[发明专利]基于EtherCAT实时以太网的主从站时钟同步方法

说明书

本发明公开了一种基于EtherCAT实时以太网的主从站时钟同步方法，包括步骤：A.主站广播一个数据帧，获取从站个数、从站拓扑结构及数据到达每个从站的时间；B.将所有从站状态设置为预运行；C.选取任一支持分布时钟的从站作为参考时钟从站，根据步骤A得到的从站拓扑结构及数据到达每个从站的时间，计算各非参考时钟从站与参考时钟从站之间的数据传输延时及各非参考时钟从站与参考时钟从站之间的时钟初始偏移，并将此初始偏移下发到非参考时钟从站等，本发明的基于EtherCAT实时以太网的主从站时钟同步方法，可有效解决主从站同步性能差引起的主从站通讯不稳定，受控设备表现不理想的问题。

技术领域

本发明涉及实时以太网技术领域，特别涉及一种基于EtherCAT实时以太网的主从站时钟同步方法。

背景技术

运动控制系统是数控装备实现精密加工的关键设备。随着工业自动化技术的不断发展，传统的基于脉冲的控制系统和传统的基于现场总线技术的运动控制系统已渐渐不能满足复杂多样的工业场景。网络化，智能化已然成为工业发展的一种潮流。

近年来，诞生的实时以太网技术，因其传播速率快、数据容量大、传输距离长、拓扑结构灵活且在安全、实时、同步性能上有保障而得到快速推广。实时以太网技术EtherCAT为其中的一个代表。

一个完整的EtherCAT网络包括主站，从站两个部分。EtherCAT的过程数据传输机制如同一列火车的往返过程，如图1所示。EtherCAT主站将数据包发出，伺服驱动器将自己所需的数据取出，并将主站所需的数据安插到数据包中。各个驱动器依次执行，直到最后一个驱动器，最后一个驱动器执行完成后，再将数据包转发给主站。这样就完成了一个周期的过程数据交换。

EtherCAT实时以太网通过分布时钟(Distributed Clock)使网络上的从站使用相同的系统时间来满足各个节点间的高同步性能需求。各从站内维护一个本地时钟，其中某个从站时钟(或者主站时钟)作为参考时钟，其它从站根据参考时钟来计算传输延时和本地时钟偏移，并进行补偿。

EtherCAT以太网提供了从站之间的同步解决方案，不需要复杂的线路，只需要几根标准网络即可实现一个完整，实时，高速的工业以太网通信系统。但仍存在以下不足：

目前主站的实现方式以固定的定时周期与从站进行周期性数据通讯，没有考虑到主站时钟与从站时钟的漂移与主站时钟的定时偏移，从而可能导致主站多个周期的数据会落在同一个从站定时周期，而其它从站定时周期没有数据，进而导致了主站时钟与从站时钟的不同步。以致于引起通讯稳定、受控设备抖动、受控设备达不到控制精度。虽说从站是工作在同步时钟模式下，其控制效果反不如工作在FreeRun模式下。

发明内容

本发明的目的是克服上述背景技术中不足，提供一种基于EtherCAT实时以太网的主从站时钟同步方法，解决主从站同步性能差引起的主从站通讯不稳定，受控设备表现不理想的问题。

为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：

基于EtherCAT实时以太网的主从站时钟同步方法，包括以下步骤：

A.主站广播一个数据帧，获取从站个数、从站拓扑结构及数据到达每个从站的时间；

B.将所有从站状态设置为预运行；

C.选取任一支持分布时钟的从站作为参考时钟从站，根据步骤A得到的从站拓扑结构及数据到达每个从站的时间，计算各非参考时钟从站与参考时钟从站之间的数据传输延时及各非参考时钟从站与参考时钟从站之间的时钟初始偏移，并将此初始偏移下发到非参考时钟从站；

D.设定所有从站第一次同步信号触发时间，以开始时钟动态补偿；

E.静态补偿各非参考时钟从站与参考时钟从站之间的时钟漂移；