大型plc系統(tǒng)的精確時(shí)鐘同步與對時(shí)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種大型PLC系統(tǒng)的精確時(shí)鐘同步與對時(shí)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]大型PLC系統(tǒng)的硬件配置由電源模件、CPU、工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通訊主站、工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通訊從站、通用功能模件、專用功能模件及底板組成，軟件由可編程配置軟件、工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通訊調(diào)度軟件及各功能模件應(yīng)用軟件組成。大型PLC可以根據(jù)工程應(yīng)用的需求，配置成任意擴(kuò)展方式，如配置多個(gè)擴(kuò)展插箱，多個(gè)插箱內(nèi)可配置任意不同的功能模件，從而組成復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)。
[0003]大型PLC系統(tǒng)整體架構(gòu)由主插箱和多個(gè)擴(kuò)展插箱組成，實(shí)際使用時(shí)，CPU和工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通訊主站放在主插箱內(nèi)，主插箱也可以根據(jù)需要配置一些功能模件，擴(kuò)展插箱配置一個(gè)工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通訊從站和任意功能模件。主插箱內(nèi)的CPU和工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通訊主站之間采用高速并行總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，工業(yè)以太網(wǎng)通訊主站和擴(kuò)展插箱內(nèi)通訊從站之間采取工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通訊，擴(kuò)展插箱內(nèi)以太網(wǎng)通訊從站和各功能模件之間采用CAN總線通訊。在主插箱內(nèi)的CPU中進(jìn)行編程后，可以把程序設(shè)計(jì)中需要的各功能模件執(zhí)行的數(shù)據(jù)下行到擴(kuò)展插箱內(nèi)各功能模件中，如數(shù)字量輸出模件、模擬量輸出模件等。同時(shí)，各輸入功能模件，如數(shù)字量輸入、模擬量輸入模件、SOE量輸入模件進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集后，供主插箱內(nèi)的CPU程序設(shè)計(jì)時(shí)使用。主插箱內(nèi)的CPU和擴(kuò)展插箱內(nèi)最終執(zhí)行的功能模件之間數(shù)據(jù)交換所經(jīng)過的途徑為:CPU、工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通訊主站、通訊從站、功能模件等。其中，主插箱內(nèi)的CPU和工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通訊主站之間通過高速并行總線交換數(shù)據(jù)，工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通訊主站和擴(kuò)展插箱內(nèi)的通訊從站按照以太網(wǎng)通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，通訊從站和各功能模件通過CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，如果主插箱內(nèi)也配置功能模件，那么CPU也是按照CAN總線和主插箱內(nèi)的功能模件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
[0004]為了保證大型PLC系統(tǒng)組成應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，即要求整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)各模件或執(zhí)行機(jī)構(gòu)的時(shí)間具有一致性，整個(gè)大型PLC系統(tǒng)的時(shí)間和外部標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間也必須同步。因此，主插箱內(nèi)的CPU到擴(kuò)展插箱內(nèi)的功能模件之間除了常規(guī)輸入和輸出數(shù)據(jù)交換之外，還需要進(jìn)行對時(shí)信息的數(shù)據(jù)交換，即CPU需要從外部接入標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號，然后通過工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通訊主站、通訊從站及功能模件之間的通訊，把標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘下發(fā)至每個(gè)功能模件，并需要對對時(shí)信號的傳輸延時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)或補(bǔ)償，以保證整個(gè)大型PLC系統(tǒng)時(shí)間一致性。
[0005]如前述的PLC體系結(jié)構(gòu)比較簡單，一般采用單層的通訊架構(gòu)，例如僅僅只利用CAN總線對所有功能模件進(jìn)行掃描，由于CAN總線的局限性，如通訊速率較慢，理論值最高為IMbps (實(shí)際CAN總線遠(yuǎn)距離使用時(shí)的通訊速度僅能達(dá)到500Kbps左右)、通訊距離也較短，普通PLC組成較為復(fù)雜應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，如果通過CAN網(wǎng)進(jìn)行對時(shí)報(bào)文下發(fā)，會(huì)造成CAN總線末端的功能模件收到CAN總線對時(shí)信息的延時(shí)較大，造成對時(shí)不準(zhǔn)，且在某些極限情況下，例如擴(kuò)展插箱的功能模件和主插箱的CPU距離很遠(yuǎn)的情況，造成CAN總線通訊不穩(wěn)定，甚至超過了 CAN總線的傳輸距離，系統(tǒng)正常的數(shù)據(jù)交互和和對時(shí)通訊的可靠性和穩(wěn)定性大大降低，為了解決該問題，需要在遠(yuǎn)程功能模件所在的插箱內(nèi)增加CPU，重新接入外部的GPS信號進(jìn)行對時(shí)，再通過CPU對該插箱內(nèi)的功能模件進(jìn)行對時(shí)，這樣就增加了整個(gè)系統(tǒng)的配置成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種大型PLC系統(tǒng)的精確時(shí)鐘同步與對時(shí)方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中大型PLC系統(tǒng)時(shí)鐘的實(shí)時(shí)性、同步性較差的技術(shù)問題。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:大型PLC系統(tǒng)的精確時(shí)鐘同步與對時(shí)方法，包括如下步驟:
步驟一:GPS對時(shí)設(shè)備從GPS系統(tǒng)獲取標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信息，以通訊報(bào)文的形式發(fā)送對時(shí)信息給CPU，同時(shí)GPS對時(shí)設(shè)備在整分鐘的時(shí)候發(fā)送脈沖信號給CPU，作為CPU的中斷入口信號；步驟二:CPU按照GPS對時(shí)設(shè)備發(fā)送的通訊報(bào)文修改自己的本地時(shí)鐘信號，然后按照自己的定時(shí)器運(yùn)行本地時(shí)鐘:如果本地時(shí)鐘的秒計(jì)數(shù)小于30，則把分時(shí)鐘之后所有時(shí)鐘數(shù)據(jù)清零，如果本地時(shí)鐘的秒計(jì)數(shù)大于30，則把分時(shí)鐘加I之后，再把分時(shí)鐘以后的所有時(shí)鐘數(shù)據(jù)清零；
步驟三:CPU同時(shí)接收GPS系統(tǒng)的硬件分同步信號，作為中斷入口函數(shù)的觸發(fā)信號，CPU把硬件分同步信號發(fā)送至底板；
步驟四:CPU按照設(shè)定的時(shí)間間隔發(fā)送對時(shí)報(bào)文給工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的通訊主站，發(fā)送結(jié)束后提供中斷信號給通訊主站，通訊主站接收到中斷信號后，讀取對時(shí)報(bào)文，修改通訊主站的本地時(shí)鐘，使通訊主站的本地時(shí)鐘和CPU的時(shí)鐘保持一致；
步驟五:通訊主站通過底板的CAN總線發(fā)送對時(shí)報(bào)文給主插箱內(nèi)的各功能模件，同時(shí)通過工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)發(fā)送對時(shí)報(bào)文至擴(kuò)展插箱內(nèi)的通訊從站，擴(kuò)展箱內(nèi)的各功能模件按照底板上接收到的硬件分同步信號進(jìn)行本地時(shí)鐘的校準(zhǔn)。
[0008]所述通訊主站通過工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)把對時(shí)報(bào)文發(fā)送至擴(kuò)展插箱內(nèi)的通訊從站時(shí)，還增加了延時(shí)補(bǔ)償時(shí)間，所述延時(shí)補(bǔ)償時(shí)間根據(jù)通訊主站與通訊從站之間的施工布線長度設(shè)置。
[0009]所述對時(shí)信息至少包括年、月、日、時(shí)、分、秒、毫秒及微秒；所述對時(shí)報(bào)文也至少包括年、月、日、時(shí)、分、秒、毫秒及微秒。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果是:通過工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通訊進(jìn)行對時(shí)信息交互，并通過硬同步信號提高系統(tǒng)時(shí)鐘的同步性，保證了整個(gè)PLC應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性；通訊主站通過工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)發(fā)送對時(shí)報(bào)文給通訊從站，對時(shí)精度大大提高，隨著千兆網(wǎng)速度的普及，工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的應(yīng)用程序不需要做任何改進(jìn)，便可把傳輸速度提高至千兆，有利于后期對時(shí)速度、對時(shí)精度的進(jìn)一步提高；通訊主站向通訊從站發(fā)送對時(shí)報(bào)文時(shí)，還增加了延時(shí)補(bǔ)償時(shí)間，減小對時(shí)報(bào)文通訊傳輸帶來的延時(shí)，進(jìn)一步提高對時(shí)精度。
【附圖說明】
[0011]圖1是大型PLC系統(tǒng)的對時(shí)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2是本發(fā)明的數(shù)據(jù)流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0014]如圖1所示，是大型PLC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，包括GPS對時(shí)設(shè)備、主插箱、電源模件、底板和若干擴(kuò)展插箱，主插箱包括:CPU、通訊主站、高速I/O模件、以太網(wǎng)通訊模件、串口通訊模件、相應(yīng)的功能模件和用于為本插箱內(nèi)所有模件進(jìn)行供電的電源模件；擴(kuò)展插箱包括通訊