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ControlLogix的时钟同步方案


ControlLogix时钟同步方案
ControlLogix的处理器从18.0.0版引入了CIP 同步的功能,全面支持PTP1588。PTP1588的典型应用领域是:测量和控制系统、工业自动化、电力系统以及分布式运动控制系统。PTP1588可以提供亚微秒的时间精度,所需计算资源网络资源更少。
在ControlLogix系统中,时钟同步所需的硬件和软件的要求见下表。
表1   系统的硬件和软件的要求
所需产品必需 or 可选
RSLogix 5000 编程软件, 版本 18.0.0或以上必需
单机系统中采用 1756-L6x, 1756-L7x ControlLogix处理器 firmware 版本 18.0.0 或以上必需
冗余系统中采用 1756-L6x, 1756-L7x ControlLogix处理器 firmware 版本19.50 或以上;1756-RM冗余模块可选
1756-ENxT, 1756-ENxTR以太网模块,firmware 版本3.0或以上必需
1756-IB16ISOE firmware 版本2.0或以上可选
1756HP-TIME嵌入ControlLogix机架的GPS模块,提供UTC时间;
或外置型GPS主机(第三方产品)
可选
1783-MS06T Stratix 8000以太网交换机必选[1]
   注:【1】使用第三方GPS主机时,必须选择支持PTP1588的交换机,且设置为边界时钟。
 
系统的典型架构见图1,图1中的网络拓补结构为星型拓补结构,使用的的ControlLogix冗余系统,该冗余系统使用的增强型的方案,使用以太网带IO,在系统中使用了GPS模块作为Grandmaster(整个系统的主时钟)。对该方案的说明如下:


图1 系统架构
1 系统主时钟(Grandmaster)的选择
在时钟同步系统中只能有一个主时钟(Grandmaster),在本系统中采用了第三方的产品作为主时钟。目前市场上有多个厂家提供GPS时钟主机,该主机既支持PTP1588又可以作为NTP服务器,带有以太网口,当该主机锁定卫星后可以通过以太网发布UTC(世界标准时间)。在图1的方案中,GPS主机通过PTP1588将Controllogix系统的时钟同步,通过NTP将个人计算机同步。PTP1588采用实时同步的工作方式,时间精度可达亚微秒;NTP采用周期型的工作方式,刷新周期最小为16秒,时间精度可达10毫秒。图1中使用的第三方GPS主机可以为上百台设备授时。
目前,我公司技术部已经测试过国内生产的GPS主机。
2 使能CIP Sync功能
在本系统使用的硬件中,Controllogix处理器,1756-EN2T以太网模块和1756-IB16ISOE模块都有自己的时钟,仅需使能模块的CIP Sync功能,就能得到统一的UTC时间。这种技术简化了网络结构。而在过去的系统中要使用专门的网络才能建立时钟同步网络,而现在使用工业以太网就可以建立时钟同步网络。CIP Sync可以充分利用已有的以太网资源,对同步信号就不需要单独布线了。
3 授时机制
在图1所示的系统中,红色的GM代表Grandmaster Clock,它是系统最高级的时钟;绿色的S代表从时钟,黄色的M代表主时钟。最高级时钟(GrandMaster Clock)在一个域内,通过CIP协议进行时钟同步,作为最终时间源。图1中的系统具有最高级时钟的仲裁功能,时钟系统可以自愈,一个时钟失效不会停止时间的传送或同步,系统通过最佳时钟算法(Best Master Clock Algorithm)自己能够判断,找到最佳主时钟(Best Master)。
在图1中,GM通过CIP同步的方式,在以太网络上将3个EN2T的时钟同步,EN2T通过背板分别将L61和SOE模块的时钟同步。GM通过NTP的方式,将个人计算机的时钟同步。这个方案使控制系统和个人计算机系统从同一个时钟源获取时间,保证了整个系统的时钟同步。
 
4 支持CIP同步的硬件系统
控制器:ControlLogix控制器具有自身支持CIP同步的功能。可以作为精确时钟PTP主站和从站。在控制器之间,不需要编制程序就能共享时钟。只要在控制器配置页面的选项框中打勾即可。
以太网模块:EN2T支持CIP同步。
交换机:STRATIX 8000本身支持PTP1588,可以设置边界时钟也可以设置透明时钟。
机架式SOE模块:1756-IB16ISOE,固件版本2.7。提供最新技术和最佳性价比的SOE方案/第一失效检测系统。基本功能为:
1.支持集成的CIP同步。
2.支持高精度时间戳,来自以太网时间源的“实时”值。
3.SOE方案的结构非常简单,取消了原来的同步连接线。
4.模块提供了新的“x10 先入先出模式”。
5.在高速应用中,对每个请求包间隔RPI可提供10个事件时间戳的回放。
6.响应时间提高了10倍
 
5 上位机的事件记录

图2 报警和事件记录
在控制器中通过ALMD命令,直接得到设备级的事件,如图2所示。通过RSLinx Enterprise与上位机通讯,当上位机中的报警和事件服务器(FT Alarm and Event services)检测到该事件后,可以将该事件存储在报警日志里,同时显示在报警汇总里,如图3所示。


图3 报警汇总查看器
6  CIP同步实例:第一失效检测(SOE
传统的失效检测或报警系统,无法判断实际失效时的失效发生的顺序,从而也无法找到停机的根源和真正产生故障的原因。对失效输入信号的高精度时间戳,可以非常准确地分析出第一失效信号,从而容易确定造成机械停机的初始故障。电力行业需要小于1毫秒精度的时间戳,用于大面积分布式电厂基础设施的第一失效的分析查询。
7  Logix 系统时钟同步的设置步骤
设置的具体步骤欢迎来电垂询我公司技术人员,感谢您的支持和关注!