CN113708879B - 一种分布式系统的对时系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种分布式系统的对时系统，该对时系统包括至少一个对时服务器和多个控制站，多个控制站包括一个对时源站和多个对时接收站。对时服务器通过通信通信网络与每个控制站连接，用于向对时源站提供对时服务，以使对时源站获得基准对时信号；对时源站通过站间对时网络分别与每个对时接收站连接，用于基于基准对时信号向每个对时接收线发送站间对时信号，以使对时接收站根据站间对时信号实现站间对时。本实施例通过站间对时网络进行控制站间的对时信号的传输，规避了硬接线方式下信号容易受到干扰的问题，解决现有硬接线方式下因信号干扰导致对时失败的问题。

Description

一种分布式系统的对时系统

技术领域

本申请涉及自动控制技术领域，更具体地说，涉及一种分布式系统的对时系统。

背景技术

对时系统是分布式系统中必不可少的一部分，对时系统用于为DCS系统中各控制站提供时间基准，以便为分布式系统中产生的各类事件，比如报警、日志等提供时间标签。一般事件对时间精度的要求不高，用普通的网络校时即可满足要求，但有些功能要求分布式系统对时间有比较高的分辨能力，比如SOE(Sequence of EVENT)用来区分数字量输入信号发生的先后顺序的，用于实现首出故障的识别等特殊功能。SOE对于时间精度高的要求实际上是对时间的高分辨能力的要求，与绝对的时间精度不同，更看重系统中各部分的相对时间误差。

目前业内一般采用硬接线方式实现高精度时间同步。对于大规模分布式系统来说，其中的控制站的数量很多，在这种大规模应用中硬接线方式实现站间对时往往因为信号干扰导致对时失败。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种分布式系统的对时系统，用于对大规模DCS系统中的各控制站进行对时，以解决现有硬接线方式下因信号干扰导致对时失败的问题。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种分布式系统的对时系统，所述对时系统包括至少一个对时服务器和多个控制站，所述多个控制站包括一个对时源站和多个对时接收站，其中：

所述对时服务器通过通信网络与每个所述控制站连接，用于向所述对时源站提供对时服务，以使所述对时源站获得基准对时信号；

所述对时源站通过站间对时网络分别与每个所述对时接收站连接，用于基于所述基准对时信号向每个所述对时接收线发送站间对时信号，以使所述对时接收站根据所述站间对时信号实现站间对时。

可选的，所述控制站包括第一主控模块、第二主控模块、第一通信对时模块和第二通信对时模块，其中：

所述第一主控模块与所述通信网络连接，用于接收所述基准对时信号，还分别与所述第一通信对时模块、第二通信模块连接；

所述的二主控模块用于作为所述第一主控模块的冗余模块，且与所述通信网络连接，用于接收所述基准对时信号，还分别与所述第一通信对时模块、第二通信对时模块连接；

所述第一通信对时模块分别与站内每个IO模块连接，还与所述站间对时网络连接，用于向所述站间对时网络发送所述站间对时信号；

所述第二通信对时模块分别与站内每个IO模块连接，还与所述站间对时网络连接，用于接收所述站间对时模块上的站间对时信号。

可选的，当所述控制站为对时源站时，所述第一通信对时模块或所述第二通信对时模块用于基于所述基准对时信号对每个IO模块实现站内对时。

可选的，当所述控制站为对时接收站时，所述第一通信对时模块或所述第二通信对时模块用于基于所述站间对时信号对每个IO模块实现站内对时。

可选的，所述对时源站为基于选举协议从所述多个控制站中确定的，所述对时源站外的其他所述控制站用于作为所述对时接收站。

可选的，所述站间对时网络为RS485总线。

从上述的技术方案可以看出，本申请公开了一种分布式系统的对时系统，该对时系统包括至少一个对时服务器和多个控制站，多个控制站包括一个对时源站和多个对时接收站。对时服务器通过通信网络与每个控制站连接，用于向对时源站提供对时服务，以使对时源站获得基准对时信号；对时源站通过站间对时网络分别与每个对时接收站连接，用于基于基准对时信号向每个对时接收线发送站间对时信号，以使对时接收站根据站间对时信号实现站间对时。本实施例通过站间对时网络进行控制站间的对时信号的传输，规避了硬接线方式下信号容易受到干扰的问题，解决现有硬接线方式下因信号干扰导致对时失败的问题。

另外，本实施例中控制站间采用基于RS485的总线型通信网络作为专用对时网络，增加校验，提高对时可靠性。

还有，对时源站的对时装置采用冗余设计，当其中一个主控故障后，冗余的主控接管对时源站功能；在不同控制站间实现选举协议，可实现对时源站的多重冗余，在当前对时源站故障后，会自动进行对时源站的选举切换，确保DCS范围内的控制站一直有对时源站，以上两个方面提高了对时系统的可靠性。

控制站间对时通信和站内脉冲对时实时转换，通过FPGA技术实现精确的时间补偿，保证到达所有DCS下的I/O模块的脉冲精确度优于10μs。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的一种分布式系统的对时系统的示意图；

图2为本申请实施例的控制站的RS485对时接口的时序图；

图3为本申请实施例的控制站的RS485对时接口的时序图；

图4为本申请实施例的控制站的RS485对时接口的时序图；

图5为本申请实施例的控制站的RS485对时接口的时序图；

图6为本申请实施例的控制站的RS485对时接口的时序图；

图7为本申请实施例的站内对时脉冲的时序图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例一

图1为本申请实施例的一种分布式系统的对时系统的示意图。

如图1所示，本实施例提供的对时系统应用于分布式系统中，该分布式系统包至少一个对时服务器10和多个控制站20。其中，该对时服务器通过通信网络30分别与所有控制站连接，即每个控制站通过该通信网络与该对时服务器连接，并能够接收对服务器所发送的基准对时信号。另外，所有控制站之间通过站间对时网络实现连接40。

本实施例中所有控制站被分别定义为对时源站和对时接收站，对时源站为一个，除对时源站外其他所有的控制站被定义为对时接收站。该对时源站通过各控制站内的主控模块通过SNET间的选举协议产生，基于该选举机制产生被选举出的控制模块的对时源站。

NC-DCS范围内的控制站通过SNET连接在同一网络中，站间对时源站选举功能是基于UDP实现的1个选举协议实现，该规则包括：选取最小站号的站为对时源站，在选举过程中，通信孤立的控制站不能作为对时源站，发生通信故障的控制站也不能为对时源站。

在选举过程中，首先各控制站通过该网络广播自己的地址和信息(比如是否有做对时源站的能力和站号)，同时接收其它控制站的广播信息，并统计广播信息中的站号，如果确定自己是当前网络中有能力作为对时源站的所有控制站中站号最小的控制站时，将自己定义为对时源站，同时向其他所有控制站广播自己当前的对时源站状态；如果确定自己不是是当前网络中有能力作为对时源站的所有控制站中站好最小的控制站，则将自己定义为对时接收站。

被定义为对时源站的控制站通过上述通信网络接收该对时服务器的对时基准信号，该对时基准信号不仅发送给对时源站，还同时发送给其他所有的对时接收站，这样在其他对时接收站被定义为对时源站时，能够有效接收到上述对时基准信号。

对时源站在接收到基准对时信号后，基于该基准对时信号向其他控制站、即向对时接收站发送站间对时信号，该站间对时信号是通过站间对时网络实现向对时接收站发送的。本实施例中优选RS485总线实现该站间对时网络。每个对时接收站在接收到站间对时信号时，向其站内I/O模块输出用于对时的对时脉冲，以实现对时接收站的站内对时。

另外，对于作为对时源站的控制站来说，其在接收到对时服务器发送的对时基准信号时，会基于该对时基准信号向其站内I/O模块输出用于对时的对时脉冲，以实现对时源站的站内对时。

从上述技术方案可以看出，本实施例提供了一种分布式系统的对时系统，该对时系统包括至少一个对时服务器和多个控制站，多个控制站包括一个对时源站和多个对时接收站。对时服务器网络通过通信网络与每个控制站连接，用于向对时源站提供对时服务，以使对时源站获得基准对时信号；对时源站通过站间对时网络分别与每个对时接收站连接，用于基于基准对时信号向每个对时接收线发送站间对时信号，以使对时接收站根据站间对时信号实现站间对时。本实施例通过站间对时网络进行控制站间的对时信号的传输，规避了硬接线方式下信号容易受到干扰的问题，解决现有硬接线方式下因信号干扰导致对时失败的问题。

另外，本实施例中控制站间采用基于RS485的总线型通信网络作为专用对时网络，增加校验，提高对时可靠性。站间对时采用基于RS485接口实现的对时接口，时序图如图2～图6所示。

本实施例的控制站包括第一主控模块21、第二主控模块22、第一通信对时模块23和第二通信对时模块24。

第一主控模块与通信网络连接，用于接收基准对时信号，还分别与第一通信对时模块、第二通信模块连接；的二主控模块用于作为第一主控模块的冗余模块，且与通信网络连接，用于接收基准对时信号，还分别与第一通信+对时模块、第二通信对时模块连接。

第一通信对时模块分别与站内每个IO模块连接，还与站间对时网络连接，用于向站间对时网络发送站间对时信号；第二通信对时模块分别与站内每个IO模块连接，还与站间对时网络连接，用于接收站间对时模块上的站间对时信号。

对时源站的对时装置采用冗余设计，当其中一个主控故障后，冗余的主控接管对时源站功能；在不同控制站间实现选举协议，可实现对时源站的多重冗余，在当前对时源站故障后，会自动进行对时源站的选举切换，确保DCS范围内的控制站一直有对时源站，以上两个方面提高了对时系统的可靠性。

其中每个通信对时模块，包括第一通信对时模块和第二通信对视模块，均是基于FPGA技术实现的，FPGA本身具有并发执行，延迟确定等特性，所以适于执行对时功能。针对对时功能，从模块实现了站间对时、站内通信对时和站内脉冲对时的功能，其中站内通信对时就是在自定义通信协议中，发送广播对时包。

控制站间对时通信和站内脉冲对时实时转换，通过FPGA技术实现精确的时间补偿，保证到达所有DCS下的I/O模块的脉冲精确度优于10μs。

对于站间对时，上述通信对时模块有两种状态，分别为对时源站状态和对时接收站状态。在对时源站状态时，这种状态下的通信对时模块负责在站间对时总线、即上述的RS485总线上广播对时信号；

在对时接收站状态时，这种状态下的通信模块负责接收对时源站的广播对时信号。通信模块的这两种状态是由主控模块决定的，即主控模块通过协议把此控制站是否为对时源站的信息传递给通信模块，只有处于主模式的通信模块才能作为对时源站。

通信模块实现的站内脉冲对时也有两种状态：作为对时源站的通信模块，在每次发送完广播对时后，延迟一定时间(补偿对时接收站的时间延迟)，再发送站内脉冲对时信号；作为对时接收站中主模式的通信模块，在接收到站间对时信息后，立刻在站内发送脉冲对时。

时间补偿：根据从MPU端接收的通信中的时间作为基准时间，通信模块内时钟125MHz作为补偿时钟。注：通过闰年计算算法对日月进位补偿。

站间对时：通信模块作为校时主站时，主状态的ECC需要作为全厂对时脉冲发生器，负责在站间对时总线上发送校时脉冲；通信模块作为校时从站时，A和B侧通信模块(冗余)均只接收来自站间对时总线的校时脉冲，并为自身的时钟，并检测主通信模块的对时发送状态，超过65S未接到对时信号时，上传给上位机决策是否放弃对时主站。上电初始化更新完时间年、月、日、小时、分后再接收对时信息。

站内对时：冗余主站ECC负责给站内I/O发送整分钟校时脉冲。

校时主站的主通信模块发送到站内I/O的对时脉冲与非校时主站的主ECC发送到站内I/O的误差不超过200us；

站内的脉冲对时是由站间脉冲对时触发的，他们的对时间隔是10s，因为模块所用的晶振温漂误差为50ppm@(-25～85℃)，所以在0～70℃范围内，10s内时钟跑偏的最大误差小于0.5ms，在25℃正常环境下，实测不同站内的I/O模块接收到的脉冲校时信号误差小于10us。图7为本实施例中站内对时脉冲的时序图。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种分布式系统的对时系统，其特征在于，所述对时系统包括至少一个对时服务器和多个控制站，所述多个控制站包括一个对时源站和多个对时接收站，其中：

所述对时服务器通过通信网络与每个所述控制站连接，用于向所述对时源站提供对时服务，以使所述对时源站获得基准对时信号，其中，所述对时服务器还用于向其他所有的对时接收站发送基准对时信号，在其他对时接收站被确定为对时源站时，能够接收到所述基准对时信号；

所述对时源站通过站间对时网络分别与每个所述对时接收站连接，用于基于所述基准对时信号向每个所述对时接收站发送站间对时信号，以使所述对时接收站根据所述站间对时信号实现站间对时；

所述对时源站为基于选举协议从所述多个控制站中确定的，所述对时源站外的其他所述控制站用于作为所述对时接收站；在选举过程中，各控制站通过网络广播自身的地址、是否有做对时源站的能力和站号相关信息，同时接收其它控制站的广播信息，并统计广播信息中的站号，如果确定自身是当前网络中有能力作为对时源站的所有控制站中站号最小的控制站时，将自身定义为对时源站；

所述控制站包括第一主控模块、第二主控模块、第一通信对时模块和第二通信对时模块，其中：

所述第一主控模块与所述通信网络连接，用于接收所述基准对时信号，还分别与所述第一通信对时模块、第二通信对时模块连接；

所述第二主控模块用于作为所述第一主控模块的冗余模块，且与所述通信网络连接，用于接收所述基准对时信号，还分别与所述第一通信对时模块、第二通信对时模块连接；

所述第一通信对时模块分别与站内每个IO模块连接，还与所述站间对时网络连接，用于向所述站间对时网络发送所述站间对时信号；

所述第二通信对时模块分别与站内每个IO模块连接，还与所述站间对时网络连接，用于接收所述站间对时网络上的站间对时信号；

作为对时源站的所述第一通信对时模块或所述第二通信对时模块，在每次发送完广播对时后，延迟预设时间，再发送站内脉冲对时信号，延迟时间用于补偿对时接收站的时间延迟；作为对时接收站中主模式的第一通信对时模块或第二通信对时模块，在接收到站间对时信息后，立刻在站内发送脉冲对时。

2.如权利要求1所述的对时系统，其特征在于，当所述控制站为对时源站时，所述第一通信对时模块或所述第二通信对时模块用于基于所述基准对时信号对每个IO模块实现站内对时。

3.如权利要求1所述的对时系统，其特征在于，当所述控制站为对时接收站时，所述第一通信对时模块或所述第二通信对时模块用于基于所述站间对时信号对每个IO模块实现站内对时。

4.如权利要求1所述的对时系统，其特征在于，所述站间对时网络为RS485总线。