罗克韦尔自动化SOE解决方案

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1、罗克韦尔自动化 SOE 解决方案电站项目中，用户提出的一个基本要求是：系统跳闸时，需要提供每个跳闸的瞬间时间记录（SOE功 能），通常这个时间的精度为 1 毫秒，然后根据这些时间判断跳闸的先后次序，查出问题的原因所在。为 了使跳闸的时间具有可比性，整个电厂，甚至更多的电站之间的时间需要同步。这就引出我们今天的话题： 时钟同步。什么是CIP同步（CIP Sync）？CIP同步是对CIP （通用工业协议）有关时钟同步的扩展，基于IEEE-1588-2008标准一用于网络 测量和控制系统的精确时钟同步协议（简称PTP）。CIP Sync也是由ODVA （开放DeviceNet供应商 协会）组织推出的

2、标准，完全遵从 IEEE 802.3（以太网）标准。IEEE 1588-2008是一种机制，它可以使网络系统中的所有设备，基于一个公共时间保持同步，精度 可以达到亚微妙。使用硬件元件的帮助，甚至可以达到十亿分之一秒的精度。CIP同步（IEEE-1588 PT P）报文在整个网络系统中具有最高级别的传送优先级，这样可以确保时钟的同步精度。为什么要使用CIP同步协议？这是因为使用 CIP 同步可以获得以下优势：1. 符合IEEE 802.3标准，这意味着可以使用标准的以太网，使用普通的交换机也可以实现小于1毫秒的 时钟同步精度。使用支持IEEE 1588 V2或IEEE 1588 V1的交换机构成

3、的网络，网络设备时钟分别可以 到达100纳秒和100微妙的同步精度。支持IEEE 1588的交换机完全兼容IEEE 802.3以太网。2. 与任何标准的以太网技术相兼容，比如可以采用各种以太网的拓扑结构，如：星形、环形、树形等。在 项目实施时，具有更好的灵活性。3. 在系统配置阶段，设置时钟同步功能的用时最短，不需要网络排序，时钟的同步帧自动传播。4. 简化系统的结构。过去的系统要专门为时钟同步建立同步网络，这是由于原来的GPS采到时钟同步信 号后，因信号格式的兼容性问题，必须和工业网络、现场总线分开。比如使用：Synch-link （见下图）， 或者RS485通信线连接。这样会带来：增加布线

4、成本、引入电磁干扰、增加管理和维护的难度。此主题相关图片如下:TraditionalEtherNat/IP此王题相关图片如下:EthernetGIF Sync EnabledEN2T IT柑牺K.CIFflynrGrandMeslerEN2T EN2T :E0E呵因为CIP同步基于标准的以太网，而目前越来越多的工厂企业的设备都采用工业以太网连接。因此, 可以充分利用已有的以太网资源，对同步信号就不需要单独布线了。CIP 同步概述CIP同步可以在罗克韦尔自动化ControlLogix平台的以太网模块EN2T中运行。使用的客户反馈道:协议的缺省行为使简单系统的安装和运行，不再需要工厂的管理层担心了

5、。”因为EN2T的配置非常简单 易行，所以得到了用户的高度认可。i.jpgEN2T的行为就像以太网上的一台普通时钟。ControlLogix或EN2T可以把在Logix背板上的协同 时钟CST和精确时钟PTP作为系统的主时钟M或者最高级时钟GM。上图描述了基于以太网的CIP同步网络，EN2T为支持CIP同步的以太网模块，M代表主时钟，S代 表从时钟。这里的最高级时钟(Grand Master Clock)是指在一个域内，使用协议进行时钟同步，作为 最终时间源的时钟。上图的系统具有最高级时钟仲裁功能，时钟系统可以自愈，一个时钟失效不会停止时 间的传送或同步，系统自己能够判断，找到最佳主时钟(Be

6、st Maste r Clock)。支持 CIP 同步的硬件系统控制器：ControlLogix控制器具有天然支持CIP同步的功能。可以作为精确时钟PTP和协同时钟C ST 的主站和从站。在控制器之间，不需要编制程序共享时钟。只要在控制器配置页面的选项框中打勾即 可，报警系统会自动提取CIP同步信号。时间在控制器之间共享，一台Logix控制器作为主时钟，其他Logix控制器作为从时钟。以太网模块： EN2T 支持 CIP 同步。基本功能有：1状态与配置： CIP 同步报文。2. CST对象：读系统时间，协同系统时钟，系统偏移量。3时间同步对象：使能/失能，获得/设置时间，设置优先主时钟，获取同

7、步状态，获取当前精确时钟 PTP 主站状态和信息。4. Web 网页： PTP 诊断交换机：1783-ETAP,支持透明时钟功能。透明时钟是指：能够测量精确时间协议PTP事件报文通过 该设备的时间，并向接受该PTP事件报文的时钟提供该信息的设备。交换机： STRATIX 8000 和 8300。基本功能：1. 透明时钟；2边界时钟。边界时钟是指：在一个域上具有多个精确时间协议PTP端口，并维护在该域上使用的时标时 钟。它可以作为时间源，即为主时钟；也可与另一个时钟同步，即为从时钟。分布式I/O：支持CIP同步的Ar mo rBlock。功能如下：1. +/- 100 微妙的时间戳精度。2 .内

8、置3个端口切换，输入、输出和内部口。3. 16个SOE输入，预订的计划输出。4. 24VDC 电源。机架式SOE模块：1756-IH16ISOE /-IB16ISOE,固件版本2.7。提供最新技术和最佳性价比的SOE 方案/第一失效检测系统。基本功能为：1 .支持集成的 CIP 同步。2. 支持高精度时间戳，带来自标准以太网时间源的“实时”值。3. SOE方案的结构非常简单，取消了原来的同步连接线，如SyncLink。在多机架系统中，也不需要GP S模块了。4模块提供了新的x10先入先出模式”。5在高速应用中，对每个请求包间隔 RPI 可提供 10 个事件时间戳的回放。6响应时间提高了10 倍

9、。CIP同步时间用例：第一失效检测（SOE）失效机械上的安全系统传感器，有时会间歇发出失效信号，最后导致生产中断，还会连带引起其他相 关机械的失效。传统的失效检测或报警系统，无法判断实际失效时的失效发生顺序，从而也无法找到停机 的根源和真正产生故障的原因。对失效输入信号的高精度时间戳，可以非常准确地分析出第一失效信号，从而容易确定造成机械停机的初 始故障。公共时标为报警系统登录用户之间的互动（对时），以及报警事件的时间记录（时间戳）提供了公共时间 参考标准。电力工业需要小于 1 毫秒精度的时钟，用于大面积分布式电厂基础设施的第一失效的分析查询。电厂典型解决方案举例 1此王题相关图片如下:i.j

10、pg上图为带有GPS时钟、ControlLogix控制器冗余的应用案例。最上面两台控制器为热备份的ControlLo gix CPU。第三层机架上插入了一个GPS模块，用于接收来自GPS卫星的时钟信号。这里，GPS作为最 高级时钟（GM），系统中的其他以太网模块EN2TR作为从时钟S。而每个机架中的以太网模块EN2TR 作为本地的主时钟M,机架上的L6X、SOE模块和分布式Armor Block SOE模块作为从时钟S,通过C IP 同步信号进行对时。图中的ETAP交换机支持CIP同步到网络时钟协议NTP的转换，因此可以连接人机界面HMI和个人 计算机 PC。电厂典型解决方案举例2此主题相关图

11、片如下：1.jpgWCTUCT CTfI ?TfFIWUCI CSTrw tin n v-rr1KTSCdBI&SOEElh&rnstSwitchgxUCT til吭T*图中有L6X取自外实时源的WCT,然后传递给本机架的以太网模块EN2T，这个EN2T为系统的最 高级时钟GM,使用UCT/CST（CIP同步/PTP）为其他机架的EN2T从时钟S提供对时信号。而每个机 架上的EN2T又为本机架上的SOE模块提供对时。达到整个系统统一时间的目的。下面就图中的 3 个时钟给予说明：1. CST -协同时钟。它是一个背板时钟，当系统初始上电时就开始运行。它用作背板的一个主时钟，协 同任务切换、运动控

12、制、来自 I/O 卡的时间戳和其他系统事件。这个时钟对于真实世界时间没有实际参考， 因为它是在控制器上电时自由运行的（以毫秒），而且不能使用外部值调整。CST时钟用于协同本地机架。 模块同步和软件任务使用这个时钟协同行为，像用于周期任务的运动控制卡、控制器中断等2. UTC -协调世界时钟。这个时钟是系统时钟，它提供了一个无偏差时钟，与控制器的位置无关。 它被推荐用于事件时间戳的时钟。使用UTC作为时间戳，事件可以跨时区进行比较，不需要对基于地理的 时间进行编译。系统时钟提供一个时间戳，不仅与区域无关，而且避开了某些地区的夏时制问题。3. WCT -挂钟时间，使用格利高里（Gr eg or i

13、an）时间格式。这种时间的格式为：年、月、日、时、 分、秒和微妙。例如具体的时间可表示为：2011:07:05:12:15:02.012345。外部时钟源可以来自： NTP -网络时间协议；Logix 5000 时钟更新工具；GPS 接口；IRIG B 接口。总结时间在集成架构中是有差异的：机架到机架的精度为100 ns （纳秒10-9秒） ；使用支持CIP同步/PTP功能的交换机，同步误差100ns；罗克韦尔自动化SOE模块的时间戳精度100 ms罗克韦尔自动化的解决方案采用标准的 ControlLogix 机架，时间协议在标准以太网上传送，支持全分布式 的 SOE 结构，以致操作员就能确定失效产生的原因。这些方案具有低成本、高精度的特色，是目前市场上 最灵活的 SOE 解决方案，也是电力行业的理想选择。