网络时钟系统方案智能楼宇.docx

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网络时钟系统方案智能楼宇

网络时钟系统设计方案

烟台持久钟表有限公司

2016年10月

1系统方案概述

用于智能化楼宇的时钟系统必须准确、安全、可靠。

在总结烟台持久钟表集团有限公司及国内外同行多年来生产时钟系统经验的基础上，我们采用系统论和过程论的设计思想，应用当今世界上先进的通信及计算机技术，设计出具有集散控制、中心监控、热备份、自动切换保护、高精确性、高可靠性的成熟可靠、技术先进、质量上乘的大区域子母钟时钟系统。

时钟系统在智能化楼宇中是个重要组成部份之一，其主要作用是为楼宇建设提供统一的标准时间，并为其它各有关系统提供统一的标准时间信号，使各系统的时间与本系统同步，从而实现整个楼宇统一的时间标准。

供应商提供的CJ-9500型大型网络子母钟系统按中心母钟和子钟两级组网方式设置，主要由GPS接收机、中心母钟、监控网管终端、电源、NTP服务器、子钟及以太网数据传输通道（含网络交换机）等构成。

中心母钟接收GPS标准时间信号，通过传输电缆传给各个子钟，由中心母钟按标准时间信号指挥子钟统一显示时间，实现整个楼宇时间标准的统一，以适应楼宇内可靠协调的需要。

母钟和子钟通过网络传输系统局域网连接，传输网络间采用遵循IEEE802.3标准的以太网接口，物理接口形式是标准RJ45接口。

2系统技术规范

我公司按照ISO9001国际质量认证体系的要求，制定相应的企业标准和生产工艺流程，在产品设计、生产检验、安装调试、包装运输、运行和售后服务过程中，严格执行有关标准和相关技术规范，以更好地满足用户的需求。

系统所遵循的国际、国家、行业及企业标准包括：

GBJ42-81《工业企业通信设计规范》

GBJ79-85《工业企业通信接地设计规范》

GB/T4857.1-92《包装运输包装件试验时各部位的标示方法》

GB3873-83《通信设备产品包装通用技术条件》

GB50174-93《电子计算机机房设计规范》

GBJ115-87《工业电视系统工程设计规范》

GB50807-86《设备可靠性试验规范》

GB50254-96《电气装置安装工程施工及验收规范》

GB50311-2007《综合布线系统工程设计规范》

GB/T4961-1999《广播报时信号》

QB/T2268-1996《计时仪器外观件涂饰通用技术条件钟金属外观件漆层》

YD/T1012-1999《数字同步网节点时钟系列及其定时特性》

DLT1100.1-2009《电力系统的时间同步系统》

JGJ/T16-92《民用建筑电气设计规范》

YD/T5089-2005《数字同步网工程设计规范》

YD/T5027-2005《通信电源集中监控系统工程设计规范》

YD5098-2005《通信局（站）防雷与接地工程设计规范》

YD/T5120-2005《无线通信系统室内覆盖工程设计规范》

GA/T331-2001《公安移动通信网警用自动级通信系统工程设计技术规范》

QF-EMPF-206《设计与采购活动计划管理导则》

JJG106-81《指针式精密时钟检定规程》

企业标准及规范

Q/YCJ001-2002《大区域子母钟系统》

Q/YCJ2-07-001-5《安装服务过程控制程序》

Q/YCJ3-10-003-1《子母钟系统检验规程》

随着现代科技的迅速发展，智能楼宇系统电子设备和通信设备日益增多，加之弱电信号极易受到电磁干扰，因此为避免智能楼宇系统各种设备对时钟同步系统的电磁干扰影响，同时保证时钟同步系统不对其他网络和系统信号造成干扰和影响，我公司特别注意了电磁兼容相关标准，并采取必要的防护措施，使系统完全满足电磁兼容性能的要求。

电磁兼容和防雷设计相关标准包括：

IEC61000-6-2《工业环境中发射标准》

IEC61000-6-4《工业环境中抗扰度》

IEC61000-4-2《静电放电抗扰度试验》

IEC61000-4-3《射频电磁场辐射抗扰度试验》

IEC61000-4-4《电快速瞬变脉冲群抗扰度试验》

IEC61000-4-5《浪涌（冲击）抗扰度试验》

IEC61000-4-6《射频场感应的传导骚扰抗扰度》

IECCISPR221997《信息技术设备的无线电干扰限值和测量方法》

GB50057-94《建筑物防雷设计规范》

IEC61312-95《雷电电磁脉冲的防护》

YD5068-98《移动通信基站防雷与接地设计规范》

时钟同步系统设备在产品设计、生产检验、安装调试、包装运输、运行和售后服务过程中，当国家标准与国际标准矛盾时，以国际标准为准；当地方标准与国家标准矛盾时，以国家标准为准；若同级标准、规范之间发生冲突，采用要求最为严格的标准、规范。

3系统的特点

3.1高精确性、高可靠性

本系统中的中心母钟和子钟均采用高稳定性、高精度的高稳定晶振，以确保系统高稳定性、高精度。

本系统接收来GPS发出的精确时钟信号后，经中心母钟读取、解码、处理后发送至时钟系统的各个部分，从而实现整个时钟系统长期无累积误差运行。

时钟系统采用了闭环控制、掉电保护、故障自诊断、故障隔离、软硬件冗余、、抗电气电磁干扰、保护接地等先进的技术措施，并严格筛选元器件从而保证最大限度地提高系统的可靠性。

本系统的中心母钟的关键部件都采用双重热备份，当主单元出现故障时，能够自动切换到备用单元，保证了系统的高可靠性。

同时时钟系统还采取了“各模块独立自由运行”的设计，当上级节点设备出现故障时，本级节点及以下设备仍能正常工作；同级节点发生故障互不影响。

所有时钟均可自行校时。

除非发生故障，否则不需要进行维护和时间调整。

3.2扩展方便

时钟系统的扩展可以通过保持原有的硬件不变，软件只需在现有的操作平台上在不影响使用的情况下通过在线升级即可实现。

3.3兼容性好

软硬件兼容：

时钟系统由标准化的软件及硬件组成，用户可按照自己的需要灵活配置。

监控网管系统的软件能够适应计算机技术的急速发展，采用目前最流行的语言编译，运行在主流的操作系统平台上。

电磁兼容：

为保证系统持久可靠地运行，烟台持久钟表集团有限公司充分考虑到各种强电设备对时钟系统的电磁干扰及本系统对其它通信系统的电磁干扰，在系统的电磁兼容方面，做了大量的试验与改进工作，提供的设备在许多工程中经历了长期严格的考验。

烟台持久钟表集团有限公司生产的时钟系统关键设备均通过了国家电磁兼容检测权威单位--上海电器设备检测所的检验和测试，各项指标均符合IEC61000系列的要求，并取得了由上海电器设备检测所签发的标明各项电磁性能合格的检验报告。

目前烟台持久钟表集团有限公司在国内钟表行业厂商中仍是唯一拥有电磁兼容有效证明文件制造商。

3.4维护简单

系统设计时在关键设备的关键部位设置了用于维护和检测的测试点；整个时钟系统采取了故障隔离、故障自诊断技术和自动报警措施；标准化和高集成度元器件的选用、具有互换性板卡的模块化设计（相同规格的设备、接口板都具有互换性）；主备中心母钟的控制板均支持热拔插技术，使得系统维护极为简便快捷。

3.5节能降耗

绿色环保的设计思想的推行、低能耗元器件的选择和使用、低能长寿命发光材料的应用、先进的超大规模集成电路技术的引进与应用，使得时钟系统的总体能耗大幅度降低，提高了时钟系统的使用寿命，并降低了使用成本。

3.6系统的开放性

监控网管的操作系统采用目前最为流行的软件平台,对通信和监控软件采取了人性化的设计，使人机界面友好、便捷、直观，操作极为简单快捷。

3.7适配性能良好

烟台持久钟表集团有限公司提供的设备在接口技术和各系统相互适配上有较大的优势，至今我们已与国内外三十五个厂家的不同设备进行过系统联调，诸如：

日本、法国、英国、德国以及国产等不同类型的传输设备，尤其可以适应传输技术的发展要求，为机场、电力、核电场、地铁、轻轨、高铁电气化铁路、体育场馆、办公楼宇等通信系统的正常运行提供了可靠的保证。

3.8多级全方位监控功能

中心母钟及监控网管均可实现点对点监控、发现故障自动报警。

母钟主备单元既可自检也能互检，以便及时发现系统故障，并进行主备单元自动转换。

中心母钟采用双机热备份，中心母钟时间显示面板除了显示标准时间外，还可以通过切换按键显示中心母钟主备单元、接口模块、接收时间源GPS时间源信号、电源以及所带子钟的工作状态。

监控网管系统除了监控整个时钟系统的通讯，设备运行状态外，还具备网管中心母钟主备单元和每个子钟的地址名称、校时间隔等。

中心母钟的主备单元均可以互相监控，当主单元工作时，备用单元也处于待机状态，并随时监视主单元的工作状态，此时该备用模块的状态同时也被主单元监视，一但主单元模块出现故障，能够立即切换并代替主单元工作。

确保整个系统得不间断连续工作，提高了系统的安全级别。

3.9远程联网报警

当时钟系统发生故障时，除了在故障现场和控制中心发出正常的报警信号之外，系统还会自动判断故障的级别（故障一般分为三级即：

次要故障、一般故障和严重故障），并且根据故障级别通过三种方式分别向不在现场的有关设备管理人员发送报警信息。

4系统架构

4.1系统设备构成框图

时钟系统采用控制中心中心母钟及子钟两级组网方式。

主要由GPS接收装置、中心母钟、NTP服务器、监控网管计算机、子钟、数据传输通道（含网络交换机）和电源等组成。

中心母钟与各子母钟通过传输子系统连接，在通信设备室内通过NTP服务器为其它通信系统提供统一的时间信号，使各子系统的时间与时钟系统同步。

GPS天线单元安装在办公楼的顶部，通过近30米长的馈线连接至机房的时钟控制柜。

柜内安装有标准信号接收单元和母钟。

监控计算机安装在控制室内。

系统结构示意图如下：

图一：

时钟系统总系统图

4.2系统连接方式和扩容

1）接口形式及连接方式

1）中心母钟与各子钟及监控网管、系统维护终端传输接口遵循IEEE802.3标准的以太网接口，物理接口为RJ45。

2）中心母钟实时向公务电话系统、专用电话系统、无线系统、广播系统、自动收费系统等提供标准时间。

2）系统接口容量及中远期扩容

1）出厂设计容量：

中心母钟提供子钟RJ45接口数量2个，每个子钟有一个（接收和输出）RJ45接口，子钟扩容数量将根据传输系统交换机接口数量来决定子钟扩容量。

2）扩容方式：

直接增加交换机接口模块。

3）时钟设备安全冗余配置

1）外部时间源采用GPS时间数据，内部时间源采用高稳定晶体。

2）中心母钟采用主、备母钟热备份设计。

3）时钟系统网管监控本地报警和集中报警设计。

4）中心母钟、子钟在上级信号中断时均可“独立运行”，使其本身及其附属系统保持连续性。

4）设备容错设计

中心母钟发生故障时，为了避免将错误数据发送到从属子钟及相关系统。

（所谓“错误”，指的是超出容许的公差范围）中心母钟在设计时采取了合理的容错措施，确保在发生故障时立即终止向下级附属系统发送同步信息。

同时，中心母钟在发生故障时立即在本地发出警报并将报警信息加上时间标记后发往集中告警中心。

4.3控制中心中心母钟构成图

图二：

中心级构成图

时钟系统控制中心部分构成框图如图二所示。

4.4子钟构成图

图三：

子钟构成图

4.5中心母钟内部结构图

图四：

中心母钟内部结构图

中心母钟主要功能是作为基础主时钟系统，自动接收GPS提供的时间信号，并通过解码、比对后将自身的时间精度校准，并通过传输网络系统将精确时间信号发送给各个子钟和其他系统设备等，并且通过维护终端对时钟系统的主要设备及主要模块进行实时的点对点监控。

中心母钟做为服务器向子钟提供时间信号。

正常工作状态下，中心母钟接收来自GPS的同步时间信号，作为其他系统时钟系统的外部时钟源。

中心母钟主要由以下几部分组成：

GPS时间信号接收端口

主母钟信号处理单元

备母钟信号处理单元

配电盘

（中心母钟内部结构图见图四、外观示意图见附图一）

4.6数字式子钟内部结构图

图五：

数字式子钟内部结构图

数字式子钟主要由以下几部分组成：

I/O接口模块

主控制板模块

时间显示模块

电源模块

5技术性能指标

5.1GPS标准时间信号接收单元

☉跟踪卫星数：

≥6颗卫星同时跟踪

☉频率稳定度：

10-12~10-9

☉同步误差：

≤50ns

☉信号传输距离：

≤1200米

☉接口方式：

标准RS422/RS485接口

☉天线馈线长度：

30米

☉供电电源：

AC220V±15%，50Hz±5%

☉功耗：

1.4W

☉工作温度：

-30℃～+65℃

☉相对湿度：

≤95%

☉平均无故障时间：

≥8万小时

☉天线：

具备防尘、防水、防腐、避雷

5.2母钟设备

☉供电电源：

AC220V±15%，50Hz±5%

☉自身计时精度：

±0.001s/d

☉输出接口：

标准以太网/RS422/RS485/RS232接口

☉输出接口数量：

2个

☉可自带子钟数量：

5000面

☉功耗：

20W

☉MTBF：

8万小时

☉工作温度：

－10℃～+65℃

☉相对湿度：

≤95%

5.3NTP时间服务器

☉工作温度：

－10℃～+65℃

☉相对湿度：

≤95%

☉同步误差：

≤2ms

☉输出接口：

10Base/100Base-T以太网接口

☉输出接口数量：

2个

☉客户端容量：

8000次/秒

☉协议：

SNTP/NTPv2,v3,v4

☉管理接口：

通过以太网接口远程管理

☉供电电源：

AC220V±15%，50Hz±5%

☉功耗：

≤10W

5.4单/双面数显式子钟

☉工作温度：

-35℃～+70℃

☉相对湿度：

≤95%

☉自身计时精度：

±0.05s/d

☉供电电源：

AC220V±15%，50Hz±5%

☉MTBF：

8万小时

5.5指针式子钟

☉工作温度：

-35℃～+70℃

☉相对湿度：

≤95%

☉自身计时精度：

±0.05s/d

☉供电电源：

AC220V±15%，50Hz±5%

☉输出力矩：

800~1200g.cm

☉MTBF：

8万小时

6主要设备平均无故障时间

设备名称

平均故障修复时间（小时）

平均无故障时间（小时）

中心母钟

4

80000

维护终端

2

70000

NTP服务器

4

80000

指针式子钟

1

80000

数字式子钟

1

80000

7系统网络管理功能

系统主要功能如下：

1）告警管理

系统采用主动上报和网管系统查询的相结合方式，当设备产生故障（非致命性故障）时，设备主动向网管系统报告故障，网管系统定时查询各设备状态，来检测各设备是否工作正常，若设备在查询过程中没有反应，网管系统会发出警告，提示工作人员检查设备电源是否工作正常等。

网管接收到告警信息后，以实物图片的方式指示故障具体位置，同时发出警报声音告警，并在屏幕弹出告警对话框闪烁显示，同时发送手机短信。

自动生成完备的日志和报表统计。

2）配置管理

添加删除设备，按拓扑结构显示系统图系统记录每个设备的型号，功能，并可以根据设备功能对设备进行控制如对子钟进行时间设定，对倒计时钟进行倒计时值设定，控制子钟亮度等等。

3）日志管理

对系统日志进行查询备份删除等

4）安全管理

安全管理主要提供用户操作时钟系统的入口网关，所有的用户对时钟系统的操作，都需经过安全管理的权限检查，识别安全违背事件如非法访问、数据的破坏、用户欺诈和其它非法破坏活动。

用户可以对整个时钟系统进行各种操作，因此，系统的安全性非常重要。

系统从三个层面上对用户进行的操作进行管理：

对用户进入网管系统的限制：

每个用户在进入系统时，必须输入口令，如果口令不正确，则禁止其进入系统；

对用户的操作权限进行限制：

系统给每个用户分配一定的操作权限，用户在系统中只能完成这些操作。

8设备外观图

1）母钟

2）NTP服务器外观图

3）子钟

双面数显钟

单面日历式子钟

指针式子钟