一种用于工业自动化系统的时钟同步系统、方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于工业自动化系统的时钟同步系统、方法和装置，包括主授时模块、秒脉冲模块和多个控制器，其中各控制器具有唯一站号并通过以太网与主授时模块连接，通过总线与秒脉冲模块连接；所述控制器被配置为通过总线监听秒脉冲模块或其它控制器发送的秒脉冲信号并计算秒脉冲超时时间，当所述秒脉冲超时时间超过本控制器的最大超时时间Tmax时，向总线发出秒脉冲源启动信号并切换为第一工作状态；并在监听到其它控制器发送的秒脉冲源启动信号或秒脉冲模块发送的秒脉冲信号后，将第一工作状态切换至第二工作状态。使得在秒脉冲模块故障的情况下，能选择其中的一控制器作为系统临时的秒脉冲源和临时授时模块，使整个系统仍可以正常运行。仍可以正常运行。仍可以正常运行。

【技术实现步骤摘要】
一种用于工业自动化系统的时钟同步系统、方法和装置


[0001]本专利技术涉及工业自动化控制领域，尤其涉及一种用于工业自动化系统的时钟同步系统、方法和装置。

技术介绍

[0002]在工业自动化领域，时钟同步是自动化控制系统中进行数据交换和任务调度的关键技术之一，时钟同步技术可以提供某一事件发生时间上的先后顺序，以保证控制节点在执行发送和接受消息、控制、事故记录等动作时的时间逻辑上的准确性。例如控制器中包含用于记录现场开关设备动作先后顺序的SOE模块，为了使控制器内各SOE模块记录的开关动作事件具有可比性，需要对控制器内的SOE模块实现毫秒级的时钟同步。
[0003]现有技术中多采用授时模块与秒脉冲结合的方式对控制系统中的多个设备如控制器、I/O通信单元、网关校准。由授时模块及秒脉冲模块构成同步系统，可以有效提高校准的精度，一般秒脉冲模块与授时模块采用同一时钟源，秒脉冲模块采用RS485总线向控制器发送秒脉冲信号，授时模块通过以太网与控制器和时钟服务器连接，系统初始时，时钟服务器内设有授时模块的地址，工作时授时模块通过以太网向挂接在该网络上的设备发送广播时钟报文，所述设备可以为控制器等，广播时钟报文包括当前工作的授时模块的地址，控制器或者网关等接收到授时模块地址后，周期性向授时模块发送校准请求报文，则授时模块向控制器或网关发送包含时间的应答报文。但如果同步系统的秒脉冲模块信号故障，仅使用授时模块校准，校准误差较大，不能满足工业控制系统时间精度需求，将导致控制器无法正常工作。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术中的不足，提供了一种用于工业自动化系统的时钟同步系统，包括授时服务器、时钟服务器和多个控制器，所述授时服务器包括主授时模块和秒脉冲模块，所述控制器通过以太网分别与主授时模块和时钟服务器连接并通过总线与秒脉冲模块连接，其中：主授时模块，被配置为根据接收到的校准请求报文通过以太网向对应控制器发送包含时间的应答报文；秒脉冲模块，被配置为通过总线向各控制器发送秒脉冲信号；时钟服务器，通过以太网向挂接在该网络上的控制器发送包括授时服务器地址的广播时钟报文；多个控制器，各控制器具有唯一的站号，所述控制器被配置为通过总线监听秒脉冲模块或其它控制器发送的秒脉冲信号并计算秒脉冲超时时间，当所述秒脉冲超时时间超过本控制器的最大超时时间Tmax时，向总线发出秒脉冲源启动信号并切换为第一工作状态；并在监听到其它控制器发送的秒脉冲源启动信号或秒脉冲模块发送的秒脉冲信号后，将第一工作状态切换至第二工作状态；其中最大超时时间Tmax=Tmin+S*N，Tmin为基础超时时间，S为预设的时间间隔，N为各控制器站号；所述第一工作状态为本控制器作为秒脉冲源和临时授时模块，向总线发送秒脉冲信号、和向以太网发送包含本控制器地址的广播时钟报文，并根据接收到的校准请求报文向处于第二工作状态的对应控制器发送包含时间的应答报文；所
述第二工作状态为根据以太网上的广播时钟报文中的地址周期性向主授时模块或临时授时模块发送校准请求报文。
[0005]优选的，所述控制器被配置为在监听到总线上由其它控制器发出的启动脉冲源信号后，将本站的秒脉冲超时时间清零，并向收到的广播时钟报文内的临时授时模块地址周期性的发送校准请求报文。
[0006]优选的，所述时钟服务器被配置为在监听到以太网上由处于第一工作状态的控制器发送的广播时钟报文后，停止向以太网上发送包含所述主授时模块地址的广播时钟报文。
[0007]优选的，处于第一工作状态的控制器在一次或多次接收到总线上的秒脉冲模块发送的秒脉冲信号后，将本控制器的秒脉冲超时时间清零并关闭本控制器内部的秒脉冲源及时钟服务器，将第一工作状态切换至第二工作状态。
[0008]优选的，所述控制器站号N为该控制器的IP地址的最低字节的一半，所述时间间隔S大于1秒。
[0009]优选的，所述秒脉冲源启动信号为非整秒发出的一个或多个连续脉冲。
[0010]优选的，用于工业自动化系统的时钟同步系统还包括IO通讯模块和多个SOE模块，其中IO通讯模块通过以太网与控制器连接并通过总线与秒脉冲模块连接，每个SOE模块均通过多条CAN总线与IO通讯模块连接；所述SOE模块被配置为在收到IO通讯模块发出的时钟同步数据帧后，解析得到绝对时间tA，根据CAN总线时钟周期对接收到的时钟同步数据帧进行校准获得校准时间tB，计算获取周期偏差ΔT，当本周期偏差ΔT小于第一阈值时，继续等待获取下一时钟同步数据帧的周期偏差，并在两周期偏差连续小于第一阈值后更新SOE模块的时钟；其中ΔT=Δt1
‑
Δt0，Δt1为校准后绝对时间tB与SOE模块自身维护的绝对时间之间的偏差，Δt0为上一周期的校准后绝对时间与SOE模块自身维护的绝对时间之间的偏差，校准时间tB=tA+（M+P）*F，M为CAN总线时钟同步数据帧辅助信息位大小，P为CAN总线时钟同步数据帧数据位大小，F为数据传输时钟周期。
[0011]本专利技术还公开了一种用于工业自动化系统的时钟同步方法，所述工业自动化系统包括通过以太网分别与时钟服务器和授时服务器的主授时模块连接、并通过总线与授时服务器的秒脉冲模块连接的多个控制器，该方法包括如下步骤：S1，第一控制器的收发器通过总线监听秒脉冲模块或其它控制器发送的秒脉冲信号，获取秒脉冲超时时间；S2，当第一控制器的秒脉冲超时时间超过本控制器的最大超时时间Tmax时，第一控制器向总线发出秒脉冲源启动信号，所述秒脉冲源启动信号为非整秒发出的一个或多个连续脉冲，其中各控制器的最大超时时间Tmax=Tmin+S*N，Tmin为基础超时时间，S为预设的时间间隔，N为各控制器对应的唯一站号；S3，第一控制器在发送秒脉冲源启动信号后切换为第一工作状态，向总线发送秒脉冲信号、和向以太网发送包含本控制器地址的广播时钟报文，并根据接收到的校准请求报文向处于第二工作状态的对应控制器发送包含时间的应答报文，所述第一工作状态为本控制器作为秒脉冲源和临时授时模块；S4，第二控制器在收到启动脉冲源信号后，将本站的秒脉冲超时时间清零，并根据收到的广播时钟报文周期性向第一控制器发送校准请求报文。
[0012]优选的，该用于工业自动化系统的时钟同步方法还包括步骤：S5，时钟服务器在监听到以太网上由第一控制器发送的广播时钟报文后，停止向以太网发送包含所述主授时模块地址的广播时钟报文；S6，第一控制器在监听到总线上由其它控制器发送的秒脉冲源启动信号、或由秒脉冲模块重新发送的秒脉冲信号后，将第一工作状态切换至第二工作状态，所述第二工作状态为根据以太网上的广播时钟报文中地址周期性向主授时模块或临时授时模块发送校准请求报文。
[0013]本专利技术还公开了一种时钟同步装置，设置于控制器中，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述用于工业自动化系统的时钟同步方法的步骤。
[0014]本专利技术公开的用于工业自动化系统的时钟同步系统、方法和装置，为每个控制器设置唯一站号本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于工业自动化系统的时钟同步系统，其特征在于，包括授时服务器、时钟服务器和多个控制器，所述授时服务器包括主授时模块和秒脉冲模块，所述控制器通过以太网分别与主授时模块和时钟服务器连接并通过总线与秒脉冲模块连接，其中：主授时模块，被配置为根据接收到的校准请求报文通过以太网向对应控制器发送包含时间的应答报文；秒脉冲模块，被配置为通过总线向各控制器发送秒脉冲信号；时钟服务器，通过以太网向挂接在该网络上的控制器发送包括授时服务器地址的广播时钟报文；多个控制器，各控制器具有唯一的站号，所述控制器被配置为通过总线监听秒脉冲模块或其它控制器发送的秒脉冲信号并计算秒脉冲超时时间，当所述秒脉冲超时时间超过本控制器的最大超时时间Tmax时，向总线发出秒脉冲源启动信号并切换为第一工作状态；并在监听到其它控制器发送的秒脉冲源启动信号或秒脉冲模块发送的秒脉冲信号后，将第一工作状态切换至第二工作状态；其中最大超时时间Tmax=Tmin+S*N，Tmin为基础超时时间，S为预设的时间间隔，N为各控制器站号；所述第一工作状态为本控制器作为秒脉冲源和临时授时模块，向总线发送秒脉冲信号、和向以太网发送包含本控制器地址的广播时钟报文，并根据接收到的校准请求报文向处于第二工作状态的对应控制器发送包含时间的应答报文；所述第二工作状态为根据以太网上的广播时钟报文中的地址周期性向主授时模块或临时授时模块发送校准请求报文。2.根据权利要求1所述的用于工业自动化系统的时钟同步的系统，其特征在于：所述控制器被配置为在监听到总线上由其它控制器发出的启动脉冲源信号后，将本站的秒脉冲超时时间清零，并向收到的广播时钟报文内的临时授时模块地址周期性的发送校准请求报文。3.根据权利要求2所述的用于工业自动化系统的时钟同步的系统，其特征在于：所述时钟服务器被配置为在监听到以太网上由处于第一工作状态的控制器发送的广播时钟报文后，停止向以太网上发送包含所述主授时模块地址的广播时钟报文。4.根据权利要求3所述的用于工业自动化系统的时钟同步的系统，其特征在于：处于第一工作状态的控制器在一次或多次接收到总线上的秒脉冲模块发送的秒脉冲信号后，将本控制器的秒脉冲超时时间清零并关闭本控制器内部的秒脉冲源及临时授时模块，将第一工作状态切换至第二工作状态。5.根据权利要求4所述的用于工业自动化系统的时钟同步的系统，其特征在于：所述控制器站号N为该控制器的IP地址的最低字节的一半，所述时间间隔S大于1秒。6.根据权利要求5所述的用于工业自动化系统的时钟同步的系统，其特征在于：所述秒脉冲源启动信号为非整秒发出的一个或多个连续脉冲。7.根据权利要求6所述的用于工业自动化系统的时钟同步的系统，其特征在于：还包括IO通讯模块和多个SOE模块，其中IO通讯模块通过以太网与控制器连接并通过总线与秒脉...

【专利技术属性】
技术研发人员：李华军，陈树立，温宜明，
申请(专利权)人：杭州康吉森自动化科技有限公司，
类型：发明
国别省市：