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PCS7 V6.1下实现时间同步功能(更新版)
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1. 简介
时间同步Time Synchronization功能,顾名思义即在整个系统的各个组件之间实现时间的统一。在PCS7系统中为什么要进行时间同步呢?我们知道,PCS7系统基于TIA的方式构建,整个系统包括许多不同的组件。有ET200远程站点、AS自动化系统、服务器(或冗余服务器对)、工程师站、客户机或上位MES系统等。所有的这些组件都拥有自己的时钟源,由于各个设备内部的时间晶振精度的差异、人为的原因等,系统中各个组件的本地时间往往是各不相同,各自为政。这样可能会导致:
√ 各个组件在生成的信息时所基于的时间参考点各不相同;√ 不能确认相应信息的准确时间;√ 在OS上位机所能看到的来自不同组件的报警消息等没有相互的可比性;
例如,我们经常会碰到这样的问题,OS上位机上会看到一些时间标签为1994年的报警消息发生;或当前来的报警消息所显示的时间和本地计算机当前的时间相差8个小时;两个服务器上所看到的同一个变量的归档数据曲线不一致等。这些问题都是因为没有在系统中组态时间同步的功能所导致的。因此,时钟同步的功能对于PCS7的正常运行是非常重要的,PCS7系统中必须组态时钟同步的功能。
时钟同步的机理采用网络广播的方式。在整个网络上,有主时钟Time Master和从时钟Time Slave两种角色。
√ Time Master:主时钟,负责在整个网络上发布自己的时钟信号。一个网络上可以同时组态多个Time Master(参考如下注意事项中的内容),但实时运行时只有一个Time Master处于激活状态,其他Time Master为Time Master standby。√ Time Slave:从时钟,被动接受网络上的时钟信号,同步本地的时钟源,一个网络上可以存在多个Time Slave。注:多个Time Master的情况下,只允许将运行WinCC项目的OS组态成Time Master(通常选择服务器作为Time Master)。
时间同步的方式也有多种,这里仅介绍PCS7系统下支持的方式:
√ Simatic Mode方式:该方式为西门子系统时间同步的方式,仅西门子相关产品支持,本文档也仅讨论该方式下的组态步骤。√ NTP方式:网络时间协议,大部分AS PN控制器和CP卡件均支持该方式。Windows操作系统也支持该方式,具体配置请查阅相关NTP信息。
有如下一个典型的PCS7系统,系统中各个组件均有自己的时钟源,而且每个时钟源的时间信号均带有时区信息。
Pic1.典型网络结构及时区
√ AS控制器时间为UTC时区;√ IPC时间为本地时间,通过Date and time设置时区;√ GPS系统所接受的时间为UTC时区;
在时间同步的过程中,Time Master在网络上发布的时间同步信号均为UTC时区。Time Slave接受到时间信号后,会根据本地时区设置自动调整接受到的时间信号,来同步本地时钟。此外,通过WinCC下Computer属性设置中的Parameters选项卡,还可以设置WinCC显示的时间。
2. 方案及组态步骤
在PCS7系统中组态时间同步功能时,根据设置的Time Master的不同,有如下三种方案:
√ AS作为Time Master,此时只允许同一个网络下,其中一个AS控制器作为Time Master;√ OS作为Time Master,此时允许同一个网络下,多个OS组态为Time Master;√ GPS中央时钟设备,例如,西门子的SICLOCK系列中央时钟设备,通过加装GPS天线可以接受GPS时间信号;
本文将基于上述方案的前两种方案,进行组态的介绍,第三种方案的组态过程类似。示例项目网络结构如下所示,其中包含一个冗余AS,一个Server和一个Client。
Pic2.示例程序网络结构
2.1 AS作为Time Master的组态过程
2.1.1创建一个新项目
运行SIMATIC MANAGER 并创建一个新的项目,按照上述结构加入相应的AS站、Server和Client,并进行相应的硬件组态;
2.1.2 设置AS站的时钟同步功能
√ 双击打开CPU属性对话框,切换到Diagnostics/Clock选项卡,按下表设置Clock组中相关属性。
Synchronization Mode | Time Interval | |
In the PLC | As Master | 10 seconds |
On MPI | None | None |
Pic3. CPU属性Diagnostics/Clock设置
√ 双击CP443-1以太网卡,切换到Time-of-Day Synchronization选项卡,激活时钟同步功能Activate Simatic Time-of-day Synchronization;
Pic4.CP443-1时钟同步设置
注:两个机架上的CP443-1的属性需要分别进行设置;
2.1.3设置OS的时钟同步功能
√ 双击打开OS的硬件组态,双击CP1613卡打开属性设置对话框,切换至Options选项卡,激活Time of day功能;
Pic5. 激活CP1613时钟同步功能
注:如果未使用CP1613卡,则该步可以省略,IE General无需设置该选项。
√ 将硬件组态下载到相应的OS上,通过Start ® SIMATIC ® SIMATIC NET ® Configuration console打开配置平台,切换至CP1613下的Time of day,检查同步功能是否激活;
Pic6. 检查CP1613的同步功能激活
√ 使用WinCC Explorer打开Server的OS项目,双击左侧的Time Synchronization选项,激活Synchronization via system bus,进行如下设置。
Pic7.设置OS服务器时间同步属性
√ 使用WinCC Explorer打开Client的OS项目,双击左侧的Time Synchronization选项,激活Synchronization via terminal bus,进行如下设置。
Pic8.设置OS Client时间同步属性
2.1.4检验时钟同步功能
下载AS硬件组态及程序,激活OS服务器和客户机,检验时间同步功能。
注:AS中为UTC时区,因此使用PCS7的Simatic Manager对AS进行时间设定时,需要将其时间设置为UTC时区所对应的时间,非本地时间。
2.2 OS作为Time Master的组态过程
2.2.1创建一个新项目
2.2.2 设置AS站的时钟同步功能
√ 双击打开CPU属性对话框,切换到Diagnostics/Clock选项卡,按下表设置Clock组中相关属性。
Synchronization Mode | Time Interval | |
In the PLC | As Slave | None |
On MPI | None | None |
Pic9. CPU属性Diagnostics/Clock设置
√ 双击CP443-1以太网卡,切换到Time-of-Day Synchronization选项卡,激活时钟同步功能Activate Simatic Time-of-day Synchronization,设置同上Pic4所示。
2.2.3设置OS的时钟同步功能
√ 双击打开OS的硬件组态,双击CP1613卡打开属性设置对话框,切换至Options选项卡,激活Time of day功能,设置同上Pic5所示。
注:如果未使用CP1613卡,则该步可以省略,IE General无需设置该选项。
√ 将硬件组态下载到相应的OS上,通过Start ® SIMATIC ® SIMATIC NET ® Configuration console打开配置平台,切换至CP1613下的Time of day,检查同步功能是否激活,同上Pic6所示;√ 使用WinCC Explorer打开Server的OS项目,双击左侧的Time Synchronization选项,激活Synchronization via system bus,进行如下设置。
Pic10.设置OS服务器时间同步属性
注:此处允许多个OS项目设置为Master,即上述中多Time Master的情况。
√ 使用WinCC Explorer打开Client的OS项目,双击左侧的Time Synchronization选项,激活Synchronization via terminal bus,设置同上Pic8所示。
2.2.4检验时钟同步功能
下载AS硬件组态及程序,激活OS服务器和客户机,检验时间同步功能。
注:在修改OS服务器Time Master的时钟信号时,其时间跳跃不能大于5秒,否则系统将弹出如下报警消息,Time Master永久切换为Time Slave。
3. 总结
时钟同步是PCS7下非常重要,也是非常有用的功能,上述中仅仅介绍了时钟同步基于Simatic Mode方式的组态过程。更多关于时钟同步的信息请参考如下连接中的内容。
由于NTP为标准的网络时间协议,因此这里将不进行特别的介绍。
关键词
时间同步,时间间隔,主时钟,从时钟
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