POWERLINK時間同步技術(shù)優(yōu)化研究及實現(xiàn).pdf

1、近年來，在工業(yè)控制領(lǐng)域出現(xiàn)了多種工業(yè)實時以太網(wǎng)技術(shù)，因具備實時性高、速度快、成本低等優(yōu)勢，逐漸取代了傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線技術(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)中無需考慮時鐘同步問題，而分布式控制系統(tǒng)則要求網(wǎng)絡(luò)中各個子系統(tǒng)在一個準確、統(tǒng)一的時間標準下工作和調(diào)度，若網(wǎng)絡(luò)中各個系統(tǒng)時鐘偏差較大，會嚴重影響通信性能。Powerlink在工業(yè)環(huán)境下通常應(yīng)用于分

2、布式系統(tǒng)中，由于受自身時間同步技術(shù)僅能做到邏輯同步的特點制約，并不能達到很高的時間同步精度。
　　本文介紹了時間同步技術(shù)的基本概念和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，對比了幾種典型時間同步技術(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，進而設(shè)計出適用于主從節(jié)點分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的時間同步技術(shù)總體組合方案。然后通過研究Powerlink的原理和通信機制，詳細闡述了其時間同步的具體實現(xiàn)步驟，分析了該技術(shù)存在的不足，以及影響其時鐘性能

3、的關(guān)鍵因素，針對性提出了基于Powerlink的時間同步技術(shù)的優(yōu)化方案。
　　優(yōu)化方案選取了帶有硬件時間戳的處理器，通過硬件標定了準確時間戳，并將準確時間反饋至算法中以消除了抖動延時;設(shè)計了與Powerlink協(xié)議棧通信標準匹配的同步算法，計算出主從節(jié)點網(wǎng)絡(luò)傳輸延時和主從節(jié)點之間的時鐘偏差，從節(jié)點根據(jù)主從節(jié)點之間的時鐘偏差補償自身時鐘，完成與主節(jié)點時間同步。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)議棧標準、保證穩(wěn)定通信

4、的同時完成網(wǎng)絡(luò)中主從節(jié)點的時間同步優(yōu)化。
　　本文成功組建了Powerlink主從節(jié)點網(wǎng)絡(luò)平臺，包括Powerlink在PC上Windows系統(tǒng)和開發(fā)板STM32F107VC上的移植與對象字典的配置，以及完成同步算法在協(xié)議棧中編程實現(xiàn)，并設(shè)計出在該網(wǎng)絡(luò)平臺上時間同步精度的測試方案，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時間同步精度可達900ns左右，相較優(yōu)化前的時間同步精度2