張紅偉

摘 要：時間同步系統(tǒng)是長春輕軌通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中不可缺少的部分之一，為長春輕軌各系統(tǒng)、輕軌工作人員及旅客提供標(biāo)準(zhǔn)時間同步信號。列車安全高效運行離不開精準(zhǔn)的時間信號，而時間同步系統(tǒng)通過全球定位系統(tǒng)獲取精準(zhǔn)時間信號，為輕軌提供精準(zhǔn)時間信號得到保障。該文主要介紹長春輕軌通信時間同步系統(tǒng)的組網(wǎng)構(gòu)架、工作過程、主要設(shè)備、網(wǎng)管設(shè)備、時鐘系統(tǒng)功能，并指出時間同步系統(tǒng)對輕軌運行的重要性。

關(guān)鍵詞：時間同步系統(tǒng) 輕軌 標(biāo)準(zhǔn)時間信號 組網(wǎng)構(gòu)架 網(wǎng)管設(shè)備 功能

中圖分類號：TH71 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）12（a）-0008-04

Abstract：The time synchronization system is one of the indispensable parts for Changchun light rail communication network structure， which provides standard time for staff， passengers， and related systems in Changchun Light Rail. Light rail can run safely and efficiently with precise time signal， and the time synchronization system obtains accurate time signal through the global positioning system， which guarantees that light rail can obtain accurate time signal. The network structure， work process， major equipment， network management equipment and function of light rail communication time synchronization system are described in this paper， and the importance of time synchronization system is pointed out for running of light rail.

Key Words：Time synchronization system； Light rail； Standard time signal； Network structure； Network management equipment；Function

1 時間同步系統(tǒng)概述

時間與每個人息息相關(guān)，方便了人們的出行與生活。如果時間信號不協(xié)調(diào)統(tǒng)一，對軌道交通而言，就會出現(xiàn)列車運行延誤、故障處理不及時等問題影響列車運營，因此標(biāo)準(zhǔn)時間信號對軌道交通的良好發(fā)展起著關(guān)鍵作用。長春輕軌通信時鐘系統(tǒng)采用時間同步系統(tǒng)，通過全球定位系統(tǒng)（GPS）獲取時間同步信號，并將時間同步信號發(fā)送給控制中心一級母鐘，一級母鐘將標(biāo)準(zhǔn)時間同步信號提供給工作人員、旅客，同時也為各系統(tǒng)如自動信號系統(tǒng)（ATS）、電力監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）、防災(zāi)報警系統(tǒng)（FAS）等其他系統(tǒng)提供時間同步信號，從而實現(xiàn)輕軌全線時間信號同步統(tǒng)一。采用時間同步系統(tǒng)保障了長春輕軌高效運行，提高了城市軌道交通管理水平[1，2]。

2 系統(tǒng)組網(wǎng)構(gòu)架及工作過程

2.1 組網(wǎng)構(gòu)架

長春輕軌通信時間同步系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)，按控制中心一級母鐘、車站和車輛段二級母鐘兩級組網(wǎng)方式，通過網(wǎng)管設(shè)備進行集中管理，控制中心設(shè)備與車站和車輛段設(shè)備之間通過光纖傳輸系統(tǒng)傳遞時間同步信號。一級母鐘接收來自GPS時鐘源接收機同步時間信號進行自動校時，保持與GPS標(biāo)準(zhǔn)時間同步，避免產(chǎn)生時間誤差積累；同時一級母鐘通過光纖傳輸通道以太網(wǎng)接口將同步時間信號發(fā)送給車站和車輛段二級母鐘，二級母鐘接收來自光纖傳輸通道以太網(wǎng)接口的時間同步信號，與一級母鐘保持同步；子鐘通過RS422接收來自二級母鐘發(fā)送的時間同步信號，與二級母鐘同步，從而實現(xiàn)輕軌全線時間信號保持同步。

2.2 工作過程

該時間同步系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，其主要由5部分構(gòu)成：GPS接收機設(shè)備、一級母鐘設(shè)備、二級母鐘設(shè)備、子鐘設(shè)備、網(wǎng)管設(shè)備。GPS接收機位于控制中心，控制中心一級母鐘接收來自GPS時鐘源接收機發(fā)送的時間同步信號。一級母鐘能提供RS422、以太網(wǎng)等多種時間同步信號接口，將標(biāo)準(zhǔn)時間同步信號通過多路接口發(fā)送給控制中心調(diào)度大廳子鐘、辦公室子鐘、通信電源系統(tǒng)、自動售檢票系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)等其他各個系統(tǒng)，并通過以太網(wǎng)接口發(fā)送給傳輸系統(tǒng)，傳輸系統(tǒng)為時間同步信號傳送提供承載，將一級母鐘設(shè)備的時間同步信號傳送給二級母鐘設(shè)備。一級母鐘設(shè)備配備了網(wǎng)管設(shè)備，對一級母鐘運行進行監(jiān)控和管理，以便工作人員對時間同步系統(tǒng)進行維護，實時監(jiān)控各二級母鐘及子鐘的運行狀態(tài)。二級母鐘位于各站及車輛段通信機房內(nèi)，接收來自一級母鐘發(fā)送來的時間同步信號，并將時間同步信號發(fā)送給子鐘。子鐘設(shè)置于各站上行站臺、下行站臺、站廳及車輛段列檢庫和檢修庫內(nèi)，為旅客與工作人員提供準(zhǔn)確時間[3]。

3 主要設(shè)備

3.1 GPS時鐘源接收機設(shè)備

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）由空間系統(tǒng)、地面監(jiān)控系統(tǒng)、GPS接收機3部分組成。GPS時鐘源接收機示意圖如圖2所示，其工作基本流程是GPS接收機通過天線接收衛(wèi)星信號，衛(wèi)星信號是GPS衛(wèi)星向用戶發(fā)送的用于導(dǎo)航定位的已調(diào)波，包括各空間衛(wèi)星的識別標(biāo)志、空間位置信息、經(jīng)緯度、精密原子鐘的標(biāo)準(zhǔn)時間信號、空間衛(wèi)星自身的軌道參數(shù)等，然后將衛(wèi)星信號傳送給微處理器進行解調(diào)處理，處理器提取出標(biāo)準(zhǔn)時間信號并進行顯示，同時通過外部RS422接口為控制中心一級母鐘提供標(biāo)準(zhǔn)時間信號[4]。

3.2 一級母鐘設(shè)備

一級母鐘位于控制中心通信機房室內(nèi)，作為整個輕軌時間同步系統(tǒng)的核心部分，其工作可靠性能決定了整個時間同步系統(tǒng)的穩(wěn)定性能。一套母鐘設(shè)備配置主、備母鐘模塊，通過信號切換模塊對主、備母鐘信號源進行監(jiān)測和判斷，當(dāng)主母鐘工作失真時，會自動切換到備母鐘工作。一級母鐘提供嚴(yán)格的時碼輸出，能夠?qū)?biāo)準(zhǔn)時間信號通過接口分配給二級母鐘及其他各子系統(tǒng)。一級母鐘給各系統(tǒng)提供的時間信號接口相互獨立，各接口局部故障不影響整個系統(tǒng)正常工作。同時一級母鐘通過RS422接口與監(jiān)控終端連接，實時監(jiān)控時鐘系統(tǒng)運行狀態(tài)[5]，一級母鐘設(shè)備如圖3所示。

3.3 二級母鐘設(shè)備

二級母鐘位于輕軌各站和車輛段通信機房內(nèi)，二級母鐘設(shè)備如圖4所示，其結(jié)構(gòu)組成包括：中央處理單元、晶振、電源、驅(qū)動電路、接口裝置。二級母鐘通過通信機房內(nèi)傳輸系統(tǒng)以太網(wǎng)接口與中心一級母鐘相連。二級母鐘一方面用于接收一級母鐘發(fā)送的標(biāo)準(zhǔn)時間信號，并校準(zhǔn)自身精度，與一級母鐘保持同步；另一方面二級母鐘采用RS422接口以點對點方式向子鐘發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)時間信號。同時二級母鐘具有監(jiān)控管理接口，通過與網(wǎng)管設(shè)備連接對該站二級母鐘和子鐘進行監(jiān)測。

3.4 子鐘設(shè)備

子鐘有兩種類型，即數(shù)字式和指針式，長春輕軌子鐘設(shè)備采用懸掛式數(shù)字子鐘，帶有超亮LED數(shù)碼管顯示，顯示時、分、秒、年、月、日、星期。數(shù)字式子鐘懸掛于輕軌站廳、上行站臺、下行站臺、列檢庫及檢修庫內(nèi)，主要由驅(qū)動電路、主控模塊、時間顯示模塊及接口電路等組成，子鐘設(shè)備如圖5所示。子鐘自動接收二級母鐘發(fā)出的時間同步信號，將自身的時間精度進行校準(zhǔn)刷新，與二級母鐘保持同步，并向所屬的二級母鐘發(fā)送該機工作狀態(tài)。

4 網(wǎng)管設(shè)備設(shè)計

在控制中心設(shè)置一套時間同步系統(tǒng)監(jiān)測管理終端即中心網(wǎng)管設(shè)備，對輕軌全線時間同步系統(tǒng)設(shè)備進行實時監(jiān)測與管理。網(wǎng)管設(shè)備通過RS422接口與中心一級母鐘連接，網(wǎng)管設(shè)備界面如圖6所示。界面有如下幾方面作用。

（1）界面上顯示當(dāng)前日期（年月日星期時分秒），與一級母鐘時間保持同步。

（2）當(dāng)網(wǎng)管設(shè)備通信正常，主母鐘、備母鐘、標(biāo)準(zhǔn)時鐘源正常時，顯示正常，否則會顯示故障。

（3）當(dāng)全球定位系統(tǒng)接收模塊正常工作時，會顯示GPS校時，否則出現(xiàn)GPS無效。

（4）當(dāng)主母鐘正常工作時，會顯示主母鐘工作；當(dāng)主母鐘故障時，系統(tǒng)切換到備母鐘工作方式，會顯示備母鐘工作。

（5）可對輕軌各站子鐘進行設(shè)置。

（6）網(wǎng)管設(shè)備界面上小方框代表被監(jiān)控的區(qū)域，當(dāng)顯示綠色時，表示子鐘運行正常，當(dāng)顯示紅色時，表示某站子鐘故障，點擊小方塊進入子鐘狀態(tài)界面，如圖7所示，同時還可以對子鐘進行追時、正常、停止操作。

（7）系統(tǒng)增加了值班記錄存儲、打印、查看及運行狀態(tài)調(diào)用功能，幫助工作人員了解更多信息。

5 系統(tǒng)功能

5.1 同步校對

（1） 一級母鐘接收來自GPS時鐘源接收機設(shè)備發(fā)送的時間同步信號，通過數(shù)據(jù)處理單元提取標(biāo)準(zhǔn)的時間同步信號，通過多業(yè)務(wù)傳輸平臺經(jīng)過光纖發(fā)送到各車站、車輛段的二級母鐘，同步全線各系統(tǒng)時間信號。

（2） 一級母鐘和二級母鐘通過傳輸系統(tǒng)光纖傳輸通道傳遞時間同步信號，避免產(chǎn)生累計誤差。

（3） 控制中心一級母鐘在接收不到GPS時鐘源接收機設(shè)備發(fā)送的時間同步信號情況下，利用自身穩(wěn)定的高頻晶振產(chǎn)生時間信號發(fā)送給各二級母鐘，并向時鐘系統(tǒng)網(wǎng)管設(shè)備發(fā)出告警。

（4）在控制中心一級母鐘或者光纖通道發(fā)生故障時，二級母鐘利用自身穩(wěn)定的高頻晶振產(chǎn)生時間信號來驅(qū)動子鐘工作，并向時鐘系統(tǒng)網(wǎng)管設(shè)備發(fā)出告警。

（5）當(dāng)二級母鐘出現(xiàn)故障時，子鐘利用上次刷新的時間信號作為子鐘自身的時間起始信號為工作人員及旅客提供時間信息，并向時鐘系統(tǒng)網(wǎng)管設(shè)備發(fā)出告警。

5.2 系統(tǒng)擴容

該時間同步系統(tǒng)具備擴容功能，系統(tǒng)擴容時無需增加控制模塊，只需直接增加接口板模塊便可實現(xiàn)系統(tǒng)功能。擴展不影響既有設(shè)備的使用，軟件基本不變。在該工程中，中心母鐘分路輸出接口箱的RS422接口設(shè)計數(shù)量為31個，并可根據(jù)實際情況及以后的需要很方便地進行擴容，二級母鐘分路輸出接口箱的RS422接口設(shè)計數(shù)量為31個，最多可擴展為256個。

5.3 運行狀態(tài)顯示與管理

5.3.1 狀態(tài)顯示

控制中心網(wǎng)管設(shè)備能夠?qū)崟r監(jiān)測到時鐘系統(tǒng)子母鐘運行狀況，并對當(dāng)前運行狀況進行顯示、方便工作人員查看，并能夠?qū)Ω髡炯败囕v段子母鐘進行標(biāo)定控制。

5.3.2 狀態(tài)管理

當(dāng)時間同步系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，網(wǎng)管設(shè)備將產(chǎn)生告警，工作人員可根據(jù)告警信息方便查閱故障信息，同時網(wǎng)管設(shè)備與集中告警系統(tǒng)進行連接，實時將故障信息發(fā)送集中告警系統(tǒng)以便集中管理。

6 結(jié)語

時間同步系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于長春輕軌，為輕軌車站工作人員、列車司機、上班族及整個輕軌系統(tǒng)等提供標(biāo)準(zhǔn)時間同步信號，在使用過程中達到了理想效果，通過實踐可知該系統(tǒng)滿足線路運行的要求。在輕軌通信系統(tǒng)中使用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)時間同步信號，對保證列車安全、高效、準(zhǔn)時運營起到了重要作用。通過對長春輕軌時間同步系統(tǒng)進行學(xué)習(xí)，使得自己掌握了構(gòu)建時鐘系統(tǒng)方面的知識，為以后輕軌維護與管理奠定基礎(chǔ)。

參考文獻

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