王佳宏+肖春+张俊伟

摘要：山西某风场自2010年投运以来，风机监控系统一直运行稳定，但存在时间滞后的现象。为解决此问题，目前采用的方法是定时对风机监控系统的服务器进行手动对时，但并没有得到解决。本文采用建立NTP时间服务器的方法，实现风机服务器时间与GPS同步。

Abstract： Since a wind farm in Shanxi was put into operation in 2010， the fan monitoring system has been running steadily， but there is a time lag phenomenon. In order to solve this problem， the current method is to manually time the fan monitoring system， but it has not been resolved. In this paper， the method of establishing NTP time server is used to realize the synchronization between the fan server time and GPS.

关键词：Linux；NTP时间服务器；同步；串行通信接口

Key words： Linux；NTP time server；synchronization；serial communication interface

中图分类号：TP368.5 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）18-0069-02

1 项目概况

山西某风场自2010年投运以来，风机监控系统一直运行稳定，但在运行过程中值班员反映，风机监控系统存在时间滞后的现象（每月滞后约15分钟）。针对此问题，工作人员采用定时对风机监控系统的服务器进行手动对时的方法，对时过程比较繁琐，增加了运行值班人员不必要的工作量，并且在一段时间内仍存在延时现象，此问题并没有得到实质性解决。

此现象对风机的监控工作、报警统计、故障分析以及能量管理平台和AGC的控制造成影响，给运行工带来了诸多不便。为彻底解决风电机组时间滞后的现象，本文通过对Linux系统时间的研究，建立NTP时间服务器的方法，实现风机服务器时间与GPS同步，达到运行的精度要求。

2 风机服务器时间滞后的原因分析

Linux是一类Unix计算机操作系统的统称。Linux操作系统是一套自由传播并可以免费使用的类Unix操作系统，采用GNU工程各种工具和数据库的操作系统，它主要用于基于x86系列CPU的计算机上。

可以把Linux时钟分成两类，一为硬件（Real Time Clock），还有一个便是系统时钟（System Clock）。其是主板上通过电池进行具体供电的相应主板硬件时钟，其能够在BIOS相应“Standard BIOS Feture”项中开始实际设置，系统时间可以解释为当时使用Linux Kernel中所对应的时钟。Linux其实际系统自身具体时钟精度同样存在着不足之处，其硬件时钟中断所进行默认设置的时间间隔为10ms。倘若时间片相应最小值为10ms，那么说明其任务调度可以给予最小10ms相应调度粒度，就多数实时系统而言，一般情况下，应该做出微秒级响应。但是，此项调度精度基本上达不到实时系统相应的具体需求。

此风场的风机服务器一直采用Linus服务系统时间，并运行于内网，而且升压站保护也无时间服务器，均无法同Internet同步，又无其他外部标准时间源（或没有与标准时间源相連接），风机服务器经过长时间运行，就会造成风机服务器硬件时间与标准时间产生偏差的现象。

3 NTP时间服务器介绍

网络时间协议NTP（Network Time Protocol）是运用于互联网中时间同步的标准互联网协议。NTP可以把计算机的时间同步到某时间标准。NTP时间服务器主要针对于计算机、控制装置等自动化系统中进行校时的高科技产品，NTP时间服务器产品从GPS卫星上获取标准的时间信息，再把这些信息通过各类型的接口来传输给自动化系统中需要时间信息的设备（安全自动装置、保护装置、计算机、故障录波器、远动RTU、事件顺序记录装置），这样就可以达到整个系统的时间同步的效果。

就大多数情况而言，NTP具体意义上的时间能够精确于WAN的数十ms，另外，LAN上则为亚ms级，也可能会更高。在专用的时间服务器上，其精确度会更高。

4 串行通信接口技术

目前常用的串行通信接口标准包括：RS-232以及RS-422等。同时，此项标准均需通过电子工业协会（EIA）进行详细制定并实行发布。RS-422是RS-232的升级版，在某些方面进行了创新。发掘出了一项具备平衡特性的接口，能够把传输速率提高到10Mb/s，传输距延长到4000英尺，另外，其可以保证一条平衡线上其所能承受的接收器能够达到十个，可以确保多个发送器能够连接到同一总线上，提升了发送器实际驱动力以及冲突保护功能，即增加了多点、双向通信能力，后命名为TIA/EIA-485-A标准。

4.1 RS-232-C接口

RS-232-C接口主要是计算机和其相应终端，包括计算机与相应计算机间的所发生的数据传送行为能够通过并行以及串行通讯这二者之一来完成。串行通讯其特点在于所需线路比较少、投入成本不高，尤其是远程传输过程中，能够有效避免相应线路特性达不到所需，所以被大量应用。

串行通讯需要通讯相应发出方，包括接收方均使用同样标准的对应接口，保证不同的设备能够顺利建立通讯。就现今情况来看，RS-232-C接口为整体串行接口中比较常见的。其标准明确规定应该采用一个具备25个脚的相应DB25连接器，进而对相应连接器引脚信号的具体有关数据进行规定，包括一系列信号的电平。

因RS-232-C接口标准属于较早出现的标准之一，在应用上就会有不足之处，主要有以下四点：

①需使用电平转换电路方能与TTL电路连接，由于接口相应信号电平值过于高，很可能会对接口电路芯片造成一定程度的损坏，另外，其和TTL电平无法兼容，故采取该方法避免；②传输速率达不到要求值，异步传输过程中，波特率只可达到20Kbps；③相应抗噪声所对应的干扰性不强，接口位置处使用一根信号线以及相应返回线所形成的传输形式容易产生共模干扰；④传输距离受到了限制，虽然所给出的最大距离达到了50米，但其实具体应用过程中，只能保持于15米上下，限制了它的使用。

4.2 RS-485接口

RS-485接口是在RS-232-C的基础上，出现的一些新的接口标准之一，它有效改进了RS-232-C的不足。具有以下特点：

①RS-485的电气特性：它的接口信号实际电平相较于RS-232-C呈现出了降低的特点，因此可以进一步保护其电路芯片，另外，其和TTL电平能够保持良好的兼容性，能够顺利和TTL电路进行连接。②RS-485其实际数据最高传输速率可达到10Mbps。③抗共模干能力得到了大幅提升，RS-485接口是将相应平衡驱动器以及差分接收器进行了恰当组合，以此增强了其借口相应抗噪声干扰性。④虽然RS-485接口，所给出的最大传输距离相应标准值是4000英尺，但其实能够达到3000米。⑤RS-232其进行通信的方式只能是一对一，但其优点在于可以连接大约128个相应收发器，并且拥有多站能力，能够更加方便用户。⑥RS-485接口其优势包括，抗噪声干扰性比较强，能够满足长距离传输工作所需以及多站能力。

5 风机服务器时间滞后的解决方案

本文通过对风机服务器及其操作系统、工控机及系统和GPS设备接口的具体情况的分析，最终确定了以下三个方案：

方案一：架设一台NTP时间服务器，让风机服务器同NTP时间服务器同步；

方案二：让风机服务器与外网连接；

方案三：利用GPS卫星同步时钟配合相关软件同步风机工控机，建立NTP时间服务器，让风机服务器同NTP时间服务器同步。

三个方案的对比分析如下：

方案一：方法简单但需要增加一台计算机设备，增加成本和维护的工作量；

方案二：方法简单，但是存在以下缺陷：

①如果外网有问题，会直接影响到风机服务器的对时，具有很大的依赖性；②直接与外网连接，易造成病毒的传播，存在安全隐患，而且也不符合二次防护的要求，一旦发生问题，影响整个二次系统，范围大，危害性大；③外网时间源来源无法核实考证，其可靠性不确定，在准确性上无法保证。

方案三：利用升压站现有的GPS卫星同步时钟，只需增加串口和网线，配合相关软件即可实现。

通过以上综合对比分析，工作中选择方案三效果最佳。

为了实现方案三的最佳效果，针对目前使用的其中一套风机监控系统进行优化，采用GPS卫星同步时钟与风机工控机用RS-232-RS-485串口及网线做物理连接，在利用相关软件配合通过接收和翻译相关报文使之达到时间同步，这样就建立了工控机NTP时间服务器。在风機服务器（linux系统）输入上级时间服务器（风机工控机NTP时间服务器）IP，这样就实现了所要达到的目标，从而实现了风机服务器与实现风机服务器时间与GPS同步。

6 项目实施步骤

采用建立NTP时间服务器的方法，实现风机服务器时间与GPS同步，该项目的步骤：

①在GPS卫星同步时钟设备和风机工控机之间各加装一个RS-232-RS-485串口和网线；②在风机工控机上安装接收时间报文的串口测试软件；③在风机工控机上安装GPS BJT.ST orAT软件，使接收到的时间报文按照许继BJT规约翻译成工控机可以应用的时间信息；④在风机工控机上安装net start w32 Time软件，使之成为NTP时间服务器，它可以同步其他服务器的时间。在风机服务器（linux系统）输入上级时间服务器（风机工控机）IP（10.1.50.250），实现风机服务器时间与GPS同步。

7 结束语

本文采用方案三的方法对一台风机服务器实现了与GPS卫星时钟的同步对时，经过长时间的运行观察，确定其精确度满足运行要求。所以采用建立NTP时间服务器的方法可以对另一台风机服务器进行应用。经过两年多的运行，现在不仅风机服务器、后台还有主控室风机监控系统以及77台风机的塔底程序都与GPS卫星同步时钟时间同步，而且误差小于±1s，达到了项目的推广目标。

参考文献：

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