数字同步及时间分配系统在城市轨道交通中的应用

摘要：文章简要介绍了城市轨道交通中数字同步及时间分配系统的组成，并详细介绍了其系统功能的基本应用，为轨道交通数字同步及时间分配系统的应用提供了参考。

关键词：轨道交通；数字同步；时间分配系统

中图分类号：TN929 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（20xx）15-0095-02

1 概述

数字同步及时间分配系统其主要作用是为轨道交通工作人员和乘客提供统一的标准时间，并为其他系统提供统一的标准时间信号，使各系统的定时设备与本系统同步，从而实现轨道交通全线统一的时间标准，通过集成管理平台时钟模块可完成其他系统校时和监控功能。本系统对保证轨道交通运行计时准确、提高运营服务质量起到了重要的作用。

2 系统功能

同步校对功能

一级母钟作为基础主时钟设备，能自动接收GPS的标准时间信号，将自身的时间精度校准，产生精确的标准时间信号，通过传输通道向二级母钟传送，统一校准，并向控制中心有关处所的子钟提供标准时间信号，同时向其他需要标准时间信号的系统提供统一的标准时间信号。

二级母钟具有独立的恒温晶振，一级母钟对二级母钟是校对的关系，而不是绝对的指挥关系，当一级母钟或传输通道出现故障时，二级母钟将依靠自身晶振指挥子钟

运行。

自动校时和追时功能

母钟可以自动接收上级时间源的标准时间信号，同时进行分析判断，对当前时间进行校对。当上级时间源的时间信号有故障时，车站母钟利用自身高精度的晶振信号作为基准信号，当信号恢复正常时，可以自动追时到当前标准时间。

时钟功能

车站母钟能够显示时间，并且年、月、日、星期、时、分、秒的显示方式和格式，可以按需要进行调整。

监控功能

车站母钟可实现点对点监控，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。

兼容和扩展功能

车站母钟提供1PPS、NTP、IRIG-B（AC）、DCLS、串行口ASCII码等类型时间信号输出接口。

系统设备及接口设备采用模块单元插接结构，支持接口的扩展，满足扩容要求。

接口方案

一级母钟与中心网同步时间源信号接口。接口为标准RS422接口，同时中心网同步时钟系统接收线路一级母钟的状态信息，实现对一级母钟状态的监控。

二级母钟与上级时间源信号接口。母钟设置标准RS422接口，通过接口转换器从数据传输通道接收一级母钟发送的时间数据，并发送自身的状态和故障代码。

与集成管理平台时钟模块的接口。本系统通过维护终端与集成管理平台时钟模块实现数据交换，维护终端设置通过以太网接口接入传输系统，并向集成管理平台传送故障告警及主要设备状态信息。

内部接口。二级母钟与子钟、维护终端之间采用标准RS422接口，所有接口具有隔离措施。

3 系统配置

主要设备配置

中心网同步时钟包括一台GPS同步接收机和一台BITS，为线路提供符合一级母钟标准的时间参考源。正常工作时，GPS同步接收机接收GPS信号作为其参考源，为系统提供基于GPS的频率参考信号和E1信号。同时GPS同步接收机内置一级时间服务器，提供网络时间协议和时间码输出。BITS采取GPS同步接收机的E1信号或者频率信号输出作为其输入参考，并且对输入参考信号性能监测，为系统提供多达112路输出，输出信号类型有E1，。

控制中心设一台一级母钟，一般采用19"标准机柜，各车站各设一台二级母钟，一般采用19"标准机柜。

一级母钟时钟部分由4个部分组成，分别为标准时间信号接收箱、主/备母钟工作箱、分路输出接口箱和电源箱。一级母钟能够显示年、月、日、星期、时、分、秒等全时标时间信息。一级母钟具有统一调整、变更时钟快慢的功能。如果需要对时钟进行调整，可以通过一级母钟配备的控制键盘来操作。一级母钟通过标准的RS422接口接收GPS发送的标准时间信号。GPS信号正常工作时，该信号将作为一级母钟的时间基准；当GPS信号出现外部时钟源信号故障时，一级母钟将采用自身的高稳定恒温晶振产生的时间信号作为时间基准，驱动二级母钟正常工作并向时钟系统网管设备发出告警。母钟能与外部标准时钟源自动校时，保持同步。母钟通过分路输出接口箱采用标准RS422口与传输系统连接。母钟通过传输系统接收二级母钟回送的各站二级母钟及子钟的运行状态信息。母钟通过标准的RS232接口与监控计算机相连，以实现对时钟系统主要设备的监控。母钟通过标准的RS422接口，向其他子系统发送标准时间信号，以实现各子系统时间的统一。一级母钟可以提供的接口方式有两种：标准的RS422接口和以太网接口。

二级母钟由两个部分组成，分别为主/备母钟工作箱、接口箱。在正常情况下，二级母钟采用标准的RS422接口，通过传输通道接收一级母钟发出的标准时间信号，随时与一级母钟保持同步。通过电缆线路连接到本车站或停车场内各子钟，发送标准时间信号，用于控制本站子钟运行，并能够向一级母钟回送设置在本站的二级母钟及子钟的工作信息。二级母钟提供标准时间信号给其他需要的系统，接口方式为标准的RS422接口和以太网接口。二级母钟具有计时和日期、时间显示功能，时间显示器以年、月、日、星期、时、分、秒格式显示。二级母钟具有监测数据传输接口（RS232），可接入便携机在各个车站实现对全线设备的监控。

每一部子钟与母钟之间是通过电线电缆直接相连，由此接收母钟的标准时间精度进行校准。子钟在接收到标准时间精度后，把自己的运行状况传输回所属母钟。子钟具有计时功能，能够独自工作，系统正常运行时子钟跟随所属母钟运行，当所属母钟运行出现异常或因其他原因，造成子钟不能正常接收母钟的标准时间精度，子钟能够依靠内置的石英振荡器工作并向监控管理计算机发出报警信号。

电源采用空开电源。在机柜内需为每路子钟配一个分路电源断路器。

系统网管可进行故障管理、一般性能管理、配置管理及安全管理。监控管理计算机能够对每一部系统内的设备进行一对一的监控，在监控管理计算机上可以监控数字同步及时间分配系统内任何母钟及子钟的运行状况，能够实时了解系统的运行状况、如果系统在运行中出现故障，则进行报警提示。当系统故障发生时，监控管理计算机能够提示具体故障发生的位置，并在监控管理计算机的人机对话窗口上显示主要故障内容及问题设备的所在机房。并且能对硬件故障还是软件故障进行分类，如果经过诊断是硬件故障还能对故障板卡进行精准确认。另外数字同步及时间分配系统的配置和数据设定也是通过监控管理计算机来实现的。

子系统构成框图

数字同步及时间分配系统构成均采用子母钟校时和网络校时方案，利用传输系统通道实现系统设备之间的网络连接和数据交换。

数字同步及时间分配系统主要由中心网同步时钟、一级母钟、二级母钟、各类子钟、传输通道及维护终端组成。系统结构图，如图1所示：

控制中心构成

控制中心的时钟设备包括设于控制中心的网同步时钟、通信设备房的一级母钟、网管设备及设于控制中心相关办公室的子钟。

车站级构成

在每个车站的通信设备用房内设置1台二级母钟。

各车站设备机房内设置二级母钟（含主备母钟、NTP网络时间接口、接口箱）及维护终端。

在车站的站厅、站台醒目处及办公室等需要统一时间的公共场所设置相应类型的子钟。

4 结语

数字同步及时间分配系统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，采用分布式结构，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。在软、硬件的设计上遵循了先进性与可靠性并重的原则，并充分考虑各项目的环境条件，子钟在外观设计上与现场装修风格相互协调，达到功能与观感能够完美结合。随着城市轨道交通线网的发展，本系统在轨道交通通信系统中的地位越显重要，该系统的建设不仅对全网时间分配起到统一的作用，同时对整个通信网的高效业务承载起到至关重要的作用。

作者简介：李振国（1978—），男，中国铁路通信信号上海工程局集团有限公司工程师，研究方向：通信工程。

（责任编辑：文 森）

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