一套通用型数字时钟系统方案素材

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数字时钟系统  

1、系统概述

时钟系统主要为医护人员、患者及其家属提供准确的时间服务，同时也为HIS系统、计算机系统及其它弱电子系统提供标准的时间源。 使各系统的时间集中同步，在整个医院系统中使用相同的授时标准。

进出医院大厅和楼道位置的时钟可以为观众提供准确的时间信息；各办公室内及其它控制室内的时钟可以为工作人员提供准确的时间信息。

向医护系统、HIS系统和其它信息显示系统提供标准的时间信息、为医院运行提供了标准的统一的时间，保证了医院系统运行的高效、统一、安全。

向医院具备接收外部标准时间信号的弱电子系统和计算机提供准确的时钟信号。

为协调医院各业务流程和各部门的工作提供统一标准的时间基准，同步各计算机系统的时间。

时钟系统的控制中心向各子系统或医院各路子钟发送标准时钟信号，监测全院所有时钟工作状态，控制所有时钟的运行。    

因此,在院内重要区域提供一套可靠、经济和有效，能够提供一个统一的、标准的全院时间的子母钟系统对医院的数字化管理和各系统的安全、统一协调意义重大。

2、设计原则

时钟子系统为整个医疗服务系统提供精确校时服务，保障所有系统的准确按时运行。系统采用北斗时钟系统，并通过医院中心母钟为系统内所有设备提供准确的时钟服务，保证所有系统的时间统一。时钟子系统由北斗天线、北斗接收单元、母钟、分路输出接口箱、NTP服务器、子钟、传输通道组成。

本次系统在具有先进性、实用性、可行性、可靠性、规范性、经济性的同时，具有良好的升级、扩展能力。并综合考虑规格的统一性及性能价格比。

经济性：具有最佳的性能价格比。

实用性：全面分析未来需求与现有条件，使集成开发的系统充分满足实际需求，并且易于操作。

可行性：方案具体可行，能最大限度地满足工作的实际需要。

可靠性：系统安全、可靠、稳定运行，提供优质服务，真正实现系统的价值。

规范性：符合相关国际标准和国家标准，适应实际情况，确保各子系统间协调配合。

认真贯彻执行国家已颁布实施的有关“规范”、“标准”，使设计不偏离规范化和标准化的轨道，从而保证设计的水平和质量。    

3、系统设计

系统采用北斗时钟系统，并通过医院中心母钟，为系统内所有设备提供准确的时钟服务，保证所有业务的时间安全。时钟子系统由北斗天线、北斗接收单元、医院中心母钟、分路输出接口箱、NTP服务器、子钟、传输通道组成。

医院母钟设息机房内，在各有关场所安装双面、单面数字式子钟以及手术子钟。

医院母钟接收来自北斗的标准时间信号，通过传输通道将标准时间信号直接传送各个显示子钟，为患者和医院工作人员提供统一的标准时间。

母钟在信息机房内通过以太网接口（遵循NTP协议）为医疗服务系统提供标准时间信号。

Ø系统设备构成拓扑图

时钟系统总系统图    

时钟系统采用控制中心中心母钟及子钟两级组网方式。主要由时间源接收装置（北斗同步时间数据输入接口）、中心母钟、监控网管计算机、子钟、数据传输通道（含网络交换机）NTP服务器和电源等组成。中心母钟与各子母钟通过传输子系统连接，在消控中心或网络控制中心机房通信设备室内通过NTP服务器为其它通信系统提供统一的时间信号，使各子系统的时间与时钟系统同步，也可通过传输系统在 各地为其它通信系统提供统一的时间信号，从而实现医院执行统一的时间标准。

Ø网络子钟供电方式：

(1)传统的AC220V供电，子钟内部通过电源模块转换成子钟所需电源，称为传统受电子钟。可就近取电或者机柜取电，需另布电源线。

(2)POE供电，内部通过电源模块转换成子钟所需电源，称为PD子钟。不需另布电源线，但与其直连的交换机支持POE供电。

POE (Power Over Ethernet)指的是在现有的以太网Cat.5布线基础架构不作做何改动的情况下，在为一些基于IP的终端（如IP电话机、无线局域网接入点AP、网络摄像机等）传输数据信号的同时，还能为此类设备提供直流供电的技术, 简称为以太网供电。POE技术能在确保现有结构化布线安全的同时保证现有网络的正常运作，最大限度地降低成本，遵循IEEE 802.3af标准。

一个完整的POE系统包括供电端设备(PSE, Power Sourcing Equipment)和受电端设备(PD, Power Device)两部分。PSE设备是为以太网客户端设备供电的设备（PSE交换机）,同时也是整个POE以太网供电过程的管理者。而PD设备是接受供电的PSE负载,即POE系统的客户端设备（PD子钟）。两者基于IEEE 802.3af标准建立有关受电端设备PD子钟的连接情况、设备类型、功耗级别等方面的信息联系,并以此为根据PSE通过以太网向PD子钟供电。    

Ø系统连接方式和扩容

（1）接口形式及连接方式

1)中心母钟与各子钟及监控网管、系统便携维护终端传输接口遵循IEEE 802.3标准的以太网接口，物理接口为RJ45。

2) 中心母钟实时向其它系统提供标准时间信号。另外通过NTP时间服务器来提供（主要牵扯提供毫秒级时间信号问题），接口方式采用以太网RJ45接口。

（2）系统接口容量及中远期扩容

1)出厂设计容量：中心母钟提供子钟RJ45接口数量2个，每个子钟有一个（接收和输出）RJ45接口，子钟扩容数量将根据传输系统交换机接口数量来决定子钟扩容量。

2)扩容方式：直接增加交换机接口模块。

（3）时钟设备安全冗余配置

1）外部时间源采用北斗时间数据，内部时间源采用高稳定晶体。

2）中心母钟采用主、备母钟热备份设计。

3）时钟系统网管监控本地报警和集中报警设计。    

4）中心母钟、子钟在上级信号中断时均可“独立运行”，使其本身及其附属系统保持连续性。

（4）设备容错设计

中心母钟发生故障时，为了避免将错误数据发送到从属子钟及相关系统。（所谓“错误”，指的是超出容许的公差范围）中心母钟在设计时采取了合理的容错措施，确保在发生故障时立即终止向下级附属系统发送同步信息。同时，中心母钟在发生故障时立即在本地发出警报并将报警信息加上时间标记后发往集中告警中心。

Ø控制中心中心母钟构成图

在信息中心机房设置中心母钟和时钟系统维护终端。

控制中心级构成图

Ø子钟构成图    

子钟构成图

Ø中心母钟内部结构图

中心母钟内部结构图

中心母钟主要功能是作为基础主时钟系统，自动接收北斗提供的时间信号，并通过解码、比对后将自身的时间精度校准，并通过传输网络系统将精确时间信号发送给各个子钟和其他系统设备等，并且通过维护终端对时钟系统的主要设备及主要模块进行实时的点对点监控。中心母钟做为服务器向子钟提供时间信号。

正常工作状态下，中心母钟接收来自北斗的同步时间信号，作为医院智能化通信系统时钟系统的外部时钟源。

中心母钟主要由以下几部分组成：    

①

②

③

④

Ø数字式子钟内部结构图

数字式子钟内部结构图

数字式子钟主要由以下几部分组成：

Ø中心母钟设备配置    

前面已经提到，中心母钟主要由以下几部分组成：

Ø传输接口连接方法以及接口的传输流程图

在配线架或者配线盒上以标准的RJ45接口。

说明：

北斗同步接口到中心母钟，中心母钟到NTP时间服务器采用的是RS422接口通过超5类UTP直接连接；中心母钟到监控网管、子钟等采用的连接方式均为标准的RJ45以太网接口通过超5类UTP直接连接，连接方式为局域网组网；中心母钟到其他系统、NTP时间服务器到其他系统以网管终端到其他系统均采用以太网络接口连接。    

Ø系统容量考虑

中心母钟容量

可通过局域网组网不断扩容。

系统的扩容和升级方案

系统由标准化的软件及硬件组成，可按照需要灵活配置和扩容。

本系统所有主控板、信号板、接口板均采用了目前国际上流行的模块化设计，使相同规格的设备和接口板具有可互换性；中心母钟、子钟的接口板可以热插拔，在带电状态下可以进行更换而不影响整个系统的运行，维护极为方便。本系统可以很方便地进行扩展和升级，对每个节点的子钟系统的改动都不会影响整个系统。

Ø同步需求

1)控制中心母钟设备接收北斗/ GLONASS时间信号，产生精确的同步时间码，通过传输接口及通道向各子钟传送同步时间数据，统一校准子钟。

2)中心母钟通过NTP服务器提供NTP接口，能够给医院各相关系统提供时间同步信号。

3)时钟系统具有系统监测数据传输接口，以便测试用便携终端的接入，实施对全系统的监测管理。

4)北斗信号中断时，中心母钟采用自身高稳定晶振提供提供时间信号为基准；子钟在中心母钟发生故障或传输通道中断的情况下，也能独立正常工作，以自身的晶振提供的时间信号进行正常的时间显示。    

5)子钟平时能跟踪中心母钟工作，因各种原因不能跟踪时，能独立工作。

6)当电源停电时，子钟可自动记录时间，供电恢复时能自动追踪到与标准时间同步。

7)中心母钟设置1路运行状态信息及告警信息的输出接口，接口类型为标准的IEEE 802.3以太网接口，与通信集中告警系统连接，并按照通信集中告警系统提供的协议，完成数据集中告警采集。

Ø系统维护功能

(1)所有设备安装都预留足够空间，可以方便以后维护和更换。

(2)所有控制和监控面板都妥善设计以方便内部构件的维护和更换。

(3)所有控制和监控面板都设有电源、警报及故障显示，并设显示灯测试按钮，方便观察相关状态。

(4)系统通过监控设备可以很直观方便地确定出现故障的部位和原因，从而减少诊断所需的时间。

(5)本系统所有主控板、信号板、接口板均采用了目前国际上流行的模块化设计，使相同规格的设备和接口板具有可互换性；中心母钟、子钟的接口板可以热插拔，在带电状态下可以进行更换而不影响整个系统的运行，维护极为方便。积木式结构还为业主未来系统的增容和扩展提供极大的便利。    

(6)同时提供“功能后退”运行方式，具有降级使用功能，当前级设备出现故障时，本级设备仍能正常工作，便于维护和检修。

(7)系统采用了人性化的设计，使界面整洁、直观，更由于单片机技术的引进与完善，使得系统的自动化程度很高，操作极为简单。

(8)系统具有自动报警功能：中心母钟具有自诊断功能，通过自检和互检，检测设备的运行状态，如有故障，可自动进行主备钟切换，并能在监控终端有所显示，及时提醒工作人员。

(9)时钟系统监控软件有维护指南窗口，对常见的故障现象和排除方法进给出了详细介绍，便于维护管理人员查阅和参考。

Ø系统网络管理功能

(1)时钟系统维护终端，可进行系统性能管理、配置管理、故障管理、安全管理。监控界面采用全中文图形显示，并具有良好的人机对话界面以及优良的开放性和可扩充性，能很方便地对需要显示的子钟的数量名称地址进行更改；具有集中维护功能和自诊断功能。

(2)监控网管能够实时检测中心母钟、时间源信号接收装置、子钟等设备的运行数据、工作状态，并能进行相应的显示。对系统的故障状态进行声光报警、显示、打印、存档。

(3)监控网管终端能够检测各时钟设备的运行状态信息，对时钟系统的工作状态、故障状态进行显示，并能够对全系统时钟进行点对点的控制。    

(4)维护终端主要监控及显示的内容包括：监视各种主要设备、子钟及传输通道的工作状态，对时钟系统设备的控制如：主备母钟的切换、系统的复位和初始化、系统时间的设置、外部时间信号的设置、照面区间和亮度的调整、子钟的调整（加快、减速、复位、校对、追时等）、故障记录及打印输出等。

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