GPS時鐘系統輸出及應用

　　隨著晶振制造技術的發展，目前在要求高精度時鐘的應用中，已有各種高穩定性晶振體可供選用，如TCXO(溫度補償晶振)、VCXO(壓控晶振)、OCXO(恒溫晶振)等。

　　3.2 時鐘同步誤差

　　如果對類似于TXP的時鐘同步方式進行分析，不難發現時鐘在自上而下的同步過程中產生的DCS的絕對對時誤差可由以下三部分組成：

　　3.2.1 GPS時鐘與衛星發射的UTC(世界協調時)的誤差

　　這部分的誤差由GPS時鐘的精度所決定。對1PPS輸出，以脈沖前沿為準時沿，精度一般在幾十ns至1μs之間;對IRIG-B碼和RS-232串行輸出，如以中科院國家授時中心的地鐘產品為例，其同步精度以參考碼元前沿或起始相對于1PPS前沿的偏差計，分別達0.3μs和0.2ms。

　　3.2.2 DCS主時鐘與GPS時鐘的同步誤差

　　DCS網絡上的主時鐘與GPS時鐘通過“硬接線”方式進行同步。一般通過DCS某站點內的時鐘同步卡接受GPS時鐘輸出的標準時間編碼、硬件。例如，如在接受端對RS-232輸出的ASCII碼字節的發送延遲進行補償，或對IRIG-B編碼采用碼元載波周期計數或高頻銷相的解碼卡，則主時鐘與GPS時鐘的同步精度可達很高的精度。

　　3.2.3 DCS各站點主從時鐘的同步誤差

　　DCS主時鐘與各站點從時鐘通過網絡進行同步，其間存在著時鐘報文的發送時延、傳播時延、處理時延。表現在：(1)在主時鐘端生成和發送時間報文時，內核協議處理、操作系統對同步請求的調用開銷、將時間報文送至網絡通信接口的時間等;(2)在時間報文上網之前，還必須等待網絡空閑(對以太網)，遇沖突還要重發;(3)時間報文上網后，需一定時間通過DCS網絡媒介從主時鐘端傳送到子時鐘端(電磁波在光纖中的傳播速度為2/3光速，對DCS局域網而言，傳播時延為幾百ns，可忽略不計);(4)在從時鐘端的網絡通信接口確認是時間報文后，接受報文、記錄報文到達時間、發出中斷請求、計算并校正從時鐘等也需要時間。這些時延或多或少地造成了DCS主從時鐘之間、從從時鐘之間的時間同步誤差。

　　當然，不同網絡類型的DCS、不同的時鐘通信協議和同步算法，可使網絡對時的同步精度各不相同，上述分析只是基于一般原理上探討。事實上，隨著人們對網絡時鐘同步技術的不懈研究，多種復雜但又高效、高精確的時鐘同步協議和算法相繼出現并得到實際應用。例如，互聯網上廣為采用的網絡時間協議(Network Time Protocol，NTP)在DCS局域網上已能提供±1ms的對時精度(如GE的ICS分散控制系統)，而基于IEEE1588的標準精確時間協議(Standard Precision Time Protocol，PTP)能使實時控制以太網上的主、從時鐘進行亞微秒級同步。

　　四、時鐘精度與SOE設計

　　雖然DCS的普通開關量掃描速率已達1ms，但為滿足SOE分辨率≤1ms的要求，很長一段時間內，人們都一直都遵循這樣的設計方法，即將所有SOE點置于一個控制器之下，將事件觸發開關量信號以硬接線接入SOE模件，其原因就在于不同控制器其時鐘存在著一定的誤差。關于這一點，西門子在描述其TXP系統的FUN B模件分散配置的工程實際情況來看，由于時鐘不能同步而無法做到1ms SOE分辯率，更有甚至因時鐘相差近百ms，造成SOE事件記錄順序的顛倒。

　　那么，如何既能滿足工程對于SOE分散設計的要求(如設置了公用DCS后，機組SOE與公用系SOE應分開，或希望進入控制器的MFT、ETS的跳閘信號無需經輸出再返至SOE模件就能用于SOE等)，又不過分降低SOE分辨率呢?通過對DCS產品的分析不難發現，通常采用的辦法就是將控制器