大型PLC系统的精确时钟同步与对时方法技术方案

本发明专利技术公开了一种大型PLC系统的精确时钟同步与对时方法，包括：GPS对时设备以通讯报文的形式发送对时信息给CPU，CPU修改自己的本地时钟信号，然后按照自己的定时器运行本地时钟；CPU把硬件分同步信号发送至底板；CPU发送对时报文给工业实时以太网的通讯主站，用于通讯主站修改本地时间；通讯主站通过底板的CAN总线发送对时报文给主插箱内的各功能模件，同时通过工业实时以太网发送对时报文至扩展插箱内的通讯从站，扩展箱内的各功能模件按照底板上接收到的硬件分同步信号进行本地时钟的校准。本发明专利技术通过工业实时以太网进行对时信息交互，并通过硬件分同步信号提高系统时钟的同步性，保证了整个PLC应用系统的实时性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种大型PLC系统的精确时钟同步与对时方法。
技术介绍
大型PLC系统的硬件配置由电源模件、CPU、工业实时以太网通讯主站、工业实时以太网通讯从站、通用功能模件、专用功能模件及底板组成，软件由可编程配置软件、工业实时以太网通讯调度软件及各功能模件应用软件组成。大型PLC可以根据工程应用的需求，配置成任意扩展方式，如配置多个扩展插箱，多个插箱内可配置任意不同的功能模件，从而组成复杂的应用系统。大型PLC系统整体架构由主插箱和多个扩展插箱组成，实际使用时，CPU和工业实时以太网通讯主站放在主插箱内，主插箱也可以根据需要配置一些功能模件，扩展插箱配置一个工业实时以太网通讯从站和任意功能模件。主插箱内的CPU和工业实时以太网通讯主站之间采用高速并行总线进行数据交换，工业以太网通讯主站和扩展插箱内通讯从站之间采取工业实时以太网通讯，扩展插箱内以太网通讯从站和各功能模件之间采用CAN总线通讯。在主插箱内的CPU中进行编程后，可以把程序设计中需要的各功能模件执行的数据下行到扩展插箱内各功能模件中，如数字量输出模件、模拟量输出模件等。同时，各输入功能模件，如数字量输入、模拟量输入模件、SOE量输入模件进行现场数据采集后，供主插箱内的CPU程序设计时使用。主插箱内的CPU和扩展插箱内最终执行的功能模件之间数据交换所经过的途径为:CPU、工业实时以太网通讯主站、通讯从站、功能模件等。其中，主插箱内的CPU和工业实时以太网通讯主站之间通过高速并行总线交换数据，工业实时以太网通讯主站和扩展插箱内的通讯从站按照以太网通讯进行数据交换，通讯从站和各功能模件通过CAN总线进行数据交换，如果主插箱内也配置功能模件，那么CPU也是按照CAN总线和主插箱内的功能模件进行数据交换。为了保证大型PLC系统组成应用系统的实时性，即要求整个应用系统各模件或执行机构的时间具有一致性，整个大型PLC系统的时间和外部标准时间也必须同步。因此，主插箱内的CPU到扩展插箱内的功能模件之间除了常规输入和输出数据交换之外，还需要进行对时信息的数据交换，即CPU需要从外部接入标准时钟信号，然后通过工业实时以太网通讯主站、通讯从站及功能模件之间的通讯，把标准时钟下发至每个功能模件，并需要对对时信号的传输延时进行校准或补偿，以保证整个大型PLC系统时间一致性。如前述的PLC体系结构比较简单，一般采用单层的通讯架构，例如仅仅只利用CAN总线对所有功能模件进行扫描，由于CAN总线的局限性，如通讯速率较慢，理论值最高为IMbps (实际CAN总线远距离使用时的通讯速度仅能达到500Kbps左右)、通讯距离也较短，普通PLC组成较为复杂应用系统时，如果通过CAN网进行对时报文下发，会造成CAN总线末端的功能模件收到CAN总线对时信息的延时较大，造成对时不准，且在某些极限情况下，例如扩展插箱的功能模件和主插箱的CPU距离很远的情况，造成CAN总线通讯不稳定，甚至超过了 CAN总线的传输距离，系统正常的数据交互和和对时通讯的可靠性和稳定性大大降低，为了解决该问题，需要在远程功能模件所在的插箱内增加CPU，重新接入外部的GPS信号进行对时，再通过CPU对该插箱内的功能模件进行对时，这样就增加了整个系统的配置成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种大型PLC系统的精确时钟同步与对时方法，解决现有技术中大型PLC系统时钟的实时性、同步性较差的技术问题。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是:大型PLC系统的精确时钟同步与对时方法，包括如下步骤: 步骤一:GPS对时设备从GPS系统获取标准时间信息，以通讯报文的形式发送对时信息给CPU，同时GPS对时设备在整分钟的时候发送脉冲信号给CPU，作为CPU的中断入口信号；步骤二:CPU按照GPS对时设备发送的通讯报文修改自己的本地时钟信号，然后按照自己的定时器运行本地时钟:如果本地时钟的秒计数小于30，则把分时钟之后所有时钟数据清零，如果本地时钟的秒计数大于30，则把分时钟加I之后，再把分时钟以后的所有时钟数据清零； 步骤三:CPU同时接收GPS系统的硬件分同步信号，作为中断入口函数的触发信号，CPU把硬件分同步信号发送至底板； 步骤四:CPU按照设定的时间间隔发送对时报文给工业实时以太网的通讯主站，发送结束后提供中断信号给通讯主站，通讯主站接收到中断信号后，读取对时报文，修改通讯主站的本地时钟，使通讯主站的本地时钟和CPU的时钟保持一致； 步骤五:通讯主站通过底板的CAN总线发送对时报文给主插箱内的各功能模件，同时通过工业实时以太网发送对时报文至扩展插箱内的通讯从站，扩展箱内的各功能模件按照底板上接收到的硬件分同步信号进行本地时钟的校准。所述通讯主站通过工业实时以太网把对时报文发送至扩展插箱内的通讯从站时，还增加了延时补偿时间，所述延时补偿时间根据通讯主站与通讯从站之间的施工布线长度设置。所述对时信息至少包括年、月、日、时、分、秒、毫秒及微秒；所述对时报文也至少包括年、月、日、时、分、秒、毫秒及微秒。与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是:通过工业实时以太网通讯进行对时信息交互，并通过硬同步信号提高系统时钟的同步性，保证了整个PLC应用系统的实时性；通讯主站通过工业实时以太网发送对时报文给通讯从站，对时精度大大提高，随着千兆网速度的普及，工业实时以太网的应用程序不需要做任何改进，便可把传输速度提高至千兆，有利于后期对时速度、对时精度的进一步提高；通讯主站向通讯从站发送对时报文时，还增加了延时补偿时间，减小对时报文通讯传输带来的延时，进一步提高对时精度。【附图说明】图1是大型PLC系统的对时系统的结构示意图。图2是本专利技术的数据流程图。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。如图1所示，是大型PLC系统的结构示意图，包括GPS对时设备、主插箱、电源模件、底板和若干扩展插箱，主插箱包括:CPU、通讯主站、高速I/O模件、以太网通讯模件、串口通讯模件、相应的功能模件和用于为本插箱内所有模件进行供电的电源模件；扩展插箱包括通讯当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
大型PLC系统的精确时钟同步与对时方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：GPS对时设备从GPS系统获取标准时间信息，以通讯报文的形式发送对时信息给CPU，同时GPS对时设备在整分钟的时候发送脉冲信号给CPU，作为CPU的中断入口信号；步骤二：CPU按照GPS对时设备发送的通讯报文修改自己的本地时钟信号，然后按照自己的定时器运行本地时钟：如果本地时钟的秒计数小于30，则把分时钟之后所有时钟数据清零，如果本地时钟的秒计数大于30，则把分时钟加1之后，再把分时钟以后的所有时钟数据清零；步骤三：CPU同时接收GPS系统的硬件分同步信号，作为中断入口函数的触发信号，CPU把硬件分同步信号发送至底板；骤四：CPU按照设定的时间间隔发送对时报文给工业实时以太网的通讯主站，发送结束后提供中断信号给通讯主站，通讯主站接收到中断信号后，读取对时报文，修改通讯主站的本地时钟，使通讯主站的本地时钟和CPU的时钟保持一致；步骤五：通讯主站通过底板的CAN总线发送对时报文给主插箱内的各功能模件，同时通过工业实时以太网发送对时报文至扩展插箱内的通讯从站，扩展箱内的各功能模件按照底板上接收到的硬件分同步信号进行本地时钟的校准。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐方明，刘国敏，彭文才，赵涌，周霞，
申请(专利权)人：南京南瑞集团公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32