gps2u卫星时钟.doc

GPS2U卫星时钟Ver2.0 正瑞科技

1、综述

GPS2U卫星时钟接收美国GPS(全球定位系统)卫星发送的时间信号,向电力系统各种自动化装置(如故障滤波器、微机保护装置、RTU、各种微机监控系统、事件记录仪等)提供精确的时钟同步信号，能够统一发电厂、变电站、调度所的时间基准，可以在电力系统发生故障后,为分析故障的情况及开关动作的先后次序提供有力的依据。
GPS2U卫星时钟的特点有：
1) 采用对值班工作人员透明化设计，时间显示、卫星通道状态、工作状态的指示一目了然。
2) Easy控制技术设计，232-422转换、波特率调整方便。
3) 多种对时规约，可由用户要求指定。
4) 精美标准19”2U架装式机箱，适合柜式安装。
5) 时间精度高，最高精度达500nS。
6) 卫星信号接收，不受电厂、变电站的地理状况的限制。
7) 对自动化装置有多种对时方式（见附录A），可灵活配置。
8) 装置的所有时钟信号输出均经过光电隔离，抗干扰能力强。
2、GPS2U型卫星时钟

2-1 GPS2U型卫星时钟的构成
GPS2U卫星时钟采用了2U标准19”架装式机箱,具体安装尺寸如图1所示。
其中,装入宽度:449mm；装入高度:89mm；带安装耳总宽度:482.6mm。深度:272mm；安装孔宽度:465mm；安装孔高度:76.2mm。

图1 GPS2U卫星时钟外形图
2-1-1.GPS2U卫星时钟的前面板
图2 前面板示意图
a.时间显示区
在开机状态下，LED数码管显示北京时间。按下“时间／日期”转换按键，LED数码管会显示当日日期。松开按键，则恢复为时间显示。
b.卫星状态显示区
卫星状态显示有“卫星通道”显示和跟踪状态两组。“卫星通道”显示当前卫星时钟跟踪的GPS卫星数目,GPS2U最多可同时跟踪12颗卫星。跟踪状态有两个指示灯“搜索”和“锁定”。当卫星时钟正在搜索GPS卫星时，搜索灯会闪烁；当捕获到足够数量的卫星并定位锁定时，“锁定”指示灯亮，同时“搜索”灯熄灭。此时卫星时钟输出时间为标准北京时间。通过这部分的显示、指示情况，可以了解到GPS2U的搜索状态，若长时间不能锁定卫星，则应检查天线情况。
c.输出信号指示区
输出信号有串行通信发送指示(“COM A”、“COM B”)和脉冲信号发送指示“PPS”、“PPM”、“PPH”。当指示灯亮时，后面板上对应的信号输出端口输出对时信号（见2-1-2 e“后面板”）。
d.电源开关及指示区
电源指示灯在前面板右侧电源开关上方，指示灯亮，表示卫星时钟电源正常。

2-1-2 .GPS2U卫星时钟的后面板
GPS2U卫星时钟的后面板如图3所示
图3 GPS2U卫星时钟的后面板
a. 保险丝座: 内装1A保险丝管
b. 秒脉冲输出端子: 使用压线接入方式。左侧标有“- +”的输出端子，为TTL电平的秒脉冲或IRIG-B输出方式（因型号不同而异），其余为3对PPS空接点输出。该3对端子是光耦的二次侧，在后面板上表示为“ ”，箭头侧为光耦的E极。内部接线如图4所示。

图4 输出端子内部接线结构
接点容量：空接点C、E间外接电压： VCE< 30V
空接点C、E间允许电流： ICE< 50mA
可据用户要求定做其他容量值的输出端子（如110V）。
对时脉冲信号如图5所示，脉宽100ms。

图5 脉冲波形
c. 分脉冲输出端子:空接点输出，4个PPM，其余同b项说明。
d. 时脉冲输出端子:空接点输出，4个PPH，其余同b项说明。后面板上的端子排b、c、d可据用户需求在出厂前设定为指定脉冲输出形式。（见随机的附件袋内的附加说明）
e. 串行口对时输出端子COM A：COM A端子有上下排列的两组同样输出的端口（可与COM B分别输出不同规约的对时信息）。用户可以通过“422/232”转换拨动开关来自行设置成RS232或RS422/485输出。当被设置成RS232输出时，DB9针插座引脚定义如图6(a)；当被设置成RS422输出时，DB9针插座引脚定义为如图6(b)。

a b
图6 串行口输出插座引脚定义
串行口对时报文如下:
<01H>YYYYMMDDHHMMSS<A/V><,><N/S>ddmm<.>mmmm<,><E/W>dddmm<.>mmmm<CR><LF>
报文为ASCII码输出,其中含义依次为:
<01H> 帧头,报文开始
YYYY 四位年信息
MM 二位当前月数值,十位为0时仍被传输。
DD 二位当前日数值,十位为0时仍被传输。
HH 二位当前时数值,十位为0时仍被传输。
MM 二位当前分数值,十位为0时仍被传输。
SS 二位当前秒数值,十位为0时仍被传输。
<A/V> A:表示已锁定卫星,该时间帧数据已被同步，有效。
V:表示未锁定卫星,该帧时钟数据为装置内部时钟。
<,> 分割符
<N/S> N:北纬； S:南纬
ddmm 纬度的度值和分度值
<.> 小数点
mmmm 分度小数值
<E/W> E:东经 W:西经
dddmm<.>mmmm 经度度值、分度值及分度小数值，同上。
<CR><LF> 回车、换行，时间帧结束。
该报文输出的数据格式为: 1位起始位，8位数据位，1位停止位，无校验。波特率调整见g项。
报文格式可据用户要求在出厂前改动，以满足对时要求。
f. RS232/RS422电平转换开关:当拨至RS232或RS422侧时,对应的一组串口（COM A或COM B）中的两个端口均变为RS232或RS422/RS485电平输出。
g. 串行口对时输出端子COM B：同COM A
h. 电源输入端子:接入AC/DC 220V
i. 波特率调整端子:左右各两列端子分别调整COMA、COMB的通信波特率，如图7。

图7 波特率调整端子
该端子的上方为对应的调整位置表如j项：
j. 对应的波特率调整表
COM A、COM B的波特率可分别调整如下：
ON ON 1200
ON OFF 2400
OFF ON 4800
OFF OFF 9600
k. 天线输入端子：BNC插座，直接将天线接入。
2-2 GPS2U型卫星时钟的原理
GPS2U型卫星时钟的原理框图如图8所示：

图8 GPS2U卫星时钟原理
由GPS卫星发送的扩频信号经由天线及天线内部的低噪声放大器（LNA）放大，送至卫星接收板，再经接收板解码，将时间和位置信息送到主机板，由主机板处理后产生不同的对时信号，通过光电耦合器隔离，从后面板端子上输出。同时送至前面板显示时间、状态和输出信号。
2-3 GPS2U型卫星时钟的技术指标
2-3-1环境要求
1)工作温度: 0 ℃ ～ +40 ℃
2)贮存温度: -40 ℃ ～ +50 ℃
2-3-2电气要求
1)电 源: 交流220V±10% 47HZ ～63HZ 或
直流 176V～260V
2)功 耗: 不大于 8W

2-3-3.性能指标
1)捕获卫星（锁定）时间:
--- 热开机（瞬间掉电） ≤15秒。
--- 冷开机（位置未变的重开机） ≤45秒。
--- 位置改变后重开机 ≤2分钟。
--- 本地首次开机 ≤5分钟。
2)位置精度: ±0.1′
3)时间精度: ±500nS

3、GPS2U卫星时钟的安装

3-1. 天线的安装
卫星时钟配有一条30米长的天线。天线通过GPS2U卫星时钟后面板的天线端子供电和接收信号。天线设计成易于安装的形式，有源天线头被密封在直径约90mm高约50mm的塑料体内。天线头要求安装在视野开阔的地方，以使卫星时钟接收最多数量的卫星信号。
3-2. 卫星时钟的安装
GPS2U卫星时钟为2U 19英寸架装式结构,易于安装于标准机柜内。安装时，应先从附件带内取出安装耳和螺钉，固定于卫星时钟前面两侧，从机柜的前面将卫星时钟插入，然后用螺钉固定。应尽量安装在靠近使用时钟信号的装置处；在多个装置使用时钟信号时，装置的安装位置选择原则应尽量减少电缆线的长度。
后面板的接线应注意与端子的对应，以免误接，造成不能对时；在使用串行口对时方式时，应注意后面板的拨动开关的位置是否在对应的RS232或RS422处，并应调整对应端口的波特率。在使用RS422方式时，应注意DB9插座2、3脚是否接反。

附录 A
GPS时钟对时方式
由于电厂、变电站大多采用不同厂家的微机自动化设备，因此各个设备的对时方式也各不相同。主要有：
1)、脉冲对时方式：
脉冲对时方式多使用空接点接入方式（见第4页），有
秒脉冲（PPS）--GPS时钟1秒钟对设备对时一次
分脉冲（PPM）--GPS时钟1分钟对设备对时一次
时脉冲（PPH）--GPS时钟1小时对设备对时一次
常用的为分脉冲对时方式。
2）、串行口对时方式
被对时设备（如微机故障录波及监控设备等）通过GPS时钟的串行口，接收时钟信息，来矫正其自身的时钟。串行口对时方式分为RS232（用于近距离）和RS422/485（用于远距离）两种。使用该方式时应注意调整GPS时钟的波特率（见第6页），使之与被对时设备的波特率相同。
3）、IRIG-B时钟码对时方式
IRIG-B是专为时钟传输而制定的时钟码标准。每秒钟输出一帧含有秒、分、时、当前日期及年份的时钟信息。其对时较为精确。
IRIG-B又可分为解调制的电平方式和调制方式两类。
解调致的电平方式中按照应用情况可分为：TTL电平、232电平、422电平等几种。
调制方式有1KHz正弦调制方式。
附录 B
GPS2U卫星时钟的简单故障处理

1、开机，电源指示灯不亮：用万用表检查电源输入端子是否有符合要求的电压[否，调整电压] 检查电源输入连线是否接好[否，重新接好] 检查保险丝管是否坏掉[是，更换保险丝管]
2、开机后，长时间显示的数字不变动：关机，打开机箱，检查各插件是否松动[是，重新插牢]
3、开机后，长时间不能锁定（锁定灯灭，搜索灯闪烁）：检查天线头视野是否开阔[否，重新选址放置天线] 检查天线输入端子是否接触良好[否，重新拧紧] 前面板的卫星通道显示是否始终不变[是，表明未接收到卫星信号，打开机箱检查天线、馈线是否松动] 用万用表检查天线芯线与外皮间的电阻，是否开路或正反向电阻均较大（几百K以上）[开路或较大，需更换天线]
4、通过串口COM A、COM B对设备不能对时：检查前面板COM A、COM B是否闪烁（闪烁则表明在发送信息）[否，关机，打开机箱，检查各插头是否松动] 检查232/422转换开关是否在所需的位置上[否，拨动232/422转换开关至所需位置上] 检查对应串口的波特率拨码，是否在对应波特率的位置上[否，调整波特率拨码] 检查串口的引脚是否对应：当使用RS232时，GPS2U端的3脚对应设备的接收端的2脚；当使用RS422时，应注意2、3脚的对调[否，调节引脚] 对照GPS2U的说明书（本说明书第6-7页或附录C 改动后的对时规约附加说明）和被同步设备的对时规约是否一致[否，应更换对时规约，请和我们联系] 请使用示波器检查对应的发送引脚是否有波形[否，关机，打开机箱，检查各插头是否松动]
5、通过脉冲端口对设备不能对时：检查GPS2U卫星时钟的脉冲端口是否与设备对时端口对应（PPS、PPM、PPH）[否，重新接线] 检查被对时设备是否提供电压及电压是否符合端口要求[否，调整被对时设备提供的电压] 使用随机附带的简单脉冲测试电路测试该类脉冲端口是否有脉冲信号输出[否，关机，打开机箱检查各插头是否松动]
5、通过IRIG-B端口对设备不能对时：检查连线的正负是否接反[是，重新接线] 用示波器检查端口是否有输出波形[否，关机，打开机箱，检查各插头是否松动] 检查被对时设备是否在接受对时状态[否，调整被对时设备]

若经过以上检查故障尚未恢复，请拨打我们的技术支持电话
0533-3582840，我们会及时的给您以圆满的答复。

附录C
改动后的对时规约附加说明
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