[发明专利]工业系统中的时间同步

说明书

一种用于控制背板通信的工业系统，包括：集群管理器，包括链接到主控制模块的主交换机，至少一个I/O模块，包括链接到副控制模块的副交换机，单向通信线路，通过无源基板将集群管理器链接到至少一个I/O模块，集群管理器包括单向通信线路上的传输端口和接收端口，至少一个输入/输出模块包括单向通信线路上的接收端口，主控制模块经由单向通信线路上的传输端口产生脉冲，接收到脉冲时，主控制模块从主交换机的主时钟创建主时间戳，副控制模块从副交换机的副时钟创建副时间戳，主控制模块经由单向通信线路上的传输端口向副控制模块发送消息，该消息包括主时间戳，接收到消息时，副控制模块基于接收到的主时间戳和副时间戳来使副时钟与主时钟同步。

技术领域

本公开总体涉及工业网络，更具体地，涉及支持多种工业以太网协议、现场总线协议和工业应用处理并且为工业架构中的可编程逻辑控制器的背板通信提供高性能的系统。

背景技术

工业自动化/控制系统用于控制多种系统(包括过程、机器等)的操作，并且通常通过多个控制系统部件或设备(比如控制模块、输入/输出(I/O)模块、I/O设备等)的配置和互连而适用于不同的控制应用。现有的工业控制系统通常包括运行或执行控制程序的处理器，以与I/O系统(例如通常一个或多个I/O模块或设备)交互，从而从现场传感器接收模拟和/或数字输入形式的系统信息，并向一个或多个致动器提供输出(模拟和/或数字)。工业控制系统越来越多地与制造设施中的管理信息和其他系统互连，并且可以可操作地连接到任意数量的通信网络，以促进各种商业管理功能，比如除了过程/机器控制功能之外的库存控制、核算、制造控制等。

随着快速以太网(例如在具有全双工能力的交换模式中)的演进和发展，集成商业和控制网络结构以将工业控制系统与通用系统互连的期望已经允许工业以太网(例如，比如允许现场设备直接连接到以太网的以太网/IP网络)广泛用于工业应用中。事实上，工业以太网正在成为工业自动化领域的主导(如果不是现任)技术。

在片I/O架构中，独立的I/O岛通过如以太网/IP的现场总线连接到如可编程逻辑控制器PLC的控制设备，并包含通过集群管理器分别驱动I/O模块集群的头。集群是一组I/O模块，多达32个模块，通过背板物理地链接在一起，I/O模块是将电信号转换为数字值的常用自动化模块。在集群中，集群管理器和不同的模块可以通过多点通信线路借助各自的交换机进行通信。

例如，交换机的端口可以配置为在预定的时间窗口发送特定的帧，尤其是如果交换机共享相同的时钟并且同步的话。可以使用通用精确时间协议(gPTP)来同步头和集群管理器，gPTP采用第2层(以太网)消息来建立时钟的层次结构，并同步头和集群管理器所属的gPTP域中的时间。对于具有不可协商的端到端传输延迟时间界限的实时通信，所有交换机应当具有公共时间基准，因为它们的时钟彼此同步。

然而，通过多点通信线路，I/O模块在被同步之前不能传输，并且I/O模块的交换机中的标准堆栈需要在开始同步算法之前传输。

因此，需要实现集群管理器和I/O模块的有效同步，相关可靠性和实时约束，抵抗测量误差。

发明内容

提供本发明内容是为了介绍与本发明主题相关的概念。本发明内容不旨在标识所要求保护的主题的必要特征，也不旨在用于确定或限制所要求保护的主题的范围。

在一实施方式中，提供了一种用于控制背板通信的工业系统，包括：

集群管理器，其包括链接到主控制模块的主交换机，主交换机是实现主时钟的时间敏感网络TSN交换机，

至少一个输入/输出I/O模块，其包括链接到副控制模块的副交换机，主交换机是实现副时钟的TSN交换机，

第一单向通信线路和第二单向通信线路，其通过无源基板将集群管理器链接到至少一个I/O模块，

其中，集群管理器和所述至少一个I/O模块设计成基于要求主交换机和副交换机之间时间同步的时间感知调度器来经由多点通信线路在它们之间通信，