工业控制系统的校时方法、工业控制系统和存储介质与流程

本发明涉及工业控制领域，尤指一种工业控制系统的校时方法、工业控制系统和存储介质。

背景技术：

1、随着工业现场的复杂性越来越高，以及自动化、智能化的发展，控制器精度要求越来越高，目前，很多控制系统的内部总线采用以太网、光纤、背板总线等各种工业总线通讯，因此常规的系统校时精度已无法满足工业现场需求。为了实现各个控制器、网关、输入输出模块等设备的时钟同步，通常控制器与网关模块之间的以太网通讯采用高精度的ieee1588标准(网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准)进行校时；网关模块与输入输出模块之间的背板总线，采用每秒或每分钟的校时广播帧，将当前的系统时间添加校时广播帧，由控制器在每秒或每分钟将时间信息广播至所有设备，每个设备接收到校时广播帧后，对本地的系统时间进行时钟同步，整个系统的校时误差累计，校时精度差，同时需要增加额外的支持ieee1588标准校时的设备，提高系统成本。

2、具体来说，在系统网络拓扑中，机架间通过以太网和光纤拓扑连接，控制器与网关模块之间需要基于以太网的时钟同步技术，通常采用ntp(network time protocol，网络时间协议)或ieee1588标准。在采用ntp校时的时候，校时精度较差。在采用ieee1588标准校时的时候，校时精度高，但是需要支持ieee1588标准的硬件(例如，支持ieee1588标准的以太网芯片)，系统成本增加。此外，网关模块与输入输出模块之间通过串行的rs485/lvds(low-voltage differential signaling，低电压差分信号)通讯，网关模块通过独立的校时协议对机架内的输入输出模块进行校时，通常采用校时广播帧，这样系统需要支持多种校时方式，校时过程占用较多网络带宽，并且校时误差累积造成系统时钟精度偏差大。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种工业控制系统的校时方法、工业控制系统和存储介质，其能够在不增加硬件的情况下获得精确的校时结果。

2、为了达到本发明目的，本发明实施例提供了一种工业控制系统的校时方法，系统包括设置在主机架中的控制器以及设置在从机架中的至少一个目的模块，控制器以及至少一个目的模块通过工业现场总线连接，并且工业现场总线包括在以太网、光纤、rs485总线和低电压差分信号lvds接口之中的一种或多种，该工业控制系统的校时方法包括：

3、在控制器与目的模块通过周期扫描来交换报文的时候，根据在报文的报头中所包含的时刻信息，确定目的模块的本地时钟相对于控制器的时钟的钟差和传播延时；

4、根据目的模块的本地时钟相对于控制器的时钟的钟差和传播延时，校准目的模块的本地时钟。

5、在一个可选的实施例中，在控制器与目的模块通过周期扫描来交换报文的时候，控制器和目的模块通过在所交换的报文的报头中所包含的时刻信息，确定目的模块的本地时钟相对于控制器的时钟的钟差和传播延时，包括：

6、获取控制器通过周期扫描的方式发出报文与目的模块接收到报文的时间差；以及

7、获取目的模块通过周期扫描的方式发出报文与控制器接收到报文的时间差。

8、在一个可选的实施例中，获取控制器通过周期扫描的方式发出报文与目的模块接收到报文的时间差，包括：

9、在系统的校时周期的初始时刻，控制器通过周期扫描向系统之中的每个目的模块广播校时广播包；其中，校时广播包包含控制器广播校时广播包的时刻t1；

10、每个目的模块记录接收到校时广播包的时刻t2以及从校时广播包中解析的控制器广播校时广播包的时刻t1；

11、获取目的模块通过周期扫描的方式发出报文与控制器接收到报文的时间差，包括：

12、控制器与每个目的模块执行以下步骤，直到控制器接收到由每个目的模块发送的校时反馈报文为止；

13、控制器通过周期扫描在不同周期扫描的开始时刻依次向系统中不同的目的模块发送第一系统校时报文；

14、每个目的模块在接收到本目的模块所对应的第一系统校时报文的时候，向控制器发送校时反馈报文，并且记录向控制器发送校时反馈报文的时刻t3；

15、控制器记录接收到每个目的模块所对应的校时反馈报文的时刻t4；

16、控制器与每个目的模块执行以下步骤，直到每个目的模块接收到目的模块所对应的第二系统校时报文为止；

17、控制器通过周期扫描在不同周期扫描的开始时刻依次向系统中不同的目的模块分别发送该目的模块所对应的第二系统校时报文；其中，第二系统校时报文包含控制器接收到该目的模块所对应的校时反馈报文的时刻t4；

18、每个目的模块分别根据控制器广播校时广播包的时刻t1、目的模块接收到校时广播包的时刻t2、本目的模块发送校时反馈报文的时刻t3以及控制器接收到目的模块所对应的校时反馈报文的时刻t4，通过以下方程式确定目的模块的本地时钟相对于控制器的时钟的钟差和传播延时：

19、delay＝((t2-t1)+(t4-t3))/2；

20、offset＝((t2-t1)–(t4-t3))/2；

21、其中，delay为目的模块的本地时钟相对于控制器的时钟的信号传播延时，offset为目的模块的本地时钟相对于控制器的时钟的偏移。

22、在一个可选的实施例中，目的模块是系统中的输入输出模块或者是在输入输出模块与控制器之间的网关模块；其中，输入输出模块和网关模块设置在一个或多个从机架中，每个从机架中至少设置有一个网关模块，并且控制器所在的主机架中的网关模块与各个从机架中的网关模块形成菊花链拓扑；

23、控制器与目的模块通过周期扫描来交换报文，包括：

24、如果从机架中的网关模块在接到报文的时候，根据报文中所包含的目的模块的地址，确定网关模块或者与网关模块处于同一从机架的输入输出模块是目的模块，则网关模块保存控制器广播校时广播包的时刻、网关模块接收到校时广播包的时刻、网关模块接收到网关模块所对应的第一系统校时报文的时刻以及控制器接收到网关模块所对应的校准反馈报文的时刻；

25、如果从机架中的网关模块在接到报文的时候，根据报文中所包含的目的模块的地址，确定与网关模块处于同一从机架的第一输入输出模块是目的模块，则网关模块保存控制器广播校时广播包的时刻、第一输入输出模块接收到校时广播包的时刻、第一输入输出模块接收到网关模块所对应的第一系统校时报文的时刻以及控制器接收到第一输入输出模块所对应的校准反馈报文的时刻；

26、如果从机架中的网关模块在接到报文的时候，根据报文中所包含的目的模块的地址，确定网关模块或者与网关模块处于同一从机架的输入输出模块均不是目的模块，则网关模块将报文按照菊花链拓扑顺次传送到下一个从机架或者主机架中的网关模块。

27、在一个可选的实施例中，目的模块是系统中的输入输出模块或者是在输入输出模块与控制器之间的网关模块；其中，输入输出模块和网关模块设置在一个或多个从机架中，每个从机架中至少设置有一个网关模块，并且控制器所在的主机架中的网关模块与各个从机架中的网关模块形成星型拓扑或者树型拓扑；

28、控制器与目的模块通过周期扫描来交换报文，包括：

29、如果从机架中的网关模块在接到报文的时候，根据报文中所包含的目的模块的地址，确定网关模块或者与网关模块处于同一从机架的输入输出模块是目的模块，则网关模块保存控制器广播校时广播包的时刻、网关模块接收到校时广播包的时刻、网关模块接收到网关模块所对应的第一系统校时报文的时刻以及控制器接收到网关模块所对应的校准反馈报文的时刻；

30、如果从机架中的网关模块在接到报文的时候，根据报文中所包含的目的模块的地址，确定与网关模块处于同一从机架的第二输入输出模块是目的模块，则网关模块保存控制器广播校时广播包的时刻、第二输入输出模块接收到校时广播包的时刻、第二输入输出模块接收到网关模块所对应的第一系统校时报文的时刻以及控制器接收到第二输入输出模块所对应的校准反馈报文的时刻。

31、在一个可选的实施例中，主机架还设置有输入输出模块，校时方法还包括：

32、控制器通过背板总线或者工业现场总线与主机架中设置的输入输出模块交换报文。

33、在一个可选的实施例中，主机架和每个从机架中均设置有至少两个网关，并且每个机架中的至少两个网关形成用于控制器与目的模块通过周期扫描来交换报文的菊花链拓扑、星型拓扑或者树型拓扑。

34、在一个可选的实施例中，该校时方法还包括：

35、在控制器与设置在主机架中的输入输出模块通过周期扫描来交换报文的时候，主机架中的网关模块通过在报文的报头中所包含的时刻信息，确定主机架中的输入输出模块的本地时钟相对于控制器的时钟的钟差和传播延时；

36、根据主机架中的输入输出模块的本地时钟相对于控制器的时钟的钟差和传播延时，校准主机架中的输入输出模块的本地时钟。

37、为了达到上述目的，本发明实施例提供了一种工业控制系统，包括：控制器、目的模块和存储器；

38、存储器用于保存用于进行工业控制系统校时的程序；

39、控制器用于读取执行用于进行数据处理的程序，并且根据用于进行数据处理的程序，由控制器和目的模块进行如上述任一实施例所描述的工业控制系统的校时方法。

40、为了达到上述目的，本发明实施例提供了一种存储介质，存储有计算机可执行指令；计算机可执行指令用于在被读取执行时，进行如上述任一实施例所描述的工业控制系统的校时方法。

41、通过上述方式，在控制器与目标模块之间仅需要通过周期扫描来交换报文，即可确定目的模块的本地时钟相对于控制器的时钟的钟差和传播延时，进而根据目的模块的本地时钟相对于控制器的时钟的钟差和传播延时，校准目的模块的本地时钟。在此过程中无需使用支持ieee1588标准的硬件进行校时，因此无需为该工业控制系统添加额外的硬件，降低了工业控制系统的成本。此外，由于是通过周期扫描的方式确定时钟的钟差和传播延时，因此不会额外占据带宽，并且在控制器与目标模块之间可以通过以太网、光纤、rs485总线和低电压差分信号lvds接口之中的一种或多种进行连接，因此对于工作环境的适用性强。

42、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。