一种基于工业环网的时间同步系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于工业环网的时间同步系统及其工作方法，包括若干台工作站，还包括：数据传输网络模块，用于为若干台工作站提供网络连接，并设定若干台工作站中的任一台工作站为网络管理控制设备，即主工作站，其它剩余工作站为从工作站，还用于搭建主环路、备环路，主环路从主工作站开始，按照顺时针方向依次连接各个从工作站并最终环形连接返回到所述主工作站，备环路从主工作站开始，按照逆时针方向依次连接各个从工作站并最终环形连接返回到所述主工作站；和若干个时间计数模块，分别设置在每个工作站中。本发明专利技术实时计算、发布网络传输延时信息及参考时间信息，联入网络的各个受控设备据此动态修正本地时间，从而确保各设备间的同步性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于工业环网的时间同步系统及其工作方法
本专利技术涉及一种基于工业环网的时间同步系统及其工作方法，属于通信网络

技术介绍
随着信息化与工业化的深度融合，网络技术渗透到了工业产业链的各个环节，借助互联网，工业设备也能够完成高效可靠的远程控制，并实现预测性维护、信息安全、能源监控以及高级诊断等原先无法大范围采用的技术，使工业设备管理正式进入网络时代。当前工业生产过程中会存在大量通过网络连接在一起的分布式终端设备，这些设备类型多变、功能复杂，它们经由网络管理系统统一指挥，协同完成工作，因此要求设备间具有较为一致的时间基准，确保误差能够限定在可控的范围内，这对网络的时间同步能力提出了巨大的挑战。现有互联系统虽存在多种时间同步算法，但多用于因特网等广域网络，实现过程复杂，需要专用的定时设备，应用成本较高；工业网络的同步方案则多基于线形结构或总线结构，当设备需要采用环形连接时将存在兼容性问题，因此都不是环网条件下的理想应用方案。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于工业环网的时间同步系统；本专利技术还提供了上述时间同步系统的工作方法；网络中的管理控制设备可以按照本专利技术所述方法实时计算、发布网络传输延时信息及参考时间信息，联入网络的各个受控设备据此动态修正本地时间，从而确保各设备间的同步性能。本专利技术的技术方案为：一种基于工业环网的时间同步系统，包括若干台工作站，还包括：数据传输网络模块，用于为若干台所述工作站提供网络连接，并设定若干台工作站中的任一台工作站为网络管理控制设备，即主工作站，其它剩余工作站为从工作站，还用于搭建主环路、备环路，主环路从主工作站开始，按照顺时针方向依次连接各个从工作站并最终环形连接返回到所述主工作站，备环路从主工作站开始，按照逆时针方向依次连接各个从工作站并最终环形连接返回到所述主工作站；和若干个时间计数模块，分别设置在每个工作站中。根据本专利技术优选的，主工作站通过主环路发送时间戳获取命令，并记录下发送命令时的主工作站本地时间；从工作站在收到时间戳获取命令后，以从工作站时间计数模块为参考在指定位置打入时间戳并通过主环路发送至下一从工作站，该命令遍历所有从工作站后返回主工作站，主工作站则立刻通过备环路再次发送时间戳获取命令，该命令经历与先前同样的过程后再次回到主工作站，主工作站根据本地时间计数模块及命令中的各时间戳计算出主工作站数据沿主环路发送到每一个从工作站的路径延时，并将该路径延时及主工作站的当前时间信息沿主环路发送至每一从工作站，从工作站获取信息后更新本地时间计数模块，完成时间同步；主工作站周期性或非周期性的重复上述过程实时修正计时误差。根据本专利技术优选的，所述时间计数模块为时间计数器。上述时间同步系统的工作方法，主工作站周期性或非周期性的重复步骤(1)至步骤(4)实时修正计时误差，步骤(1)至步骤(4)包括：(1)主工作站沿主环路发送时间戳获取命令，并记录下发送命令时的主工作站本地时间；从工作站在收到时间戳获取命令后，以从工作站时间计数模块为参考在指定位置打入时间戳并通过主环路发送至下一从工作站，该命令遍历所有从工作站后返回主工作站；(2)主工作站则立刻沿备环路再次发送时间戳获取命令，从工作站在收到时间戳获取命令后，以从工作站时间计数模块为参考在指定位置打入时间戳并通过备环路发送至下一从工作站，该命令遍历所有从工作站后返回主工作站；(3)主工作站根据本地时间计数模块及命令中的各时间戳，计算出主工作站数据沿主环路发送到每一个从工作站的路径延时；(4)主工作站将步骤(3)计算出的路径延时及主工作站的当前时间信息沿主环路发送至每一从工作站，从工作站获取后更新本地时间计数模块，完成时间同步；根据本专利技术优选的，所述步骤(1)，包括：A、时间同步系统上电启动后，所有工作站的时间计数模块在本地晶振的驱动下，按照相同的计数方式进行计时；B、待所有工作站开始工作后，主工作站沿主环路发送时间戳获取命令，同时记录下本地时间计数模块的当前数值Tm1，所述时间戳获取命令包括多个从工作站地址字段以及与各个从工作站地址字段对应的主环路时间戳字段、备环路时间戳字段；C、从工作站通过主环路获取该时间戳获取命令后，查找该时间戳获取命令中所有的从工作站地址字段，并与本工作站匹配，如果与本工作站地址一致时，则在该从工作站地址字段对应的主环路时间戳字段中写入本工作站时间计数模块的当前数值，并通过主环路将时间戳获取命令转发至下一从工作站，重新执行步骤C直至遍历所有从工作站返回主工作站，否则，直接通过主环路将时间戳获取命令转发至下一从工作站，重新执行步骤C直至遍历所有从工作站返回主工作站。根据本专利技术优选的，所述步骤(2)，包括：D、主工作站沿备环路发送时间戳获取命令；E、从工作站通过备环路获取该时间戳获取命令后，查找该时间戳获取命令中所有的从工作站地址字段，并与本工作站匹配，如果与本工作站地址一致时，则在该从工作站地址字段对应的备环路时间戳字段中写入本工作站时间计数模块的当前数值，并通过备环路将时间戳获取命令转发至下一从工作站，重新执行步骤E直至遍历所有从工作站返回主工作站，否则，直接通过备环路将时间戳获取命令转发至下一从工作站，重新执行步骤E直至遍历所有从工作站返回主工作站；F、主工作站记录下本工作站时间计数模块的当前数值Tm2。一次完整的时间戳获取过程就此完成。根据本专利技术优选的，所述步骤(3)，通过步骤G、步骤H计算得到主工作站与每一个从工作站间的路径延时，包括：G、主工作站计算出通过主环路发送时间戳获取命令到最终由备环路收到该命令的时间差：Tdm＝Tm2-Tm1；H、计算主工作站与某一从工作站的路径延时，主工作站在时间戳获取命令中查找到该从工作站地址对应的主环路时间戳字段的值Ts1，及该从工作站地址对应的备环路时间戳字段的值Ts2，计算出差值：Tds＝Ts2-Ts1，则主工作站与该从工作站间的路径延时D＝(Tdm-Tds)/2。根据本专利技术优选的，所述步骤(4)，包括：I、主工作站通过主环路发送延时通知命令，将该延时通知命令通知各个从工作站，所述延时通知命令包括多个从工作站地址字段以及与各个从工作站地址字段对应的路径延时；J、从工作站获取延时通知命令后，查找该延时通知命令中所有的从工作站地址字段，并与本工作站地址匹配，如果与本工作站地址一致时，则获取该从工作站地址字段对应的路径延时，并通过主环路将该延时通知命令转发至下一从工作站，重新执行步骤J直至遍历所有从工作站返回主工作站，否则，直接通过主环路将延时通知命令转发至下一从工作站，重新执行步骤J直至遍历所有从工作站返回主工作站；K、主工作站完成延时通知后，通过主环路发送参考时间通知命令至各个从工作站，所述参考时间通知命令包括参考时间，参考时间为主工作站在发送参考时间通知命令时本地时间计数模块的当前值Trm，从工作站接收该命令后，获取参考时间，并将命令沿主环路转发至下一工作站，最终该命令回到主工作站；L、从工作站获路径延时D及参考时间Trm后，计算出新的时间计数模块数值Trl＝Trm+D，并使用该值更新本地时间计数模块，此时本地时间计数模块的值即与主站时间计数器的值一致；当所有从工作站均完成此步骤后，完成时间同步。本专利技术的有益效果为：本专利技术实时计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于工业环网的时间同步系统，包括若干台工作站，其特征在于，还包括：数据传输网络模块，用于为若干台所述工作站提供网络连接，并设定若干台工作站中的任一台工作站为网络管理控制设备，即主工作站，其它剩余工作站为从工作站，还用于搭建主环路、备环路，主环路从主工作站开始，按照顺时针方向依次连接各个从工作站并最终环形连接返回到所述主工作站，备环路从主工作站开始，按照逆时针方向依次连接各个从工作站并最终环形连接返回到所述主工作站；和若干个时间计数模块，分别设置在每个工作站中。

【技术特征摘要】
1.一种基于工业环网的时间同步系统，包括若干台工作站，其特征在于，还包括：数据传输网络模块，用于为若干台所述工作站提供网络连接，并设定若干台工作站中的任一台工作站为网络管理控制设备，即主工作站，其它剩余工作站为从工作站，还用于搭建主环路、备环路，主环路从主工作站开始，按照顺时针方向依次连接各个从工作站并最终环形连接返回到所述主工作站，备环路从主工作站开始，按照逆时针方向依次连接各个从工作站并最终环形连接返回到所述主工作站；和若干个时间计数模块，分别设置在每个工作站中。2.根据权利要求1所述的一种基于工业环网的时间同步系统，其特征在于，主工作站通过主环路发送时间戳获取命令，并记录下发送命令时的主工作站本地时间；从工作站在收到时间戳获取命令后，以从工作站时间计数模块为参考在指定位置打入时间戳，并通过主环路发送至下一从工作站，该命令遍历所有从工作站后返回主工作站；主工作站则立刻通过备环路再次发送时间戳获取命令，该命令经历与先前同样的过程后再次回到主工作站，主工作站根据本地时间计数模块及命令中的各时间戳计算出主工作站数据沿主环路发送到每一个从工作站的路径延时；并将该路径延时及主工作站的当前时间信息沿主环路发送至每一从工作站，从工作站获取信息后更新本地时间计数模块，完成时间同步。3.根据权利要求1所述的一种基于工业环网的时间同步系统，其特征在于，所述时间计数模块为时间计数器。4.权利要求1-3任一所述的时间同步系统的工作方法，其特征在于，主工作站周期性或非周期性的重复步骤(1)至步骤(4)实时修正计时误差，步骤(1)至步骤(4)包括：(1)主工作站沿主环路发送时间戳获取命令，并记录下发送命令时的主工作站本地时间；从工作站在收到时间戳获取命令后，以从工作站时间计数模块为参考在指定位置打入时间戳并通过主环路发送至下一从工作站，该命令遍历所有从工作站后返回主工作站；(2)主工作站则立刻沿备环路再次发送时间戳获取命令，从工作站在收到时间戳获取命令后，以从工作站时间计数模块为参考在指定位置打入时间戳并通过备环路发送至下一从工作站，该命令遍历所有从工作站后返回主工作站；(3)主工作站根据本地时间计数模块及命令中的各时间戳，计算出主工作站数据沿主环路发送到每一个从工作站的路径延时；(4)主工作站将步骤(3)计算出的路径延时及主工作站的当前时间信息沿主环路发送至每一从工作站，从工作站获取后更新本地时间计数模块，完成时间同步。5.根据权利要求4所述的时间同步系统的工作方法，其特征在于，所述步骤(1)，包括：A、时间同步系统上电启动后，所有工作站的时间计数模块在本地晶振的驱动下，按照相同的计数方式进行计时；B、待所有工作站开始工作后，主工作站沿主环路发送时间戳获取命令，同时记录下本地时间计数模块的当前数值Tm1，所述时间戳获取命令包括多个从工作站地址字段以及与各个从工作站地址字段对应的主环路时间戳字段、备环路时间戳字段；C、从工作站通过主环路获取该时间戳获取命令后，查找该时间戳获取命令中所有的从工作站地址字段，并与本工作站匹配，如果...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐汉钊，曹猛，国庆利，陈江，
申请(专利权)人：山东超越数控电子有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37