POWERLINK時(shí)間同步技術(shù)優(yōu)化研究及實(shí)現(xiàn).pdf

1、近年來(lái)，在工業(yè)控制領(lǐng)域出現(xiàn)了多種工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)，因具備實(shí)時(shí)性高、速度快、成本低等優(yōu)勢(shì)，逐漸取代了傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，Powerlink正是工業(yè)以太網(wǎng)中應(yīng)用較廣泛、發(fā)展較迅速的一種。現(xiàn)代工業(yè)控制中，集中式控制逐漸被分布式控制所取代，在集中式系統(tǒng)中無(wú)需考慮時(shí)鐘同步問(wèn)題，而分布式控制系統(tǒng)則要求網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)子系統(tǒng)在一個(gè)準(zhǔn)確、統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)下工作和調(diào)度，若網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘偏差較大，會(huì)嚴(yán)重影響通信性能。Powerlink在工業(yè)環(huán)境下通常應(yīng)用于分

2、布式系統(tǒng)中，由于受自身時(shí)間同步技術(shù)僅能做到邏輯同步的特點(diǎn)制約，并不能達(dá)到很高的時(shí)間同步精度。
　　本文介紹了時(shí)間同步技術(shù)的基本概念和國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，對(duì)比了幾種典型時(shí)間同步技術(shù)，分析了各技術(shù)應(yīng)用于Powerlink工業(yè)以太網(wǎng)中的可行性及局限性，進(jìn)而設(shè)計(jì)出適用于主從節(jié)點(diǎn)分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的時(shí)間同步技術(shù)總體組合方案。然后通過(guò)研究Powerlink的原理和通信機(jī)制，詳細(xì)闡述了其時(shí)間同步的具體實(shí)現(xiàn)步驟，分析了該技術(shù)存在的不足，以及影響其時(shí)鐘性能

3、的關(guān)鍵因素，針對(duì)性提出了基于Powerlink的時(shí)間同步技術(shù)的優(yōu)化方案。
　　優(yōu)化方案選取了帶有硬件時(shí)間戳的處理器，通過(guò)硬件標(biāo)定了準(zhǔn)確時(shí)間戳，并將準(zhǔn)確時(shí)間反饋至算法中以消除了抖動(dòng)延時(shí);設(shè)計(jì)了與Powerlink協(xié)議棧通信標(biāo)準(zhǔn)匹配的同步算法，計(jì)算出主從節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)和主從節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)鐘偏差，從節(jié)點(diǎn)根據(jù)主從節(jié)點(diǎn)之間的時(shí)鐘偏差補(bǔ)償自身時(shí)鐘，完成與主節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步。并提出了在協(xié)議數(shù)據(jù)幀中融入算法功能的方案，在不影響協(xié)議棧標(biāo)準(zhǔn)、保證穩(wěn)定通信

4、的同時(shí)完成網(wǎng)絡(luò)中主從節(jié)點(diǎn)的時(shí)間同步優(yōu)化。
　　本文成功組建了Powerlink主從節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，包括Powerlink在PC上Windows系統(tǒng)和開(kāi)發(fā)板STM32F107VC上的移植與對(duì)象字典的配置，以及完成同步算法在協(xié)議棧中編程實(shí)現(xiàn)，并設(shè)計(jì)出在該網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上時(shí)間同步精度的測(cè)試方案，將Wireshark獲取的數(shù)據(jù)批量導(dǎo)入Matalb繪圖。繪圖結(jié)果表明經(jīng)優(yōu)化后Powerlink時(shí)間同步精度可達(dá)900ns左右，相較優(yōu)化前的時(shí)間同步精度2