ST2CXR冗余切换装置说明书.docx

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ST2CXR冗余切换装置说明书

ST2000-2CXR冗余切换装置说明书

（V1.0）

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ST2000-2CXR冗余切换装置说明书1

一、概述2

二、冗余的信号及关键词定义2

ST2000-2CXR中冗余的信号：

2

关键词定义：

2

三、设备结构及面板说明3

设备结构3

面板说明3

四、设备功能设置说明5

五、设备插件说明10

ST2000-2CXR后背板插板位置示意图及说明10

ST2000-2CXRCPU组件10

六、设备连接说明16

七、附录16

附录1、无源及有源空接点示意图17

附录2、五种规约格式：

17

附录3、典型工程应用实例：

19

一、概述

ST2000-2CXR型标准时间同步钟是一款可同时接入GPS信号（通过GPS天线）、北斗信号（通过北斗天线）、两个外部时钟信号（通过双绞线或者光纤传输的IRIG-B码）、内部通过高精度温补晶振提供守时信号的五信号冗余装置，既可以单台使用，也可以两台之间通过握手信号连接互为冗余备份，组成更为安全、可靠的冗余对时系统。

无论在单台使用或是双机互为备份使用的状态下，都可以通过增加我公司的扩展子时钟系统，达到为更多设备对时的目的。

该装置具有具有守时精度高（5us/h，国家标准为55us/h）；参与冗余的设备在同一时间能够按照设定的优先级逻辑采用同一个时间质量最好的基准时间源（真正实现设备间的信号冗余）；自学习能力（时间质量低的冗余信号学习时间质量高的冗余信号）；设备间握手信号采用获得专利的技术，设备间通信更为智能、可靠；冗余主时钟与主时钟、主时钟与子时钟之间可选择差分信号或者光纤信号互相连接，方便现场的安装与使用；便捷直观的人机交互界面，通过指示灯及液晶显示，可清晰的知道当前冗余设备之间的主从状态、卫星情况、收星数量、PTP工作模式等各种状态、并可设置各个设备的天线延时补偿、扩展信号延时补偿等参数，使得系统能够在不同的现场环境中得到最佳的运行状态；通过CPU模板上的跳线可使设备进入测试状态，方便得到简单培训的工程技术人员检测设备的各种运行状态。

二、冗余的信号及关键词定义

ST2000-2CXR中冗余的信号：

1、GPS卫星信号：

2、北斗卫星信号

3、两个外部输入的符合IRIG-B码格式的冗余信号

4、内部通过高精度温补晶振产生的守时信号

5、两台设备之间的握手信号

关键词定义：

冗余握手信号：

ST2000-2CXR两台主时钟之间用于互相冗余通讯的信号，可以为光纤信号互联，也可以为差分信号互联，采用我公司专利技术，作为两台主时钟之间的时间信号及工作状态信号的通讯，实现真正意义上的冗余。

光纤冗入：

光纤输入的外部冗余信号，一般指省网B码或其他IRIG-B格式的外部标准时间源（该信号接入北斗主时钟CPU模块）

差分冗入：

差分输入的外部冗余信号，一般指省网B码或其他IRIG-B格式的外部标准时间源（该信号接入北斗主时钟CPU模块）

光纤扩入：

光纤输入的扩展时间信号，一般指ST2000-2CXR系统中主时钟发送来的IRIG-B码格式的时间信号（该信号接入扩展子时钟CPU模块）

差分扩入：

差分输入的扩展时间信号，一般指ST2000-2CXR系统中主时钟发送来的IRIG-B码格式的时间信号（该信号接入扩展子时钟CPU模块）

三、设备结构及面板说明

设备结构

装置在结构上采用标准的19英寸2U工业机箱，其外形尺寸为：

482.6（宽）mm×88（高）mm×240（深）mm，颜色为灰色。

（其它颜色要预订），如图：

装置的电源采用交直流两用，双电源热备份

输入电压范围:

交直流110V~220V±10%，

最大输出功率：

30W

输入频率范围:

47~63Hz，

工作温度范围：

–10~+55℃

面板说明

ST2000-2CXR型冗余切换装置前面板是由一块双行显示液晶和20个LED灯组成。

如图：

ST2000-2CXR前面板示意图及说明：

（1）液晶显示示意图如下：

双行显示液晶，上行显示时、分、秒、星期，下行显示年、月、日、状态指示

其中状态指示为四位，定义如下：

第一位：

当前设备主控时间源指示，分别为“G、B、R、H、X、Y、U”

其中G表示GPS，B表示北斗，R表示两台设备之间的冗余握手信号（系统内信号），H表示内部守时，X表示外部冗余或者外部扩展X输入的信号（系统外信号），Y表示外部冗余或者外部扩展Y输入的信号（系统外信号），U表示当前无任何前面的六种有效信号

第二位：

收星数量指示，分别为“1~C、A、L”

1~C：

GPS接收模块收星数量显示，只有当第一位显示为G时该位才会显示，表示的是GPS收星数量为1~12颗

A：

只有当第一位显示为B、X或Y时该位显示为A，表示北斗模块、外部冗余或扩展信号处于有效获取状态，（第一位显示为G时表示收到GPS卫星数位10颗）

L:

指示第一位显示的信号源G、B、X、Y处于丢失状态

注意：

当第一位为R时，该位置显示为G、B、X、Y，分别表示冗余过来的信号分别是GPS、北斗、外部冗余或扩展X输入的信号、外部冗余或扩展Y输入的信号。

第三位：

当前装置控制状态，分别为“M、S”

其中M表示主控（主机状态，当前系统上所有设备都在采用该装置上当前显示的时间源作为整个系统的有效时间源）状态，S表示被控（从机，采用主机发送来的冗余信号作为本机的有效时间源）状态。

第四位：

当前装置工作状态，分别为“

、

、空白”

其中

表示温控晶振处于加热状态，此时系统处于启动状态，信号不稳定；

表示装置处于学习状态

空白表示装置处于正常工作状态

注：

和

的状态只在刚开机时出现，开机5分钟内系统将完成温控晶振的加热和系统学习，该状态不会再出现。

（2）工作：

工作状态指示灯，绿色LED，上电后常亮

（3）丢星：

丢星告警灯，黄色LED灯，收到卫星同步信号后，此灯不亮，当卫星信号失步，告警灯常亮，同时发出继电器节点信号。

（4）1PPS：

绿色LED，GPS秒指示灯，当收到GPS同步信号，1PPS灯每个每秒闪烁一下，脉宽100ms。

（5）1PPM：

绿色LED，GPS分指示灯，每个整分闪烁一下，脉宽100ms。

（6）P1～P6：

绿色LED，当某路电路模板插上，对应的这路灯亮。

（7）M1～M6：

绿色LED，当GPS收到同步信号，对应的这路灯闪烁，背板接口同时输出对时信号。

（8）P7:

备用，P8：

北斗分指示灯，整分闪烁一下，脉宽100ms。

（9）M7:

备用，M8:

北斗秒指示灯，收到北斗卫星信号后每秒闪烁一下，脉宽100ms。

四、设备功能设置说明

ST2000-2XCR装置面板上设置了“上翻、下翻、设置、取消“四个按键，通过这四个按键可完成对设备参数、GPS/北斗参数、延时补偿、PTP参数、闰秒参数等的设置，保存，及设备的复位，下面就具体的操作详细说明：

按一次“设置“按键，并逐次按下”上翻“按键，将依次出现如下菜单：

M0：

MachinePara设备参数设置

M1：

GpsParameterGPS参数设置

M2：

BDParameter北斗参数设置

M3：

SpreadPara传输延时补偿设置

M4：

PTPParameterPTP参数设置

M5：

LeapParameter闰秒参数设置

M6：

SaveToEEPROM保存设置好的参数

M7：

ResetSystem系统复位

下面就每个菜单的功能说明如下：

1、M0：

MachinePara主时钟参数设置

OUT_Baud：

4800/9600

输出波特率选择，可设置4800bit/s或9600bit/s

Protocol：

0~6

规约设置，可设置规约1~6，其中规约6是测试规约，一般不使用

YearWidth：

2/4

2位年及4位年设置

TimeZone：

00~23

时区设置

Biverfy：

None/Odd/Even

输入B码的校验位设置，分别可设置为无校验/奇校验/偶校验

Boverfy：

None/Odd/Even

输出B码的校验位设置，分别可设置为无校验/奇校验/偶校验

Latitude：

XXXX.XX

纬度显示

Longitud：

XXXXX.X

经度显示

MSL_Alti：

XX.XXXX

高度显示

PPSWidth：

001ms~999ms

脉冲宽度设置，范围从1ms~999ms

Bit_Disp：

Normal/02X-RPC/3852XRC/38520AC/00000HM/00025+n

系统BIT显示模式设置：

Normal-正常工作；

02X-RPC-PPS：

间隔实时计数低位误差；

3852XRC-PPS：

间隔实时计数高位误差；

38520AC-PPS：

间隔实时计数高位平均误差；

00000HM：

连续守时分钟值（十六进制显示）；

00025+n-PPS：

状态切换实时误差。

OscSetup：

AutoSet/Load/None/001~255Save

晶振补偿参数设置：

AutoSet：

使用EEPROM中修正好的补偿参数（OscSetup非该参数值时将自动刷新内存参数，每次Load后OscSetup会自动切换到AutoSet参数值）；

Load：

重调EEPROM中的补偿参数；None-无操作（此时系统处于补偿参数实时捕获状态，此时可通过把Bit_Disp设置为02X-RPC模式来监视参数的有效性）；

xxxSave（xxx003~063）：

以xxx为补偿平均值校验补偿参数是否有效，有效则存入EEPROM中作为默认参数，成功则正常退出设置状态，不成功则设置状态不变；

088Save：

为特殊命令，未知补偿平均值时自动计算平均值后并校验补偿参数是否有效后写入EEPROM。

学习时间不够时可能导致88Save失败，但只要正常工作足够长的时间，可以获得很好的补偿参数。

注意：

在整机测试中正常获取补偿参数后要进行必要的守时测试，以确保守时精度至少满足指标要求的5uS/h，否则可能导致长时间守时后无法快速锁定新捕获的PPS信号。

PPS_Lead：

100ns~99900ns

PPS前沿允许的捕获最大范围值，默认500nS

PPS_Lag：

100ns~99900ns

PPS后沿允许的捕获最大范围值，默认500nS

DelayDet：

Normal

传输线延时补偿自动测试（该值可用于扩展装置延时补偿设置参考，精确值可用示波器测试获得）：

Normal-正常工作；

xxxx-X或xxxx+X-B码X通道输入传输延时为xxxxnS；

xxxx-Y或xxxx+Y-B码Y通道输入传输延时为xxxxnS；

2、M1：

GpsParameterGPS天线延时补偿设置

AntenGPS：

0~255M

GPS天线延时补偿设置，可设置范围为0~255米

3、M2：

BDParameter北斗天线延时补偿设置

AntenBD：

0~255M

北斗天线延时补偿设置，可设置范围为0~255米

Position：

SET

使用当前GPS接收到的位置信息对BD天线（必需与GPS天线安装在同一位置）进行强制位置设置，可加快BD输出时间有效，该参数单次有效，重新上电后无效。

4、M3：

SpreadPara传输延时补偿设置（在主时钟上的设置）

TranLine：

0~4000ns

扩展输出子时钟延时补偿设置，范围为0000~4000ns，步长为25ns；

BXiDelay：

0~4000ns

B码X通道输入延时补偿设置，该值与TranLine之和不大于4000nS；

BYiDelay：

0~4000ns

B码Y通道输入延时补偿设置，该值与TranLine之和不大于4000nS。

5、M4：

PTPParameterPTP参数设置

PChannel：

PTP1/PTP2/PTP3/PTP4/PTP5/PTP6/PTP7/PTPAll/SetAs1/SetAs2/SetAs3/SetAs4/SetAs5/SetAs6/SetAs7

当前参数对应PTP模块编号（1-7），该编号可以从PTP模块所插槽位对应的M1~M7指示灯的闪烁状态获取，常亮表示PTP主机，常灭表示PTP从机，闪烁次数表示PTP模块编号。

PTP1~PTP7表示对应特定的模块进行参数设置，PTPAll表示对当前机箱中所有模块同时进行设置操作（最多可同时插入7块PTP板）。

SetAsN表示把当前机器中的PTP模块（同时只能对一块PTP板进行该操作）设置为编号N。

PTPMode：

GPSMast

当前PTP模块（编号对应PChannel所示，以下所有参数描述均对应于该编号PTP模块）的工作状态，GPSMast表示PTP主机，OnlyPTP表示PTP从机。

C_Class：

006

当前PTP模块时钟等级，正常工作时主机为6，从机为254；

C_Accura：

＜100ns

当前PTP模块时钟质量，正常工作时主机为＜100ns，从机为Unknow；

C_Varian：

65535

当前PTP模块时钟方差值，该值将影响最佳主时钟（BMC）算法；

C_Prior1：

0~255

当前PTP模块时钟优先级1，可依据需要设置，值越小，优先级越高，默认均为128；

C_Prior2：

0~255

当前PTP模块时钟优先级2，可依据需要设置，值越小，优先级越高，默认均为128；

C_Domain：

0~255

当前PTP模块时钟子域值，可依据需要设置，只有置为同一个时钟子域中的PTP模块才相互同步，默认均为0；

P_Slavon：

off/on

强制当前PTP模块端口转入从机模式，该设置只用于测试，要恢复正常工作需要重新上电；

P_Mechan：

P2P/E2E

当前PTP模块端口延时机制：

P2P-对等延时机制；

E2E-延时请求响应机制；

P_Protoc：

ETH/UTP

当前PTP模块端口通讯协议：

ETH-IEEE802.3；

UDP-UDP/IPV4。

P_Asymme：

-65535~+65535

当前PTP模块端口传输路径非对称延时补偿，单位为nS；

P_SyncIn：

-8~+2

当前PTP模块端口主时钟采用多播方式向网络上发布sync报文同步时间间隔，该值对应2的次方数，如：

-3表示每秒8次，-1表示每秒2次，0表示每秒1次，1表示2秒1次，以下几个参数的时间表示方法与此相同；

P_DelayI：

-7~+7

当前PTP模块端口从时钟采用单播方式向主时钟发送Delay_Req报文最小延迟请求时间间隔；

P_PdelaI：

-7~+7

当前PTP模块端口主时钟（P2P对等延时机制下）采用多播方式向从时钟发送PathDelay_Req报文最小时间间隔；

P_AnnouI：

-4~+5

当前PTP模块端口主时钟通告报文重复时间间隔，该参数影响BMC；

P_ReceiT：

02~10

当前PTP模块端口等待通告报文最大时间间隔，该参数影响BMC；

Step_Sel：

ONE/TWO

当前PTP模块时钟工作模式：

ONE-单步（Sync报文后无FollowUp报文）；

TWO-两步（Sync报文后紧跟FollowUp报文）。

Net-Mode：

Roter0~2

网络连接模式选择：

0-主从PTP模块交叉网线直连；1-主从PTP模块通过同一个路由器连接；2-主从PTP模块通过多个路由器连接。

默认值为1。

I192.168.100.071

当前PTP模块的IP地址，路由器如果未先于PTP模块上电、未设置DHCP有效或PTP模块上电时网线未正常插入等，则PTP将按上次有效网络连接后被Save的IP作为默认IP；

M=000B:

B97F:

9981

当前PTP模块MAC地址；

Save_Set：

Set/Save

PTP设置参数使能或保存为默认参数，每次可修改的PTP参数改变后通过进入Set菜单并确认后生效，Save则把当前所有PTP参数作为PTP板下次上电的默认参数存入EEPROM中；

6、M5：

LeapParameter闰秒参数设置

ComeForm：

Manual/FormGPS/FormBD/BCODE_X/BCODE_Y/AutoSel

闰秒的来源设置，分别为：

手动/GPS/北斗/冗余信号1/冗余信号2/自动选择

Status:

Normal

Minute

Hour

Day

Month

Year

在指定闰秒来源的情况下，以上分、时、日、月、年、状态显示的是上一次闰秒发生的具体时间及状态，状态是指正、负闰秒

在手动状态下，以上信息可设置，用来模拟一次指定时间的闰秒发生，需要注意的是由于系统是在每次整分的时候读取该设置，所以需要模拟的闰秒必须提前至少一分钟，即如果需要在2011年5月30日10点28分时模拟一次闰秒，则必须至少在2011年5月30日10点27分前将该信息设置好。

7、M6：

SaveToEEPROM存储设置好的参数

存储设置好的各种参数

8、M7：

ResetSystem系统复位

系统复位

五、设备插件说明

ST2000-2CXR后背板插板位置示意图及说明：

右边两块分别为CPU-A、CPU-B（GPS或者北斗）；P1~P6为六块扩展插卡，接口类型可以为串口（RS232或RS485）、空接点、光纤、网络（SNTP或者PTP）；最左边两块为热备份交直流两用电源板。

ST2000-2CXRCPU组件：

板1、2都是主时钟GPSCPU模块，其中板1的冗余和扩展信号以ST单模光纤方式连接，板2的冗余和扩展信号以RS485差分方式连接

板3是主时钟北斗CPU模块，外部冗余信号（省网B码或另外一台主时钟的IRIG-B码信号）都从该模块接入，外部冗余信号可以光纤或者RS485差分B码的方式接入该模块，需要注意的是信号接入方式的唯一性，即选择了光纤方式输入后接入的RS485差分信号无效，接入方式通过该模块上的跳线JP19选择，其中ON为差分方式，OFF为光纤方式。

信号X的优先级高于信号Y

板4为扩展子时钟CPU模块，可以接入两路主时钟上过来的IRIG-B码扩展信号，扩展信号通过该模板上的跳线JP19（ON为差分，OFF为光纤）来选择以光纤或者差分的方式接入，其中扩展信号X的优先级高于扩展信号Y

板5为PTP扩展子时钟CPU模块，当子时钟需要使用PTP信号作为扩展信号时选用该模块。

（1）、光纤模式GPS主时钟CPU组件

（2）、差分模式GPS主时钟CPU组件

3）、北斗主时钟CPU组件

（4）、扩展子时钟CPU组件

（5）、PTP扩展子时钟CPU组件

（6）、ST2000-2CXR电源组件

（7）、ST2000-2CXR脉冲输出组件：

（8）、ST2000-2CXR串口输出组件

（9）、ST2000-2CXR光纤输出组件

（10）、ST2000-2CXRNTP网络输出组件

（11）、ST2000-2CXRPTP精密网络时间输出组件

装置扩展插槽上可插入的扩展板类型如下：

（1）分/秒脉冲板：

光隔脉冲信号扩展板，每块输出10路，通过光电隔离的方式输出24V（DC220V要预定）有源或无源时/分/秒脉冲信号，也可输出IRIG-B码光隔信号；从电路模板上看到，有JP2,JP3,JP4共12组跳针，每一路都可通过跳帽选择有源方式还是无源方式输出信号。

如图：

输出DCF77、IRIG-B码、BCD、BJT、时、分、秒脉冲和信号也是通过电路板上的一组双排跳针选择从总线板上输入的（注：

每块电路模板只能选择一种输入方式）。

接线端子输出定义：

E/G有源时为信号地，无源时为电源

M信号输出

（2）RS232/485板：

串口板，10路串口输出，既可以输出RS232规约也可以输出RS485规约（包括IRIG-B码形式的RS232或者RS485），从电路板上看到，有CH1～CH10共十组跳针，每一路都可通过跳帽选择RS232或者RS485输出。

如图：

输出RS232/485的时、分、秒、对时报文和IRIG-B码信号也是通过电路模板上的一组双排跳针选择从总线板上输入的（注：

每块电路模板只能选择一种输入方式）。

如图：

接线端子输出定义：

RS232+表示信号输出端，RS232-表示信号地；RS485+表示差分信号正端（A），RS485-表示差分信号负端（B）。

（3）光纤板：

为多模接口，接口类型为ST，每块有2路光信号输出；

（4）网络板：

通信协议为SNTP或PTP，接口类型为RJ45，每块有1路输出，可实现网络授时功能。

六、设备连接说明

系统中两台设备互为冗余时握手信号的连接方法如下（注意：

冗余握手信号是在GPS主时钟的CPU模块上通过差分或光纤方式连接的）：

12

其中1为光纤信号方式下冗余握手信号的互联，2为RS485信号方式下冗余握手信号的互联

七、附录

附录1、无源及有源空接点示意图：

附录2、五种规约格式：

1．规约1

接口标准：

RS232R\RS485\TTL

通讯速率：

4800（出厂预置）~9600bit/s

数据位：

8位（ASCⅡ码）。

起始位：

1位

停止位：

1位

校验位：

无

输出报文格式：

语句：

BJT，YYYYMMDD，hhmmss，XXXXXX，HHFFPP，fff1f1f1CRLF

其中：

BJT表示北京时间，YYYY为年，MM为月，DD为日，hh为时，mm为分，ss为秒，表示钟差的符号，XXXXXX为钟差值标准钟—工频钟单位为秒，HHFFPP分别为工频钟的时，分，秒。

fff1f1f1为工频，单位为赫兹。

正常情况，只发语句。

当出现信号丢失时，发告警语句如下。

告警语句：

ERR，YYMMDD，hhmmssCRLF

注：

告警语句是表示GPS与卫星失步时的时间。

报文每秒发送一次，起始位与标准秒的同步误差小于02s

2．规约2

接口标准：

RS232R\RS485\TTL

通讯速率：

4800（出厂预置）~9600bit/s

数据位：

8位

起始位：

1位

停止位：

1位

校验位：

无

输出报文格式：

语句：

BHHMMSSYYMMDDFFF.F1F1F2F2CH2H2M2M2S2S2CR

其中：

为起始符,为工频标志，为工频钟标志，为结束标志，以上字符均为ASCⅡ码。

HHMMSSYYMMDD分别为北京时间的时，分，秒，年，月，日。

FF为工频的整数部分。

F1F1为工频的小数点后第一、第二位小数。

F2F2为工频的小数点后第三、第四位小数。

H2H2M2M2S2S2分别为工频钟的时，分，秒。

以上数据均为压缩BCD码。

3.采用编码方式对时有IRIG-B和DCF77两种:

IRIG-B码

IRIG-B码是采用美国标准,分直流码和交流码两种，以BCD码方式输出，每秒输出一次，内含100个脉冲。

输出时间信息为：

秒、分、时、年，一年中的第n天。

接口标准：

TTL、RS232、RS485、空接点（24V）

DCF77码

DCF77码采用欧洲标准,以BCD码方式输出，每分钟组装完一次完整的时间信息。

输出时间信息为：

秒、分、时，星期，日、月、年。

接口标准：

TTL、RS