1127 【万泉河】S7-1200 PLC时钟同步

1，  为什么要时间同步

大部分的情况下， PLC中是不需要时钟的。 即便有时钟，也可以不与真实时间同步，并不会对控制功能产生任何坏的影响。

然而，这只是在初级入门阶段。 当需要用到的PLC功能越来越高级，或者有一些控制功能需要用到实时时钟的时候，就需要其时间准确。 而微型CPU的时钟芯片通常不准确，所以就需要做时钟同步。

比如，某些特殊的应用，需要基于预设的时间做一些逻辑控制。这是属于基本应用，十几年前就一直有的。

还比如，随着自动化程度越来越高，会把一些诸如报警以及归档数据等在PLC中生成，则需要在将数据上传到上位机之前，需要在PLC中给数据打上时间戳， 那自然就需要有比较精确的时钟了。

2，  时钟同步的方法

大致来说，有2种时钟同步的方法。

一种是上位机与PLC通过变量传递时钟信息，通过编程分别读取上位机的时钟，然后再编程写入到PLC时钟。

另一种是在上位机与PLC均支持NTP协议的情况下，设置上位机为NTP服务器，并且设置PLC为NTP客户端。 当然，如果网内有独立的NTP服务器，或者PLC可以通过网关直接访问到广域网， 那直接使用广域网上的NTP服务器地址也可以。

对于普通的WIN系统电脑，通常默认是不具备NTP服务器功能的，需要做一些设置改动，网上有很多这方面的文章可以参考。

当PLC和上位电脑都设置完成后，就可以自动实现了时钟同步，就可以认为电脑的时间即PLC的时间。 那么，电脑也有可能时间不准的，怎么办？

两种方法，一种是再设置电脑为NTP客户端，主动再去跟其他的NTP服务器通讯获取时间信息。包括从外网获得，或者自动化系统内有专门的时钟同步模块。

另一种则是操作工定时检查上位机电脑的时钟， 偏离比较大的时候，手动调整。

3，  NTP时钟同步方案的缺点

首先，不利于自动部署。电脑部分的设置可以暂时不谈。这部分设置主要是对注册表的修改，如果需要，完全可以用程序实现。 比如在WINCC启动时，自动将注册表数据导入到注册表。

但困难的是PLC部分。需要在PLC的设置中每次设置NTP服务器的IP地址。 而在不同项目设备分配的IP地址不同的情况下，需要每次都操作一遍。做好了以后再验证功能好用。 这部分的工作逐渐趋于复杂， 普通的工人搞不懂，那就每次都需要工程师来亲自操作实现，极大牵扯了工程师的精力。 第一次做到的时候可以认为有技术含量，然而这样反复做，没有技术含量的事还需要工程师每一次都亲力亲为，就非常不值得了。

如果PLC的操作系统也像WINDOWS系统一样可以直接导入参数即完成配置，那或许能好一点。 然而目前即便有这样的功能， 但还没有听说，也更没有掌握。

其次，不方便验证。

时钟同步功能有效，没有验证的方法。 而如果出于各种原因，导致同步功能失效，也没有发现故障及时产生报警提醒的方法。 需要过了很久，PLC内部时钟产生了严重偏差之后才会偶然发现，而这时候可能已经造成了严重的生产损失。

4，  手动编程实现时钟同步方法的缺点

手动编程需要上位下位的配合，实现时钟同步，这当然很麻烦。 然而不能算作主要的缺点。因为毕竟编程只需要一次，把程序调试好，做好封装，以后的项目直接复制使用，即可完成功能， 其实是符合标准化的自动化原则的。

真正的缺点在于，这种时钟同步的精度不够高。 因为严重依赖于变量本身的刷新周期，而每次读取的时间时刻是随机的，因而导致产生随机性的误差。 通常误差会接近到秒级。

另一个缺点， 也是我一直以来拒绝使用编程方法做时钟同步的原因，就是如果需要从上位将年月日时分秒以及毫秒等数值逐个读出，通过十来个变量，下传给PLC中，再在PLC中拼装成一个完整的时间变量，在我看来就非常笨拙，毫无优雅可言。

自动化行业发展几十年了， 我们每个人还在年月日时分秒拼日期时间，相当于每个人都还在从头造轮子，这是比较恶心的。 另外也包括经常看到一些关于设备寿命累积的文章，在发表的算法程序中，都在那儿一丝不苟地从秒，分，时，日，月等逐级进位，繁杂无比，都是非常惨不忍睹，不忍直视。这个问题有同样焦虑的可以参考我在本文中的做法，也可以直接跟我沟通咨询。

而其实，所谓的YYYY-MM-DD-HH:MM:SS的时间格式表达，也是一个数据格式。无非比普通数据格式复杂一点，但总比UDT自定义数据格式简单，毕竟各平台也都分别有其定义。我们只需要掌握这些数据格式的定义规律，即可以直接使用。  

5，使用WINCC实现与S7-1200的时钟同步

以WINCC为例，实现与S7-1200的时钟同步，当然，如果上位是触摸屏以及其它各品牌的SCADA软件，也可以同样参考。

同步的功能分两部分。

1，  如果PLC中系统时间忘记了手动设置，比如还是出厂的2012等某个多年前的时间，则将电脑的当前时间直接下发给PLC。

2，  读取PLC中的时间到变量， WINCC中定时（比如10小时）读取其时间值，并与系统当前时间（NOW）相比较，相减得出来差值，换算为毫秒数，下发给PLC。PLC中在收到这个差值后，将误差值补到系统时间中。为避免修改系统时间造成的干扰，仅在差值超过±1S后才执行。

上述两点，通过判断时间差值来区分。 如果大于1小时，则全部按照1,1小时之内才按照2。第一种方式下发的时间，在经历了变量通讯并在PLC中收到时，产生的误差较大，会超过数秒，然后再会触发第二种同步，将误差修正，实现了对时。

在对时的过程中，还要考虑到时区。S7-1200 PLC中有2个时间， 分别是UTC时间和当地的LOC时间。 西门子的PLC在出厂时设置的为UTC+1 柏林的时区，如果不正确设置，则会导致混乱。 我们当然可以只使用UTC时间，然而在WINCC中通过NOW指令得到的时间也是当地当前时间，我们或许可以假定自己的电脑永远在东八区即UTC+8，然而也正是出于同样的原因，西门子把他们的电脑系统设置在东一区。然后到了东八区的我们手里。

所以正确的处理应该是读取电脑系统的时区Bias值（分钟数），并下发到PLC中，通过SET_TIMEZONE函数将时区值设置送给PLC系统。

最终可以实现，在电脑中修改系统时间，甚至时区时，PLC的LOC时间也实现了同步更新。