СИСТЕМА СИНХРОНИЗАЦИИ ВРЕМЕНИ

Техническое решение относится к области синхронизации часов по радиоканалу и может быть использовано в системах единого времени, в которых осуществлена передача сигналов времени для синхронизации территориально разнесенных часов.
Разработанная система синхронизации времени предназначена для:
- формирования и хранения шкалы времени, синхронизированной со шкалой времени UTC, UTC (SU), ГЛОНАСС или GPS;
- обеспечения периодической передачи информации о значении текущего времени от эталонного источника в аппаратно-программные комплексы потребителей;
- отображения на цифровых вторичных часах значения текущего времени и даты;
- управления вторичными стрелочными часами как с секундной стрелкой, так и без нее;
- коррекции показаний вторичных часов с учетом местного часового пояса и датами перехода на летнее или зимнее время;
- генерирования синхроимпульсов по протоколу РТР и/или NTP.
Разработанная система синхронизации времени предназначена для применения в промышленном производстве для синхронизации сложных технических систем, а так же для часофикации пунктов управления и узлов связи.
Известна (US, патент 3756012) система синхронизации времени, содержащая эталонные часы с эталонной мерой частоты и формирователем шкалы времени, средства для передачи сигналов эталонных часов по радиоканалу, группу удаленных часов, каждые из которых включают радиоприемник сигналов эталонных часов, опорный генератор, формирователь шкалы времени и средства сравнения принятых и местных сигналов времени с целью определения рассогласования временных шкал.
Известно (SU, авторское свидетельство 200568) устройство для синхронизации времени по радиоканалу, содержащее, по меньшей мере, одни ведущие часы и группу удаленных часов, в котором каждые ведущие часы включают меру частоты и хранитель времени, радиопередатчик и формирователь частотно-стабилизированного и импульсного сигнала времени. Каждые из удаленных часов содержат последовательно соединенные радиоприемник и счетчик, последовательно соединенные фазовращатель и регистратор временного параметра, причем мера частоты подключена через фазовращатель к хранителю времени и непосредственно к счетчику, соединенному с хранителем времени, и регистратору временного параметра, связанному с радиоприемником. При этом одни из удаленных часов (центральные часы) снабжены последовательно соединенными между собой коммутатором, вычислительным блоком и вспомогательными каналами связи, вычислительный блок связан с выходом регистратора временного параметра, а коммутатор через вспомогательные каналы связи соединен с группой удаленных часов.
Недостатком выше приведенных технических решений следует признать их недостаточную точность синхронизации, особенно для часов, входящих в состав различных независимых друг от друга систем синхронизации, обусловленную возможными ошибками в установке времени центральных часов каждой независимой системы.
Техническая задача, на решение которой направлена разработанная конструкция, состоит в разработке усовершенствованного устройства синхронизации времени.
Технический результат, получаемый при реализации разработанной конструкции, состоит в повышении точности синхронизации часов, входящих в различные системы синхронизации.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанную систему синхронизации времени. Разработанная система синхронизации времени содержит блок синхронизации времени, шнур питания, антенну ГЛОНАСС и GPS, кабель антенный, по меньшей мере, одни цифровые вторичные часы, по меньшей мере, один пульт дистанционного управления цифровыми вторичными часами, а также источник бесперебойного питания и, по меньшей мере, один модуль сопряжения. Модуль сопряжения предпочтительно представляет собой съемную плату, выполненную с возможностью установки в корпусе блока синхронизации времени и предназначен для управления табло отображения времени по двухпроводной линии.
Система синхронизации времени разработанной конструкции должна соответствовать техническим требованиям, приведенным в табл.1.
Табл.1.
Наименование параметра
Значение
Средняя квадратическая погрешность синхронизации шкалы времени в режиме автоматического управления по сигналам ГНСС, мкс, не более
1
Предельная погрешность автономного хранения шкалы времени за трое суток, мс, не более
±300
Интерфейсы и протоколы
Ethernet 100 Mbit (NTP и РТР), USB
Электропитание БСВ-1С:
- однофазная сеть переменного тока напряжением, В
125-260
- частота, Гц
47-63
Электропитание табло отображения времени:
- однофазная сеть переменного тока напряжением, В
198-242
- частота, Гц
50±1
Потребляемая мощность, В А, не более:
- БСВ-1С
100
- табло отображения времени
35
Время выхода в режим после
Наименование параметра
Значение
включения (погрешность PPS≤1 мкс), мин.
от 15 до 40
Органы управления
кнопка включения электропитания
Индикаторы
двухстрочный ЖКИ и два светодиода
Цифровые вторичные часы (ЦВЧ) предназначены для индикации текущего времени (часы, минуты, секунды) и даты (число, месяц, год). Отображение осуществляется с использованием шести семисегментных светодиодных индикаторов зеленого или красного цвета свечения.
ЦВЧ формируют собственную шкалу времени, которая синхронизируется сигналами, поступающими с блока синхронизации времени. В случае отсутствия сигналов синхронизации, на часах отображается информация собственной шкалы времени с погрешностью не более ±0,5 секунд за сутки.
При отключении электропитания часы переходят в автономный режим без индикации значения времени. При этом собственная шкала времени сохраняется до одного года.
Начальная установка и коррекция шкалы времени может осуществляться с использованием пульта дистанционного управления на инфракрасных лучах.
Система синхронизации времени разработанной конструкции работает следующим образом. В блоке синхронизации времени формируется и хранится собственная шкала времени.
Принцип работы блока синхронизации времени основан на взаимодействии основных модулей:
- термокомпенсированного кварцевого генератора 10 МГц (далее - ТКГ);
- модуля синтезатора метки, состоящего из двух систем - модуля цифровой подстройки частоты ТКГ и модуля цифровой подстройки фазы синтезатора метки;
- приемника глобальных навигационных спутниковых систем (далее - приемник ГНСС).
После включения блока синхронизации времени запускается программное обеспечение, устанавливающее параметры инициализации системы синхронизации времени, ТКГ, модуль синтезатора метки и приемник ГНСС.
На входы модуля синтезатора метки поступает опорный сигнал, вырабатываемый ТКГ, и эталонный сигнал с периодом следования один импульс в секунду от приемника ГНСС. Модуль синтезатора метки преобразует частоту и подстраивает фазу опорного сигнала таким образом, что на его выходе будут получены высокостабильные сигналы с периодом следования один импульс в секунду. При этом средняя квадратическая погрешность собственной шкалы времени ССВ по сигналам ГНСС не превысит 1 мкс.
При отсутствии сигналов ГНСС, модуль синтезатора метки переходит в автономный режим хранения шкалы времени. При этом предельная погрешность собственной шкалы времени системы синхронизации времени не превысит ±300 мс к исходу третьих суток.
Синхронизация времени осуществляют по сигналам шкал времени UTC(SU)/UTC/TJTOHACC/GPS (выбирают с использованием web-интерфейса или консоли системы синхронизации времени) передаваемым по глобальным навигационным спутниковым системам ГЛОНАСС и GPS.
Блок синхронизации времени обеспечивает выдачу синхроимпульсов и сигналов по протоколам NTP и РТР.
Он обеспечивает управление настройками по интерфейсу USB (в режиме СОМ-порта), в т.ч.:
- ручной ввод времени и часового пояса;
- автоматический или ручной переход с летнего времени на зимнее и обратно;
- задание режимов и контроль работы приемника ГНСС.
Жидкокристаллический индикатор, расположенный на передней панели блока синхронизации времени, позволяет вывести две строки символьный текста. В верхней строке выводится текущее время системы синхронизации времени в формате: ЧЧ:ММ:СС, где ЧЧ - часы, ММ - минуты, СС - секунды. Во второй строке выводится текущая дата системы синхронизации времени в формате: ДД.ММ.ГГГГ, где ДД - день, ММ - месяц, ГГГГ - год.
На передней панели блока системы синхронизации времени также находятся индикаторные светодиоды с надписью «ГЛОНАСС/GPS» и «Авария».
Светодиод с надписью «ГЛОНАСС/GPS»:
- светится красным цветом, если неисправен приемник ГНСС и/или антенна ГЛОНАСС и GPS;
- светится красным цветом, если антенна ГЛОНАСС и GPS не подключена к блоку системы синхронизации времени в течение трех минут и более после загрузки операционной системы (ОС);
- светится желтым цветом, если сигналы от приемника ГНСС не достоверны;
- светится зеленым цветом при наличии достоверных сигналов ГНСС.
Светодиод с надписью «Авария» светится красным цветом при наличии одного или нескольких состояний блока системы синхронизации времени:
- неисправность антенны ГЛОНАСС и GPS;
- антенна ГЛОНАСС и GPS не подключена в течение трех минут и более после загрузки ОС;
- неисправность приемника ГНСС;
- неисправность ТКГ;
- выход температуры блока системы синхронизации времени системы синхронизации времени из рабочего диапазона;
- короткого замыкания на линиях, подключенных к модулю сопряжения.
Блок системы синхронизации времени содержит двухпозиционный переключатель для включения и выключения электропитания. Также он содержит имеет web-интерфейс, обеспечивающий возможность удаленного управления и контроля с любого компьютера при условии подключения изделия и компьютера к одной сети передачи данных (например, LAN, WAN (Интернет) с помощью стандартного web-браузера. Для подключения изделия к сети передачи данных следует использовать разъем Ethernet.
Модуль сопряжения предназначен для передачи информации в локальных хронометрических системах по двухпроводной линии, например, для управления стрелочными часами как с секундной стрелкой, так и без нее. Модуль сопряжения выполнен в виде отдельной платы устанавливаемой в корпусе блока системы синхронизации времени.
Использование разработанной системы синхронизации времени обеспечивает повышение точности синхронизации часов, входящих в различные системы синхронизации.