一种基于BLVDS的工业控制系统IO总线时间同步方法与流程

本发明涉及领域，尤其涉及一种基于blvds的工业控制系统io总线时间同步方法。

背景技术：

1、目前工业控制系统中，为了保证io总线实时性需求、数据一致性、同步控制、数据分析和故障排查等方面，需采用准确的时间同步机制来满足精准的数据采集、控制和决策。现有的时间同步方案包括网络时间协议、精准时间协议等，均需通过网络层协议，受限于网络延迟和不确定性，可能无法为io总线提供高精度和实时的时间同步；部署和配置的复杂性所致的网络基础设施和硬件支持条件较高，复杂的网络拓扑一定程度上影响了时间同步设备部署；在工业控制系统中节点设备均新增网络接口以及对应的mac层、链路层芯片的方式将会造成成本上的负担，并且无法针对控制系统中多个节点设备进行补偿时间计算。

2、例如，一种在中国专利文献上公开的“工业控制系统的控制器时间同步方法”，其公告号：cn201410848839.0，公开了包括时间同步基准源向节点控制器发送同步脉冲，并且时间同步基准源发送同步时间信息；节点控制器接收到同步脉冲的同时，触发节点控制器的同步计时器，当节点控制器接收到同步时间信息后，将计时器的计时时间和同步时间信息中的同步时间之和作为节点控制器的校准时间并进行时间同步校准，但是该方案没有解决精准时间同步的问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中精准时间同步的问题，本发明提供一种基于blvds的工业控制系统io总线时间同步方法，保证了工业控制系统中各个节点设备的精准时间同步，确保实时性需求、数据一致性以及io总线同步控制。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于blvds的工业控制系统io总线时间同步方法，包括如下步骤，

4、主设备获取基准时间同步信息并将基准时间同步信息锁存；

5、进行时间补偿算法得到精准时间补偿值；

6、读取锁存的基准时间同步信息并累加精准时间补偿值得到时间同步帧；

7、主设备将时间同步帧发送到从设备，从设备复位时间补偿算法进行时间补偿计算并累加时间同步帧中的数据进行时间同步。通过主设备的基准时间同步信息获得时间同步的基准时间，然后通过时间补偿算法得到准确的同步时间，通过从设备的时间补偿算法确定从设备的准确的同步时间，最终实现准确的时间同步，保证了工业控制系统中各个节点设备的精准时间同步，确保实时性需求、数据一致性以及io总线同步控制。

8、作为优选的，所述的主设备获取基准时间同步信息后，下发时间同步命令到从设备，从设备根据时间同步命令和时间同步帧进行时间同步。通过下发时间同步命令让需要时间同步的从设备做好时间同步准备或开启时间同步，然后通过广播时间同步帧使得获取过时间同步命令的从设备进行实际同步，实现从设备针对性的时间同步控制。

9、作为优选的，所述的时间补偿算法包括，通过基准时钟进行计时，记录计时到下发时间同步命令的时间，将所述时间转换为第二时钟域的时间值，第二时钟域为上次时间同步后的最终时间信息的时钟。通过基准时钟记录下下发同步命令和基准同步时间的差值，并将该差值转换到最终的时钟域中，消除最终同步时间中的因为信号下发时序造成的误差，完成时间补偿。

10、作为优选的，所述的得到精准时间补偿值之前、锁存基准时间同步信息后获取线路延迟时间；不同从设备设有不同的线路延迟时间，将线路延迟时间加入到时间同步帧中。通过线路延迟时间确定不同从设备的延迟，使得从设备根据时间同步帧进行同步之前就确定好自身的延迟时间，使得不同从设备在时间同步后具有准确的同步时间，并且延迟时间是通过锁存的基准时间确定的，使得最终的时间同步帧中基准时间和延迟时间对应。

11、作为优选的，获取线路延迟时间包括，发送延迟计算请求，开始记录延迟时间；获取延迟计算请求对应的延迟计算响应数据帧，根据延迟计算响应数据帧和延迟时间确定延迟计算结果；获取多次延迟计算结果后，将多次延迟计算结果的平均值作为线路延迟时间。根据发送延迟计算请求和收到延迟计算响应数据帧的时间差来确定延迟时间，获取多次延迟时间后进行平均值计算得到平均值作为线路延迟时间，减少线路通信过程中线路及设备的影响，得到准确的线路延迟时间。

12、作为优选的，在进行时间同步时，获取时间同步帧后再次进行基于从设备的时间补偿计算得到子时间补偿值，将子时间补偿值叠加时间同步帧中的时间完成时间同步。通过子时间补偿得到从设备自身的时间误差，从而提高时间同步的准确性。

13、作为优选的，所述的主设备包括fpga和cpu，cpu将配置信息通过spi总线传输至fpga，fpga发送来自cpu的时间同步命令即时间同步帧。fpga通过寄存器模块存储所接收到的数据内容，通过fpg实现整体数据传输机制的运行。实现主设备内部的基准时间传递。

14、作为优选的，将主设备通过blvds总线连接至少一个从设备，为每个节点的从设备设置不同的传输权限；通过blvds总线传输实时数据以及时间同步帧。能够起到数据通讯总线与时间通讯总线共用的效果，防止由权限冲突导致的数据异常或时间同步失败事件，确保每个节点设备数据正常传输、时间一致性。

15、本发明具有如下优点：

16、(1)无需新增时间同步总线，使用主控制设备决策blvds总线上数据传输、时间同步权限，保证了时间同步机制的稳定性；并且能够根据实际情况，更改时间同步为广播或精准的方式，应用于更多的场景，更具备灵活性以及实用性；(2)同时，精准时间补偿算法能够保证blvds总线上节点设备能够接收到精度更高的时间同步信息，保证工业控制系统io总线上数据的实时性、有效性；(3)消除最终同步时间中的因为信号下发时序造成的误差，完成时间补偿。

技术特征：

1.一种基于blvds的工业控制系统io总线时间同步方法，其特征在于，包括：主设备获取基准时间同步信息并将基准时间同步信息锁存；

2.根据权利要求1所述的一种基于blvds的工业控制系统io总线时间同步方法，其特征在于，所述的主设备获取基准时间同步信息后，下发时间同步命令到从设备，从设备根据时间同步命令和时间同步帧进行时间同步。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于blvds的工业控制系统io总线时间同步方法，其特征在于，所述的时间补偿算法包括，通过基准时钟进行计时，记录计时到下发时间同步命令的时间，将所述时间转换为第二时钟域的时间值，第二时钟域为上次时间同步后的最终时间信息的时钟。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于blvds的工业控制系统io总线时间同步方法，其特征在于，所述的得到精准时间补偿值之前、锁存基准时间同步信息后获取线路延迟时间；不同从设备设有不同的线路延迟时间，将线路延迟时间加入到时间同步帧中。

5.根据权利要求4所述的一种基于blvds的工业控制系统io总线时间同步方法，其特征在于，获取线路延迟时间包括，发送延迟计算请求，开始记录延迟时间；获取延迟计算请求对应的延迟计算响应数据帧，根据延迟计算响应数据帧和延迟时间确定延迟计算结果；获取多次延迟计算结果后，将多次延迟计算结果的平均值作为线路延迟时间。

6.根据权利要求2所述的一种基于blvds的工业控制系统io总线时间同步方法，其特征在于，在进行时间同步时，获取时间同步帧后再次进行基于从设备的时间补偿计算得到子时间补偿值，将子时间补偿值叠加时间同步帧中的时间完成时间同步。

7.根据权利要求1或2所述的一种基于blvds的工业控制系统io总线时间同步方法，其特征在于，所述的主设备包括fpga和cpu，cpu将配置信息通过spi总线传输至fpga，fpga发送来自cpu的时间同步命令即时间同步帧。

8.根据权利要求7所述的一种基于blvds的工业控制系统io总线时间同步方法，其特征在于，将主设备通过blvds总线连接至少一个从设备，为每个节点的从设备设置不同的传输权限；通过blvds总线传输实时数据以及时间同步帧。

技术总结
本发明公开了一种基于BLVDS的工业控制系统IO总线时间同步方法，包括如下步骤，主设备获取基准时间同步信息并将基准时间同步信息锁存；进行时间补偿算法得到精准时间补偿值；读取锁存的基准时间同步信息并累加精准时间补偿值得到时间同步帧；主设备将时间同步帧发送到从设备，从设备复位时间补偿算法进行时间补偿计算并累加时间同步帧中的数据进行时间同步；无需新增时间同步总线，使用主控制设备决策BLVDS总线上数据传输、时间同步权限，保证了时间同步机制的稳定性；并且能够根据实际情况，更改时间同步为广播或精准的方式，应用于更多的场景，更具备灵活性以及实用性。

技术研发人员：陈银桃,王坤皇,王雅莉,章维
受保护的技术使用者：中控技术股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12