CN103516507B - 基于dlptp时钟同步的用电信息采集***对时方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力用电信息采集***时间同步方法,属于电力用电信息采集技术。本发明所描述的方法是在电力***传输规约的基础上自定义DLPTP协议,把***内所有主站,所有采集终端以及电能表的时间调整为同一标准时间,保证***内所有设备时钟的一致性;该方法采用GPS对主站时间进行校准,以主站为基准,采用DLPTP协议先对采集终端进行对时,再使用DLPTP协议调整电能表设备的方法,逐步实现***时钟的同步。该发明有效地解决了电力用电信息采集***内主站、采集终端、电能表时钟准确性的问题,从而保证了***内采集数据的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及电力用电信息采集***中所有设备的对时方法,属于电力用电信息采集技术。
背景技术
目前电力用电信息采集***时钟的同步,多数使用的方式是主站对采集终端对时、采集终端每天定时对电能表进行对时的两级对时方法。但是,如果主站与采集终端的通信因传输延时,或者因采集终端自身的故障,都会使电能表的时钟出现较大的误差。目前有些改进措施是,在对时的过程中,加入信道传输延时的补偿,即对时前控制台和对时对象进行一次(或数次)通信,将返回延时的一半作为命令下发的传输延时,在下发对时命令时,当前时钟加上传输延时作为下发命令中的时钟。然而,由于信道存在不稳定性,前几次通信的延时并不代表真正对时命令的延时,有可能出现真正下发的对时命令传输延时超过正常延时数倍的情况,因此,依然存在一定的出现不可预知的对时误差的风险。由于电能表需要对电量等计费数据进行计量,尤其是有些省份实现了阶梯电价,这就对电能表的时钟的精确度要求更高,电力***要求每日的时钟计时误差不超过1秒。
对于网络时间同步技术,主要采用PTP协议或NTP协议,其协议比较完整地定义了时间同步过程中使用的结构和算法,该协议使用方便,实用性强,值得推广应用,电力***因通信信道较复杂,无法完全实现PTP协议或者NTP协议。
发明内容
本发明是针对现有技术的不足,为解决电力用电信息采集***内的设备时钟不一致问题,而提出的一种对时方法。
本发明的技术方案如下:
一种基于DLPTP时钟同步的用电信息采集***对时方法,其特征在于,包括以下步骤:
a、主站、采集终端以及电能表采用树形拓扑结构图组建***;
b、通过GPS对主站进行时钟校准;
c、定义DLPTP协议,包括主站与采集终端间的通信协议和主站与电能表间的通信协议,对主站下采集终端和电能表进行时钟同步;
d、主站每日定时对采集终端巡测一次时钟,对时钟偏差大于终端时钟误差阈值的采集终端进行DLPTP协议的时钟同步;
e、采集终端定时采集电能表的时钟,将采集终端时钟与电能表时钟进行比较,如果时钟偏差大于电能表时钟误差阈值,采集终端生成事件告警,通知主站;
f、主站根据告警事件,对对应的电能表进行时钟的同步;
g、主站对电能表进行同步时,将同步报文下发给采集终端,采集终端不对同步报文做任何处理,直接透明转发给电能表。
步骤d中,
d1、主站每日定时巡测终端时钟,对时钟误差超过设定阈值的终端进行时钟的同步,采用DLPTP协议,进行多次计算得出时钟误差,对采集终端进行时钟调整;主站将符合DLPTP协议、带有时间标签t1的同步报文,发送给采集终端,采集终端将自身时间修正为t1,主站与采集终端之间的时间差即为网络延时;
d2、主站发送带有时间标签t3的报文给采集终端,采集终端收到报文后,记录此时的时间记为t4;
d3、采集终端在t5时刻返回一帧相应报文给主站,主站接收到报文后,记录此时的时间记为t6,同时发送一帧带时间t6的时间报文给采集终端;
d4、采集终端得到网络之间的延时为:((t6-t3)-(t5-t4))/2;
d5、采集终端根据网络延时对自身时间进行同步调整。
本发明所达到的有益效果:
本发明的方法是在电力***传输规约的基础上自定义DLPTP协议,把***内所有主站、采集终端以及电能表的时间调整为同一标准时间,保证***内所有设备时钟的一致性;该方法采用GPS对主站时间进行校准,以主站为基准,采用DLPTP协议先对采集终端进行对时,再使用DLPTP协议调整电能表设备的方法,逐步实现***时钟的同步。该发明有效地解决了电力用电信息采集***内主站、采集终端、电能表时钟准确性的问题,从而保证了***内采集数据的准确性。
附图说明
图1为所述方法流程图;
图2、图3为DLPTP时钟同步方法释义图;
图4为所述方法应用的***连接框图。
具体实施方式
下面结合实例对本发明做详细的说明:
本发明自定义了DLPTP协议,DLPTP协议分为主站与采集终端通信协议、主站与电能表通信协议。
DLPTP协议中,主站与采集终端通信协议格式如下:
起始字符(68H)(1byte) |
长度L(2byte) |
长度L(2byte) |
起始字符(68H)(1byte) |
控制域C |
地址域A |
链路用户数据 |
时间标签 |
校验和CS |
结束字符(16H) |
起始字符,固定以68H开头,长度是控制域、地址域、链路用户数据(应用层)的字节总数;
控制码C,定义如下:
地址域A,定义如下:
地址域 | 数据格式 | 字节数 |
行政区划码A1 | BCD | 2 |
终端地址A2 | BIN | 2 |
主站地址和终端组地址标识A3 | BIN | 1 |
链路用户数据,格式定义如下:
应用层功能码AFN |
帧序列域SEQ |
数据单元标识1 |
数据单元1 |
…… |
数据单元标识n |
数据单元n |
附加信息域AUX |
时间标签,格式定义如下:
时间标签 | 数据格式 | 字节数 |
年月日时分秒十分之一秒 | BCD | 7 |
校验和CS,帧校验和是用户数据区所有字节的八位位组算术和,不考虑溢出位。用户数据区包括控制域、地址域、链路用户数据3部分;结束字符16H标识一帧信息的结束。
DLPTP协议中,主站与电能表通信协议格式如下:
帧起始符68H,标识一帧信息的开始;
地址域A0~A5,地址域由6个字节构成,每字节2位BCD码,地址长度可达12位十进制数。每块电能表具有唯一的通信地址,且与物理层信道无关。当使用的地址码长度不足6字节时,高位用“0”补足6字节,地址域传输时低字节在前,高字节在后;
控制码C,包括了传输方向以及功能码;
控制码C,D8位为上下行传输方向,低5位为功能码;
数据域长度L,L为数据域的字节数;
数据域DATA,数据域包括数据标识、密码、操作者代码、数据、帧序号等,其结构随控制码的功能而改变。传输时发送方按字节进行加33H处理,接收方按字节进行减33H处理。
时间标签Tp,格式为年月日时分秒十分之一秒,7个字节,时间精确到十分之一秒;
校验码CS,从第一个帧起始符开始到校验码之前的所有各字节的模256的和,即各字节二进制算术和,不计超过256的溢出值;
结束字符16H,标识一帧信息的结束。
如图1所示,本发明的对时方法包括以下步骤:
a、主站、采集终端以及电能表采用树形拓扑结构图组建***,如图4所示;
b、***使用GPS接收国际标准时间,将该标准时间传送到主站,使主站的时间调整为国际标准时间;
c、主站每日定时巡测终端时钟,对时钟误差超过设定阈值的终端进行时钟的同步,采用自定义的DLPTP协议算法,进行多次计算得出时钟误差,对采集终端进行时钟调整;主站将符合自定义的DLPTP协议、带有时间标签t1的同步报文,发送给采集终端,采集终端将自身时间修正为t1,可知主站与采集终端之间的时间差即为网络延时;
d、主站发送带有时间标签t3的报文给采集终端,采集终端收到报文后,记录此时的时间记为t4;
e、采集终端在t5时刻返回一帧相应报文给主站,主站接收到报文后,记录此时的时间记为t6,同时发送一帧带时间t6的时间报文给采集终端;
f、由此采集终端可得到网络之间的延时为:((t6-t3)-(t5-t4))/2;
g、采集终端即可根据网络延时对自身时间进行同步调整;
h、采集终端定时抄读电能表的时钟,将电表的时钟与采集终端的时钟做比较,如果大于设定的阈值,采集终端生成一个时钟异常的事件,并将该事件上报给主站;
i、主站对生成时钟异常事件对应的电表,采用DLPTP协议方法,进行时钟同步;
j、主站对电表的操作经过采集终端,采集终端采用透明转发的方式,不对报文做任何处理。
主站与采集终端时钟同步采用点对点通信方式,分两步实现:
第一,主站与采集终端时钟的偏移测量,主站每日定点巡测采集终端时钟,发现有采集终端时钟与主站时钟偏差大于终端时钟误差阈值时,主站在t1时刻发送时间标签为t1的DLPTP协议报文给采集终端,采集终端将自身时间设定为t1时间标签的值,如图2所示;
第二,主站与采集终端信道传输延时的测量,主站发送带有时间标签t3的报文给采集终端,采集终端接收到报文后,记录此时的接收时间,记为t4;采集终端在t5时刻发送带有时间标签为t5的响应报文给主站,主站接收到报文后,记录此时的接收时间,记为t6;主站根据t6时刻的时间组织一帧时间报文发送给采集终端,这样采集终端即拥有t3、t4、t5和t6四个时间,根据这四个时间即可计算出网络延时为((t6-t3)-(t5-t4))/2,采集终端将自身时间设定为当前时间加上网络延时时间,如图3所示;
主站与电能表时钟同步也采用一对一通信方式,分三步实现:
第一,采集终端定点抄读电能表的时钟,将电能表时钟与采集终端时钟做对比,当电能表时钟与终端时钟误差大于电能表误差阈值时,采集终端自动生成时间异常告警事件,同时将告警事件通知主站;
第二,主站与电能表时钟的偏移测量,主站根据时间异常告警事件,找出对应的电能表,在T1时刻通过采集终端透明转发时间标签为T1的DLPTP协议报文给电能表,电能表将自身时间设定为T1时间标签的值;
第三,主站与电能表信道传输延时的测量,主站通过采集终端透明转发带有时间标签T3的报文给电能表,电能表收到后,记录此时的时间,记为T4;电能表在T5时刻发送一帧响应报文给主站,主站接收到报文后,记录此时的时间,记为T6;主站再发送记录T6时间的时间报文给电能表,这样电能表即拥有了T3、T4、T5和T6四个时标,由此可得出信道的传输延时为:((T6-T3)-(T5-T4))/2,从而电能表可将自身时间设定为当前时间加上网络延时时间。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于DLPTP时钟同步的用电信息采集***对时方法,其特征在于,包括以下步骤:
a、主站、采集终端以及电能表采用树形拓扑结构图组建***;
b、通过GPS对主站进行时钟校准;
c、定义DLPTP协议即电力采集***精确时钟同步协议,包括主站与采集终端间的通信协议和主站与电能表间的通信协议,对主站下的采集终端和电能表行时钟同步;
d、主站每日定时对采集终端巡测一次时钟,对时钟偏差大于终端时钟误差阈值的采集终端进行DLPTP协议的时钟同步;
e、采集终端定时采集电能表的时钟,将采集终端时钟与电能表时钟进行比较,如果时钟偏差大于电能表时钟误差阈值,采集终端生成事件告警,通知主站;
f、主站根据告警事件,对对应的电能表进行时钟的同步;
g、主站对电能表进行同步时,将同步报文下发给采集终端,采集终端不对同步报文做任何处理,直接透明转发给电能表;
DLPTP协议中,主站与采集终端通信协议格式如下:
起始字符,固定以68H开头,长度是控制域、地址域、链路用户数据的字节总数;
控制域C,定义如下:
地址域A,定义如下:
链路用户数据,格式定义如下:
时间标签,格式定义如下:
校验和CS,帧校验和是用户数据区所有字节的八位位组算术和;
用户数据区,包括控制域、地址域、链路用户数据3部分;
结束字符16H,标识一帧信息的结束;
DLPTP协议中,主站与电能表通信协议格式如下:
帧起始符68H,标识一帧信息的开始;
地址域A0~A5,地址域由6个字节构成,每字节2位BCD码;每只电能表具有唯一的通信地址;
控制码C,包括了传输方向以及功能码;
数据域长度L,L为数据域的字节数;
数据域DATA,数据域包括数据标识、密码、操作者代码、数据、帧序号;传输时发送方按字节进行加33H处理,接收方按字节进行减33H处理;
时间标签TP,格式为年月日时分秒十分之一秒,7个字节,时间精确到十分之一秒;
校验码CS,从第一个帧起始符开始到校验码之前的所有各字节的模256的和,即各字节二进制算术和,不计超过256的溢出值;
结束字符16H,标识一帧信息的结束。
2.根据权利要求1所述的基于DLPTP时钟同步的用电信息采集***对时方法,其特征在于,步骤d中,
d1、主站每日定时巡测终端时钟,对时钟误差超过设定阈值的终端进行时钟的同步,采用DLPTP协议,进行多次计算得出时钟误差,对采集终端进行时钟调整;主站将符合DLPTP协议、带有时间标签t1的同步报文,发送给采集终端,采集终端将自身时间修正为t1,主站与采集终端之间的时间差即为网络延时;
d2、主站发送带有时间标签t3的报文给采集终端,采集终端收到报文后,记录此时的时间记为t4;
d3、采集终端在t5时刻返回一帧响应报文给主站,主站接收到报文后,记录此时的时间记为t6,同时发送一帧带时间t6的时间报文给采集终端;
d4、采集终端得到网络之间的延时为:((t6-t3)-(t5-t4))/2;
d5、采集终端根据网络延时对自身时间进行同步调整。
3.根据权利要求1所述的基于DLPTP时钟同步的用电信息采集***对时方法,其特征在于,主站与采集终端时钟同步采用点对点通信方式,包含以下步骤:
第一,主站与采集终端时钟的偏移测量:主站每日定时巡测采集终端时钟,发现有采集终端时钟与主站时钟偏差大于设定阈值时,主站在t1时刻发送时间标签为t1的DLPTP协议报文给采集终端,采集终端将自身时间设定为t1时间标签的值;
第二,主站与采集终端信道传输延时的测量:主站发送带有时间标签t3的报文给采集终端,采集终端接收到报文后,记录此时的接收时间,记为t4;采集终端在t5时刻发送带有时间标签为t5的响应报文给主站,主站接收到报文后,记录此时的接收时间,记为t6;主站根据t6时刻的时间组织一帧时间报文发送给采集终端,计算出网络延时为((t6-t3)-(t5-t4))/2,采集终端将自身时间设定为当前时间加上网络延时时间。
4.根据权利要求1所述的基于DLPTP时钟同步的用电信息采集***对时方法,其特征在于,主站与电能表时钟同步采用一对一通信方式,包含以下步骤:
第一,主站与电能表时钟的偏移测量:主站根据时间异常告警事件,找出对应的电能表,在T1时刻通过采集终端透明转发时间标签为T1的DLPTP协议报文给电能表,电能表将自身时间设定为T1时间标签的值;
第二,主站与电能表信道传输延时的测量:主站通过采集终端透明转发带有时间标签T3的报文给电能表,电能表收到后,记录此时的时间,记为T4;电能表在T5时刻发送一帧响应报文给主站,主站接收到报文后,记录此时的时间,记为T6;主站再发送记录T6时间的时间报文给电能表,得出信道的传输延时为:((T6-T3)-(T5-T4))/2,电能表将自身时间设定为当前时间加上信道传输延时时间。
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