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SICLOCK® GPSDEC GPS-Funkuhr

2XV9450-1AR00

Betriebsanleitung · User Manual

D GB

Deutsch English

Version 3.0

Stand: Oktober 2005

Bestell-Nr.: 2XV9450-1AR08

Betriebsanleitung SICLOCK GPSDEC

Verantwortlicher Vertrieb: Siemens AG, I&S EDM, Erlangen Ansprechpartner: Bestellungen: Herausgegeben von:

Siemens AG I&S EDM Frauenauracher Straße 98 D-91056 Erlangen SICLOCK-Hotline: Tel.: ++49 (9131) 7-2 88 66 Fax: ++49 (9131) 18-8 06 04 Technische Änderungen vorbehalten E-mail: [email protected] WWW: http://www.siemens.de/siclock Siemens AG 2000, 2001, 2003, 2004, 2005

örtliche Siemens-Niederlassung örtliche Siemens-Niederlassung

2

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Betriebsanleitung SICLOCK GPSDEC

Inhaltsverzeichnis:

1. 2.

2.1. 2.2.

Lieferumfang.................................................................................................................5 Inbetriebnahme.............................................................................................................5

Funktionsbeschreibung ..........................................................................................................5 Antenne .....................................................................................................................................5

Montage der Antenne ........................................................................................................................................6 Standort ........................................................................................................................................................6 Vorgehensweise bei der Montage .................................................................................................................7 Anschließen der Antenne..................................................................................................................................7 Ausrichten der Antenne ....................................................................................................................................7

2.2.1. 2.2.1.1. 2.2.1.2. 2.2.2. 2.2.3.

2.3. 2.4.

2.4.1. 2.4.2. 2.4.3.

Spannungsversorgung............................................................................................................7 Grundfunktionen ......................................................................................................................8

Zeitempfang .......................................................................................................................................................8 LED-Statusanzeige ............................................................................................................................................8 Stecker ...............................................................................................................................................................8

2.5. 2.6. 2.7.

Parametrierung des GPS-Dekoders .......................................................................................8 Anschluss des PC zur Parametrierung ..................................................................................8 Standard-Anschlussvarianten ................................................................................................8

Anschluss SICLOCK GPSDEC über RS232-Schnittstelle ...............................................................................8 Parametrierung über PC ...............................................................................................................................8 Zeittelegramm an X2 .....................................................................................................................................8 Demoduliertes DCF77-Signal an X2..............................................................................................................9

2.7.1. 2.7.1.1. 2.7.1.2. 2.7.1.3.

3.

3.1.

Nachschlagen ...............................................................................................................9

Schnittstellen............................................................................................................................9

Anschluss X1 (Linienstrom) ...........................................................................................................................10 Sekundenausgang (X1.1-4).........................................................................................................................10 DCF77-Linienstromausgang (X1.5-8) ..........................................................................................................10 Anschluss X2 (RS 232)....................................................................................................................................10 Anschluss X3 und X4 (DCF77 HF) ..................................................................................................................12

3.1.1. 3.1.1.1. 3.1.1.2. 3.1.2. 3.1.3.

3.2. 3.3.

Genauigkeiten ........................................................................................................................12 Telegramme und Parametrierung.........................................................................................12

Zeittelegramm..................................................................................................................................................12 Standard-Zeittelegramm..............................................................................................................................13 Benutzerdefiniertes Zeitelegramm...............................................................................................................14 Parametrierung................................................................................................................................................14

3.3.1. 3.3.1.1. 3.3.1.2. 3.3.2.

4.

4.1. 4.2.

Windows-Parametrierprogramm ...............................................................................15

Lieferumfang Parametriersoftware.......................................................................................15 Vorbereitung zum Parametrieren .........................................................................................15

Systemvoraussetzungen.................................................................................................................................15 PC-Anschluss herstellen.................................................................................................................................15 Installation .......................................................................................................................................................15

4.2.1. 4.2.2. 4.2.3.

4.3.

Bedienung...............................................................................................................................16

Arbeiten mit Parameter-Dateien .....................................................................................................................17 EEProm Lesen .................................................................................................................................................18 Parameter ändern ............................................................................................................................................18 Zeitzoneneinstellungen ...............................................................................................................................18 Schnittstellen...............................................................................................................................................19 Telegramm..................................................................................................................................................21 EEPROM schreiben.........................................................................................................................................22 Auslesen von Statusinformationen und Telegrammen ................................................................................22 Auslesen der Softwarestände.........................................................................................................................23

4.3.1. 4.3.2. 4.3.3. 4.3.3.1. 4.3.3.2. 4.3.3.3. 4.3.4. 4.3.5. 4.3.6.

5.

5.1.

Anhang ........................................................................................................................24

Blitzschutz ..............................................................................................................................24

Blitztheorie.......................................................................................................................................................24 Einschlaggefährdete Bereiche bei Gebäuden ...............................................................................................25 Version 3.0 3

5.1.1. 5.1.2.

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5.1.3.

Induktionswirkung bei Blitzeinschlägen .......................................................................................................26

5.2. 5.3. 5.4.

5.4.1. 5.4.2. 5.4.3.

Auswahl des sicheren Standortes........................................................................................26 Bestelldaten ............................................................................................................................26 Technische Daten ..................................................................................................................27

SICLOCK GPSDEC ..........................................................................................................................................27 Antenne / Kabel ...............................................................................................................................................27 Antennenfußgestell .........................................................................................................................................27

Abbildungsverzeichnis

Abb. 1: Bodenmontage .............................................................................................................................5 Abb. 2: Wandmontage..............................................................................................................................5 Abb. 3: Installation SICLOCK GPSDEC ...................................................................................................6 Abb 4: Spannungsversorgung SICLOCK GPSDEC ................................................................................7 Abb. 5: Adapter für Anschluss X2 zur Synchronisation über DCF77-Telegramme..................................9 Abb. 6: Ausgabemöglichkeiten des SICLOCK GPSDEC .........................................................................9 Abb. 7: Anschlussmöglichkeiten am DCF77-Linienstromausgang (X1.5-8) ..........................................11 Abb. 8: Anschlüsse X3 und X4 ...............................................................................................................12 Abb. 9: Hauptmenü des Windows-Parametrierprogramms....................................................................16 Abb. 10: Untermenü ,,Verbindungsparameter suchen" des Windows-Parametrierprogramms..............17 Abb. 11: Untermenü ,,Treibereinstellungen" des Windows-Parametrierprogramms ..............................17 Abb. 12: Menü Zeitzoneneinstellungen...................................................................................................18 Abb. 13: Menü Schnittstellen ..................................................................................................................20 Abb. 14: Bildschirmdarstellung, Eingabe eines benutzerdefinierten Zeittelegramms.............................21 Abb. 15: Bildschirmdarstellung GPS-Status ...........................................................................................22 Abb. 16: Ablauf eines Blitzeinschlages ...................................................................................................24 Abb. 17: Ermittlung der potentiellen Blitzeinschlagsbereiche (normales Gebäude) ...............................25 Abb. 18: Ermittlung der potentiellen Blitzeinschlagsbereiche (Industriegebäude)..................................25 Abb. 19: Vermaßung Antennen-Fußgestell ............................................................................................27

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Anschlussbelegung der Klemmleiste X1 ...............................................................................10 Tabelle 2: Anschlussbelegung X2 (DSUB-Buchse)................................................................................11 Tabelle 3: Zeitgenauigkeiten der einzelnen Schnittstellen......................................................................12 Tabelle 4: Auswirkung des Parameters ,,Sendereaktion". ......................................................................20 Tabelle 5: Variablen-Gestaltungselemente für das benutzerdefinierte Zeittelegramm. .........................22

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1. Lieferumfang

· · · · · · · · · · · GPS-Decoder SICLOCK GPSDEC E10433-E9505-H100 im Gehäuse für Hutschienenmontage Netzadapter (Eingang 230V/50Hz AC, Ausgang 15V AC) Antennenkopf Zwischenstück Würfel mit Verschlusskappe und 6 Innen-sechskant-Gewindestiften Träger (Trägerarm und Fußplatte) Sechskantschlüssel zur Würfelmontage ca. 22m Antennenkabel mit Steckern Betriebsanleitung (Deutsch/Englisch) 2XV9450-1AR08 Installationsdiskette E10433-E9505-H900 (3 1/2") mit Parametrierprogramm für Windows 95/98/NT/2000/XP 3 m Verbindungsleitung zum PC zur Parametrierung.

2. Inbetriebnahme

2.1. Funktionsbeschreibung

Das amerikanische GPS ( Global Positioning System) ist ein satellitengestütztes Navigationssystem, welches weltweit empfangen werden kann. Die 24 Satelliten dieses Systems senden die Zeit ihrer bordeigenen Atomuhren in UTC-Zeit (GreenwichZeit). Mit dem im folgenden beschriebenen GPS-Decoder SICLOCK GPSDEC können die GPS-Satellitensignale empfangen und für verschiedene Anwendungen aufbereitet werden. SICLOCK GPSDEC (Gehäuse für Hutschienenmontage) wurde für industrielle Anwendungen konzipiert.

2.2. Antenne

Die Antenne kann je nach örtlichen Gegebenheiten stehend oder mittels Wandmontage installiert werden. Die Bauteile der Antenne sind in den Abbildungen 1 und 2 dargestellt.

5,6

4

Abb. 1: Bodenmontage

7

3

1

2

1

Antenne:

Die Antenne der GPS-Funkuhr besteht aus: · Antennenkopf (1) · Zwischenstück (2) · Würfel mit Verschlussdeckel(3) und Madenschrauben (5,6) · Träger (Trägerarm mit Fußplatte) (4) · ca. 22m Antennenkabel (7) ( 30m bzw. 70m als Zubehör lieferbar )

4

5,6 7

2 3

Abb. 2: Wandmontage

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2.2.1.

2.2.1.1.

Montage der Antenne

Standort

Die Montage der Antenne im Freien ist zulässig. Bei der Standortwahl der Antenne sollte darauf geachtet werden, dass ein genügender Abstand zu Blitzableitern eingehalten wird (siehe Kap. 5.1 ff. im Anhang). Der Standort sollte möglichst so gewählt werden, dass die Antenne ,,viel Himmel sieht", d.h. dass sie nicht im Schatten von großen Gebäuden, etc. steht. Günstige Standorte für die Antenne sind z.B. auf einem Flachdach oder an einer großen(!) Fensterfront. Durch den Blitzschutz 2XV9450-1AR11 kann das Gerät gegen induzierte Überspannungen aufgrund von Blitzeinschlägen geschützt werden. Die Antenne kann stehend (Aufbau wie in Abbildung 1) oder abgewinkelt (Wand, Aufbau wie in Abbildung 2) befestigt werden. Die Fußplatte des Trägers bietet eine breite Auflagefläche zur stabilen Verankerung der Antenne an Wand oder Boden.

!

Wichtig! Der Antennenkopf muss immer in Richtung Himmel ausgerichtet werden!

a u ß e r h a lb d e s G eb ä u d es

A n te n n e

A n te n n e n k a b e l * SICLOCK GPSDEC GPSDEC

S p an n u n g s v er so rg u n g : ( a ) m it m i tg e l i e fe r t e m N e tz a d a p te r (2 30 V A C ) ( b ) G l e i c h s p a n n u n g (1 0 V - 3 2 V ) ( c ) W e c h s e ls p a n n u n g ( 9 V - 2 4 V ) * L ä n g e d e s A n t e n n e n k a b e ls : 1 5 m ( i m L i e f e r u m f a n g e n t h a lt e n ) b z w 3 0 m (2 X V 9 4 5 0 - 1 A R 1 2 ) o d e r 7 0 m ( 2 X V 9 4 5 0 -1 A R 0 7 )

*) 22m-Kabel im Lieferumfang, 30m- und 70m-Kabel als Zubehör bestellbar (siehe Kap. 5.3) Abb. 3: Installation SICLOCK GPSDEC

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2.2.1.2.

Vorgehensweise bei der Montage

(a) Anzeichnen der Löcher an der für die Montage vorgesehenen Stelle mit Hilfe der Fußplatte (4). (b) Bei der Vorbereitung der Antennenmontage muss darauf geachtet werden, ob die Antenne für Wand- oder Bodenmontage aufgebaut werden soll. · Bei der Bodenmontage (Abbildung 1) wird das Antennenkabel (7) von der Fußplatte durch den Trägerarm (4) gerade durch die beiden gegenüberliegenden Öffnungen des Würfels (3) und durch das Zwischenstück gezogen. Nun wird der Stecker des Antennenkabels in den Antennenkopf (1) gesteckt und festgeschraubt. Anschließend wird das Zwischenstück in den Antennenkopf geschraubt (nicht umgekehrt, da sonst das Antennenkabel geschert wird!). Zuletzt werden das Zwischenstück (mit Antennenkopf) (1) und (2) und der Träger (4) in den Würfel eingeschoben und mit den Madenschrauben (5,6) leicht arretiert. · Bei der Wandmontage (Abbildung 2) wird das Antennenkabel (7) von der Fußplatte durch den Trägerarm (4) rechtwinklig durch den Würfel und durch das Zwischenstück gezogen. Nun wird der Stecker des Antennenkabels in den Antennenkopf (1) gesteckt und festgeschraubt. Anschließend wird das Zwischenstück in den Antennenkopf geschraubt (nicht umgekehrt, da sonst das Antennenkabel geschert wird!). Zuletzt werden das Zwischenstück (mit Antennenkopf) (1) und (2) und der Träger (4) in den Würfel eingeschoben und mit den Madenschrauben (5,6) leicht arretiert. c) Verschließen der verbleibenden freien Öffnung im Würfel mit dem Verschlussdeckel. Die Madenschrauben werden jetzt fest angezogen. d) Vor dem Verschrauben muss das Antennenkabel durch den Schlitz in der Unterseite der Fußplatte (4) geführt werden. e) Verschrauben der Antenneneinheit an der vorgesehenen Stelle.

2.2.2.

Anschließen der Antenne

Zum Anschließen der Antenne an SICLOCK GPSDEC muss nur noch der Stecker am freien Ende des Antennenkabels in die Antennenbuchse des SICLOCK GPSDEC gesteckt werden. Diese Buchse befindet sich beim SICLOCK GPSDEC auf der Gehäuseoberseite. Die Kabellänge des im Lieferumfang enthaltenen Kabels beträgt 22 m. Mit einem Spezialkabel kann die Distanz auf 30m (Best.-Nr: 2XV9450-1AR12) bzw. 70m (Best.-Nr: 2XV9450-1AR07) erhöht werden. Diese Spezialkabel müssen gesondert bestellt werden.

2.2.3.

Ausrichten der Antenne

Der Antennenkopf muss nach oben weisen.

2.3. Spannungsversorgung

SICLOCK GPSDEC benötigt als Versorgungsspannung · Gleichspannung: 10V bis 32V oder · Wechselspannung: 9V bis 24V Eine Versorgung mit 230V Wechselspannung wird über den mitgelieferten 230V-Netzadapter ermöglicht. Die Einspeisung erfolgt über die Klemmen 14 und 15 des Anschlusses X1 (Abb. 4). Die Anschlusspolarität muss nicht beachtet werden. Für den Anschluss an 110V Wechselspannung steht ein gesonderter Netzadapter 2XV9450-1AR59 zur Verfügung.

14

Netzteil

15

5 1

Abb 4: Spannungsversorgung SICLOCK GPSDEC

!

Wichtig: Falls die Spannungsversorgung und die Schnittstellensignale eine gemeinsame Masse haben (DC-Versorgung), muss die Masse an einer GND-Klemme des Steckers X1 (Klemme 1 oder 5) und die Versorgungsspannung an Klemme 14 oder 15 angeschlossen werden (Abb. 4)!

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2.4. Grundfunktionen

2.4.1. Zeitempfang

Die Satelliten des GPS-Systems senden laufend die Zeiten ihrer internen Atomuhren und ihre Bahndaten. Da sich die Positionen der Satelliten laufend ändern, senden sie immer die UTC-Zeit, welche 0° geographischer Länge (Greenwich) entspricht. Aus diesen Informationen kann bei Empfang von 4 Satelliten der eigene Standort ermittelt werden. Die empfangene GPScodierte Zeitinformation wird vom SICLOCK GPSDEC in die lokale Zeit mit Sommer- / Winterzeitumschaltung umgerechnet. Die daraus resultierende Zeitinformation wird in DCF77- und ASCII-Telgrammformate, sowie Sekunden- und Minutenimpulse umgerechnet und an den Schnittstellen ausgegeben.

2.4.2.

LED-Statusanzeige

Mit der zweifarbigen LED (rot/grün) an der Gehäusefront in der Klemmleiste X1 können vier Betriebszustände unterschieden werden: · rot/permanent: Dieser Betriebszustand wird nach Einschalten der Stromversorgung für max. 15 Sekunden oder beim Auftreten eines fehlerhaften Betriebszustandes eingenommen. Die Fehlerursache kann der Ausfall der Kommunikation zum internen GPS-Empfänger oder ein inkonsistenter Parametersatz sein. Im Fehlerfall: Lesen Sie den Status mit Hilfe des Parametrierprogramms aus und rufen sie die Hotline an. Achtung: Ein nicht angeschlossener oder defekter Antennenkopf verursacht rot/permanent! · rot/blinkend: Hier wird angezeigt, dass das System korrekt arbeitet, zur Zeit aber keine Satelliten-Verbindung besteht. · grün/blinkend: In diesem Status werden nur 1-3 Satelliten empfangen. Die GPS-Zeit steht zur Verfügung. Die Laufzeit zum Satelliten kann nicht korrigiert werden, da intern die Position des Empfängers noch nicht bekannt ist. Die Zeit wird dann mit einer Genauigkeit zwischen 20ms und 50ms ausgegeben. · grün/permanent: Volle Genauigkeit von 1µs plus der individuellen Schnittstellenlaufzeit erreicht. Siehe hierzu auch Abschnitt 3.2.

2.4.3.

Stecker

Im folgenden werden die Anschlussmöglichkeiten der GPS-Umsetzer aufgeführt.

· · ·

RS232-Schnittstelle X2 zum Anschluss eines PC oder einer Workstation. (SubD-Buchse, 9pol., vgl. Abschnitte 2.7.1 und 3.1.2) TTY (X1, Linienstromschnittstellen) z.B. zum Anschluss anderer SICLOCK Produkte. (Klemmleiste, vgl. Abschnitt 3.1.1) Antennenanschluss zum Betreiben von DCF77-Funkuhren und DCF77-Kabelanlagen. (BNC-Buchse(n), siehe Abschnitt 3.1.3): 5mV (X4) zum direkten Anschluss der SICLOCK DCF-Empfänger 2XV9450-1AR60/61und 500mV (X3) für DCF77-Kabelanlagen.

2.5. Parametrierung des GPS-Dekoders

Zum Betrieb benötigt SICLOCK GPSDEC verschiedene Parameter, über die z.B. die Sommer- /Winterzeitumstellung, die Art des zu sendenden Zeittelegramms, sein Sendezeitpunkt etc. eingestellt werden können. SICLOCK GPSDEC wird mit einem Standard-Parametersatz ausgeliefert. Die Änderung der Parameter erfolgt bei Bedarf über einen PC mit Hilfe des mitgelieferten WINDOWS-Parametrierprogramms (siehe Abschnitt 4).

2.6. Anschluss des PC zur Parametrierung

Die Verbindung des SICLOCK GPSDEC mit der seriellen Schnittstelle eines PC oder einer Workstation wird durch das mitgelieferte Verbindungskabel oder durch ein beliebiges RS232-Verlängerungskabel (kein Nullmodemkabel) hergestellt. Der Anschluss X2 des SICLOCK GPSDEC besteht aus einer 9-poligen DSUB-Buchse (siehe auch Abschnitt 4.2.1).

2.7. Standard-Anschlussvarianten

2.7.1. Anschluss SICLOCK GPSDEC über RS232-Schnittstelle

Die RS232-Schnittstelle findet bei diesem System dreifache Verwendung.

2.7.1.1.

Parametrierung über PC

Installation und Anwendung des Parametrierprogramms (siehe Abschnitt 4).

2.7.1.2.

Zeittelegramm an X2

Wenn das System die aktuelle Zeit über die Satelliten empfängt, so wird jede Minute ein Zeittelegramm über die RS232Schnittstelle gesendet (siehe Abschnitt 3.3.1). Dieses Telegramm, zusammen mit einer entsprechenden Treibersoftware für das jeweilige Betriebsystem dient zur Zeitsynchronisation von PCs oder Workstations. Die Verbindung wird durch ein 1:1-Kabel realisiert; es wird kein Nullmodemkabel benötigt.

8

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2.7.1.3.

Demoduliertes DCF77-Signal an X2

Über Pin 9 der RS232-Schnittstelle wird das demodulierte DCF77-Telegramm gesendet, der Ruhepegel beträgt -10V. Das Signal kann z.B. dazu verwendet werden, voreilende Zeittelegramme auf den Minutenanfang zu synchronisieren. Dieses Zeittelegramm wird zusammen mit der passenden Treibersoftware zur Zeitsynchronisation bei den Betriebssystemen WINDOWS NT/2000/XP oder WINDOWS 95/98 verwendet. Hierfür ist ein Adapter erforderlich, der den Pin 9 der GPSDEC-Schnittstelle mit Pin 2 (RxD) der PC/Workstation-Schnittstelle verbindet (Abb. 5).

GPSDEC/GPSCOM 1 X2 RxD PC/Workstation 1

5

9

5

9

Abb. 5: Adapter für Anschluss X2 zur Synchronisation über DCF77-Telegramme

3. Nachschlagen

3.1. Schnittstellen

Abbildung 6 zeigt in schematischer Form die möglichen Ausgaben auf die verschiedenen Schnittstellen des SICLOCK GPSDEC. Die einzelnen Kombinationen werden im folgenden erläutert. Beim DCF77-Telegrammausgang und den Sekundenbzw. Minutenimpulsen kann zwischen normaler und invertierter Polarität ausgewählt werden.

Software

Standardtelegramm Benutzertelegramm DCF-Telegramm

Signal/Telegr.

DCF-Antenne DCF-TTY Sekunde TTY Telegramm RS232 DCF RS232

Anschluß

X3 & X4 X1.5-8 X1.1-4 X2

Sekundenpuls Sekundentakt Minutenpuls Minutentakt Tochteruhr

Abb. 6: Ausgabemöglichkeiten des SICLOCK GPSDEC

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3.1.1.

Anschluss X1 (Linienstrom)

Der Anschluss X1 ist eine Klemmleiste an der Unterseite des Gehäuses. Die Belegung ist in Tabelle 1 aufgeführt.

3.1.1.1.

Sekundenausgang (X1.1-4)

Auf dieser Schnittstelle wird jede Sekunde ein 50ms langer Impuls gesendet, nachdem SICLOCK GPSDEC einmal eine Zeit empfangen hat. Der Sekundenausgang ist wie der DCF77-Ausgang aufgebaut und kann mit den gleichen Schaltungsvarianten betrieben werden. Der Ruhezustand kann zwischen einem leitenden und gesperrten Ausgangstransistor gewählt werden. Im Gegensatz zu den DCF77-Telegrammen werden die Sekundenimpulse auch gesendet, wenn keine Satellitenverbindung mehr besteht und auch keine DCF77-Telegramme mehr gesendet werden. Der Kollektor des Transistors befindet sich auf X1.3, der Emitter auf X1.2. Die Spannung am Ausgang der Stromquelle an X1.4 wird auf 12 V begrenzt. Statt des Sekundenimpulses können in Abhängigkeit von der Geräteparametrierung (Abschnitt 4) noch folgende Signale ausgegeben werden: · Sekundentakt: Signal, das jede Sekunde seinen Pegel wechselt. · Minutenimpuls: 50ms langer Impuls zu Beginn jeder Minute. · Minutentakt: Signal, das jede Minute seinen Pegel wechselt. · Tochteruhren-Signal zur Ansteuerung von Tochteruhren (Minutentakt) unter Berücksichtigung der Sommer- / Winterzeitumschaltung.

X1 1 2 3 4 5 6 7 8 14 15

Klemmenbeschreibung Bezugsmasse zu Klemme 4 Sekundenimpuls, Emitter des Transistors, max. 100mA, max. 50V gegenüber Klemme 3 Sekundenimpuls, Kollektor des Transistors, max. 100mA, max. 50V gegenüber Klemme 2 Stromquelle 20mA , max. Leerlaufspg. 12V DC für Vcc > 15V DC, sonst ca. Vcc-3V Bezugsmasse der Stromquelle DCF-Linienstrom, Emitter des Transistors, max. 100mA, max. 50V gegenüber Klemme 7 DCF-Linienstrom, Kollektor des Transistors, max. 100mA, max. 50V gegenüber Klemme 6 Stromquelle 20mA, max. Leerlaufspg. ca. Vcc-3V Versorgungsspannung Vcc 10-32V DC, 9-24V AC + 10%, 2W gegenüber Klemme 15 Versorgungsspannung Vcc 10-32V DC, 9-24V AC + 10%, 2W gegenüber Klemme 14

Tabelle 1: Anschlussbelegung der Klemmleiste X1

3.1.1.2.

DCF77-Linienstromausgang (X1.5-8)

Hier liegt das simulierte demodulierte Ausgangssignal des DCF77-Zeitsenders an. Durch die Linienstrom-Schnittstelle mit Optokoppler kann es sehr leicht über größere Distanzen störsicher übertragen werden. Dieses Signal kann z.B. von anderen SICLOCK-Produkten eingelesen und decodiert werden. Der Ruhezustand kann durch die Parametrierung wie beim Sekundenimpuls zwischen leitendem und gesperrtem Ausgangstransistor gewählt werden. Bei einem Low-Bit wird er für 100ms und bei einem High-Bit für 200ms umgeschaltet. Der Kollektoranschluss des Transistors befindet sich auf X1.7, der Emitter auf X1.6. Durch die an X1.8 vorhandene Stromquelle sind die in Abb. 7 aufgezeigten Anschlussvarianten möglich. Durch die Geräteparametrierung kann auf diesem Ausgang auch alternativ zu den DCF77-Impulsen das Zeittelegramm der RS232-Schnittstelle ausgegeben werden, wodurch das Zeittelegramm mit TTY-Pegel über längere Distanzen als mit RS232Pegel übertragen werden kann (siehe Abschnitt 3.3.1).

3.1.2.

Anschluss X2 (RS 232)

Der Anschluss X2 ist eine SubD-Buchse an der Frontseite des Gehäuses. Die Pin-Belegung wird in Tabelle 2 aufgeführt. Vergleiche zu diesem Thema auch Abschnitt 2.7.1. Die Bezeichnungen für Senden und Empfangen gelten aus der Sicht des PCs. Die Schnittstelle arbeitet als 3-Drahtverbindung, benötigt also neben der Sende- und Empfangsleitung sowie der Signalmasse keine weiteren Signale. Die Baudrate kann durch die Geräteparametrierung auf die Werte 38400bd, 19200bd, 9600bd und 2400bd eingestellt werden (siehe Abschnitt 4.3.3). Das Telegramm wird asynchron gesendet und besteht aus einem Startbit, 8 Datenbits und einem Stoppbit. Die Parität gerade (even), ungerade (odd) oder keine (none) kann wie die Baudrate durch Parameter bestimmt werden. Der Anschluss an den PC oder eine Workstation erfolgt durch ein reines Verlängerungskabel (kein Nullmodemkabel). Zur Datenübertragung werden die Signalleitungen RxD (Receive), TxD (Transmit) und GND (Masse) verwendet. Die Signale RTS und CTS sowie die Signale DSR, DCD und DTR sind am Schnittstellenstecker X2 miteinander verbunden.

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Betriebsanleitung SICLOCK GPSDEC

X2 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Klemmenbeschreibung DCD, DTR, DSR (Signale intern verbunden) TxD, Sendeleitung, Pegel ±10V RxD Empfangsleitung, Pegel min. ±6V DCD, DTR, DSR (Signale intern verbunden) Signalmasse, identisch mit Masse Vcc DCD, DTR, DSR (Signale intern verbunden) RTS, CTS (Signale intern verbunden) RTS, CTS (Signale intern verbunden) DCF77-Sekundenimpuls, Ruhepegel -10V, Impuls +10V

Tabelle 2: Anschlussbelegung X2 (DSUB-Buchse)

Passive Linienstromschnittstelle (GPS)

7 6

Zeitempfänger Vcc DCF

Vcc

20mA

8 5

Aktive Linienstromschnittstelle

7 6

Vcc

Vcc

20mA

8 5

DCF

Spannungsausgang nichtinvertiert

7 6

Vcc

20mA

8 5

Spannungsausgang invertiert

7 6

Vcc

20mA

8 5

Abb. 7: Anschlussmöglichkeiten am DCF77-Linienstromausgang (X1.5-8)

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Betriebsanleitung SICLOCK GPSDEC

3.1.3.

Anschluss X3 und X4 (DCF77 HF)

An den Antennenausgängen X3 und X4 steht ein Sinussignal von 77,5 kHz mit unterschiedlichen Pegeln zur Verfügung, welches mit dem DCF77-Zeitcode moduliert wird, d.h. für 100ms (Low) bzw. 200ms (High) findet eine Trägerabsenkung auf 25% des Normalwertes statt. Die Ausgangsspannung der BNC-Buchse X4 beträgt 500mV mit einem 50 Serienwiderstand. Die Ausgangsspannung der Buchse X3 beträgt 5mV mit Reihenkondensator und 50 Abschlusswiderstand. Die genaue Beschaltung der Antennenausgänge ist in Abb. 8 dargestellt. Der Ausgang X4 mit großer Amplitude dient dazu, das Signal über eine große Entfernung zu übertragen, der Ausgang X3 kann zum Anschluss an den Antenneneingang eines DCF77-Emfängers verwendet werden. Durch den Serienkondensator werden Gleichspannungen, welche der Speisung von aktiven Antennen dienen, abgeblockt. Beim DCF77 (X1.5-8)- und beim Antennenausgang (X3, X4) kann parametriert werden, ob beim Ausfall der Verbindung zum Satelliten der DCF-Code weitergesendet wird oder vier Minuten nach dem letzten Empfang keine Zeichen mehr übertragen werden. Die Amplitudenabsenkung erfolgt immer im Nulldurchgang des Trägersignals.

B N C -B u c h s e n 50 X4 / 500mV

4K 7 50 1nF

X3 / 5mV

Abb. 8: Anschlüsse X3 und X4

Hinweis:

Das simulierte DCF77-Signal an X3 und X4 ist nicht für die Ansteuerung von DCF77-Korrelationsempfängern geeignet!

3.2. Genauigkeiten

Tabelle 3 enthält die Zeitgenauigkeiten für die einzelnen Schnittstellen. Die relative Genauigkeit spezifiziert dabei die maximale Abweichung zweier aufeinanderfolgender Impulse, die absolute Genauigkeit den Versatz zur Atomuhr, welche das gesamte GPS-System speist. Auf die absoluten Zeiten muss bei Verbindung zu weniger als vier Satelliten noch die Zeitungenauigkeit von 20ms bis 50ms addiert werden, welche aus der Signallaufzeit vom Satelliten zur Erde resultiert und in diesem Fall von SICLOCK GPSDEC nicht korrigiert werden kann. Bei einer Verbindung zu vier Satelliten ergibt sich für SICLOCK GPSDEC eine Genauigkeit von maximal 1µs. Bei einer Baudrate von 38400 ergibt sich eine maximale Übertragungsdauer für das erste Zeichen T von 200µs + 11 x 26µs, also insgesamt ca. 500µs. Schnittstelle Sekundenimpuls DCF-Impulse Antennenausgang Zeittelegramm Absolute Genauigkeit maximal 55µs / 20mA Linienstrom maximal 60µs / 20mA Linienstrom maximal 10µs / RS232-Schnittstelle max. 45µs + 6µs Trägersynchronisation max 200µs für Flanke Startbit relative Genauigkeit < 3µs < 3µs < 3µs < 1µs < 10µs

Tabelle 3: Zeitgenauigkeiten der einzelnen Schnittstellen

3.3. Telegramme und Parametrierung

Für die Kommunikation zwischen SICLOCK GPSDEC und dem Empfänger werden folgende Steuerzeichen definiert EOZ (end of zeit) - 95hex SOZ (start of zeit) - 96hex EOP (end of parameter) - 97hex SOP (start of parameter) - 98hex HSK (handshake) - 99hex

3.3.1.

Zeittelegramm

Bei den Zeittelegrammen kann durch die Parametrierung zwischen dem Standardtelegramm und einem benutzerdefinierten Telegramm gewählt werden. Das Senden eines Zeittelegramms erfolgt je nach Parametrierung (synchron beim Wechsel von Sek. 59 auf Sek. 0, voreilend beim Wechsel von Sek. 57 auf Sek. 58). Eine Verzögerung ergibt sich im wesentlichen aus der Übertragungsdauer auf der seriellen Schnittstelle.

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3.3.1.1.

Standard-Zeittelegramm

Dieses wird als ASCII-Zeichenfolge zum Start jeder Minute gesendet und kann leicht auf einem Terminal empfangen werden. Das Standard-Zeittelegramm dient zur Versorgung von Treiberprogrammen mit der aktuellen Zeit. Benutzerdefinierte Zeittelegramme (siehe Abschnitt 3.3.1.2) können hierfür nicht verwendet werden, da der Telegrammaufbau dem Treiberprogramm bekannt sein muss. Der Aufbau des Standard-Zeittelegramms ist wie folgt: <SOZ>TttHhhDddWwMmmYyySsssX<LF><CR><EOZ>, wobei <LF>=0AH, <CR>=0DH Die großen Buchstaben sind Bestandteil des Telegramms, die kleinen sind Platzhalter für Zahlen. Die Bedeutung der Buchstaben ist auf der folgenden Seite erklärt. tt: hh: dd: w: mm: yy: sss: s__: Minuten (Time) von 00 bis 59. Stunden (Hour) von 00 bis 23. Tage (Day) von 01 bis 31. Wochentag (Weekday) von 1 für Montag bis 7 für Sonntag. Monat (Month) von 1 bis 12 Jahr (Year) von 00 bis 99. Status (Status). Beim Status haben die drei Zeichen folgende Bedeutung: Erstes Zeichen: GPS Status: 0: Fehlerhafter Betriebszustand, Ausfall der Verbindung zum GPS-Receiver oder inkonsistenter Parametersatz. 1: Initialisierung, System arbeitet korrekt, konnte aber seit dem Einschalten noch keine Verbindung zu einem Satelliten aufnehmen. 2: Seit dem Einschalten bestand einmal Satellitenverbindung, momentan besteht jedoch ein Verbindungsausfall. Die gesendete Zeit wird durch die Fortführung der früher empfangenen GPS-Zeit erzeugt. 3: Momentan besteht Verbindung zu einem Satelliten, die Zeitabweichung beträgt zwischen 20ms und 50ms. 4: Momentan besteht Verbindung zu zwei Satelliten, die Zeitabweichung beträgt zwischen 20ms und 50ms. 5: Verbindung zu drei Satelliten, die Zeitabweichung beträgt zwischen 20ms und 50ms. 6: Verbindung zu vier Satelliten, wegen zu geringer Empfangsfeldstärke beträgt die Zeitabweichung weiter zwischen 20ms und 50ms. 7: Es besteht stabile Verbindung zu 4 Satelliten, wegen der bekannten Position kann die Laufzeit berücksichtigt werden und die Zeit mit der maximalen Genauigkeit von 1µs berechnet werden. Zweites Zeichen: Zeitstatus: 0: Die gesendete Zeit ist eine Winterzeit und es ist auch in der nächsten Stunde keine Umschaltung auf Sommerzeit zu erwarten. 1: Die gesendete Zeit ist eine Winterzeit, es findet aber in der nächsten Stunde eine Umschaltung auf Sommerzeit statt. 2: Die gesendete Zeit ist eine Sommerzeit, es findet aber in der nächsten Stunde eine Umschaltung auf Winterzeit statt. 3: Die gesendete Zeit ist eine Sommerzeit und es findet auch in der nächsten Stunde keine Umschaltung auf Winterzeit statt. Drittes Zeichen: Parameter Status: Um den Status zu decodieren, muß die Differenz zu dem Zeichen von '0' gebildet werden und das Ergebnis in die binäre Zahlendarstellung umgewandelt werden. Die vier niederwertigsten Bits haben dann folgende Bedeutung: bit 0 0: 1: bit 1 0: 1: bit 2 0: 1: Die Statusinformation des GPS-Empfängers für die letzte Minute ist vorhanden. Für die letzte Minute ist keine aktuelle Statusinformation über den GPS-Empfänger vorhanden. Die Zeit konnte in der letzten Minute vom GPS-Empfänger ausgelesen werden. Die Zeit konnte in der letzten Minute vom GPS-Empfänger nicht ausgelesen werden, sie wird aber intern nachgeführt. Die Parameter sind konsistent. Konsistent bezieht sich nur auf das fehlerfreie Lesen aus dem EEPROM, es wird nicht überprüft, ob die Parameter auch sinnvolle Werte enthalten. Diese Forderung muss vom Parametrierprogramm sichergestellt werden. Die aus dem EEPROM gelesenen Parameter sind inkonsistent, beim Lesen aus dem EEPROM wurde ein Fehler festgestellt. Wenn dieser Status auftritt, so muß auch der GPS-Status auf Fehler stehen. Durch die Abfrage dieses Bits kann festgestellt werden, ob die Fehlerursache im GPS-Empfänger oder in den Parametern zu suchen ist. GPS-Empfänger meldet keinen Fehler. GPS-Empfänger meldet einen Fehler, Empfängerbaugruppe defekt, oder keine Antenne angeschlossen, oder Antennenkopf defekt.

_s_:

__s:

bit 3 0: 1:

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Beispiel: Das Telegramm <SOZ>T20H11D24W1M10Y95S400X<LF><CR><EOZ> bedeutet: ,,Montag, 24. 10. 95, 11:20.00, 2 Satelliten, Winterzeit, keine Fehler"

3.3.1.2.

Benutzerdefiniertes Zeitelegramm

Es besteht die Möglichkeit, ein eigenes ,,benutzerdefiniertes" Zeittelegramm zu konstruieren und anstatt des StandardZeittelegramms zu senden. Dieses Telegramm besteht aus maximal 40 Stellen. Die einfachste Möglichkeit zur Erstellung eines solchen Telegramms ist seine Konstruktion mit Hilfe des Parametrierprogramms (siehe Abschnitt 4.3.4). Die benutzerdefinierten Zeittelegramme werden zum gleichen Zeitpunkt wie die Standardtelegramme gesendet, nur die Einbettung in eine <SOZ>-<EOZ>-Sequenz entfällt.

3.3.2.

Parametrierung

Die Parametrierung dient zur Umstellung des SICLOCK GPSDEC auf Sommer-/Winterzeit, zum Einstellen von Sendereaktion, Baudrate, Parity, Sendezeitpunkt und Telegrammart, sowie zur Konfiguration der Schnittstellen. Eine einfache Möglichkeit zur Einstellung dieser Parameter stellt das Windows-Parametrierprogramm (siehe Abschnitt 4) zur Verfügung.

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4. Windows-Parametrierprogramm

4.1. Lieferumfang Parametriersoftware

Auf der Diskette E10433-E9505-H900 befindet sich das selbstentpackende Archiv: GPSDEC_ConfigurationTool_SelfExtracted.exe

4.2. Vorbereitung zum Parametrieren

Zum Parametrieren von SICLOCK GPSDEC unter Windows NT4.0/2000/XP oder Windows 95/98 wird die Datei GPSDEC_ConfigurationTool_SelfExtracted.exe benötigt. Die Inbetriebnahme des GPSDEC-Decoders erfolgt in zwei Teilschritten: · Verbinden des PC mit SICLOCK GPSDEC unter Verwendung des mitgelieferten Kabels.

·

Installation der Software auf dem PC.

4.2.1.

Systemvoraussetzungen

Benötigt wird ein Windows 95/98- oder Windows NT/2000/XP-Rechner mit mindestens einem freien COM-Port (serielle Schnittstelle).

4.2.2.

PC-Anschluss herstellen

Die Verbindung des SICLOCK GPSDEC mit der seriellen Schnittstelle (COM1 oder COM2) eines PC wird durch das mitgelieferte Verbindungskabel oder durch ein beliebiges RS-232-Verlängerungskabel (kein Nullmodemkabel!) hergestellt. Die Wahl des COM Ports ist frei, das Windows-Parametrierprogramm wählt automatisch den verwendeten Port aus.

4.2.3.

1.) 2.) 3.) 4.) 5.) 6.)

Installation

Legen Sie einen Ordner an (z. B. GPSDEC) Kopieren Sie den Disketteninhalt in diesen Ordner Starten Sie GPSDEC_ConfigurationTool_SelfExtracted.exe z. B. durch Doppelklick Geben Sie in dem sich öfffenden Fenster den Pfad des Ordners an Wählen Sie Unzip Wählen Sie Close

Das Archiv GPSDEC_ConfigurationTool_SelfExtracted.exe ist selbstentpackend.

Das Parametrierprogramm GPSDEC.EXE ist jetzt installiert, es erfolgte kein Eintrag in die Windows-Registrierdatei. Sie können den Ordner also später beliebig verschieben. Der Ordner enthält jetzt die ausführbare GPSDEC.EXE mit dem GPS-Icon sowie die Dateien · PARDATEI.GPS (Parameterdatei mit Standardparametersatz / Werkseinstellung). · · · · WINCC.GPS (Parameterdatei mit Parametersatz für SICLOCK WINGPS). S7_DCF77.GPS (Parameterdatei mit Parametersatz zur Ansteuerung des SICLOCK DCFS7-Step7Funktionsbausteins 2XV9450-1AR32). SINEC.GPS (Parameterdatei mit Parametersatz zur Ansteuerung des SIMATIC-net-Uhrzeitsenders). LSA-1.GPS (Parameterdatei mit Parametersatz zur Ansteuerung der LSA-1 DCF77-Funkuhr).

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4.3. Bedienung

Beim Starten des Programms erscheint das Hauptmenü (siehe Abb. 9). Stellen Sie das Menü am besten als erstes auf Vollbild-Darstellung ein. Der dargestellte Parametersatz entspricht dem Standardparametersatz (Werkseinstellung) mit dem Dateinamen Unbenannt. Aus dem Hauptmenü können folgende Funktionen ausgeführt werden: · · · · · · · · · · · · · Editieren der Einzelparameter des im Menü dargestellten Parametersatzes (Bearbeiten ­ Parameter). Abspeichern des erzeugten oder geänderten Parametersatzes als .gps-Datei mit beliebigem Namen (Datei ­ Speichern unter). Öffnen von abgespeicherten Parameterdateien (Datei ­ Öffnen). Herstellen einer Datenverbindung zum GPSDEC-Decoder (Verbindung ­ Einstellungen oder Verb. Suchen). Verbindung zum PC testen (Verbindung ­ Test) Schreiben des im Menü dargestellten Parametersatzes ins EEPROM des GPSDEC-Decoders (Bearbeiten ­ EEProm schreiben). Auslesen des im EEPROM des GPSDEC-Decoders gespeicherten Parametersatzes ins Menü-Fenster (Bearbeiten ­ EEProm lesen). Status des GPSDEC-Decoders auslesen (Telegrammanforderung ­ Standardzeittelegramm). Auslesen eines der Parametrierung entspechenden Zeittelegramms auf den Bildschirm (Telegrammanforderung ­ Zeittelegramm). Auslesen der Parametriersoftware-Version (? ­ Info über GPSDEC) Auslesen der Gerätesoftware-Version (? ­ Gerätesoftware-Version) Für Service- und Supportzwecke können über die (Debugschnittstelle) verschiedene Informationen ausgelesen werden. Umschaltung der Sprache Deutsch ­ Englisch ( Ansicht ­ Sprache). Nach der Sprachumschaltung muss das Programm neu gestartet werden.

Abb. 9: Hauptmenü des Windows-Parametrierprogramms

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Durch Anklicken von Verbindung - Verb. suchen oder Abb. 10).

wird automatisch die benutzte COM-Schnittstelle gefunden (siehe

Abb. 10: Untermenü ,,Verbindungsparameter suchen" des Windows-Parametrierprogramms Sie haben auch mit Verbindung - Einstellungen die Möglichkeit, die Werte für Baudrate und Parität einzustellen, sowie den COM-Port zu wählen (Werkseinstellung: 9600bd, none) (siehe Abb. 11).

!

Wichtig!

Die bei der Funktion Verb. Suchen ermittelten, bzw. bei Einstellungen eingegebenen Verbindungsdaten werden nicht in einer Datei gespeichert, sondern müssen bei jedem Programmstart neu ermittelt, bzw. eingegeben werden!

Abb. 11: Untermenü ,,Treibereinstellungen" des Windows-Parametrierprogramms Durch Anklicken von Verbindung - Test wird ein Verbindungstest durchgeführt, der nach wenigen Sekunden mit einer OKbzw. Fehlermeldung abgeschlossen wird. Im folgenden werden die einzelnen Funktionen beschrieben.

4.3.1.

Arbeiten mit Parameter-Dateien

Durch Anklicken von Datei - Öffnen oder wird eine mitgelieferte oder vom Benutzer angelegte GPS-Parameterdatei geöffnet, die darin befindlichen Parameter gelesen und im Hauptmenü aufgelistet. Durch Anklicken von Datei - Speichern unter wird der im Hauptmenü-Fenster stehende Parametersatz als Datei mit einem einzugebenden Namen abgespeichert. Durch Anklicken von Datei - Speichern oder Datei (siehe Kopfzeile) abgespeichert. wird der im Hauptmenü-Fenster stehende Parametersatz in die bestehende

Durch Anklicken von Datei - Drucken wird der im Hauptmenü-Fenster stehende Parametersatz ausgedruckt. Durch Anklicken von Datei - Exportieren lassen sich die Parameter im ASCII-Format in einer lesbaren .TXT Datei speichern, um die Parameter z.B. in eine Word-Anwendung übernehmen zu können.

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4.3.2.

EEProm Lesen

Durch Anklicken von Bearbeiten - EEProm lesen oder werden die Parameter aus dem EEProm des SICLOCK GPSDEC gelesen. Im Statusfeld des Fensters (unten rechts) erscheint die Meldung ,,Übertragung läuft". Sollte die Übertragung nicht funktionieren (Meldung: ,,Timeout, Übertragung abgebrochen") aktivieren Sie bitte die automatische Verbindungssuche ( ) und versuchen Sie es erneut.

4.3.3.

Parameter ändern

Durch Anklicken von Bearbeiten - Parameter oder erscheint ein Dialog ,,GPSDEC-Parameter" zum Ändern der Parameter (siehe Abb. 12). Änderungen werden erst durch Anklicken von ,,OK" wirksam. Auch die Schnittstellenparameter Parität und Baudrate können ohne weiteres verändert werden. Das Programm konfiguriert seine Einstellungen dann automatisch um.

4.3.3.1.

Zeitzoneneinstellungen

In der Lasche ,,Zeitzoneneinstellungen" (siehe Abb. 12) wird die Zeitzone als Zeitverschiebung gegenüber GMT, sowie die Sommerzeit-/ Winterzeitumschaltung eingestellt. Zeitverschiebung gegenüber GMT dient zum Einstellen der lokalen Zeit durch Addition eines Zeitoffsets (in Stundenund Minuten) zur UTC (Universal Time Coordinated = Koordinierte Weltzeit), welche von den GPS Satelliten gesendet wird. Mögliche Eingaben im Eingabefeld Stunden: -12h bis +12h Defaultwert: +1 Auswahlmöglichkeiten im Eingabefeld Minuten: 0 ­ 15 ­ 30 ­ 45 Minuten Defaultwert: 0 Das Feld Zeitumschaltung dient zur Festlegung für den Modus der Sommerzeit-/ Winterzeitumschaltung. Auswahlmöglichkeiten: Defaultwert: nach Monat/Woche/Tag keine (Anlage wird ausschließlich mit Winterzeit betrieben) · nach Datum (die aktuellen Umschaltzeitpunkte müssen jeweils manuell eingegeben werden) · nach Monat/Woche/Tag (Eingabe der ,,Bearbeitungsvorschrift" Monat/Woche/Tag mit automatischer Berechnung des · aktuellen Schaltzeitpunktes)

Abb. 12: Menü Zeitzoneneinstellungen

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Umschaltung Winterzeit->Sommerzeit: Im Feld Monat wird der Umschaltmonat von Winterzeit auf Sommerzeit ausgewählt (siehe Abb. 12). Auswahlmöglichkeiten: Januar bis Dezember Defaultwert: März Im Feld Woche wird die Umschaltwoche von Winterzeit auf Sommerzeit ausgewählt (nur bei Eingabe nach Monat/Woche/Tag möglich). Auswahlmöglichkeiten: 1 - 2 - 3 - 4 - letzte Defaultwert: letzte Im Feld Tag wird der Umschalttag von Winterzeit auf Sommerzeit ausgewählt (nur bei Eingabe nach Datum möglich). Auswahlmöglichkeiten: 1 bis 31 Defaultwert:1 Im Feld Wochentag wird der Umschaltwochentag von Winterzeit auf Sommerzeit ausgewählt (nur bei Eingabe nach Monat/Woche/Tag möglich). Auswahlmöglichkeiten: Montag bis Sonntag Defaultwert: Sonntag Im Feld Stunde wird die Umschaltstunde von Winterzeit auf Sommerzeit ausgewählt. Auswahlmöglichkeiten: 0 bis 23 Defaultwert: 2 Umschaltung Sommerzeit->Winterzeit: Im Feld Monat wird der Umschaltmonat von Sommerzeit auf Winterzeit ausgewählt (siehe Abb. 12). Auswahlmöglichkeiten: Januar bis Dezember Defaultwert: Oktober Im Feld Woche wird die Umschaltwoche von Sommerzeit auf Winterzeit ausgewählt (nur bei Eingabe nach Monat/Woche/Tag möglich). Auswahlmöglichkeiten: 1 - 2 - 3 - 4 - letzte Defaultwert: letzte Im Feld Tag wird der Umschalttag von Sommerzeit auf Winterzeit ausgewählt (nur bei Eingabe nach Datum möglich). Auswahlmöglichkeiten: 1 bis 31 Defaultwert: 1 Im Feld Wochentag wird der Umschaltwochentag von Sommerzeit auf Winterzeit ausgewählt (nur bei Eingabe nach Monat/Woche/Tag möglich). Auswahlmöglichkeiten: Montag bis Sonntag Defaultwert: Sonntag Im Feld Stunde wird die Umschaltstunde von Sommerzeit auf Winterzeit ausgewählt. Auswahlmöglichkeiten: 0 bis 23 Defaultwert: 2

!

Wichtig: Die Eingabe der Umschaltstunde von Sommerzeit auf Winterzeit muss in Winterzeit erfolgen!

4.3.3.2. Schnittstellen

In der Lasche ,,Schnittstellen" (siehe Abb. 13) werden die seriellen, asynchronen Schnittstellen parametriert. Telegramme: Das Auswahlfeld Baudrate legt die Übertragungsrate der seriellen Schnittstelle des GPS-Umsetzers fest. Auswahlmöglichkeiten: 2400 ­ 9600 ­ 19200 ­ 38400 Defaultwert: 9600 Im Auswahlfeld Parität wird die Parität des Schnittstellenprotokolls des GPS-Umsetzers eingestellt. Auswahlmöglichkeiten: keine ­ ungerade - gerade Defaultwert: keine Das Auswahlfeld Sendezeitpunkt legt fest, zu welchem Zeitpunkt das Zeittelegramm gesendet wird. Auswahlmöglichkeiten: voreilend (Sendezeitpunkt zur 58. Sekunde) ­ synchron (Sendezeitpunkt zur 0. Sekunde) Defaultwert: synchron Ausgabe X1: Das Auswahlfeld X1.5-8 (DCF77 TTY) legt die Signalart der seriellen Schnittstelle X1.5-8 des SICLOCK GPSDEC fest. Über die TTY-Schnittstelle (X1.5-8) kann entweder das DCF77-Signal oder das Zeittelegramm (Standard- oder benutzerdefiniert) ausgegeben werden (siehe Abb. 13). Auswahlmöglichkeiten: Defaultwert: DCF DCF (DCF77-Signal) · Telegramm (Standard-Zeittelegramm oder benutzerdefiniert) · DCF ohne ZZB (DCF77-Signal ohne Zeitzeichenbits zur Erkennung des GPS-Empfängers) · invert DCF ·

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Abb. 13: Menü Schnittstellen Das Auswahlfeld X1.1-4(1 sec TTY) legt die Signalart des Impulsausgangs X1.1-4 des SICLOCK GPSDEC fest (siehe Abb. 13). Auswahlmöglichkeiten: Defaultwert: Sekunden Sekunden: · Sekundenimpuls von 50ms Länge Sekundenwechsel: · Pegelwechsel jede Sekunde Minuten · Minutenimpuls von 50ms Länge Minutenwechsel: · Pegelwechsel jede Minute · · · Tochteruhren: Pegelwechsel jede Minute mit SZ/WZ-Umschaltfunktion: WZ->SZ: Pegelwechsel jede Sekunde in der Minute vor der Umschaltung, SZ->WZ: keine Pegelwechsel in der Stunde vor der Umschaltung. Invertierter Sekundenimpuls von 50ms Länge Invertierter Minutenimpuls von 50ms Länge

Inv. Sekundenimpuls: Inv. Minutenimpuls:

Im Auswahlfeld Sendereaktion kann gewählt werden, ob das Zeittelegramm und das DCF77 Telegramm weiter gesendet werden, falls die Verbindung zu den Satelliten abbricht. In diesem Fall wird die interne Uhr des GPS-Umsetzers freilaufend (d.h. ohne Synchronisation) weitergeführt. Die Sekundenimpulse am Ausgang X1.1-4 werden unabhängig vom Parameterwert nach einem erfolgreichen Empfang immer erzeugt (siehe Abb. 13). Auswahlmöglichkeiten: Defaultwert: immer Nur bei Satellitenempfang: · Senden der Telegramme nur bei Satellitenempfang Immer: · ständiges Senden der Telegramme Die Auswirkungen des Parameters ,,Sendereaktion" in Verbindung mit dem GPS-Status (siehe hierzu Abschnitt 3.3.1.1) auf das (Nicht-)Senden von Zeitinformationen sind in Tabelle 4 aufgeführt.

GPS-Status (siehe Standard-Zeittelegramm 3.3.1.1.)

Status Sendereaktion

DCF77-Ausgänge Sekundenimpuls Zeittelegramm 0: Fehler Bei Satempfang 0 0 0 immer 0 0 0 1: Init Bei Satempfang 0 0 0 immer 0 0 0 2: Sync Bei Satempfang 0 1 0 immer 1 1 1 größer 2 Bei Satempfang 1 1 1 immer 1 1 1

0: Impulse/Telegramme werden nicht gesendet, 1: Impulse/Telegramme werden gesendet. Tabelle 4: Auswirkung des Parameters ,,Sendereaktion".

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4.3.3.3.

Telegramm

In der Lasche ,,Telegramm" (siehe Abb. 14) wird das zu sendende Zeittelegramm parametriert. Das Auswahlfeld Telegrammart legt die Art des zu sendenden Zeittelegramms fest. Auswahlmöglichkeiten: Defaultwert: Standard Standard: Senden des Standard-Zeittelegramms (s. Abschnitt 3.3.1) · Benutzerdefiniert: Senden des benutzerdefinierten Zeittelegramms (s. Abschnitte 3.3.1 und 3.3.1.2) · Telegrammkonstruktion: Wenn im Feld Telegrammart ,,benutzerdefiniert" gewählt wurde, kann im Feld Einträge 01 bis 40 das benutzerdefinierte Telegramm aufgebaut werden. Dem Benutzer stehen 40 frei definierbare Stellen (Bytes) zur Verfügung, die dann bei Auswahl des benutzerdefinierten Zeittelegramms über die serielle Schnittstelle gesendet werden (siehe Abb. 14). Die Vorgabe des Dateninhalts der einzelnen Bytes erfolgt im Feld Feldtyp als Variable · (Minute - Stunde - Tag - Woche - Monat - Jahr - SWZ - GPS-Status - EEPROM-Status - SSW - SUM SGE - SEE - SNT - SNS - END - MES - MEU). (Bedeutungen siehe Tabelle 5) Hex · (feste Zeichen in Hex-Darstellung 00 bis 7F) ASCII · (feste Zeichen in ASCII-Darstellung) Durch Anklicken der Bytenummer (01 bis 40) im unteren Fensterbereich wird die im Feldtyp eingestellte Information als Inhalt in das benutzerdefinierte Telegramm eingesetzt. Der Inhalt erscheint dann im zugehörigen, mit 0 vorbesetzten Feld, daneben.

!

Wichtig: Telegrammabschluss und Ende Falls das benutzerdefinierte Telegramm weniger als 40 Stellen beinhaltet, muss nach dem letzten definierten Byte der letzte eingegebene Befehl END lauten, sonst werden immer 40 Stellen (auch die nicht definierten) gesendet.

Abb. 14: Bildschirmdarstellung, Eingabe eines benutzerdefinierten Zeittelegramms

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Variable Minute (80h) Stunde (81h) Tag (82h) Woche (83h) Monat (84h) Jahr (85h) SWZ (86h) GPS-Status (87h) EEPROM-Status (88h) SSW (89h) SUM (90h) SGE (91h) SEE (92h) SNT (93h) SNS (94h) END (A0h) MES (A1h) MEU (A2h)

Bedeutung Minute Stunde Tag Wochentag Monat Jahr Winter-/Sommerzeit-Status GPS-Status EEPROM-Status Sommer- oder Winterzeit Sommer- oder Winterzeit nächste Stunde GPS-Error EEPROM-Error Zeitgültigkeit Statusgültigkeit Telegramm-Ende Sommer-/Winterzeit (Meinberg) Sommer-/Winterzeit-Umschaltung nächste Stunde

Funktion 00 - 59 00 - 23 01 - 31 01 (Montag) - 07 (Sonntag) 01 - 12 00 - 99 siehe Standardprotokoll (Abschnitt 2.3.1) siehe Standardprotokoll siehe Standardprotokoll 0: Winterzeit, 1: Sommerzeit 0: Winterzeit, 1: Sommerzeit siehe Standardprotokoll siehe Standardprotokoll siehe Standardprotokoll siehe Standardprotokoll zur Definition der Telegramm-Länge `S': Sommer-, `' Winterzeit `!': Zeitumschaltung nächste Stunde `' keine Zeitumschaltung

Tabelle 5: Variablen-Gestaltungselemente für das benutzerdefinierte Zeittelegramm.

4.3.4.

EEPROM schreiben

Durch Anklicken von Bearbeiten ­ EEProm schreiben oder werden die Parameter in das EEProm des SICLOCK GPSDEC geschrieben. Im Statusfeld des Fensters (unten rechts) erscheint die Meldung ,,Übertragung läuft". Sollte die Übertragung nicht funktionieren (Meldung: ,,Timeout, Übertragung abgebrochen") aktivieren Sie bitte die automatische Verbindungssuche ( ) und versuchen es erneut. Mit dieser Funktion werden die aktuellen Parameterwerte in den angeschlossenen SICLOCK GPSDEC transferiert und sofort aktiviert.

4.3.5.

Auslesen von Statusinformationen und Telegrammen

Die Funktion Telegrammanforderung ­ Standardzeittelegramm öffnet ein Statusfensters, in dem die Uhrzeit und das Datum des GPS-Decoders, sowie der GPS-Status und das Standardzeittelegramm ersichtlich sind (siehe Abb. 15).

Abb. 15: Bildschirmdarstellung GPS-Status Zusätzlich wird zur ersten Sekunde jeder Minute der Status des SICLOCK GPSDEC ausgelesen und angezeigt. In der letzten Zeile wird das empfangene Standardzeittelegramm dargestellt (siehe hierzu Abschnitt 3.3.1). Durch Anklicken von Telegrammanforderung ­ Zeittelegramm wird in einem separaten Fenster ein der Parametrierung entsprechendes aktuelles Zeittelegramm der letzten Minute angezeigt (die Sekunden sind immer Null, da das Telegramm immer zur 0-ten Sekunde gesendet wird).

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4.3.6.

Auslesen der Softwarestände

erscheint ein Info-Fenster über die Parametriersoftware.

Durch Anklicken von ? ­ Info über GPSDEC oder

Durch Anklicken von ? ­ Gerätesoftware-Version erscheint ein Info-Fenster über die Firmwareversion des SICLOCK GPSDEC .

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5. Anhang

5.1. Blitzschutz

Wenn Außenantennen im Industriebereich eingesetzt werden, ist ein zuverlässiger Blitzschutz von entscheidender Bedeutung für die Betriebssicherheit der Anlage. Die Installation einer Blitzableiter-Anlage reicht dazu alleine nicht aus. Antenne und Antennenkabel müssen so angebracht werden, dass kein direkter Blitzeinschlag oder Überschlag in diese Teile möglich ist. Eine sichere Verhinderung der Zerstörung von Teilen der Anlage wäre sonst nicht möglich.

5.1.1.

Blitztheorie

Aufzeichnungen mit Hochgeschwindigkeits-Kameras haben gezeigt, dass der Blitz die Strecke zwischen der Gewitterwolke und dem Einschlagspunkt nicht kontinuierlich mit konstanter Geschwindigkeit zurücklegt, sondern ruckartig in Intervallen mit durchschnittlich 20 bis 40 Metern Länge. Zwischen diesen Blitz-FortschrittsAbschnitten liegen jeweils Wartepunkte von einigen Mikrosekunden, in denen weitere Energie aufgebaut wird (siehe Abb. 16). Die möglichen Standorte der nachfolgenden Wartepunkte liegen innerhalb einer Kugel (hier Blitzkugel genannt) um den vorhergehenden Wartepunkt mit 20 bis 40 Metern Radius. Beim Erreichen des letzten Wartepunktes vor dem Einschlag liegen innerhalb der Blitzkugel Teile der Erdoberfläche und ggf. darüber hinausragende auf Erdpotential liegende Erhebungen (z. B. Gebäudeteile). Der Einschlag erfolgt danach genau in den Punkt mit dem kürzesten Abstand zum letzten Wartepunkt.

Abb. 16: Ablauf eines Blitzeinschlages

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5.1.2.

Einschlaggefährdete Bereiche bei Gebäuden

Die Ermittlung der potentiellen Blitzeinschlagsbereiche kann nun auf einfache Weise dadurch ermittelt werden, indem man die Blitzkugel in Gedanken über alle Flächen und Kanten des zu untersuchenden Gebäudes rollt (siehe Abb. 17 und Abb. 18). Überall dort, wo die Blitzkugel Flächen oder Kanten berührt, liegen einschlaggefährdete Bereiche (rot dargestellt).

Abb. 17: Ermittlung der potentiellen Blitzeinschlagsbereiche (normales Gebäude)

Abb. 18: Ermittlung der potentiellen Blitzeinschlagsbereiche (Industriegebäude)

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5.1.3.

Induktionswirkung bei Blitzeinschlägen

Der zweite wichtige Einflussparameter für die Standortwahl ist die Induktionswirkung, die von stromdurchflossenen Blitzableitern oder Gebäudeteilen ausgeht. Bei einem Blitzeinschlag in den Blitzableiter bauen sich innerhalb von wenigen hundert Nanosekunden Spannungen von mehreren Megavolt auf, die Ableitströme von bis zu mehreren 10000 A zur Folge haben mit entsprechenden steilen Stromanstiegsflanken (abhängig vom induktiven Widerstand des Ableiters). Entsprechend stark sind die Felder, die noch bei 2 Meter Abstand zur Antenne bzw. Antennenkabel Induktionsspannungen im Kilovoltbereich erzeugen. Des weiteren besteht bei zu geringen Abständen die Gefahr von Überschlägen vom Blitzableiter auf Teile der Antennenanlage.

5.2.

Auswahl des sicheren Standortes

Aus den Erkenntnissen der vorherigen Kapitel lassen sich die entscheidenden Faktoren bei der Standortwahl hinsichtlich Blitzschlagsicherheit einfach ableiten:

1. Antenne und Antennenkabel grundsätzlich immer mindestens 2 Meter entfernt von Blitzableitern und blitzschlaggefährdeten Bereichen gemäß Abb. 17 und Abb. 18 im grünen Bereich montieren. Nie im roten Bereich!!! 2. Antennenkabel auf kürzestem Weg ins Gebäudeinnere führen. 3. Antennenkabel grundsätzlich rechtwinklig zu in der Nähe befindlichen Blitzableitern verlegen, da dann die Induktionswirkung am geringsten ist. 4. Den 2m-Abstand zu Blitzableitern auch bei im Inneren des Gebäudes verlegten Antennenkabeln einhalten, da bei vielen Wänden immer noch die Durchschlagsgefahr durch die Wand besteht. 5. Blitzschutzmodule zur Ableitung von induzierten Überspannungen im Gebäudeinneren gleich an der Eintrittsstelle des Antennenkabels montieren.

5.3. Bestelldaten

Hardware: SICLOCK GPSDEC Komplettpaket: Betriebsanleitung für GPSDEC Deutsch/Englisch: SICLOCK WINGPS für Windows 95/98/NT/2000/XP: Betriebsanleitung WINGPS Deutsch/Englisch: 2XV9450-1AR00 2XV9450-1AR08 2XV9450-1AR13 2XV9450-1AR18

Software: Treibersoftware für Windows 95/98/NT/2000/XP: 2XV9450-1AR28 Installationsanleitung f. Treibersoftware für Windows 95/98/NT/2000 Deutsch: 2XV9450-1AR20 Zubehör: Antennenkabel GPS 30 m: Antennenkabel GPS 70 m: Blitzschutz für Antennenleitung: Blitzschutz für RS232-Schnittstelle: Netzadapter 110V/60Hz: 2XV9450-1AR12 2XV9450-1AR07 2XV9450-1AR11 2XV9450-1AR15 2XV9450-1AR59

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5.4. Technische Daten

5.4.1. SICLOCK GPSDEC

1,574 GHz max. 1 µsec ca. 2 ppm nach 1 Stunde Funkempfang über PC batterielos 22 m Standard, max. 70 m 2 (TTY und RS232 umparametrierbar) Telegramme, DCF77-Simulation, Impulse 2 (500 mV und 5 mV) 10 - 32 V DC, 9 - 24 V AC 2W 100 x 83 x 130 mm 160 x 600 x 160 mm IP 40 IP 65 0°C bis +60°C max 95% (keine Betauung) 35mm-Hutschiene mit 4 Schrauben in jeder Lage montier- und ausrichtbar

Betriebsfrequenz: Genauigkeit: Eichfunktion für Uhrzeit: Parametrierung: Speicherung Parameter: Antennenkabel: Parametrierbare Ausgänge: Signalarten: DCF-HF-Ausgänge: Stromversorgung: Leistungsaufnahme: Abmessungen (BxHxT): Decoder: Antennen-Gestell: Schutzart: Decoder: Antenne: Betriebstemperatur: Luftfeuchtigkeit: Montage: Decoder: Antennen-Gestell:

5.4.2.

Antenne / Kabel

-40°C .... 85°C 77 x 55 mm 1" x 14 75 < 10dB / 1,5 GHz

Temperatur: Abmessungen (DxH): Aufnahmegewinde: Impedanz: Max. Kabeldämpfung:

5.4.3.

Antennenfußgestell

Abb. 19: Vermaßung Antennen-Fußgestell Die Befestigung des Fußgestells erfolgt mit 4 Senkkopfschrauben 5mm.

Bestellnummer 2XV9450-1AR08

Version 3.0

27

Betriebsanleitung SICLOCK GPSDEC

Die Warenzeichen SICLOCK, GPSDEC, DCFRS und SINEC der SIEMENS AG sind durch Eintrag gesetzlich geschützt. Technische Änderungen des Produkts vorbehalten. Diese Beschreibung gilt nicht als Zusicherung von Eigenschaften. Technische Daten und Abbildungen sind unverbindlich für die Lieferung. Weitergabe sowie Vervielfältigung dieser Unterlage, Verwertung und Mitteilung ihres Inhalts ist nicht gestattet, soweit nicht ausdrücklich zugestanden. Zuwiderhandlungen verpflichten zu Schadensersatz. Alle Rechte vorbehalten, insbesondere für den Fall der Patenterteilung oder GMEintragung. Siemens AG 1996, 2000, 2001, 2003, 2004, 2005

28

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Bestellnummer 2XV9450-1AR08

SICLOCK® GPSDEC Radio Clock

2XV9450-1AR00

User Manual

Version 3.0

Revision: October 2005

Order No.: 2XV9450-1AR08

User Manual SICLOCK GPSDEC

Responsible Distributor: Contact Person: Orders: Published by:

Siemens AG I&S EDM Frauenauracher Straße 98 D-91056 Erlangen SICLOCK-Hotline: Phone: ++49 (9131) 7-2 88 66 Fax: ++49 (9131) 18-8 06 04 Technical changes reserved E-mail: [email protected] WWW: http://www.siemens.com/siclock

Siemens AG, I&S EDM, Erlangen local SIEMENS branch local SIEMENS branch

Siemens AG 2000, 2001, 2003, 2004, 2005

2

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Order No. 2XV9450-1AR08

User Manual SICLOCK GPSDEC

Contents:

1. 2.

2.1. 2.2.

Scope of Delivery..........................................................................................................5 Commissioning.............................................................................................................5

Functional Description ............................................................................................................5 Antenna .....................................................................................................................................5

Antenna Mounting .............................................................................................................................................6 Location ........................................................................................................................................................6 Assembly instructions ...................................................................................................................................7 Connecting the antenna....................................................................................................................................7 Antenna alignment ............................................................................................................................................7

2.2.1. 2.2.1.1. 2.2.1.2. 2.2.2. 2.2.3.

2.3. 2.4.

2.4.1. 2.4.2. 2.4.3.

Power Supply ...........................................................................................................................7 Basic Functions .......................................................................................................................8

Time Reception..................................................................................................................................................8 Status LED .........................................................................................................................................................8 System Interfacing ............................................................................................................................................8

2.5. 2.6. 2.7.

Parameterization of the GPS-Decoder ...................................................................................8 Connecting the PC for Parameterization ...............................................................................8 Standard connection options .................................................................................................8

RS232-Interface connection..............................................................................................................................8 Parameterization via PC................................................................................................................................8 Time telegram at X2......................................................................................................................................8 Demodulated DCF77 signal at X2 .................................................................................................................9

2.7.1. 2.7.1.1. 2.7.1.2. 2.7.1.3.

3.

3.1.

Preference.....................................................................................................................9

Interfaces ..................................................................................................................................9

Connection X1 (TTY) .......................................................................................................................................10 1 second output (X1.1-4) .............................................................................................................................10 DCF77-TTY current loop output (X1.5-8).....................................................................................................10 Connection X2 (RS 232) ..................................................................................................................................10 Connections X3 and X4 (DCF RF) ..................................................................................................................12

3.1.1. 3.1.1.1. 3.1.1.2. 3.1.2. 3.1.3.

3.2. 3.3.

Precision .................................................................................................................................12 Telegrams and Parameterization..........................................................................................12

Time Telegram .................................................................................................................................................13 Standard time telegram ...............................................................................................................................13 User-defined time telegram .........................................................................................................................14 Parameterization .............................................................................................................................................14

3.3.1. 3.3.1.1. 3.3.1.2. 3.3.2.

4.

4.1. 4.2.

Windows Parameterization Program ........................................................................15

Scope of Delivery Parameterization Software.....................................................................15 Start-up for Parameterization................................................................................................15

System Requirements .....................................................................................................................................15 Connecting to PC ............................................................................................................................................15 Installation .......................................................................................................................................................15

4.2.1. 4.2.2. 4.2.3.

4.3.

Operation ................................................................................................................................16

Working with parameter files .........................................................................................................................17 Reading EEProm .............................................................................................................................................18 Changing the parameters ...............................................................................................................................18 Time zone settings ......................................................................................................................................18 Interfaces ....................................................................................................................................................19 Telegram.....................................................................................................................................................21 Writing EEPROM .............................................................................................................................................22 Reading status information and telegrams ...................................................................................................22 Reading the software versions.......................................................................................................................23

4.3.1. 4.3.2. 4.3.3. 4.3.3.1. 4.3.3.2. 4.3.3.3. 4.3.4. 4.3.5. 4.3.6.

5.

5.1.

Appendix .....................................................................................................................24

Lightning Protection ..............................................................................................................24

Lightning Theory .............................................................................................................................................24 Parts of buildings in danger of being struck by lightning ............................................................................25 Version 3.0 3

5.1.1. 5.1.2.

Order No. 2XV9450-1AR08

User Manual SICLOCK GPSDEC

5.1.3. 5.1.4.

Induction effect during lightning strikes .......................................................................................................26 Choosing a safe location ................................................................................................................................26

5.2. 5.3.

5.3.1. 5.3.2. 5.3.3.

Ordering Data .........................................................................................................................26 Technical Data........................................................................................................................27

SICLOCK GPSDEC ..........................................................................................................................................27 Antenna / Cable ...............................................................................................................................................27 Antenna pedestal dimensioning.....................................................................................................................27

Index of Figures

Fig. 1: Floor mounting...............................................................................................................................5 Fig. 2: Wall mounting................................................................................................................................5 Fig. 3: SICLOCK GPSDEC Installation.....................................................................................................6 Fig. 4: SICLOCK GPSDEC Power supply ................................................................................................7 Fig. 5: X2 Interface adapter for synchronization via DCF77-time telegrams. ...........................................9 Fig. 6: Output variations of SICLOCK GPSDEC.......................................................................................9 Fig. 7: Connection possibilities for the DCF77 output (X1.5-8) ..............................................................11 Fig. 8: Connections X3 and X4 ...............................................................................................................12 Fig. 9: Main menu of the Windows parameterization program...............................................................16 Fig. 10: Sub-Menu "Search Connection Parameters" of the Windows parameterization program. .......17 Fig. 11: Sub menu "driver settings" of the Windows parameterization program. ...................................17 Fig. 12: Menu Time Zone Settings. ........................................................................................................18 Fig. 13: Menu Interfaces .........................................................................................................................20 Fig. 14: Screen representation, entering a user defined time telegram..................................................21 Fig. 15: Representation on screen GPS status. .....................................................................................22 Fig. 16: The course of a lightning stroke ................................................................................................24 Fig. 17: Determination of potential areas where lightning could strike (normal building) .......................25 Fig. 18: Determination of potential areas where lightning could strike (industrial building) ....................25 Fig. 19: Dimensioning antenna pedestal ................................................................................................27

Index of Tables

Table 1: Pin assignment of terminal bar X1............................................................................................10 Table 2: Pin assignment X2....................................................................................................................11 Table 3: Time accuracy of the various interfaces. ..................................................................................12 Table 4: Effect of the parameter "Send reaction". ..................................................................................20 Table 5: Variable formation elements for the user defined time telegram..............................................22

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User Manual SICLOCK GPSDEC

1. Scope of Delivery

· · · · · · · · · · · SICLOCK GPSDEC E10433-E9505-H100 in a housing for top hat rail assembly AC/AC adapter (Input 230V/50Hz AC, Output 15V AC) Antenna head Spacer Cube with sealing cover and 6 hex-socket set screws Antenna holding frame (supporting-arm and mounting plate) Allan key for cube installation Approx. 22m antenna cable with connectors Operating manual (German/English) 2XV9450-1AR08 Installation floppy disk E10433-E9505-H900 (3 1/2") with parameterization software for Windows 95/98/NT/2000/XP 3 m connection cable to PC for parameterization.

2. Commissioning

2.1. Functional Description

The American GPS ( Global Positioning System) is a worldwide satellite navigation system. The 24 satellites in this system transmit the time read from their onboard atomic clocks in G.M.T. (Greenwich-Mean-Time). With the SICLOCK GPSDEC radio clock (described below), the GPS satellite signals can be received and made available for a variety of applications. SICLOCK GPSDEC (housing for top hat rail installation) is designed for industrial applications.

2.2. Antenna

The antenna may be set up on the ground (flat roof) or on a wall depending on the suitability of the surrounding landscape. The components of the antenna are shown in Figures 1 and 2.

5,6

4

Fig. 1: Floor mounting.

7

3

1

2

1

Antenna:

The GPS-antenna consists of: · Antenna head (1) · Spacer (2) · Cube with sealing cover (3) and hexagon socket stud screws (5,6) · Holding frame (supporting-arm and mounting plate) (4) · Antenna cable (approx. 22m) (7) (Cables with 30 or 70m may be ordered )

4

5,6 7

2 3

Fig. 2: Wall mounting

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5

User Manual SICLOCK GPSDEC

2.2.1.

2.2.1.1.

Antenna Mounting

Location

The antenna can be erected in the open air. It is important for selection of the antenna location that the greatest possible distance from lightning-conductors is achieved. (see chapt. 5.1 and following in the appendix). The location should be selected such that the antenna has a "clear sky", i.e. not in the shadow of large buildings, etc. Suitable locations for the antenna are for example, on a flat roof, a building facade or within the building at a large (!) window front. The lighning protection 2XV9450-1AR11 protects the device against induced excess-voltage due to lightning strokes nearby. The antenna can be standing (as in Figure 1) or suspended (wall, as shown in Figure 2). The base plates of the support provide a wide bearing surface for stable anchoring of the antenna on the wall or floor.

!

Important! The antenna head must always be vertically aligned!

O utside the housing

A ntenna

Antenna Cable* G PS D E C

P ow e r s upply: (a ) w ith vo lta ge ad ap ter (2 30 V A C ) (b) D .C . (1 0 V -32 V ) (c ) A .C. (9V -2 4 V ) * Length of a ntenna ca ble: 2 2m (com e s w ith the k it) or 30 m (O rde r N o. 2 XV 9 450 -1AR 12 ) or 70 m (O rde r N o. 2 XV 94 50 -1AR 07 )

Fig. 3: SICLOCK GPSDEC Installation.

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Version 3.0

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User Manual SICLOCK GPSDEC

2.2.1.2.

Assembly instructions

(a) Mark out the holes with the help of the mounting plate (4) at the erection site. (b) In preparing for the assembly of the antenna, it must be decided whether the antenna is going to be located on a wall or on the ground. · If the antenna is to be located on the ground (Figure 1), then the antenna cable (7) is pulled from the mounting plate through the supporting-arm (4) straight through the two opposite lying openings of the cube (3) and then through the spacer. Now the antenna cable connector is inserted into the antenna head (1) and screwed in tightly.Then the spacer is screwed into the antenna head (and not the other way around, otherwise the cable will be shorn!). Finally the spacer (with the antenna head), (1) and (2) and the supporting-arm (4) are pushed into the cube and easily fixed into place with the hexagon socket stud screws (5,6). · In the case of a wall site (Figure 2), the antenna cable (7) is pulled from the mounting plate through the supportingarm (4) and then at a right angle through the cube. Then the antenna cable connector is inserted into the antenna head (1) and screwed in tightly. Then the spacer is screwed into the antenna head (and not the other way around, otherwise the cable will be shorn!). Finally the spacer (with the antenna head), (1) and (2) and the holding frame (4) are pushed into the cube and easily fixed into place with the hexagon socket stud screws (5) and (6). c) Close the lid on the cube with the sealing cover. The hexagon socket stud screws should now be tightened. d) Before screwing it together, the antenna cable must be drawn through the opening at the underside of the mounting plate (4). e) Fix the antenna unit at the chosen location.

2.2.2.

Connecting the antenna

To connect the antenna to the SICLOCK GPSDEC, the free end of the antenna cable is inserted into the antenna socket of SICLOCK GPSDEC. This socket is located on the top of the SICLOCK GPSDEC casing. The length of cable contained in the scope of delivery is 22m. Using a special cable the distance can be increased to 30m (Order No: 2XV9450-1AR12) or 70m (Order No: 2XV9450-1AR07). This special cable must be ordered extra.

2.2.3.

Antenna alignment

The antenna must always be vertically aligned.

2.3. Power Supply

SICLOCK GPSDEC requires for power supply · DC: 10V to 32V or · AC: 9V to 24V The AC/AC adapter which is delivered with the product allows a connection to a 230V AC supply. The power is fed through pins 14 and 15 of the terminal bar X1 (Fig. 4). The polarity of the connection is irrelevant. For the connection to 110V AC a special AC/AC adapter 2XV9450-1AR59 is available.

14

Mains adaptor

15

5 1

Fig. 4: SICLOCK GPSDEC Power supply

!

Important: If the power supply and the signal have a common ground (DC supply) then the ground must be connected to the GND pins of the terminal bar X1 (pin 1 or 5) and the power is fed through pins 14 or 15 (Fig. 4)!

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7

User Manual SICLOCK GPSDEC

2.4. Basic Functions

2.4.1. Time Reception

The satellites of the GPS system continually transmit the time from their internal atomic clocks and their path stream. Since the satellites position continually changes, the time is transmitted in G.M.T., which corresponds to a geographical length of 0°. This information can determine the actual location when 4 satellite signals are received. The received GPS-coded time is converted by the decoder into local time including the changeover for example from summertime to wintertime. The results are converted into a user-friendly DCF77, ASCII message format and puls information and then transmitted to the interfaces.

2.4.2.

Status LED

Using the two-colour LED (red/green) on the housing front panel in the terminal bar X1, four operational states can be distinguished: · Red/continuous: This operational mode occurs after switching on the power supply for a maximum of 15 seconds, or during an operational fault. The origin of the fault can be failure in communication with the internal GPS receiver or an inconsistent parameter set. In case of an error: Please read out the status by the help of the parameterization program and call the hotline! Notice: A defective antenna head or a missing connection to the antenna causes red/continuous! · Red/flashing: This indicates that the system is operating properly but currently there is no connection to a satellite. · Green/flashing: In this status only 1-3 satellites are received. The GPS time is available. The transit time to the satellites however cannot be corrected since internally the position of the receiver is still unknown. The time is then output with an accuracy of between 20ms and 50ms. · Green/continuous: Maximum accuracy of 1µs plus the individual interface delay time achieved. See also section 3.2.

2.4.3.

System Interfacing

The various possibilities for interfacing with the GPS-decoder are listed below.

· · ·

RS232-interface X2 for connecting to a PC or a Workstation. (SubD-Connector, 9 pin. Section 2.7.1 and 3.1.2) TTY (X1, current loop interfaces), e.g. to connect other SICLOCK products. (For configuration see section 3.1.1) Antenna connection to link up with radio clocks or cabled distribution systems. (BNC-female connector(s), see section 3.1.3): (a) 5mV (X4) for direct connection to the SICLOCK DCF-receivers 2XV9450-1AR60/61 (b) 500mV (X3) for cabled distribution systems.

2.5. Parameterization of the GPS-Decoder

The SICLOCK GPSDEC requires a list of settings to operate correctly. These settings include for example, whether a switch over from summer time to winter time is necessary, the form of the time message to be sent to the application and the interval at which the time should be sent to the application. The SICLOCK GPSDEC is delivered with standard settings. A WINDOWS parameterization program is supplied to change the settings with a PC (see section 4).

2.6. Connecting the PC for Parameterization

To connect the SICLOCK GPSDEC with the serial port of a PC or workstation the included cable or an RS232 extension cable (no null-modem-cable) can be used. The X2 terminal of the SICLOCK GPSDEC has a 9 pin SubD male connector (see also section 4.2.1.).

2.7. Standard connection options

2.7.1. RS232-Interface connection

The following three procedures use the RS232 interface in this system.

2.7.1.1.

Parameterization via PC

Installation and use of the parameterization program has been dealt with in section 4.

2.7.1.2.

Time telegram at X2

If the system is receiving the current time from the satellite, then a time message is sent every minute over the RS232Interface (see section 3.3.1). This message together with the appropriate operating system specific driver allows PCs and/or workstations to be synchronised. The connection is made over a 1:1 cable, there is no need for the use of a Zero-modemcable.

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User Manual SICLOCK GPSDEC

2.7.1.3.

Demodulated DCF77 signal at X2

The demodulated DCF77 telegram is sent over pin 9 of the RS232 interface, the base signal level being -10 V. The signal can be used for example, to synchronize leading time telegrams at the start of every minute. The time telegram is used in conjunction with the appropriate driver software to achieve synchronization in a WINDOWS NT/2000/XP or WINDOWS 95/98 environment. Therefore an adapter which connects pin 9 of the SICLOCK GPSDEC interface to Pin 2 (RxD) of the PC/Workstation-interface is required (figure 5).

GPSDEC/GPSCOM 1 X2 RxD PC/Workstation 1

5

9

5

9

Fig. 5: X2 Interface adapter for synchronization via DCF77-time telegrams.

3. Preference

3.1. Interfaces

Figure 6 shows in schematic form the possible outputs at the various SICLOCK GPSDEC interfaces. These combinations are treated individually below. A normal or inverted polarity can be selected for the DCF77 message output and for the second or minute pulses.

Software

Standard message User def. message DCF-message

-1

Signal/Telegr.

DCF-Antenna DCF-TTY Second TTY RS232 telegram

Connector

X3 & X4 X1.5-8 X1.1-4 X2

1 Second pulse DCF RS232 1 Second clock 1 Minute pulse 1 Minute clock Auxiliary clock

-1

Fig. 6: Output variations of SICLOCK GPSDEC

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Version 3.0

9

User Manual SICLOCK GPSDEC

3.1.1.

Connection X1 (TTY)

The X1 connector is a terminal bar found at the bottom of the device. See Table 1 for details.

3.1.1.1.

1 second output (X1.1-4)

At this port, after SICLOCK GPSDEC has received a valid time, a 50ms pulse is sent every second. The 1 second output is like the DCF77-output and can be used in a similar fashion. The quiescent condition can be selected out of a conducting and turned off output transistor. Unlike the DCF77 telegrams, the 1 second pulses are sent even after the connection to the satellite ceases to exist and no more DCF77 telegrams can be sent. The transistor's collector is connected to X1.3, the emitter to X1.2. The voltage at the current source X1.4 is limited to 12 V. Instead of the 1 second pulses, it is possible to send the following signals depending on the device settings (section 4). · 1 second clock: this is a signal, that switches its level every second. · 1 minute pulse: Issues a 50ms pulse at the start of every minute. · 1 minute clock: Signal that changes its level every minute · Auxiliary clock: Signal to control the auxiliary clock (1 minute clock) taking the changeover from summer time to winter time into account.

X1 1 2 3 4 5 6 7 8 14 15

Description Ground for pin 4 (12V) 1 Second pulse, Transistor emitter, max. 100mA, max. 50V with respect to pin 3 1 Second pulse, Transistor collector, max. 100mA, max. 50V with respect to pin 2 Current source 20 mA, maximum no-load direct voltage 12V DC for Vcc > 15V DC, otherwise approx. Vcc-3V Ground for current source DCF-current loop, Transistor emitter, max. 100mA, max. 50V with respect to pin 7 DCF-current loop, Transistor collector, max. 100mA, max. 50V with respect to pin 6 Current source 20mA, maximum no-load direct voltage approx. Vcc-3V supply voltage Vcc 10-32V DC, 9-24V AC + 10%, 2W with respect to pin 15 supply voltage Vcc 10-32V DC, 9-24V AC + 10%, 2W with respect to pin 14

Table 1: Pin assignment of terminal bar X1

3.1.1.2.

DCF77-TTY current loop output (X1.5-8)

This is the simulated demodulated output signal of the DCF77-time transmitter. With a connection to an optoelectronic coupler an interference free connection over long distances can be realized with the TTY current loop interface. This signal can be easily connected directly to other SICLOCK products, which can read and decode the signal via a digital input. The quiescent condition can be selected by parameterization out of a conducting and turned off output transistor as in the 1 second pulse. For a Low-Bit the current is switched off for 100ms and for a High-Bit for 200ms. The transistor's collector is connected to pin X1.7 and emitter to X1.6. The current source available at X1.8 makes the connections shown in Figure 7 possible. By changing the device settings it is possible to make the RS232 interface time telegram available at the output rather than the DCF77 pulses. The TTY time telegram can of course be transmitted over longer distances than the RS232 signal (see section 3.3.1).

3.1.2.

Connection X2 (RS 232)

X2 is a Sub D female connection at the front of SICLOCK GPSDEC. The connection assignment is described in table 2. See also section 2.7.1. The terms send and receive are used from the PC point of view. The interface requires a triple line connection i.e. it uses only a send, receive and ground signal. The baud rate can be changed to the values 38400bd, 19200bd, 9600bd and 2400bd (see section 4.3.3). The message is sent asynchronously and consists of a startbit, 8 data bits and one stop bit. The parity can be set to even, odd or no parity. The connection to a PC or a workstation is done with a simple extension cable (not a null modem cable): The signal lines RxD (Receive), TxD (Transmit) and GND (Ground) are used to transmit messages. The signals RTS and CTS as well as the signals DSR, DCD and DTR are connected together at the port X2.

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User Manual SICLOCK GPSDEC

X2 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Pin description DCD, DTR, DSR (Signals connected internally) TxD, Send, ±10V RxD Receive, min. ±6V DCD, DTR, DSR (Signals connected internally) Signal ground, same as Vcc ground DCD, DTR, DSR (Signals connected internally) RTS, CTS (Signals connected internally) RTS, CTS (Signals connected internally) DCF77-1 second pulse, no pulse level -10V, pulse level +10V

Table 2: Pin assignment X2

Passive TTY current loop interface (GPS)

7 6

Receiver of the time message Vcc DCF

Vcc

20mA

8 5

Active TTY current loop interface

7 6

Vcc

Vcc

20mA

8 5

DCF

Voltage output non-inverted

7 6

Vcc

20mA

8 5

Voltage output inverted

7 6

Vcc

20mA

8 5

Fig. 7: Connection possibilities for the DCF77 output (X1.5-8)

Order No. 2XV9450-1AR08

Version 3.0

11

User Manual SICLOCK GPSDEC

3.1.3.

Connections X3 and X4 (DCF RF)

At the antenna ports X3 and X4 there is a 77.5 kHz sinusoidal signal with various voltage levels, which is modulated with the DCF77 time code i.e. for 100ms (Low) or 200ms (High) the carrier deviates from it's normal strength by 25%. The output voltage of the BNC connector X4 is 500mV. The output voltage of the connection X3 is 5mV in series with a capacitor and a 50 terminating resistor. The exact wiring of the antenna is shown in Fig. 8. The output X4 has a greater amplitude and allows the signal to be transmitted over larger distances, the output X3 can be used as a connection to the antenna input of the DCF77-receivers. The series capacitance inhibits the DC voltages which can be produced by active antennas. It is possible to parameterize the response of the antenna outputs (X3, X4) and the DCF77 (X1.5-8) to the breakdown of the satellite connection. The two possibilities are either to continue sending the DCF-Code indefinitely or to stop sending after a period of 4 minutes. The drop in amplitude is always caused when the carrier signal passes through the zero-crossing.

BNC-sockets 50 4K7 50 1nF X4 / 500mV

X3 / 5mV

Fig. 8: Connections X3 and X4

Notice:

The simulated DCF77 signal at X3 or X4 cannot be used for control of DCF77 correlation receivers.

3.2. Precision

Table 3 contains the precision of each interface. The relative precision specifies the maximum deviation which can occur between two pulses in a row while the absolute precision specifies the difference from the atomic clock which updates the whole GPS-System. A time inaccuracy of between 20 and 50 ms has to be added to the absolute accuracy when there are no more than three satellite connections. This is to take into account the signal delay from the satellite to earth which cannot be compensated for in this case. When connections to more than 3 satellites exist the time is correct to within 1µs. A baud rate of 38400 results in a maximum transmission time for the first character T of 200µs + 11 x 26µs, i.e. ca. 500µs in total.

Interface 1 second pulse DCF-pulse Antenna output time message

Absolute precision Max. 55µs / 20mA TTY current loop Max. 60µs / 20mA TTY current loop Max. xxµs / RS232-Interface Max. 45µs + 6µs carrier synchronisation Max. 200µs for edge start bit

relative precision < 3µs < 3µs < 3µs < 1µs < 10µs

Table 3: Time accuracy of the various interfaces.

3.3. Telegrams and Parameterization

For the communication between SICLOCK GPSDEC and the receiver the following control characters are defined: EOZ (end of time) - 95hex SOZ (start of time) - 96hex EOP (end of parameter) - 97hex SOP (start of parameter) - 98hex HSK (handshake) - 99hex

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3.3.1.

Time Telegram

It is possible by means of the settings to choose between a standard time telegram and a user-defined time telegram. The transmission of the time telegram depends on the settings: synchronized when changing from 59 to 0 seconds leading when changing from 57 to 58 seconds. Resulting delays are caused mainly by the serial port's transmission time.

3.3.1.1.

Standard time telegram

These telegrams are sent at the beginning of every minute as a string of ASCII characters and can be easily received by a terminal. A standard time telegram delivers the current time to the driver software. User-defined time telegrams (see section 3.3.1.2) cannot be used for this purpose because the telegram format must be known by the driver in advance. The standard time telegram is made up as follows: <SOZ>TttHhhDddWwMmmYyySsssX<LF><CR><EOZ>, where <LF>=0AH, <CR>=0DH The capital letters represent the message sections whereas the small letters represent the values of the variables. The definition of the telegram is as follows. tt: Minutes (Time) from 00 to 59. hh: Hours (Hour) from 00 to 23. dd: Days (Day) from 01 to 31. w: Weekday (Weekday) from 1 for Monday to 7 for Sunday. mm: Month (Month)from 1 to 12 yy: Year (Year) from 00 to 99. sss: Status (Status). The three characters have the following meaning: s__: Character 1: GPS status: 0: Faulty, either the connection to the GPS-Receiver is down or the settings are invalid. 1: Initialising, system is in working order, however it is yet to build up a connection to a satellite. 2: At least one connection to a satellite has existed since the system has been started however at the moment no connection exists. The time messages being sent are the result of the GPS time received earlier. 3.: There currently exists one satellite connection, the resulting precision lies between 20ms and 50ms. 4.: There currently exist two satellite connections, the resulting precision lies between 20ms and 50ms. 5.: Connections to 3 satellites, the resulting precision lies between 20ms and 50ms. 6.: Connections to 4 satellites, the precision lies between 20ms and 50ms because of the weakness of the signal. 7.: Connections to 4 satellites and the internal clock is synchronised with the satellite clock. The time can now be calculated with a precision of 1µs. _s_: Character 2: Time status: 0: The sent time is set to winter time and a changeover will not take place for at least an hour. 1: The sent time is set to winter time, a changeover to summer time will take place in the next hour. 2: The sent time is set to summer time and a changeover will take place in the next hour. 3: The sent time is set to summer time and a changeover will not take place for at least an hour. Character 3: Setting status: To decode this field the difference of this value to the value for '0' is calculated and the result viewed in binary format. The 4 least significant bits are interpreted as follows: bit 0 0: 1: bit 1 0: 1: bit 2 0: 1: The GPS-receiver's status information for the previous minute is available. For the previous minute no information about the GPS-receiver is available. The time could be read in the previous minute from the GPS-receiver. The time could not be read in the previous minute from the GPS-receiver. The time was established internally. The settings are consistent i.e. they could be read without error from the EEPROM. What is not checked, however, is the validity of the settings. This is the job of the program used to define the settings. The settings obtained from the EEPROM are inconsistent i.e. a problem occurred when the parameters were being read. If this status occurs then the GPS-status will also be faulty. By checking this bit it can be established whether the fault lies in the receiver or the settings. No fault registered by the GPS-receiver. Fault registered by the GPS-receiver, Receiver module faulty.

__s:

bit 3 0: 1:

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Example: The message <SOZ>T20H11D24W1M10Y95S400X<LF><CR><EOZ> is interpreted as follows: ,,Monday, 24. 10. 95, 11:20.00, 2 Satellites, winter time, no fault"

3.3.1.2.

User-defined time telegram

It is possible to construct and send a "user-defined time message" in place of the standard message. This message consists of up to 40 characters. The easiest way to create one of these is with the help of the parameterization program (see section 4.3.4). The user-defined time messages are sent at the same intervals as the standard messages, except that the <SOZ>-<EOZ>- delimiters are omitted.

3.3.2.

Parameterization

The parameterization allows a summer time to winter time change-over, the defining of general sender behaviour, baud rate, parity, the interval at which messages are to be sent and the message format, as well as the interfaces. The WINDOWS parameterization program enables the settings to be easily configured (see section 4).

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4. Windows Parameterization Program

4.1. Scope of Delivery Parameterization Software

On the floppy disk E10433-E9505-H900 there is a self-extracting data file: GPSDEC_ConfigurationTool_SelfExtracted.exe

4.2. Start-up for Parameterization

For parameter setting a SICLOCK GPSDEC under WindowsNT4.0/2000/XP or Windows95/98 the file GPSDEC_ConfigurationTool_SelfExtracted.exe is required. The start-up of the SICLOCK GPSDEC under WindowsNT4.0/2000/XP or Windows95/98 is carried out in two steps: · Connect the PC with the SICLOCK GPSDEC (use the delivered cable). Installation of the Software in the PC.

·

4.2.1.

System Requirements

Minimum requirement is Windows95/98 or Windows NT/2000/XP with at least one free COM Port (serial interface).

4.2.2.

Connecting to PC

Connection of the SICLOCK GPSDEC with the serial interface (COM1 or COM2) of a PC is effected by means of the connection cable supplied or by means of any RS-232-extension cable (not a zero modem cable!). The choice of COM port is free, the Windows parameter program automatically selects the port to be used.

4.2.3.

1.) 2.) 3.) 4.) 5.) 6.)

Installation

Create a directory (i. e. GPSDEC) Copy the contents of the floppy disk into this directory Start GPSDEC_ConfigurationTool_SelfExtracted.exe e.g. by double click Enter the directory path of the file in the window which opens Select Unzip Select Close

The file GPSDEC_ConfigurationTool_SelfExtracted.exe is self-extracting.

GPSDEC.EXE is now installed, there was no entry in the Windows-Registration File. You can therefore move the directory later, as you wish. The directory now contains the executable GPSDEC.EXE with the GPS-icon and the data files · · · · · PARDATEI.GPS (Parameter setting file with standard parameters / works setting). WINCC.GPS (Parameter setting file with parameters for WinGPS) S7_DCF77.GPS (Parameter setting file with parameters for the SICLOCK DCFS7-Step 7 functional module 2XV9450-1AR32). SINEC.GPS (Parameter setting file with parameters for the synchronization of the SIMATIC-Net Time Transmitter) LSA-1.GPS (Parameter setting file with parameters for the synchronization of the LSA-1 DCF77 radio clock).

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4.3. Operation

When the program is started up, the main menu appears (see fig. 9). The best thing is to set this menu as a full screen display. The parameter settings seen here are the standard parameter settings. (Set at works) with the file name "Untitled" From the main menu the following functions can be executed:

· · · · · · · · · · · · ·

Editing of individual parameters from the settings given in the menu (Edit ­ Parameter). Saving of the parameter setting produced or amended as .gps-file with a name of your choice (File ­ Save as). Opening of saved parameter files (File ­ Open). Setting up of a data connection to GPSDEC decoder (Connection ­ Settings or Search Connection). Testing connection to the PC (Connection ­ Test) Writing the parameter setting in the EEPROM of the SICLOCK GPSDEC (Edit ­ Write EEProm). Reading of the parameter setting saved under the EEPROM of the SICLOCK GPSDEC in the menu window (Edit ­ Read EEProm). Read status of the GPSDEC decoder (Telegram Request ­ Standard TimeTelegram). Select one of the time telegram parameter settings on screen (Telegram Request ­ Time Telegram). Read out parameter software version (? ­ Info about GPSDEC) Read out unit software version (? ­ Device Software Version) Read out special information for service and support via the (Debug Interface). (View ­ Language) selects German or English. A restart is required after changing the language.

Fig. 9: Main menu of the Windows parameterization program.

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By clicking on Connection - Search Connection or

the COM interface used is found automatically (see fig. 10).

Fig. 10: Sub-Menu "Search Connection Parameters" of the Windows parameterization program. You also have the possibility with Connection ­ Settings to set the values for Baud rate and parity, as well as selecting the COM-Port (works setting: 9600bd, none) (see fig. 11).

!

Important! The connection data determined through the function Search Connection, or entered during Settings are not saved in a file but must be determined and entered each time the program is started!

Fig. 11: Sub menu "driver settings" of the Windows parameterization program. By clicking on Connection ­ Test, a connection test is carried out, which is completed after a few seconds with "OK" or an error announcement. The individual functions are described as follows.

4.3.1.

Working with parameter files

a GPS parameter file supplied or set up by the user is opened, the parameters in it are read

By clicking on File - Open or and listed in the main menu.

By clicking on File - Save as, the parameter setting in the main menu window is saved as a file with the name which is to be entered. By clicking on File - Save or , the parameter setting in the main menu window is saved in the existing file (see heading line).

By clicking on File ­ Print, the parameter setting in the main menu window is printed. By clicking on File ­ Export the parameters can be saved in ASCII format in a readable .TXT file, in order for example, to take over the parameters in a Word application.

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4.3.2.

Reading EEProm

By clicking on Edit ­Read EEProm or , the parameters from the EEProm of SICLOCK GPSDEC are read. In the status field of the window (below right) there appears the message "being transmitted". Should transmission not function (Message: "Timeout, transmission aborted"), please activate the automatic connection search ( ) and try again.

4.3.3.

Changing the parameters

By clicking on Edit - Parameters or appears a dialogue "GPSDEC Parameters" for changing the parameters (see fig. 12). Changes only become effective by clicking on "OK". The interface parameters parity and Baud rate can also be changed easily. The program then reconfigures its settings automatically.

4.3.3.1.

Time zone settings

In the section "Timezone Settings" (see fig. 12), the time zone is set as a time shift against GMT and summertime switchover. Time offset according to GMT serves to set the local time by the addition of a time offset (in hours and minutes) to UTC (Universal Time Coordinated = coordinated world time), as transmitted by the GPS satellites. Possible entries in the entry field Hours: -12h to +12h Default value: +1 Selection possibilities in the entry field Minutes: 0 ­ 15 ­ 30 ­ 45 minutes Default value: 0 The field DST Configuration serves the specification for the modus Summertime-/ Wintertime change over. Selection possibilities: Default value: by Month/Week/Day · none (plant operated exclusively with wintertime) · by Date (the current change over points must each be entered manually) · by Month/Week/Day (Entry of "Processing Directive" Month/Week/Day with automatic calculation of the current change over point)

Fig. 12: Menu Time Zone Settings.

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Changing over Standard time -> DST In the field Month, the month of changeover from wintertime to summertime is selected (see fig. 12). Selection possibilities: January to December Default value: March In the field Week, the week of changeover from wintertime to summertime is selected (only possible when entered by Month/Week/Day). Selection possibilities: 1 - 2 - 3 - 4 - Last Default value: Last In the field Day, the day of changeover from wintertime to summertime is selected (only possible when entered by date). Selection possibilities: 1 to 31 Default value: 1 In the field Weekday, the week day of changeover from wintertime to summertime is selected (only possible when entered by Month/Week/Day). Selection possibilities: Monday to Sunday Default value: Sunday In the field Hour, the hour of changeover from wintertime to summertime is selected. Selection possibilities: 0 to 23 Default value: 2 Changing over DST -> Standard time: In the field Month, the month of changeover from summertime to wintertime is selected (see fig. 12). Selection possibilities: January to December Default value: October In the field Week, the week of changeover from summertime to wintertime is selected (only possible when entered by Month/Week/Day). Selection possibilities: 1 - 2 - 3 - 4 - Last Default value: Last In the field Day, the date of changeover from summertime to wintertime is selected (only possible when entered by date). Selection possibilities: 1 to 31 Default value: 1 In the field Weekday, the week day of changeover from summertime to wintertime is selected (only possible when entered by Month/Week/Day). Selection possibilities: Monday to Sunday Default value: Sunday In the field Hour the hour of changeover from summertime to wintertime is selected. Selection possibilities: 0 to 23 Default value: 2

!

Important: The hour of changeover from summertime to wintertime must be entered in wintertime!

Interfaces

4.3.3.2.

In the section "Interfaces" (see fig. 13) the serial, asynchronous interfaces are parametered. Telegrams: The selection field Baud rate specifies the transmission rate of the serial interface of the GPS decoder. Selection possibilities: 2400 ­ 9600 ­ 19200 ­ 38400 Default value: 9600 In the selection field Parity, the parity of the interface protocol of the GPS decoder is set. Selection possibilities: None - odd - even Default value: None The selection field Sending time specifies the point of time at which the time telegram is transmitted. Selection possibilities: leading (transmission time to the 58th second) ­ synchronous (transmission time to the 0th second) Default value: synchronous Output X1: The selection field X1.5-8 (DCF77 TTY) specifies the signal type of the serial interface X1.5-8 of the SICLOCK GPSDEC. Via the TTY-interface (X1.5-8) either the DCF77 signal or the time telegram (standard or user-defined) can be given out (see fig. 13). Selection possibilities: Default value: DCF · DCF (DCF77 signal) · Telegram (standard ­time telegram or user-defined) · DCF without ZZB (DCF77 signal without time signal bits for recognition of the GPS receiver) · Invert. DCF

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Fig. 13: Menu Interfaces The selection field X1.1-4(1 sec TTY) specifies the signal type of the pulse output X1.1-4 of the SICLOCK GPSDEC (see Fig. 13). Selection possibilities: Default value: Seconds · Seconds: Seconds pulse of 50ms in length · Seconds toggle: Level change every second · Minutes: Minutes pulse of 50ms in length · Minutes toggle: Level change every minute · Secondary clocks: Level change every minute with ST/WT switchover function: WT->ST: level change every second in the minute before the switchover, ST->WT: no level changes in the hour before the switchover. · Inv. Seconds pulse: Inverted seconds pulse of 50ms in length · Inv. Minutes pulse: Inverted minutes pulse of 50ms in length In the selection field Send reaction can be selected whether the time telegram and the DCF77 telegram are further transmitted if the connection to the satellite is interrupted. In this case the internal clock of the GPS decoder is continued as nonsynchronized. The second pulses at output X1.1-4 are always created independently of the parameter value after one reception (see Fig. 13). Selection possibilities: Default value: Always · Only when receiving satellite: Transmission of the telegrams only in satellite reception · Always: constant transmission of the telegrams The effects of the parameter "Send reaction" in connection with the GPS status (for this see section 3.3.1.1) on the (non-) transmission from time information are listed in table 4.

GPS Status (see Standard timetelegram 3.3.1.1.)

Status Send reaction

DCF77 outputs Seconds pulse Time telegram 0: Error By Sat.reception 0 0 0 always 0 0 0 1: Init By Sat.reception 0 0 0 always 0 0 0 2: Sync By Sat.reception 0 1 0 always 1 1 1 greater 2 By Sat.reception 1 1 1 always 1 1 1

0: pulses/telegrams are not transmitted, 1: pulses/telegrams are transmitted. Table 4: Effect of the parameter "Send reaction".

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4.3.3.3.

Telegram

In the section "Telegram" (see Fig. 14) the time telegram to be transmitted is parametered. The selection field Telegram type specifies the type of time telegram to be transmitted. Selection possibilities: Default value: Standard · Standard: transmission of the standard time telegram (see section 3.3.1) · User Defined: Transmission of the user defined time telegram (see section 3.3.1 and 3.3.1.2.) Telegram construction: When in the field Telegram type "User Defined" is selected, the user defined telegram can be built up in the field Entries 01 to 40. The user has 40 freely definable places (Bytes) at his disposal, which are then transmitted when the user defined time telegram is selected via the serial interface (see Fig. 14). The presetting of the data content of the individual Bytes is undertaken in the Field type as · Variable (Minute - Hour - Day - Week - Month - Year - SWZ - GPS Status - EEPROM Status - SSW - SUM SGE - SEE - SNT - SNS - END - MES - MEV) (Meanings see table 5) · Hex (fixed characters in Hex format 00 to 7F) · ASCII (fixed characters in ASCII format) By clicking on the Byte number (01 to 40) in the bottom window area, the information set in the field type is inserted as content in the user defined telegram. The content then appears in the corresponding adjacent field, previously reading 0.

!

Important: If the user defined telegram contains less than 40 places, to shorten the telegram the last command entered should be END, otherwise 40 places will always be transmitted (including those not defined).

Fig. 14: Screen representation, entering a user defined time telegram.

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Variable Minute (80h) Hour (81h) Day (82h) Week (83h) Month (84h) Year (85h) SWZ (86h) GPS Status (87h) EEPROM Status (88h) SSW (89h) SUM (90h) SGE (91h) SEE (92h) SNT (93h) SNS (94h) END (A0h) MES (A1h) MEU (A2h)

Meaning Minute Hour Day Week Day Month Year Winter-/Summertime-Status GPS-Status EEPROM-Status Summertime or wintertime Summertime or wintertime next hour GPS-Error EEPROM-Error Time validity Status validity Telegram end Summer-/Wintertime (Meinberg) Summer-/Wintertime switchover next hour

Function 00 - 59 00 - 23 01 - 31 01 (Monday) - 07 (Sunday) 01 - 12 00 - 99 see Standard protocol (section 2.3.1) see Standard protocol see Standard protocol 0: Wintertime, 1: Summertime 0: Wintertime, 1: Summertime see Standard protocol see standard protocol see standard protocol see standard protocol for definition of telegram length `S': Summertime, `' Wintertime `!': Time switchover next hour `' no Time switchover

Table 5: Variable formation elements for the user defined time telegram.

4.3.4.

Writing EEPROM

By clicking on Edit ­ Write EEProm or , the parameters are written in the EEProm of the SICLOCK GPSDEC. In the status field of the window (below right) appears the message "Transmission running". Should the transmission not function (Message: "Timeout, transmission aborted") please activate the automatic connection search ( ) and try again. With this function the current parameter values are transferred into the connected SICLOCK GPSDEC and immediately activated.

4.3.5.

Reading status information and telegrams

The function Telegram Request ­ Standard Time Telegram opens a status window in which the time of day and date of the GPS decoder can be seen, together with the GPS status and the standard time telegram (see Fig. 15).

Fig. 15: Representation on screen GPS status. In addition, on the first second of every minute, the status of the SICLOCK GPSDEC is read off and displayed: In the last line, the standard time telegram received is represented (see section 3.3.1). By clicking on telegram Telegram Request ­ Time Telegram, in a separate window, an up to date parameterized time telegram of the last minute is displayed (the seconds are always zero as the telegram is always transmitted at the 0 second).

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4.3.6.

Reading the software versions

an info window about parameterization software appears.

By clicking on ? ­ Info about GPSDEC or

By clicking on ? ­ Device Software Version an info window about the firmware version of SICLOCK GPSDEC appears.

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5. Appendix

5.1. Lightning Protection

When exterior antennae are used in industrial areas, a reliable lightning protection is of the utmost importance for operating the system safely. The installation of a lightning protection unit alone is not sufficient. The antenna and antenna cable must be installed in such a way that a direct stroke of lightning or flashover in these parts is not possible. Otherwise it would not be possible to prevent the destruction of parts of the unit.

5.1.1.

Lightning Theory

Recordings made with high speed cameras have shown that lightning does not cover the distance between the storm cloud and the point of striking at a continuous and constant speed but travels intermittently at intervals on average of 20 to 40 meter in length. Between these lightning advancing distances there are holding points of a few microseconds, during which time further energy is built up (see Fig. 6). The possible locations of the subsequent holding points lie within a sphere (here called ball of lightning) around the previous holding point with 20 to 40 meter radius. Upon reaching the last holding point before striking, parts of the earth's surface lie within the ball of lightning and accordingly also elevated parts lying on earth potential which stand out (e. g. parts of buildings). Lightning then strikes exactly at the point with the shortest distance from the last holding point.

Fig. 16: The course of a lightning stroke

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5.1.2.

Parts of buildings in danger of being struck by lightning

The determination of potential areas in danger of being struck by lightning can now be undertaken in a very simple way by conjuring up a mental picture of the ball of lightning rolling over all the surfaces and edges of the building to be examined (see Fig. 17 and Fig. 18). All areas, where the ball of lightning touches surfaces or edges, are in danger of being struck by lightning (shown in red).

Fig. 17: Determination of potential areas where lightning could strike (normal building)

Fig. 18: Determination of potential areas where lightning could strike (industrial building)

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5.1.3.

Induction effect during lightning strikes

The second important parameter of influence on the choice of location is the induction effect which arises from lightning conductors or building parts where current flows through. When lightning strikes a lightning conductor, within very a few hundred nanoseconds, voltages of several megavolts are built up, which result in conducted currents of up to several 10000 amps with correspondingly sharp current leading edges (depending on the inductive resistance of the conductor). Correspondingly strong are the fields which at a 2 meter distance to the antenna or antenna cable produce induction voltages in the kilovolt range. Furthermore, when the distance is too short, there is a danger of flashover from the lightning conductor to parts of the antenna unit.

5.1.4.

Choosing a safe location

From the knowledge outlined in the previous chapter, the factors below should be taken into account when choosing a location, with regards to safety against lightning strikes:

1. Antenna and antenna cable should in principle always be installed at least 2 meters away from lightning conductors and areas in danger of being struck by lightning in conformity with Fig. 17 and Fig. 18 in the green area. Never in the red area!!! 2. Lead the antenna cable inside the building the shortest way. 3. Lay the antenna cable in principle at right angles to lightning conductors which are nearby, as then the induction effect is at its lowest. 4. The 2m distance from lightning conductors to antenna cables laid inside the building must be enforced, as for many walls there is still a danger of the lightning striking through the wall. 5. Install the lightning protection module for conduction of induced surge voltage inside the building, directly on the entry of the antenna cable.

5.2. Ordering Data

Hardware: SICLOCK GPSDEC complete package: User manual for GPSDEC German/English: SICLOCK WINGPS for Windows 95/98/NT/2000/XP User manual WINGPS German/English: Software: Driver software for Windows 95/98/NT/2000/XP: Installation instructions for driver software for Windows 95/98/NT/2000/XP German: Accessories: Antenna cable GPS 30 m: Antenna cable GPS 70 m: Lightning protection for Antenna cable: Lightning protection for RS232-interface: AC/AC adapter 110V/60Hz: 2XV9450-1AR12 2XV9450-1AR07 2XV9450-1AR11 2XV9450-1AR15 2XV9450-1AR59 2XV9450-1AR00 2XV9450-1AR08 2XV9450-1AR13 2XV9450-1AR18 2XV9450-1AR28 2XV9450-1AR20

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5.3. Technical Data

5.3.1. SICLOCK GPSDEC

1,574 GHz max. 1 µsec approx. 2 ppm after 1 hour of radio reception via PC without battery 22 m standard, max. 70 m 2 (TTY and RS232 parameterizable) Telegrams, DCF77 simulation, impulses 2 (500 mV and 5 mV) 10 - 32 V DC, 9 - 24 V AC 2W 100 x 83 x 130 mm 160 x 600 x 160 mm IP 40 IP 65 0°C to +60°C max 95% (no condensation) 35mm Top hat rail with 4 screws can be mounted and directed in any position

Operating frequency: Accuracy: Calibration function for clock time: Parameterization: Storing parameters: Antenna cable Parameterizable outputs: Signal types: DCF RF outputs: Power supply: Power consumption: Dimensions (WxHxD): Decoder: Antenna rack: System of protection: Decoder: Antenna: Operating temperature: Humidity: Installation: Decoder: Antenna rack:

5.3.2.

Antenna / Cable

-40°C .... 85°C 77 x 55 mm 1" x 14 tapped bush 75 < 10dB / 1,5 GHz

Temperature range: Dimensions (DxH): Thread: Impedance: Max. cable attenuation:

5.3.3.

Antenna pedestal dimensioning

Fig. 19: Dimensioning antenna pedestal The pedestal is fixed in place with 4 countersunk 5 mm screws.

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SICLOCK, GPSDEC, DCFRS and SINEC are registered trademarks of SIEMENS AG. Technical data subject to change. We have checked the contents of this manual for agreement with the hardware described. Since deviations cannot be entirely precluded, we cannot guarentee full agreement. The reproduction, transmission or use of this document or its contents is not permitted without express written authority. Offenders will be liable for damages. All rights, including rights created by patent grant of a utility or design are reserved. Siemens AG 1996, 2000, 2001, 2003, 2004, 2005

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Microsoft Word - bagpsdec_dedoc_07-2004.doc

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