格大概是多少
- GPS时钟的介绍
- GPS时钟是什么样的
- GPS时钟的实现方法
- GPS时钟系统是干什么用的GPS时钟怎么组网
- GPS时钟系统的输出及各种应用
GPS卫星时钟服务器和北斗卫星时钟服务器一样吗
GPS卫星时钟服务器是以GPS卫星为源的时钟服务器，北斗卫星时钟服务器是以北斗为源的时钟服务器，在网络正常工作状态下，GPS北斗卫星时钟服务器具有与GPS北斗卫星时钟服务器主钟相同的频率准确度；由于在某些特殊情况下GPS北斗卫星时钟服务器信号会暂时消失，所以基于GPS北斗卫星时钟服务器的时钟模块一般需要另一个外部时钟作为后备输入，预留有外接时钟的时基和频标信号（如GLONASS、中国双星、铷原子钟等）接口。另外，GPS北斗卫星时钟服务器其频率准确度还具有自身保持性能。
目前国产的北斗时钟服务器在不断的替代GPS卫星时钟服务器，推荐一个国内比较专业的卫星时钟服务器厂商：
gps授时时钟都有哪些必要的参数
gps授时时钟的NTP服务主板性能差异很大，千元级多为单片机，其内存只有几兆或几K，存储空间只有几M，而“北斗时频”的gps授时时钟性能，4G内存，64G固态盘存储空问，高可靠性的64位Linux服务器操作系统。性能完全不是一个级别。-服务器
另外，目前接触到的市场上一些几千元的GPS授时时钟是以一个单独的芯片代替其授时核心模块的功能，其接收机以单片机或其他芯片代替，遇到标准的GPS授时时钟或长期使用后，会出现乱码，时间跳转，间断等现象，在正式场合选择时需慎重选择。-样
gps授时时钟的NTP服务主板性能差异很大，千元级多为单片机，其内存只有几兆或几K，存储空间只有几M，而“北斗时频”的gps授时时钟性能，4G内存，64G固态盘存储空问，高可靠性的64位Linux服务器操作系统。性能完全不是一个级别。-服务器
“北斗时频”采用的双系统卫星授时模块，而不是普通的定位模块，性能指标差距很大，我们授时模块是纳秒级，而普通定位授时精度连百毫秒级都无法保证。
GPS同步时钟的介绍
GPS同步时钟也是基于最新型GPS高精度定位授时模块开发的基础型授时应用产品。能够按照用户需求输出符合规约的时间信息格式，从而完成同步授时服务。 GPS同步时钟主要由以下几部分组成：GPS/GNSS接收机，其中可以为GPS/GLONASS/BD/GALILEO等，高精度OCXO或铷钟，本地同步校准单元，测差单元，误差处理及控制结构，输入输出等几部分。-样
GPS模块的授时精度是多少
GPS授时：GPS授时模块在任意时刻能同时接收其视野范围内4~8颗卫星的信号，其内部硬件电路和软件通过对接收到的信息进行编码和处理，能从中提取并输出两种时间信号：一个是间隔为1秒的同步脉冲信号1PPS，其脉冲前沿与UCT的同步误差不超过1ns，二是包括在串口输出信息中的UCT绝对时间（年、月、日、时、分、秒），它是与1PPS脉冲想对应的。一旦天线位置固定下来，它只需要接收一颗卫星的信号变可维持其精密的时间输出。-服务器
GNSS授时模块
上述选型表中的GNSS授时模块均已批量供货，SKG09DT为小尺寸授时模块，授时精度为±10ns，其余SKG12系列的规格尺寸一样，授时精度分别是SKG121D的授时精度为±25ns，双频定位模块SKG122S/SKG122Y是授时精度为±20ns，SKG1223、SKG121SA的授时精度也高达±20ns，SKG121T则是±3.9ns的高精度授时模块。-样
GPS时钟服务器价格大概是多少
GPS时钟同步设备价格一般在几千到几万元，低配点儿的GPS同步时钟装置两三万，高配点儿的GPS同步时钟装置七八万都有，另外，目前接触到的市场上一些几千元的GPS同步时钟装置是以一个单独的芯片代替其授时核心模块的功能，其接收机以单片机或其他芯片代替，遇到标准的GPS同步时钟装置或长期使用后，会出现乱码，时间跳转，间断等现象，在正式场合选择时需慎重选择。“”北斗时频“”的XBD211-XO NTP网络时间服务器是行业内比较知名的一款，性价比非常高，您可以去看一下。-服务器
GPS时钟的介绍
GPS在世界任何地方都可以提供一个高可靠的时间标准给网络管理员，GPS是设计来做导航和授时的，它由地球轨道上的带有原子钟的24颗卫星组成。基于GPS的时间服务器（NTP）不但授时精度比互联网上的时间服务器（NTP）高，而且时间还可以连续不断的更新，就是说GPS时钟可以每秒更新时间服务器（NTP）的时间，而不需要周期性的发送请求到其它时间服务器（NTP）请求时间，这只能在一个请求周期结束的时候才能更新本地时间服务器（NTP）的时间。-样
GPS时钟也是基于最新型GPS高精度定位授时模块开发的基础型授时应用产品。能够按照用户需求输出符合规约的时间信息格式，从而完成同步授时服务。其主要原理是通过GPS或其他卫星导航系统的信号驯服晶振，从而实现高精度的频率和时间信号输出.-服务器
有很多时间源可以来设置NTP的时间，精度由低到高包括：拨号连接，无线电接收机、互联网NTP时间服务器（NTP）以及GPS卫星系统。互联网上有很多NTP服务器，但是它们的可靠性比较低，因为这取决于你的互联网连接的可靠性、本地网的流量以及NTP服务器的可靠性和负载情况。-样
GPS时钟是什么样的
GPS卫星时钟守时原理：
北斗时频的“XBD211-XO NTP网络时间服务器”通过接收卫星信号给终端设备授时的，当时间服务器失去卫星信号的情况时，就不能保证时间准确性了，这就需要时间服务器具守时功能。时间服务器内置高精度温补晶振，在卫星失锁的情况下，还可以实现长时间、高精度的守时功能，并提供准确时间信息和脉冲输出时间，是建立时间尺度和实现时间统一的专用授时仪器。时间服务器也可选择恒温晶振、铷原子钟、驯服恒温晶振模块、驯服铷钟模块等守时精度更高的模块。-服务器
GPS卫星时钟产品功能：
“XBD211 NTP网络时间服务器”具时钟服务器是为大、中型局域网设备提供精确、标准、安全、稳定的多功能网络时间同步服务的最佳解决方案，“XBD211-XO NTP网络时间服务器”时钟服务器采用高精度GPS/北斗双模授时接收机，提供精确的秒同步时钟信号，并由GPS/北斗授时接收机秒信号驯服校准，内置高稳定度铷原子钟，并由GPS/北斗授时接收机秒信号驯服校准，守时精度实现日漂移10微秒，XBD211时钟服务器采用软硬件协同的网络安全技术，标准的NTP和SNTP网络对时协议，工业级服务器主板，同时还可支持串口授时、1PPS脉冲信号输出，B码输出等功能。同时，“XBD211-XO NTP网络时间服务器”内置双电源和锂电（选配），适合于政府等保密机房，在不允许外接卫星天线的情况下，可以在室接上卫星天线外把卫星时钟服务器时间校准，然后拔掉天线把设备抱到室内运行。-样
“XBD211 NTP网络时间服务器”提供的高精度的网络同步时钟直接溯源于GPS/北斗系统中各个卫星的原子钟（也可以根据用户的要求选择其他卫星授时系统作为时间的基准源），设备由高精度高灵敏度授时型GPS接收机、高可靠性工业级服务器主板、高亮度OLED液晶显示屏和高品质1U工业机箱等部件组成， 时钟服务器采用高效的嵌入式Linux操作系统，配合北斗时频自主知识产权的卫星授时、网络同步、频率测控等技术，该产品系统整体功耗小，采用无风扇设计，运行可靠稳定，可以为计算机网络、计算机应用系统、流程控制管理系统、电子商务系统、网上B2B系统以及数据库的保存及维护等系统需要提供精密的标准时间信号和时间戳服务，已经被成功应用于政府金融、移动通信、公安、石油、电力系统、交通能源、工业以及航空航天测控等领域。-服务器
GPS时钟的实现方法
常规时钟频率产生方法可以是晶体、铷钟等。但晶体会老化，易受外界环境变化影响，长期的精度漂移影响；原子钟长期使用后也会产生偏差，需要定时校准。而GPS系统由于其工作特性的需要，定期对自身时钟系统进行修正，所以其自身时钟系统长期稳定，具有对外界物理因素变化不敏感特性。晶体或铷钟以GPS为长期参考，可以获得低成本、高性能的基准时钟。现有同步时钟的比较如表1所示。
在网络正常工作状态下，GPS时钟具有与GPS主钟相同的频率准确度；由于在某些特殊情况下GPS时钟信号会暂时消失，所以基于GPS的时钟模块一般需要另一个外部时钟作为后备输入，预留有外接时钟的时基和频标信号（如GLONASS、中国双星、铷原子钟等）接口。另外，GPS时钟其频率准确度还具有自身保持性能。
GPS时钟频率模块提供所需的各种时频的信号，并输出定位时间信息、GPS接收机是否工作正常、输出的时间信号是否有效、时钟和频率处理模块激活状态、异常告警等等。图1是GPS时钟模块的原理图。-样
GPS时钟系统是干什么用的GPS时钟怎么组网
GPS时钟系统可以用在各种工业领域的控制系统中，使用GPS时钟能够使各个工作系统实现时间同步，能协同工作，提高工业生产的效率。其次，GPS时钟也用在广播与媒体行业，能够提供正确的时间，为听众与观众们提供最正确的时间信息与节目信息。另外，GPS时钟还多用在监控与安防系统中，能够实时监控各个区域，维护正常的秩序。除了用在时间控制上，GPS时钟还有定位的功能，将时间与定位联合在一起，能够提高采矿行业的开采效率，保证矿业工人的人身安全。-服务器
GPS时钟是时间统一性是企业局域网是数字通信网正常运行的基础，GPS时钟也是保障各种业务网运行质量的重要手段。GPS时钟系统、授时系统、高精度地基授时系统与电信管理网、信令网一起并列为电信网的3大支撑网，在电信网中具有举足轻重的地位。-样
下面的企业提供专业的GPS时钟系统：
GPS时钟系统的输出及各种应用
1.1 GPS时钟
全球定位系统(Global Positioning System，GPS)由一组美国国防部在1978年开始陆续发射的卫星所组成，共有24颗卫星运行在6个地心轨道平面内，根据时间和地点，地球上可见的卫星数量一直在4颗至11颗之间变化。
GPS时钟是一种接受GPS卫星发射的低功率无线电信号，通过计算得出GPS时间的接受装置。为获得准确的GPS时间，GPS时钟必须先接受到至少4颗GPS卫星的信号，计算出自己所在的三维位置。在已经得出具体位置后，GPS时钟只要接受到1颗GPS卫星信号就能保证时钟的走时准确性。
作为火电厂的标准时钟，我们对GPS时钟的基本要求是：至少能同时跟踪8颗卫星，有尽可能短的冷、热启动时间，配有后备电池，有高精度、可灵活配置的时钟输出信号。
1.2 GPS时钟信号输出
目前，电厂用到的GPS时钟输出信号主要有以下三种类型：
1.2.1 1PPS/1PPM输出
此格式时间信号每秒或每分时输出一个脉冲。显然，时钟脉冲输出不含具体时间信息。
1.2.2 IRIG-B输出
IRIG(美国the Inter-Range Instrumentation Group)共有A、B、D、E、G、H几种编码标准(IRIG Standard 200-98)。其中在时钟同步应用中使用最多的是IRIG-B编码，有bc电平偏移(DC码)、1kHz正弦载波调幅(AC码)等格式。IRIG-B信号每秒输出一帧(1fps)，每帧长为一秒。一帧共有100个码元(100pps)，每个码元宽10ms，由不同正脉冲宽度的码元来代表二进制0、1和位置标志位(P)，见图1.2.2-1。
为便于理解，图1.2.2-2给出了某个IRIG-B时间帧的输出例子。其中的秒、分、时、天(自当年1月1日起天数)用BCD码表示，控制功能码(Control Functions，CF)和标准二进制当天秒数码(Straight Binary Seconds Time of Day，SBS)则以一串二进制“0”填充(CF和SBS可选用，本例未采用)。
1.2.3 RS-232/RS-422/RS-485输出
此时钟输出通过EIA标准串行接口发送一串以ASCII码表示的日期和时间报文，每秒输出一次。时间报文中可插入奇偶校验、时钟状态、诊断信息等。此输出目前无标准格式，下图为一个用17个字节发送标准时间的实例：
1.3电力自动化系统GPS时钟的应用
电力自动化系统内有众多需与GPS时钟同步的系统或装置，如DCS、PLC、NCS、SIS、MIS、RTU、故障录波器、微机保护装置等。在确定GPS时钟时应注意以下几点：
(1)这些系统分属热控、电气、系统专业，如决定由DCS厂商提供的GPS时钟实现时间同步(目前通常做法)，则在DCS合同谈判前，就应进行专业间的配合，确定时钟信号接口的要求。(GPS时钟一般可配置不同数量、型式的输出模块，如事先无法确定有关要求，则相应合同条款应留有可调整的余地。)
(2)各系统是否共用一套GPS时钟装置，应根据系统时钟接口配合的难易程度、系统所在地理位置等综合考虑。各专业如对GPS时钟信号接口型式或精度要求相差较大时，可各自配置GPS时钟，这样一可减少专业间的相互牵制，二可使各系统时钟同步方案更易实现。另外，当系统之间相距较远(例如化水处理车间、脱硫车间远离集控楼)时，为减少时钟信号长距离传送时所受的电磁干扰，也可就地单设GPS时钟。分设GPS时钟也有利于减小时钟故障所造成的影响。
(3)IRIG-B码可靠性高、接口规范，如时钟同步接口可选时，可优先采用。但要注意的是，IRIG-B只是B类编码的总称，具体按编码是否调制、有无CF和SBS等又分成多种(如IRIG-B000等)，故时钟接收侧应配置相应的解码卡，否则无法达到准确的时钟同步。
(4)1PPS/1PPM脉冲并不传送TOD信息，但其同步精度较高，故常用于SOE模件的时钟同步。RS-232时间输出虽然使用得较多，但因无标准格式，设计中应特别注意确认时钟信号授、受双方时钟报文格式能否达成一致。
(5)火电厂内的控制和信息系统虽已互连，但因各系统的时钟同步协议可能不尽相同，故仍需分别接入GPS时钟信号。即使是通过网桥相连的机组DCS和公用DCS，如果时钟同步信号在网络中有较大的时延，也应考虑分别各自与GPS时钟同步。
二、西门子TELEPERMXP时钟同步方式
这里以西门子公司的TXP系统为例，看一下DCS内部及时钟是如何同步的。
TXP的电厂总线是以CSMA/CD为基础的以太网，在总线上有二个主时钟：实时发送器(RTT)和一块AS620和CP1430通讯/时钟卡。正常情况下，RTT作为TXP系统的主时钟，当其故约40s后，作为备用时钟的CP1430将自动予以替代(实际上在ES680上可组态2块)CP1430作为后备主时钟)。见图2-1。
RTT可自由运行(free running)，也可与外部GPS时钟通过TTY接口(20mA电流回路)同步。与GPS时钟的同步有串行报文(长32字节、9600波特、1个启动位、8个数据位、2个停止位)和秒/分脉冲二种方式。
RTT在网络层生成并发送主时钟对时报文，每隔10s向电厂总线发送一次。RTT发送时间报文最多等待1ms。如在1ms之内无法将报文发到总线上，则取消本次时间报文的发送：如报文发送过程被中断，则立即生成一个当前时间的报文。时钟报文具有一个多播地址和特殊帧头，日期为从1984.01.01至当天的天数，时间为从当天00：00：00，000h至当前的ms值，分辨率为10ms。
OM650从电厂总线上获取时间报文。在OM650内，使用Unix功能将时间传送给终端总线上的SU、OT等。通常由一个PU作为时间服务器，其他OM650设备登录为是境客户。
AS620的AP在启动后，通过调用“同步”功能块，自动与CP1430实现时钟同步。然后CP1430每隔6s与AP对时。
TXP时钟的精度如下：
从上述TXP时钟同步方式及时钟精度可以看出，TXP系统内各进钟采用的是主从分级同步方式，即下级时钟与上级时钟同步，越是上一级的时钟其精度越高。
三、时钟及时钟同步误差
3.1时钟误差
众所周知，计算机的时钟一般都采用石英晶体振荡器。晶振体连续产生一定频率的时钟脉冲，计数器则对这些脉冲进行累计得到时间值。由于时钟振荡器的脉冲受环境温度、匀载电容、激励电平以及晶体老化等多种不稳定性因素的影响，故时钟本身不可避免地存在着误差。例如，某精度为±20ppm的时钟，其每小时的误差为：(1×60×60×1000ms)×(20/10.6)=72ms，一天的累计误差可达1.73s；若其工作的环境温度从额定25℃变为45℃，则还会增加±25ppm的额外误差。可见，DCS中的时钟若不经定期同步校准，其自由运行一段时间后的误差可达到系统应用所无法忍受的程度。
随着晶振制造技术的发展，目前在要求高精度时钟的应用中，已有各种高稳定性晶振体可供选用，如TCXO(温度补偿晶振)、VCXO(压控晶振)、OCXO(恒温晶振)等。
3.2时钟同步误差
如果对类似于TXP的时钟同步方式进行分析，不难发现时钟在自上而下的同步过程中产生的DCS的绝对对时误差可由以下三部分组成：
3.2.1 GPS时钟与卫星发射的UTC(世界协调时)的误差
这部分的误差由GPS时钟的精度所决定。对1PPS输出，以脉冲前沿为准时沿，精度一般在几十ns至1μs之间；对IRIG-B码和RS-232串行输出，如以中科院国家授时中心的地钟产品为例，其同步精度以参考码元前沿或起始相对于1PPS前沿的偏差计，分别达0.3μs和0.2ms。
3.2.2 DCS主时钟与GPS时钟的同步误差
DCS网络上的主时钟与GPS时钟通过“硬接线”方式进行同步。一般通过DCS某站点内的时钟同步卡接受GPS时钟输出的标准时间编码、硬件。例如，如在接受端对RS-232输出的ASCII码字节的发送延迟进行补偿，或对IRIG-B编码采用码元载波周期计数或高频销相的解码卡，则主时钟与GPS时钟的同步精度可达很高的精度。
3.2.3 DCS各站点主从时钟的同步误差
DCS主时钟与各站点从时钟通过网络进行同步，其间存在着时钟报文的发送时延、传播时延、处理时延。表现在：(1)在主时钟端生成和发送时间报文时，内核协议处理、操作系统对同步请求的调用开销、将时间报文送至网络通信接口的时间等；(2)在时间报文上网之前，还必须等待网络空闲(对以太网)，遇冲突还要重发；(3)时间报文上网后，需一定时间通过DCS网络媒介从主时钟端传送到子时钟端(电磁波在光纤中的传播速度为2/3光速，对DCS局域网而言，传播时延为几百ns，可忽略不计)；(4)在从时钟端的网络通信接口确认是时间报文后，接受报文、记录报文到达时间、发出中断请求、计算并校正从时钟等也需要时间。这些时延或多或少地造成了DCS主从时钟之间、从从时钟之间的时间同步误差。
当然，不同网络类型的DCS、不同的时钟通信协议和同步算法，可使网络对时的同步精度各不相同，上述分析只是基于一般原理上探讨。事实上，随着人们对网络时钟同步技术的不懈研究，多种复杂但又高效、高精确的时钟同步协议和算法相继出现并得到实际应用。例如，互联网上广为采用的网络时间协议(Network Time Protocol，NTP)在DCS局域网上已能提供±1ms的对时精度(如GE的ICS分散控制系统)，而基于IEEE1588的标准精确时间协议(Standard Precision Time Protocol，PTP)能使实时控制以太网上的主、从时钟进行亚微秒级同步。
四、时钟精度与SOE设计
虽然DCS的普通开关量扫描速率已达1ms，但为满足SOE分辨率≤1ms的要求，很长一段时间内，人们都一直都遵循这样的设计方法，即将所有SOE点置于一个控制器之下，将事件触发开关量信号以硬接线接入SOE模件，其原因就在于不同控制器其时钟存在着一定的误差。关于这一点，西门子在描述其TXP系统的FUN B模件分散配置的工程实际情况来看，由于时钟不能同步而无法做到1ms SOE分辩率，更有甚至因时钟相差近百ms，造成SOE事件记录顺序的颠倒。
那么，如何既能满足工程对于SOE分散设计的要求(如设置了公用DCS后，机组SOE与公用系SOE应分开，或希望进入控制器的MFT、ETS的跳闸信号无需经输出再返至SOE模件就能用于SOE等)，又不过分降低SOE分辨率呢?通过对DCS产品的分析不难发现，通常采用的办法就是将控制器或SOE模件的时钟直接与外部GPS时钟信号同步。例如，在ABB Symphony中，SOEServerNode(一般设在公用DCS网上)的守时主模件(INTKM01)接受IRIG-B时间编码，并将其产生的RS-485时钟同步信号链接到各控制器(HCU)的SOE时间同步模件(LPD250A)，其板载硬件计时器时钟可外接1PPM同步脉冲，每分钟自动清零一次；再如，MAX1000+PLUS的分散处理单元(DPU 4E)可与IRIG-B同步，使DPU的DI点可同时用做SOE，由于采用了1PPM或RS-485、IRIG-B硬接线时钟“外同步”，避开了DCS时钟经网络同步目前精度还较差的问题，使各受控时钟之间的偏差保持在较小的范围内，故SOE点分散设计是可行的。
由此可见，在工程设计中应结合采用的DCS特点来确定SOE的设计方案。不可将1ms的开关量扫描速率或1ms的控制器(或SOE模件)时钟相对误差等同于1ms的SOE分辨率，从而简单地将SOE点分散到系统各处。同时也应看到，SOE点“分散”同“集中”相比，虽然分辨率有所降低，但只要时钟相对误差很小(如与1ms关一个数量级)，还是完全能满足电厂事故分析实际需要的。
五、结束语
5.1 目前火电厂各控制系统已不再是各自独立的信息孤岛，大量的实时数据需在不同地方打上时戳，然后送至SIS、MIS，用于各种应用中。因此，在设计中应仔细考虑各种系统的时钟同步方案和需达到的时钟同步精度。
5.2 在DCS设计中不仅要注意了解系统主、从时钟的绝对对时精度，更应重视时钟之间的相对误差。因为如要将SOE点分散设计的同时又不过分降低事件分辨率，其关键就在于各时钟的偏差应尽可能小。
5.3 完全有理由相信，随着网络时钟同步技术的不断发展，通过网络对系统各时钟进行高精度的同步将变得十分平常。今后电厂各系统的对时准确性将大大提高，像SOE点分散设计这种基于高精确度时钟的应用将会不断出现。-服务器
