GB/T38844-2020
智能工厂工业自动化系统时钟同步、管理与测量通用规范
Smartfactory—Generalspecificationfortimesynchronization,timemanagementandtestinindustryautomationsystem
- 中国标准分类号（CCS）N10
- 国际标准分类号（ICS）25.040
- 实施日期2021-01-01
- 文件格式PDF
- 文本页数21页
- 文件大小1.71M
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智能工厂工业自动化系统时钟同步、管理与测量通用规范
国家标准 GB/T38844一2020 智能工厂工业自动化系统时钟同步 管理与测量通用规范 Smartfaetory一(Generalspeeifieationfortimesynchronization timemmanagementandtestinindustryautomationsystem 2020-06-02发布 2020-12-01实施 国家市场监督管理总局 发布 国家标涯花管理委员会国家标准
GB/38844一2020 目 次 前言 范围 规范性引用文件 凡 术语、定义和缩略语 3.1术语和定义 3.2缩略语 组网 4.1智能工厂组网 4.2智能工厂时钟同步组网 时钟同步 5.1时钟同步系统 5.2技术要求 5.3性能要求 5.4环境试验要求 6 时钟管理 6.1慨述 12 12 6.2技术要求 12 6.3主时钟、从时钟自检状态信息 12 6.4时钟同步设备、被授时设备的时间同步监测 时钟测量 7.1概述 7.2测量设备及要求 7.3测量内容及要求 参考文献 图！智能工厂组网图 图2智能工厂时钟同步组网图 图3企业层时钟同步拓扑图 图4管理层时钟同步拓扑图 图5控制层时钟同步拓扑图 图6设备层时钟同步拓扑图 图7输出信号测量方法 l5 图8对时精确度测量方法 15 图9守时特性测量方法
GB/T38844一2020 16 图10传输时延补偿测量方法 图11稳定性测量方法 l6 表1时间同步信号、接口类型与时间同步误差的对照 10
GB/38844一2020 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草
本标准由机械工业联合会提出 本标准由全国工业过程测量控制和自动化标准化技术委员会(SAC/TC124)归口
本标准起草单位:北京东土科技股份有限公司、机械工业仪器仪表综合技术经济研究所、电子 技术标准化研究院、北京和利时系统工程有限公司
本标准主要起草人:李平薛百华、张雪静,姚连芳、席秋霞、范京芝,柳晓菁
GB/T38844一2020 智能工厂工业自动化系统时钟同步 管理与测量通用规范 范围 本标准规定了面向智能工厂,工业自动化系统的时钟同步系统的基本组成、配置和组网原则,规定 了时钟同步系统的术语、定义、功能、要求,以及时钟同步系统管理的方法,同时规定了时钟同步系统的 测量试验条件,测量项目、测量方法以及测量目标和测量周期等要求
本标准适用于工作在GB/T9387.1规定的开放系统互连基本参考模型第1层2层或第1层3层， 且物理层符合IEEE802.3规范,数据链路层符合IEEE802.1D和GB/T15629.2规范,网络层符合国 际互联网工程任务组(IETF)IP协议簇规范的工业以太网交换机
规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的
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GB/T6107使用串行二进制数据交换的数据终端设备和数据电路终接设备之间的接口 GB/T9387.1信息技术开放系统互连基本参考模型第1部分;基本模型 GB/T137292019远动终端设备 GB/T15629.2信息技术系统间远程通信和信息交换局域网和城域网特定要求第2部 分:逻辑链路控制 GB/T17626.2一2018 电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验 GB/T17626.32016电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验 GB/T17626.4一2018 电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验 GB/T17626.52019 电磁兼容试验和测量技术浪涌冲击)抗扰度试验 GB/T17626.8一2006电磁兼容试验和测量技术工频磁场抗扰度试验 GB/T17626.92011电磁兼容试验和测量技术脉冲磁场抗扰度试验 GB/T17626.102017 电磁兼容试验和测量技术阻尼振荡磁场抗扰度试验 GB/T25931网络测量和控制系统的精确时钟同步协议 EEE802.1DIEEE局域网和城域网标准介质访问控制MAC)网桥[IEEEStandardforLocal itanareanetworks:MediaAceessControlMAC)Bridges and nmetropolit 1EEE802.3IEEE信息技术标准局域网和城域网特定要求第3部分;带碰撞检测的载波侦 听多址访问方法和物理层规范[IiEEESandardforInformationteehnology --Iocalandmetropolitan areanetworksSpecificrequirementsPart3:CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection CSMA/CD)AccessMethodandPh hysicalLayerSpeeifications7 IRIGStandard200-04IRIG串行时钟代码格式(IRIGSerialTimeCodeFormats) 术语、,定义和缩略语 3.1术语和定义 下列术语和定义适用于本文件
GB/T38844一2020 3.1.1 时钟同步系统timesynehromizationsystem 能接收外部时间基准信号,并按照要求的时间精确度向外输出时间同步信号和时间信息的系统
3.1.2 时钟同步装置tiesynehronizationdevicee 构成时间同步系统的设备
注时钟同步装置包括主时钟和从时钟 3.1.3 主时钟mastercoek 能同时接收至少两种外部时间基准信号(其中一种应为无线时间基准信号).具有内部时间基准(品 振或原子频标),按照要求的时间精确度向外输出时间同步信号和时间信息的装置 3.1.4 从时钟slavecloek 能同时接收主时钟通过有线传输方式发送的至少两路时间同步信号,具有内部时间基准(晶振或原 子频标),按照要求的时间精确度向外输出时间同步信号和时间信息的装置
3.1.5 精确度aecuraey 被测试时钟与基准时钟之间的时间或频率的一致程度 3.1.6 全球定位系统slobsalpusitiomimgsys ystem 由美国研制建设和管理的一种全球卫星导航系统
注:全球定位系统为全球用户提供实时的三维位置、速度和时间信息
3.1.7 时钟eoek -个属于PTP的节点,该节点能够提供从确定的新纪元测量经历的时间
3.1.8 新纪元ep0ch 时间标尺的起点
3.1.9 节点node 能够在网络上发送和接收PTP通信的一种设备
3.1.10 精确时间协议precisiontimeprotocl 由IEEEStd15882008定义的协议
3.1.11 稳定性stability 被测量时间或频率随时间温度等变化因素而改变的测量指标
3.1.12 数字化工厂digitalfaeory 在计算机虚拟环境中,对整个生产过程进行仿真、评估和优化,并进一步扩展到整个产品生命周期 的新型生成组织方式
注:数字化工厂是现代数字制造技术与计算机仿真技术相结合的产物,主要作为沟通产品设计和产品制造之间的 桥梁
GB/38844一2020 3.1.13 智能工厂inteigentfactory 在数字化工厂的基础上,利用物联网技术和监控技术加强信息管理和服务,提高生产过程可控性、 减少生产线人工干预,以及合理计划排程的工厂 3.2缩略语 下列缩略语适用于本文件
BDS:北斗系统(BeiDouSyster m CMMS;计算机化维护管理系统(ComputerizedMaintenanceMan inagementSystems) CRM:客户关系管理(CustomerRelationshipManagement) ControlSystem DCS;分布式控制系统(Distributed DNC:分布式数控(DistributedNumericalControD DUT:被测设备(DevieeUnderTest ERP;企业资源计划EnterpriseResourcePlanning GPS:全球定位系统(GlobalPositioningSystem) IF;智能工厂IntelligentFactory lRIGB:串行时间交换码B格式(InterRangeInstrumentationGroup-B MEs;制造执行系统(ManufacturingExecutionsystemy NTP网络时间协议(NetworkTimeProtocol OPC;用于过程控制的 OLE(OIEforProcessControl PIC;可编程逻辑控制器(ProgrammableIogicControler) PLM:产品生命周期管理软件(ProductLife-CycleManagement PTP:精密时间协议(PrecisionTimeProtocol sCADA;数据采集与监视控制(super rvisoryControlandDataAcquisition sCM.供应链管理(SupplyChainManagenment SFC:生产车间集中控制(ShopFloorControl SNTP;简单网络时间协议(SimpleNetworkTimeProtocol) TTL:晶体管-晶体管逻辑(TransistortransistorL.ogic UTC;世界协调时(UniversalTimeCoordinated) wIA:工业自动化无线网络(wirelessNetworksforlndustrialAutomation) 1PPs;秒脉冲(1pulsepersecond) 组网 4.1智能工厂组网 4.1.1概述 智能工厂组网如图1所示,由企业层,管理层、控制层和设备层组成
GB/T38844一2020 企业层 CMMS ERP系统 SCM系统 CRM系统 企业层网络- 管理层 通用oPc 第三方工具 内部手持工具 外部手持工具 客户端 oPc 智能工厂 智能工厂 智能工 智能工 MES系统 客户端 客户端 客户端 服务器 客户端 直接连接到设备 管理层网络- 控制层 操作员站 工程师站 维修站 智能工 智能工厂 客户端 客户端 智能工 客户难 eAN 智能 系统 服务器 服务器 控制层网络- 设备层 控制器 I/0子系统 通信服务 通信服务器 /0子系统 设备 设备 设备 通信设备 设备 设备 设备 设备 设备 设备 图1智能工厂组网图 4.1.2企业层 企业层是指实现面向企业经营管理的层级
由企业的生产计划、采购管理,销售管理、人员管理、财 务管理等信息化系统所构成,实现企业生产的整体管控,主要包括企业资源计划(ERP)系统、供应链管 理(SCM!)系统和客户关系管理(CRM1)系统等 4.1.3管理层 管理层是指由控制车间/工厂进行生产的系统所构成,主要包括盖勒普制造执行系统(MES),及产 品生命周期管理软件(PLM),通用OPC客户端、第三方工具、手持工具等
4.1.4控制层 控制层是指用于工厂内处理信息、实现监测和控制物理流程的层级,包括可编程逻辑控制器(PIC 系统、数据采集与监视控制(SCADA)系统、分布式控制系统(DCS)、生产车间集中控制(SFC)系统、工
GB/38844一2020 业自动化无线网络(wIA)系统,操作员站、工程师站、维修站等
4.1.5设备层 设备层指的是企业利用传感器、仪器仪表、机器、,装置等,实现实际物理流程并感知和操控物理流程 的层级;涉及智能化加工设备、智能化机械手、分布式数控(DNC),智能刀具管理等
4.2智能工厂时钟同步组网 4.2.1概述 智能工厂主时钟柜的时钟信号接收单元接收外部时钟信号源,可以为北斗卫星信号,GPs卫星信 号或原子钟等,时间信号输出单元将该信号分别输出给外部手持工具、企业层网络、管理层网络、控制层 网络,见图2
接收端对时钟同步对时误差范围的要求在微秒级别时,可以采用PTP,IRIGB(DC)码、IRIGB AC)码(IRIG-B码,简称“B码”)对时方式;时钟同步对时误差范围的要求在毫秒级别时,可以采用 NTP/SNTP对时方式
时钟信号输出的接口类型可以为以太网、光纤、TTL、静态空接点,RS-422,RS-485,RS-232等
北斗/G天线 主时钟柜 时间信号接收单元 时间信号输出单元 外部 企业层 控制层 管理层 网络 要 网络 网络 图2智能工厂时钟同步组网图 4.2.2企业层时钟同步 时间服务器接收时钟同步信号,通过时间服务器将时钟同步信号输出给企业层的ERP系统、 CMMS,SCM系统、CRM系统,接收端时钟同步方式可以为NTP/SNTP,见图3
GB/T38844一2020 时间服务器 一NTns 了 NTP/SNTT y Np CMMS SCM系统 ERP系统 CRM系统 图3企业层时钟同步拓扑图 4.2.3管理层时钟同步 时间服务器接收时钟同步信号作为主时钟,将时钟同步信号输出给管理层的MES,第三方客户端、 手持工具、通用OPC客户端、设备、客户端和服务器;接收端的时钟同步方式可选的为PTP,B码,NTP 或SNTP,见图4
时间服务器 N7TD 上mw/A 日码 s o A Pp A 可 SNTP 通用oPC 第三力 MEs 手持工具 设备 客户端 服务器 客户端 客户 图4管理层时钟同步拓扑图 4.2.4控制层时钟同步 控制层网络接收时钟同步信号作为主时钟,将信号输出给PLC系统,SCADA系统、从时钟、操作 员站、工程师站、维修站;从时钟可以将时钟同步信号输出给操作员站,通信服务器、维修站和工程师站 接收端的时钟同步方式可选的为PTP,NTP或SNTP,见图5
主时钟 TR NT sNT A PTp SN TTP T PLC系统 SCADA系统 从时钟 操作员站 工程师站 维修站 IY TP 6 /SN TP/" 2 操作员站 通信服务器 维修站 工程师站 图5控制层时钟同步拓扑图 4.2.5设备层时钟同步 控制层网络作为主时钟将时钟同步信号通过有线方式输出给从时钟、I/O子系统,或者通过无线方 式输出给从时钟;,从时钟可以再将时钟同步信号输出给I/0子系统,或者直接输出给设备;二级I/0子 系统可以再将时钟同步信号输出给设备;从时钟通信设备可以将时钟同步信号输出给设备;接收端的时 钟同步方式可选的为PTP,B码、NTP或SNTP,见图6
GB/38844一2020 主时钟 PTP I/0子系统 从时钟 从时钟 o子系统 设备 设备 设备 设备 设备 图6设备层时钟同步拓扑图 S 时钟同步 5.1时钟同步系统 存在多个装置之间协同工作的工业自动化系统应建立时钟同步系统,面向工业自动化应用的时钟 同步系统由主时钟、从时钟,时钟同步协议、物理传输介质以及被同步的终端装置组成,通过接收外部时 间基准信号,基于物理传输介质和时钟同步协议实现系统所有设备时钟同步,输出各种时钟同步信号满 足自动化系统应用对时钟同步的需求
5.2技术要求 5.2.1时间基准 5.2.1.1 概述 面向工业自动化应用的时钟同步系统应支持多种外部时钟基准,并根据设定的策略选择有效的时 间基准信号,时间基准优先级依次为原子钟,北斗卫星GPs卫星
5.2.1.2原子钟 可以采用原子钟,伽原子钟、艳原子钟、氢原子钟,守时误差为10ns
5.2.1.3北斗卫星 可以采用北斗卫星定位系统,授时误差为20ns,守时时间为60s 5.2.1.4GPs卫星 可以采用GPSs全球定位系统,授时误差为20ns,守时时间为40s
5.2.2时钟同步协议 5.2.2.1 概述 面向工业自动化应用的时钟同步系统应支持至少一种时钟同步协议来实现内部时间基准与各级时 钟同步设备以及终端装置之间的时钟信息的同步,时钟同步协议可基于网络时间协议(NTP)/简单网 络时间协议(SNTP)、精密时间协议(PTP),IRIGB(DC)码、IRIGB(AC)码、lPPS+TOD.
GB/T38844一2020 5.2.2.2网络时间协议(NTP)/简单网络时间协议(SNTP 时钟对时同步误差为毫秒级
5.2.2.3精密时间协议(PIP) 时钟对时同步误差为微秒级
5.2.2.4IRIG-B(DC)码、IRG-B(AC)码 IRG-B(IC)码时钟对时同步误差为纳秒级,IRIGB(AC)码时钟对时同步误差微秒级
5.2.2.51PPS+TOD 1PPS十TOD时钟对时同步误差为200ns
5.2.3时间输出 5.2.3.1 概述 面向工业自动化应用的时钟同步系统应支持向终端装置输出各种时间同步信号,输出信号包括;脉 冲信号IRIGB码、串行口时间报文、网络时间报文等
时间输出满足要求如下 有效时间基准没有建立之前不应输出时间信号; a b 上游时间基准发生变化时,时间输出信号不应产生跳变 c 时间调节步长宜采用滑步调节方式,调节步长可设置
5.2.3.2脉冲信号 脉冲信号有1PPs,1PPM、lPPH或可编程脉冲信号灯
其输出方式有TTL
电平,静态空接点、 RS-422、,RS-485和光纤等
技术参数如下 脉冲宽度 a 10ms200mms
TTL电平 b 准时沿:上升沿,上升时间<100ns; 上升沿的时间误差优于14s
静态空接点: TTL电平信号的对应关系为接点闭合对应TTL电平的高电平接点打开对应 静态空接点与 TTL.电平的低电平,接点由打开到闭合的跳变对应准时沿
静态空接点参数如下 准时沿:上升沿,上升时间<！ S; 上升沿的时间误差;优于3s; 隔离方式:光电隔离; 输出方式集电极开路 允许最大Vee电压;220VTDC; 允许最大Iee电流;20mA
RS-422,RS-485 准时沿:上升沿，上升时间<100n ns; 上升沿的时间误差:优于1!s
光纤
GB/38844一2020 使用光纤传导时,亮对应高电平,灭对应低电平,由灭转亮的跳变对应准时沿
光纤参数如下 秒准时沿:上升沿，上升时间<100ns; 上升沿的时间误差:优于1s
5.2.3.3IRIG-B码 IRIGB码应符合IRIGStandard200-04的规定,并含有年份和时间信号质量信息(参考1EEEStd C37.118r一2005),其时间为北京时间
IRIG;B(DC)码指标如下: 每秒1赖,包含100个码元,每个码元10ms a b)脉冲上升时间:<100ns; c 抖动时间:200ns; d)秒准时沿的时间误差;优于lMs; 接口类型:TTL电平、RS-422、RS-485或光纤; 使用光纤传导时,灯亮对应高电平,灯灭对应低电平,由灭转亮的跳变对应准时沿 采用IRIGB000格式 g IlRIG;BAC)码指标如下 a 载波频率;lkHz; b 频率抖动:<载波频率的1%; 信号幅值(峰峰值):高幅值为3V12V可调,典型值为10V;低幅值符合316:1调制 比要求,典型调制比为3:1; d 输出阻抗:600Q,变压器隔离输出 秒准时点的时间误差:优于20!s ee fD 采用IRIGB120格式
5.2.3.4串行口时间报文 5.2.3.4.1串行口参数 波特率为1200bit/s,2400bit/s,4800bit/s,9600bit/s,19200bit/s可选,缺省值为9600bit/s;数据 位8位,停止位1位,偶校验
5.2.3.4.2串行口时间报文格式 报文发送时刻,每秒输出1赖
赖头为井,与秒脉冲(1PPS)的前沿对齐,偏差小于5ms
5.2.3.4.3串行口接口 串行口接口指标如下 RS-232C 电气特性符合GB/T6107
bRS-422 参见GB/T1l014
RS-485 参见ANSI/TUA/EIA485-A
d 光纤 使用光纤传导时,亮对应高电平,灭对应低电平
GB/T38844一2020 5.2.3.5网络时间同步 5.2.3.5.1 NTP/SNTP NTP/SNTP指标如下 a 工作模式:客户端/服务器; b)网络接口;电缆接口或光缆接口; c 支持以下协议 网络时间协议NTP; 简单网络时间协议sNTP 时钟处于跟踪锁定状态时,其时间误差应满足,局域网时优于10ms,广域网时优于500ms， 5.2.3.5.2PIP PTP性能和协议应符合GB/T25931
5.2.3.6时间同步信号、接口类型与时间同步误差的对照 为保证时间同步的误差及信号传输的质量,被授时设备或系统可按表1选用不同信号接口
时间 同步误差要求优于1s时,传输电缆长度应控制在15m之内(见表1)
表1时间同步信号、接口类型与时间同步误差的对照 RS422,RS485 TTL Ac RS-232C 接口类型 光纤 静态空接点 以太网 PPS 1s 3As 1s 14s 1PPM 34s 1PPH 1As 1s 34s 1As 串口时间报文 0ms 10ms 10ms IRIGB(DC l4s l4s 14s IRIG;-B(Ac 204s NTP 10ms PTP s 5.3性能要求 5.3.1脉冲时间信号 脉冲信号1PPs,1PPM或可编程的脉冲信号等,其输出方式有TTL电平、RS232、RS485和光纤等 常用接口,应具有脉冲宽度、上升沿时间及时间精确度等技术指标
5.3.2IRIG-B时间信号 IRIG-B码应符合IRIGB标准的规定,其含有时间和信号质量等信息,其输出方式有TTL电平、 RS485和光纤等常用接口,具有上升沿时间、时间编码一致性及时间精确度等技术指标
5.3.3 串行时间信号 串行时间编码应符合NMEA标准的规定,其含有时间等信息,其输出方式有RS232,RS485和光 10
GB/38844一2020 纤等常用接口,具有时间编码一致性及时间精确度等技术指标
5.3.4网络时间信号 网络时间编码应符合NTP/SNTP以及IEEE1588V2等网络时间协议,其输出方式有电以太网和 光纤以太网两种接口模式,具有时间编码一致性及时间精确度等技术指标
5.4环境试验要求 5.4.1概述 面向工业自动化应用的时钟同步系统应符合所应用行业的环境标准要求,在所应用行业无明确标 准要求的,宜满足GB/T17626中相关电磁兼容试验要求
5.4.2环境参数 存储温度;一50C85 运行温度:0C一50c(室内)
相对湿度;<95%(不结露》. 大气压力;86kPa106kPa
运行环境:无腐蚀性气体及导电尘埃,无严重毒菌,无剧烈振动源
5.4.3电气参数 输人电压:双路AC220V供电,内部采用DC12V供电,内部电源持续供电6h
交流频率50Hz士5Hz
直流文波<10%
功耗<20w
防护防浪涌、输人滤波
5.4.4电磁兼容 电磁兼容指标如下 绝缘性能 a 应符合GB/T13729一2019中5.6的规定 静电放电抗扰度 b 装置应能承受GB/T17626.2一2018中规定的严酷等级为级或级静电放电试验,在技术 规范内性能正常
射频电磁场辐射抗扰度 装置应能承受GB/T17626.3一2016中规定的严酷等级为级或级射频电磁场辐射试验 在技术规范内性能正常
电快速瞬变脉冲群抗扰度 装置应能承受GB/T17626.4一2018中规定的严酷等级为级或级电快速瞬变脉冲试验， 在技术规范内性能正常
浪涌(冲击)抗扰扰度 装置应能承受GB/T17626.5一2019中规定的试验等级为级或级浪涌冲击)试验,在技 术规范内性能正常 工频磁场抗扰度 11
GB/T38844一2020 装置应能承受GB/T17626.8一2006中规定的试验等级为I级或级工频磁场试验,在技术 规范内性能正常
脉冲磁场抗扰度 8 装置应能承受GB/T17626.92011中规定的试验等级为川级或级脉冲磁场试验,在技术 规范内性能正常
阻尼振荡磁场抗扰度 h 装置应能承受GB/T17626.102017中规定的试验等级为皿级或级阻尼振荡磁场试验,在 技术规范内性能正常
时钟管理 6 6.1概述 面向工业自动化应用的时钟同步系统应支持时钟管理功能以对系统的同步状态、告警、故障、精确 度等进行管理
6.2技术要求 面向工业自动化应用的时钟同步系统满足管理要求如下 a 系统所有设备,包括主时钟、从时钟、时钟同步设备、被授时设备应能报告时间同步系统的工作 状态,报告方式可以为指示灯、显示屏或采用网络通信消息; 系统所有设备包括主时钟,从时钟,时钟同步设备,被授时设备在时钟同步放廊时,应能够报 b 告故障状态,报告方式可以为指示灯、显示屏或采用网络通信消息; 系统宜提供时钟同步管理工具对系统中所有设备的时钟同步状态、故障以及精确度等其他需 要的信息进行统一可视化管理， 系统宜提供时钟同步管理工具对系统中设备、协议等参数进行配置
d 6.3主时钟,从时钟自检状态信息 主时钟、从时钟应能对自身的对时状态进行自检,并响应上级管理系统对其自检信息的召唤,也应 能在其自检状态信息发生变化时,主动上送变化信息给其上级管理系统 自检状态信息可以为BDS时源信号状态、GPS时源信号状态、地面有线信号状态、热备时源信号状 态、,IRIG-B时源信号状态、G;PSs天线状态,BDs天线状态,GPS卫星接收模块状态,BDs卫星接收模块 状态,BDS时间跳变侦测状态、热备时源时间跳变侦测状态、,IRIGB时源时间跳变侦测状态,晶振驯服 状态、初始化状态、电源模块状态,时间源选择状态等,每种状态均设置动作条件、返回条件及初始化状 态信息
6.4时钟同步设备、被授时设备的时间同步监测 6.4.1时钟同步监测模块 时间同步设备中应采用独立的时间同步监测模块用于监测时间同步设备及被授时设备的时间同步 状态
6.4.2对时偏差监测方式 6.4.2.1 概述 可以通过NTP方式实现对时间同步设备及被授时设备偏差的监测,采用客户端(管理端)和服务 12
GB/38844一2020 器(被监测端)问答方式实现对时偏差的计算
为了提高对时偏差的精确度,可以采用时钟装置作为监 测的管理端,监测从时钟和其他被授时设备,对时偏差误差为毫秒级别
6.4.2.2主备时钟监测方式 主备时钟监测功能互为备用,并同时接人到网络中,主时钟作为授时源为设备提供时间同步信号， 由备时钟监测模块负责被授时设备时间同步监测,对设备时间同步监测的结果进行统一分析处理
当 备时钟的监测模块发生故障时,主时钟的监测模块负责被授时设备时间同步监测
6.4.2.3时间精确度监测 备时钟监测模块采用NTP方式按照设定的轮询周期定期轮询主时钟、从时钟及被授时设备的对 时偏差,当轮询到某装置一次监测值越限时,应以1s/次的周期连续监测5次,并对5次的结果去掉极 值后取其平均值作为此次监测的结果,若平均值越限则产生越限告警信息
6.4.2.4告警信息上送 当时间同步设备监测模块发现被监测设备时间同步异常时应产生告警,并将告警信息上送给监控 系统
若监测过程中没有发现对时异常的设备,则按照设定的周期定时发送时钟设备时间同步监测工 作状态正常和所有被监测装置时间偏差监测正常两个信号至监控系统,表示时钟同步设备和被授时设 备时间同步状态正常
时间同步装置监测模块应将时钟装置的自检信息及设备的监测信息通过规约上送至监控系统
6.4.3从时钟监测方式 6.4.3.1概述 从时钟监测模块用于监测各个部分被授时设备,从时钟接人到网络,采用NTP轮询方式,按照设 定的轮询周期定期轮询部分的授时设备的对时偏差,当轮询到某装置一次监测值越限时,应以1s/次的 周期连续监测5次,并对5次的结果去掉极值后取平均值作为此次监测的结果,若平均值越限则产生越 限告警信息
或者从时钟采用G00SE协议实现时钟同步管理,从时钟通过GO0SE方式来实现对设备的对时 偏差的监测
6.4.3.2告警信息上送 当从时钟发现被监测设备对时偏差超过设定的告警门限值时应产生告警,并将监测信息上送给上 级管理端
从时钟应将装置的自检信息及对被授时设备的监测信息通过规约上送至上级管理端
6.4.4报告方式、配置 6.4.4.1LED指示灯,显示屏和网络通信 LED指示灯和显示屏用于故障指示同时实现可视化管理
时钟同步装置面板LED指示灯的名称可以为运行,故障、告警,同步,秒脉冲,BDs,GPs,IRIGB、 状态监测等,逻辑可以为常亮、灭,定义根据具体名称的状态确定,LED指示灯颜色可以为绿色、红色、 黄色
显示屏可以为液晶屏,同时配置按键,实现可视化管理
网络通信以NTP方式将信息发送给上级管理端
13
GB/T38844一2020 6.4.4.2配置 参数的配置可以包括协议、主从配置、串口信息、IP配置、延迟补偿等 时钟测量 7.1概述 面向工业自动化应用的时钟同步系统应提供时钟测量接口,对系统时钟同步的状态、精确度、守时 能力进行测量
7.2测量设备及要求 7.2.1概述 面向工业自动化应用的时钟同步系统应基于标准时钟源和测量仪器对系统中设备提供的时钟测量 接口进行测量
7.2.2标准时间源 标准时间源满足要求如下 需经国家授权机构量值传递并标定误差; a b)相对UTC时间的误差应优于被测装置标称误差的四分之一 7.2.3测量仪器 根据系统所需时钟精确度的不同,测量仪器可以使用万用表、示波器、时钟测试仪等不同等级的设 备,对于误差要求高于1ms秒的系统,宜采用示波器对PPs时钟信号进行误差测量,对误差要求高于 14s的系统,宜采用时钟测试仪进行误差测量
示波器作为测量仪器时应满足以下要求 信号输人>2路 a b) 带宽>100MHz; 采样率>1.25G/s
c 时间测试仪满足要求如下 应能测试以下类型但不限于)时间同步信号: a 脉冲信号(1PPS,lPPM,lPPH,可编程脉冲); IRIG-B信号; 串行时间信号; 网络时间信号
b 时间分辨率优于10ns,测量误差应优于被测装置标称误差的四分之- 7.3测量内容及要求 7.3.1输出信号测量 时钟同步系统中的时钟同步装置通过各种时间信号完成时间同步,对时钟同步装置测量的目的是 验证其是否满足技术要求
输出信号测量方法见图7
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GB/T38844一2020 -脉冲信号 被测 脉冲信号 -IRIG-B信号 时间 示波器 设备 -IRIG-B信号 -串行信号 测试仪 DUT -网络信号 图7输出信号测量方法 7.3.2对时精确度测量 对时精确度测量的目的是测量被测设备的对时精确度
测量方法;将被测设备(DUT)的时间输出信号,外部时间基准信号接人时间测试仪,通过比对被测 设备(DUT)的时间输出信号与外部时间基准信号的误差进行检测见图8). 测试内客时间输出信号与外部时间基雅信号的误差
外部时间基准 被测 时间 时间信号 设备 测试仪 DUT 图8对时精确度测量方法 7.3.3守时特性测量 守时特性检测的目的是测量时间源丢失后的时间工作能力
测量方法;将被测设备(DUT)的时间输出信号接人时间测试仪,等待2h后切断其外部时间基准后 进行信号的连续性测试,连续性测试时间建议应至少24h(见图9)
测量内容:连续测量时间信号的精确度,统计有无信号跳变、丢失等现象
被测 外部时间基准 时间 设备 时间信号- 测试仪 DUT 图9守时特性测量方法 7.3.4传输时延补偿测量 时钟同步装置信号传输距离在实际应用中长短不一致,时钟同步装置具有输出信道时延补偿功能 测量的目的是验证补偿值的正确性
测量方法:将被测设备(DUT)的时间输出信号接人时间测试仪,通过比对时延补偿设定值与实际 15
GB/T38844一2020 测量值之间的时间偏差进行检测(见图10)
测量内容;测量实际值与设定值之间的时延补偿偏差
设置补偿值 被测 时间 设备 时间信号 测试仪 (DUT 图10传输时延补偿测量方法 7.3.5稳定性测量 时间稳定性检测的目的是测量设备是否具备长时间运行的能力
测量方法:将被测设备(DUT)的时间输出信号接人时间测试仪,等运行稳定后进行信号的连续性 测试,连续性测试的时间建议应至少24h(见图11)
测量内容;检测时间信号的精确度,统计有无信号跳变,丢失等现象
被测 时间 设备 时间信号 测试仪 DUT 图11稳定性测量方法 16
GB/38844一2020 参考文献 [1]GB/T11014平衡电压数字接口电路的电气特性 Electricalcharacteristicsof [[2]ANSI/TUA/EIA485-A generatorsandreceiversforusein balanceddigitalmulipointsystems [3] EEEStd15882008 IEEEStandardforPrecisionClockSynchronizationProtocolfor NetworkedMeasurementandControlSystems RTM -2005 [4]IEEEStdC37.118T" IEEEStandardforSynchrophasorsforPowerSystems
智能工厂工业自动化系统时钟同步、管理与测量通用规范GB/T38844-2020
针对这一问题，国家标准化管理委员会发布了《智能工厂工业自动化系统时钟同步、管理与测量通用规范》（GB/T38844-2020），该规范提供了在智能工厂环境下实现多个工业自动化系统之间的时钟同步、管理与测量的通用规范，旨在提高工业自动化系统的精度和可靠性。 该规范主要包括以下几个方面的内容： 1. 时钟同步方法：规定了多种时钟同步方法，包括基于网络协议的同步方式、GPS同步方式以及IEEE1588同步方式等，使得工业自动化系统的时钟同步更加精确和可靠。 2. 时钟管理与测量：介绍了时钟管理和测量的相关概念和方法，包括时钟偏差计算、时钟稳定性分析以及时钟测量误差分析等，为工业自动化系统提供了全面的时钟管理和测量方案。 3. 系统实现要求：规定了工业自动化系统实现时钟同步、管理与测量的要求，包括系统硬件和软件的支持、网络通信协议的选择和配置等方面的要求，确保多个工业自动化系统之间的时钟同步、管理与测量能够得到有效的实现。 该规范的发布，填补了国内智能工厂领域中多个工业自动化系统时钟同步、管理与测量方面的空白，将对未来智能制造行业的发展起到积极的推动作用。同时，也为企业在工业自动化系统设计和维护方面提供了可靠的标准和指导，有助于提高生产效率和产品质量，增强企业的竞争力和创新能力。
