[发明专利]在分布式控制系统中用于时间同步的方法

说明书

                        技术领域

本发明涉及一种在分布式控制系统中提供时间同步的方法。

                        背景技术

通常，分布式控制系统包括一组通过一个或多个网络通信链路互连的节点。所述网络通信链路可包括诸如以太网的分组链路或者一个或多个可在分布式控制系统应用中采用的各种分组链路。在分布式控制系统中，近来逐渐意识到需要支持时间敏感通信量。因此，有必要在分布式控制系统的节点之间同步时钟。

在包括多个时钟的分布式控制系统中，必须采用时间同步，以便减少在源振荡器中固有的不稳定性并减少使用环境条件中的时间漂移效应(参照以下的参考文献1)。特别地，称为住宅以太网(residential Ethernet)的住宅网桥考虑时间同步，以便提供通信量流传输、源装置和目的装置中数据流的取样以及用于指示所述流的同步时钟(参照以下的参考文献2)。为了执行精确的时间同步，分布式控制系统必须具有同步性能，其中，在时钟时间和时钟频率两个方面，可将从时钟锁定到主时钟。

参照以下的参考文献[3]，IEEE 1588标准规定时间格式并定义多个可用于分布定时信息的消息，但是没有定义实现时间同步的方案。参考文献[1]公开一种可使用IEEE 1588协议执行精确的频率和时间同步的频率补偿时钟，以便改变定时信息。

图1是示出在普通分布式控制系统中用于时间同步的基本操作过程的梯形图，其公开了在根据IEEE 1588协议的分布式控制系统中主时钟和从时钟之间的基本操作。参照图1，主时钟周期性地将包括它自己的启动时间的同步消息(sync)发送到从时钟，由此以规律的间隔来执行用于时间同步的操作。主时钟可按类似的方式通过可选消息(follow-up)来发送开启时间。将延迟请求(未示出)从从时钟发送到主时钟，以便确认传输延迟，并且响应于所述延迟请求，将延迟响应(未示出)从主时钟发送到从时钟，从而可获得用于确认传输延迟时间的信息。

通过检测所述sync的到达时间，接收sync内的启动时间，并减去从主时钟到从时钟的传输延迟，从时钟识别出它自己与主时钟相关的时间偏移，由此补偿它自己的操作频率和时间值。参考文献[3]公开一种IEEE 1588协议的详细过程。

图2是示出在普通分布式控制系统中的频率补偿时钟的主要部分的框图，所述频率补偿时钟与参考文献[1]所公开的具有相同的结构。参照图2，频率补偿时钟包括频率补偿模块210和时钟计数器220。如图2的虚线更加详细地所指示的，频率补偿模块210可包括频率乘法器214和频率补偿值寄存器212。在将本地振荡器频率提供给时钟计数器220之前，在频率补偿模块210中将其与频率补偿值相乘，所述频率由此被校正。如参考文献[1]所公开的，具有这种结构的时钟可通过适当地更新频率来补偿时间偏移和频率两者。

在从时钟中，频率补偿值的初始值可依据方案而定。在图2的时钟设置环境中，可将频率补偿值设置为1，这虽然不同于参考文献[1]，但是既不会对操作处理产生影响，也不会产生另一结果。

以下，将参照图1更加详细地描述频率更新方案，所述方案如下执行。如图1所示，在MasterSyncTime_n，主时钟将sync发送到从时钟。这里，相应sync通过时间戳记而包括时间值MasterSyncTime_n。这里，“n”相应于sync的计数值。当自己的本地时钟是SlaveClockTime_n时，从时钟接收sync。这里，从时钟按以下等式所表示的来计算主时钟时间MasterSyncTime_n。

MasterClockTime_n＝MasterSyncTime_n+MasterToSlaveDelay

在上面的等式中，MasterToSlaveDelay相应于传输延迟时间值。

按以下等式所表示的来确定当前同步周期的主时钟计数MasterClockCount_n。

MasterClockCount_n＝MasterClockTime_n-MasterClockTime_n-1

按以下等式所表示的来确定当前同步周期的从时钟计数SlaveClockCount_n。