數字同步及時間分配系統在城市軌道交通中的應用

摘要：文章簡要介紹了城市軌道交通中數字同步及時間分配系統的組成，并詳細介紹了其系統功能的基本應用，為軌道交通數字同步及時間分配系統的應用提供了參考。

關鍵詞：軌道交通；數字同步；時間分配系統

中圖分類號：TN929 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）15-0095-02

1 概述

數字同步及時間分配系統其主要作用是為軌道交通工作人員和乘客提供統一的標準時間，并為其他系統提供統一的標準時間信號，使各系統的定時設備與本系統同步，從而實現軌道交通全線統一的時間標準，通過集成管理平臺時鐘模塊可完成其他系統校時和監控功能。本系統對保證軌道交通運行計時準確、提高運營服務質量起到了重要的作用。

2 系統功能

2.1 同步校對功能

一級母鐘作為基礎主時鐘設備，能自動接收GPS的標準時間信號，將自身的時間精度校準，產生精確的標準時間信號，通過傳輸通道向二級母鐘傳送，統一校準，并向控制中心有關處所的子鐘提供標準時間信號，同時向其他需要標準時間信號的系統提供統一的標準時間信號。

二級母鐘具有獨立的恒溫晶振，一級母鐘對二級母鐘是校對的關系，而不是絕對的指揮關系，當一級母鐘或傳輸通道出現故障時，二級母鐘將依靠自身晶振指揮子鐘

運行。

2.2 自動校時和追時功能

母鐘可以自動接收上級時間源的標準時間信號，同時進行分析判斷，對當前時間進行校對。當上級時間源的時間信號有故障時，車站母鐘利用自身高精度的晶振信號作為基準信號，當信號恢復正常時，可以自動追時到當前標準時間。

2.3 時鐘功能

車站母鐘能夠顯示時間，并且年、月、日、星期、時、分、秒的顯示方式和格式，可以按需要進行調整。

2.4 監控功能

車站母鐘可實現點對點監控，發現故障自動報警。母鐘主備單元既可自檢也能互檢，以便及時發現系統故障，并進行主備單元自動轉換。

2.5 兼容和擴展功能

車站母鐘提供1PPS、NTP、IRIG-B（AC）、DCLS、串行口ASCII碼等類型時間信號輸出接口。

系統設備及接口設備采用模塊單元插接結構，支持接口的擴展，滿足擴容要求。

2.6 接口方案

2.6.1 一級母鐘與中心網同步時間源信號接口。接口為標準RS422接口，同時中心網同步時鐘系統接收線路一級母鐘的狀態信息，實現對一級母鐘狀態的監控。

2.6.2 二級母鐘與上級時間源信號接口。母鐘設置標準RS422接口，通過接口轉換器從數據傳輸通道接收一級母鐘發送的時間數據，并發送自身的狀態和故障代碼。

2.6.3 與集成管理平臺時鐘模塊的接口。本系統通過維護終端與集成管理平臺時鐘模塊實現數據交換，維護終端設置通過以太網接口接入傳輸系統，并向集成管理平臺傳送故障告警及主要設備狀態信息。

2.6.4 內部接口。二級母鐘與子鐘、維護終端之間采用標準RS422接口，所有接口具有隔離措施。

3 系統配置

3.1 主要設備配置

中心網同步時鐘包括一臺GPS同步接收機和一臺BITS，為線路提供符合一級母鐘標準的時間參考源。正常工作時，GPS同步接收機接收GPS信號作為其參考源，為系統提供基于GPS的頻率參考信號和E1信號。同時GPS同步接收機內置一級時間服務器，提供網絡時間協議和時間碼輸出。BITS采取GPS同步接收機的E1信號或者頻率信號輸出作為其輸入參考，并且對輸入參考信號性能監測，為系統提供多達112路輸出，輸出信號類型有E1，2.048MHz。

控制中心設一臺一級母鐘，一般采用19\"標準機柜，各車站各設一臺二級母鐘，一般采用19\"標準機柜。

一級母鐘時鐘部分由4個部分組成，分別為標準時間信號接收箱、主/備母鐘工作箱、分路輸出接口箱和電源箱。一級母鐘能夠顯示年、月、日、星期、時、分、秒等全時標時間信息。一級母鐘具有統一調整、變更時鐘快慢的功能。如果需要對時鐘進行調整，可以通過一級母鐘配備的控制鍵盤來操作。一級母鐘通過標準的RS422接口接收GPS發送的標準時間信號。GPS信號正常工作時，該信號將作為一級母鐘的時間基準；當GPS信號出現外部時鐘源信號故障時，一級母鐘將采用自身的高穩定恒溫晶振產生的時間信號作為時間基準，驅動二級母鐘正常工作并向時鐘系統網管設備發出告警。母鐘能與外部標準時鐘源自動校時，保持同步。母鐘通過分路輸出接口箱采用標準RS422口與傳輸系統連接。母鐘通過傳輸系統接收二級母鐘回送的各站二級母鐘及子鐘的運行狀態信息。母鐘通過標準的RS232接口與監控計算機相連，以實現對時鐘系統主要設備的監控。母鐘通過標準的RS422接口，向其他子系統發送標準時間信號，以實現各子系統時間的統一。一級母鐘可以提供的接口方式有兩種：標準的RS422接口和以太網接口。

二級母鐘由兩個部分組成，分別為主/備母鐘工作箱、接口箱。在正常情況下，二級母鐘采用標準的RS422接口，通過傳輸通道接收一級母鐘發出的標準時間信號，隨時與一級母鐘保持同步。通過電纜線路連接到本車站或停車場內各子鐘，發送標準時間信號，用于控制本站子鐘運行，并能夠向一級母鐘回送設置在本站的二級母鐘及子鐘的工作信息。二級母鐘提供標準時間信號給其他需要的系統，接口方式為標準的RS422接口和以太網接口。二級母鐘具有計時和日期、時間顯示功能，時間顯示器以年、月、日、星期、時、分、秒格式顯示。二級母鐘具有監測數據傳輸接口（RS232），可接入便攜機在各個車站實現對全線設備的監控。

每一部子鐘與母鐘之間是通過電線電纜直接相連，由此接收母鐘的標準時間精度進行校準。子鐘在接收到標準時間精度后，把自己的運行狀況傳輸回所屬母鐘。子鐘具有計時功能，能夠獨自工作，系統正常運行時子鐘跟隨所屬母鐘運行，當所屬母鐘運行出現異常或因其他原因，造成子鐘不能正常接收母鐘的標準時間精度，子鐘能夠依靠內置的石英振蕩器工作并向監控管理計算機發出報警信號。

電源采用空開電源。在機柜內需為每路子鐘配一個分路電源斷路器。

系統網管可進行故障管理、一般性能管理、配置管理及安全管理。監控管理計算機能夠對每一部系統內的設備進行一對一的監控，在監控管理計算機上可以監控數字同步及時間分配系統內任何母鐘及子鐘的運行狀況，能夠實時了解系統的運行狀況、如果系統在運行中出現故障，則進行報警提示。當系統故障發生時，監控管理計算機能夠提示具體故障發生的位置，并在監控管理計算機的人機對話窗口上顯示主要故障內容及問題設備的所在機房。并且能對硬件故障還是軟件故障進行分類，如果經過診斷是硬件故障還能對故障板卡進行精準確認。另外數字同步及時間分配系統的配置和數據設定也是通過監控管理計算機來實現的。

3.2 子系統構成框圖

數字同步及時間分配系統構成均采用子母鐘校時和網絡校時方案，利用傳輸系統通道實現系統設備之間的網絡連接和數據交換。

數字同步及時間分配系統主要由中心網同步時鐘、一級母鐘、二級母鐘、各類子鐘、傳輸通道及維護終端組成。系統結構圖，如圖1所示：

3.3 控制中心構成

控制中心的時鐘設備包括設于控制中心的網同步時鐘、通信設備房的一級母鐘、網管設備及設于控制中心相關辦公室的子鐘。

3.4 車站級構成

在每個車站的通信設備用房內設置1臺二級母鐘。

各車站設備機房內設置二級母鐘（含主備母鐘、NTP網絡時間接口、接口箱）及維護終端。

在車站的站廳、站臺醒目處及辦公室等需要統一時間的公共場所設置相應類型的子鐘。

4 結語

數字同步及時間分配系統采用系統論和過程論的設計思想，應用當今世界上先進的通信及計算機技術，采用分布式結構，設計出具有集散控制、中心監控、熱備份、自動切換保護、高精確性、高可靠性的成熟可靠、技術先進、質量上乘的大區域子母鐘時鐘系統。在軟、硬件的設計上遵循了先進性與可靠性并重的原則，并充分考慮各項目的環境條件，子鐘在外觀設計上與現場裝修風格相互協調，達到功能與觀感能夠完美結合。隨著城市軌道交通線網的發展，本系統在軌道交通通信系統中的地位越顯重要，該系統的建設不僅對全網時間分配起到統一的作用，同時對整個通信網的高效業務承載起到至關重要的作用。

作者簡介：李振國（1978—），男，中國鐵路通信信號上海工程局集團有限公司工程師，研究方向：通信工程。

（責任編輯：文 森）