在部分行業(yè)的自動(dòng)控制工藝中，多個(gè)PLC控制系統(tǒng)的時(shí)間同步尤為重要，部分事件的觸發(fā)，必須同時(shí)進(jìn)行;進(jìn)行故障分析時(shí)，事件發(fā)生的時(shí)間戳要進(jìn)行交叉對(duì)比;這些事件都要求把時(shí)間誤差控制在有限的范圍內(nèi)。
這其實(shí)跟我們生活中的時(shí)間同步要求類似，早晚上下班時(shí)間、火車的發(fā)到站時(shí)間、航班時(shí)間、乃至我們跟朋友約會(huì)的時(shí)間，統(tǒng)統(tǒng)需要統(tǒng)一!在戰(zhàn)爭(zhēng)中，部隊(duì)在行動(dòng)之前要先對(duì)表，保證用同一個(gè)時(shí)間來實(shí)施軍事行動(dòng)。這一切，如果沒有一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)間系統(tǒng)，那就會(huì)出大問題。
01
在計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)業(yè)界也在致力于解決以太網(wǎng)的定時(shí)同步能力不足的問題，首先開發(fā)出了一種軟件方式的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議(NTP),但是精度有限，仍然不能滿足測(cè)量?jī)x器和工業(yè)控制所需的準(zhǔn)確度。
為了提高精度，2000年底成立網(wǎng)絡(luò)精密時(shí)鐘同步委員會(huì)，2001年中獲得IEEE儀器和測(cè)量委員會(huì)美國標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所(NIST)的支持，該委員會(huì)起草的規(guī)范在2002年底獲得IEEE標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)支持并通過，IEEE1588標(biāo)準(zhǔn)誕生。
IEEE1588是網(wǎng)絡(luò)測(cè)量和控制系統(tǒng)的精密時(shí)鐘同步協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，采用PTP(精確時(shí)鐘同步)協(xié)議，精度可以達(dá)到微秒級(jí)。
02
時(shí)間同步，其實(shí)我們每個(gè)人每天都在用，電腦上會(huì)自動(dòng)運(yùn)行同步時(shí)鐘，幾乎人手一部的手機(jī)，同樣也在進(jìn)行時(shí)間同步，這就保證了晚上的約會(huì)你不會(huì)姍姍來遲，導(dǎo)致女朋友很森氣。
大道理說了一大堆，下面我們看下IEEE1588是如何工作的。
我們假設(shè)有兩個(gè)設(shè)備需要做時(shí)間同步，我們叫這兩個(gè)設(shè)備為主時(shí)鐘和從時(shí)鐘，套用軍事題材中的對(duì)時(shí)步驟，我們稱主時(shí)鐘為司令部，從時(shí)鐘稱為團(tuán)長(zhǎng)。
精簡(jiǎn)版對(duì)時(shí)：緊張的總攻即將開始，司令部接通了團(tuán)長(zhǎng)的電話：
“洞拐，我是洞幺?！?/p>
“洞幺，洞拐收到!”
“洞拐，我的表是八點(diǎn)一刻?！?/p>
“洞幺，已對(duì)時(shí)?！?/p>
掛電話!
03
復(fù)雜版IEEE1588對(duì)時(shí)：
第一步，在八點(diǎn)一刻(T1)，司令部向團(tuán)長(zhǎng)發(fā)送第一個(gè)電報(bào)(sync同步報(bào)文)，告訴他我們要對(duì)時(shí)了;
第二步，緊跟著又發(fā)送第二個(gè)電報(bào)(Follow_up跟隨報(bào)文)，把T1的準(zhǔn)確時(shí)間在這個(gè)報(bào)文里發(fā)給團(tuán)長(zhǎng);
第三步，團(tuán)長(zhǎng)記錄下第一個(gè)電報(bào)達(dá)到團(tuán)部的準(zhǔn)確時(shí)間T2;
第四步，團(tuán)長(zhǎng)向司令部發(fā)送第三個(gè)電報(bào)(delay_req報(bào)文)，記錄下發(fā)送時(shí)間T3;
第五步，司令部記錄下第三個(gè)電報(bào)的準(zhǔn)確到達(dá)時(shí)間T4;
第六步，司令部把T4時(shí)間通過第四個(gè)電報(bào)(delay_resp報(bào)文)發(fā)給團(tuán)長(zhǎng)。
這頓操作下來，團(tuán)長(zhǎng)這里就有了四個(gè)時(shí)間，T1，T2，T3和T4。因?yàn)槭蔷_對(duì)時(shí)，就要考慮兩個(gè)時(shí)間，一個(gè)是團(tuán)長(zhǎng)的表和司令部的表之間的差，我們叫時(shí)鐘差(offset)，還有一個(gè)時(shí)間就是電報(bào)在從司令部發(fā)到團(tuán)長(zhǎng)那里所耗費(fèi)的時(shí)間，就是在路上的時(shí)間(delay)。
根據(jù)下圖，做個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算，那就可以通過這四個(gè)時(shí)間，算出來offset和delay，然后團(tuán)長(zhǎng)就知道表跟司令部的表差多少了(offset)。
圖源：來自CSDN
圖源：來自CSDN
04
了解了對(duì)時(shí)原理，我們就可以在PLCnext中編程了，同樣在這里有主PLC(司令部)和從PCL(團(tuán)長(zhǎng))，二者通過UDP_SOCKET功能塊來收發(fā)數(shù)據(jù)。具體的運(yùn)算步驟完全按照IEEE1588的六個(gè)步驟來做，我們特別用示波器進(jìn)行了數(shù)據(jù)的同步驗(yàn)證，兩個(gè)PLC按照約定的時(shí)間同時(shí)發(fā)出一個(gè)信號(hào)，兩個(gè)信號(hào)的時(shí)間差保持在1ms的級(jí)別。
此功能滿足了很多特殊行業(yè)及應(yīng)用對(duì)時(shí)間系統(tǒng)同步的要求，為PLCnext在其中的應(yīng)用添加了更有力的功能，其他新鮮功能持續(xù)開發(fā)中，請(qǐng)保持關(guān)注哦!
