專利名稱：自動(dòng)化設(shè)備中的時(shí)間同步的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在自動(dòng)化設(shè)備中的時(shí)間同步的方法以及一種相應(yīng)構(gòu)造的自動(dòng)化設(shè)備。
背景技術(shù)：
例如在能量技術(shù)設(shè)備的自動(dòng)化中作為控制站或保護(hù)設(shè)備采用的自動(dòng)化設(shè)備，目前通常具有多個(gè)內(nèi)部組件，所述內(nèi)部組件具有一些用于采集和處理數(shù)據(jù)的微控制器裝置。為了實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制或保護(hù)功能以及為了對(duì)采集的數(shù)據(jù)值(例如測量值)執(zhí)行高度精確加時(shí)間戳，需要在自動(dòng)化設(shè)備的所有組件上存在高度精確地互相同步的定時(shí)器，也就是說，一方面，各個(gè)組件上的各個(gè)定時(shí)時(shí)鐘(以下稱為“組件定時(shí)時(shí)鐘”)的脈沖同步并且按照相同的時(shí)間間隔出現(xiàn)，另一方面，在自動(dòng)化設(shè)備的所有組件上在相同的時(shí)刻的時(shí)鐘信息具有相同的值。
在自動(dòng)化設(shè)備的運(yùn)行中除了持續(xù)監(jiān)視時(shí)間同步之外，特別是關(guān)于啟動(dòng)階段，也就是緊接在自動(dòng)化設(shè)備或其組件接通或重新接通之后的時(shí)間階段，提出要求，在盡可能短的時(shí)間內(nèi)在自動(dòng)化設(shè)備的各個(gè)組件之間建立時(shí)間同步。
為了確保時(shí)間同步，迄今為止例如采用如下方法，在所述方法中，各個(gè)組件的定時(shí)時(shí)鐘和時(shí)鐘信息借助通過確定性的通信網(wǎng)雙向傳輸?shù)臄?shù)據(jù)電文進(jìn)行，所述數(shù)據(jù)電文按照有規(guī)律的間隔被發(fā)送。由于在來回方向上一致的電文傳播時(shí)間可以推導(dǎo)出主機(jī)時(shí)鐘的當(dāng)前時(shí)鐘。關(guān)于在高壓和中壓領(lǐng)域的開關(guān)設(shè)備，例如從歐洲專利申請(qǐng)EP1143312A2公知這樣的方法。
公知方法的缺陷是需要確定性的通信網(wǎng)絡(luò)，也就是如下的通信網(wǎng)絡(luò)，在所述通信網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)電文從發(fā)送器到接收器的傳輸必須在預(yù)先給出的恒定的時(shí)間段之內(nèi)進(jìn)行。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種方法，利用該方法，以相對(duì)小的開銷和對(duì)通信裝置的特別小的要求可以實(shí)現(xiàn)在自動(dòng)化設(shè)備內(nèi)部的時(shí)間同步。
本發(fā)明通過一種用于自動(dòng)化設(shè)備中的時(shí)間同步的方法解決上述技術(shù)問題，在所述方法中，在自動(dòng)化設(shè)備的選擇的組件上產(chǎn)生的基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘被傳輸?shù)阶詣?dòng)化設(shè)備的至少一個(gè)其他組件并且被用于將至少一個(gè)其他組件的組件定時(shí)時(shí)鐘與所選擇的組件的組件定時(shí)時(shí)鐘同步，其中進(jìn)行以下步驟將基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘的脈沖傳輸?shù)竭x擇的和至少一個(gè)其他組件的分別一個(gè)第一計(jì)數(shù)器并且在那里使得各個(gè)第一計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)器狀態(tài)遞減；將基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘的脈沖傳輸?shù)竭x擇的和至少一個(gè)其他組件的分別一個(gè)第二計(jì)數(shù)器并且在那里使得各個(gè)第二計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)器狀態(tài)遞增；在各個(gè)第一計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)器狀態(tài)達(dá)到值0時(shí)分別產(chǎn)生一個(gè)時(shí)間脈沖，從該時(shí)間脈沖中產(chǎn)生各自的組件定時(shí)時(shí)鐘；作為對(duì)時(shí)間脈沖的反應(yīng)，在選擇的和至少一個(gè)其他組件上將各自的第二計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)器狀態(tài)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中并且將分別在重新開始存儲(chǔ)器中存在的重新開始計(jì)數(shù)器值轉(zhuǎn)移到各自的第一計(jì)數(shù)器中；作為對(duì)時(shí)間脈沖的反應(yīng)，在選擇的組件上附加地產(chǎn)生時(shí)間控制電文，該時(shí)間控制電文包含選擇的組件的第二計(jì)數(shù)器的當(dāng)前在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的計(jì)數(shù)器值，并且傳輸?shù)街辽僖粋€(gè)其他組件；在至少一個(gè)其他組件上將利用時(shí)間控制電文接收的、選擇的組件的第二計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)器狀態(tài)與各自的本身的第二計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)器狀態(tài)比較；從各個(gè)計(jì)數(shù)器狀態(tài)之間的區(qū)別中確定校正值；并且將校正值為了建立時(shí)間同步對(duì)于各自的第一計(jì)數(shù)器的一次性的過程加到在至少一個(gè)其他組件的各個(gè)重新開始存儲(chǔ)器中存在的重新開始計(jì)數(shù)器值。
一方面通過在自動(dòng)化設(shè)備中將基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘從選擇的組件傳輸?shù)街辽僖粋€(gè)其他組件可以確保在所有組件上存在相同的基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘。由于通常的自動(dòng)化設(shè)備的小的空間尺寸，在將基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘傳輸?shù)絾蝹€(gè)其他組件時(shí)出現(xiàn)重大的傳播時(shí)間差。由此可以將從每個(gè)組件的第一計(jì)數(shù)器傳輸?shù)絾蝹€(gè)組件的基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘用于產(chǎn)生時(shí)間脈沖，該時(shí)間脈沖以定義的相同時(shí)間間隔被產(chǎn)生。為了同步產(chǎn)生時(shí)間脈沖的時(shí)刻，設(shè)置第二計(jì)數(shù)器，其計(jì)數(shù)器狀態(tài)總是在產(chǎn)生時(shí)間脈沖時(shí)被存儲(chǔ)。通過比較計(jì)數(shù)器狀態(tài)可以對(duì)于每個(gè)另外的組件確定一個(gè)校正值，該校正值一次性被加到重新開始計(jì)數(shù)器值上并且由此對(duì)于第一計(jì)數(shù)器的過程將直到下面的時(shí)間脈沖的持續(xù)時(shí)間延長所述校正值。在該校正之后，在所選擇的組件和在該至少一個(gè)其他組件上時(shí)間脈沖的產(chǎn)生同時(shí)地進(jìn)行。
按照本發(fā)明的方法對(duì)于用來將時(shí)間控制電文從選擇的組件傳輸?shù)街辽僖粋€(gè)其他組件的通信媒介沒有提出特別的要求，特別是通信媒介不必具有確定性的傳輸特性。
按照本發(fā)明的方法的一種有利的實(shí)施方式，這樣選擇重新開始計(jì)數(shù)器值，使得在考慮基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘的頻率的條件下分別在完成一個(gè)選擇的時(shí)間段之后進(jìn)行時(shí)間脈沖的產(chǎn)生，并且作為對(duì)各自的時(shí)間脈沖的反應(yīng)，所選擇的和至少一個(gè)其他組件的各自的組件定時(shí)器的值被提高一個(gè)與時(shí)間段相應(yīng)的時(shí)間步長。
以這種方式通過一方面合適選擇基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘的頻率和另一方面合適選擇重新開始計(jì)數(shù)器值可以以任意期望的時(shí)間間隔產(chǎn)生時(shí)間脈沖，例如在使用具有1000MHz頻率的基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘和在選擇具有值1000的重新開始計(jì)數(shù)器值的情況下實(shí)現(xiàn)以1毫秒的間隔產(chǎn)生時(shí)間脈沖。
為了能夠按照盡可能精細(xì)的級(jí)別進(jìn)行組件定時(shí)時(shí)鐘的校正，按照本發(fā)明方法的另一種有利實(shí)施方式建議，將所選擇的和至少一個(gè)其他組件的基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘的脈沖分別傳輸?shù)揭粋€(gè)乘法器組件，該乘法器組件將定時(shí)時(shí)鐘的頻率以值F加倍；并且將相應(yīng)提高的基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘作為對(duì)于各自的第一計(jì)數(shù)器的定時(shí)時(shí)鐘使用。
也就是說，對(duì)于各自的第一計(jì)數(shù)器使用的定時(shí)時(shí)鐘越高，則通過加上相應(yīng)的校正值可以越精確地產(chǎn)生在組件上的時(shí)間脈沖的產(chǎn)生時(shí)刻的偏移。
此外，按照本發(fā)明方法的另一個(gè)有利實(shí)施方式，存在另一個(gè)選擇的組件，所述組件構(gòu)造為用于產(chǎn)生相應(yīng)的基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘，并且在第一選擇的組件的基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘失效時(shí)另一個(gè)選擇的組件將其基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘傳輸?shù)街辽僖粋€(gè)其他組件并且將至此由第一選擇的組件進(jìn)行的步驟用于時(shí)間同步。
由此可以實(shí)現(xiàn)，即使在第一選擇的組件的基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘失效時(shí)，例如由于整個(gè)組件的缺陷，所述其他組件在短時(shí)間內(nèi)可以與冗余地存在的所選擇的組件的組件定時(shí)時(shí)鐘匹配。
上述技術(shù)問題還通過一種具有至少兩個(gè)內(nèi)部組件的自動(dòng)化設(shè)備解決，其中兩個(gè)組件的一個(gè)選擇的組件構(gòu)造為用于產(chǎn)生基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘和用于將基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘傳輸?shù)街辽僖粋€(gè)其他組件，并且選擇的和至少一個(gè)其他組件構(gòu)造為用于實(shí)施相應(yīng)于權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)用于時(shí)間同步的方法。


以下借助附圖詳細(xì)解釋本發(fā)明。其中，
圖1是具有兩個(gè)內(nèi)部組件的自動(dòng)化設(shè)備的實(shí)施例，并且
圖2是在其中示出了選擇的和一個(gè)其他組件的組件定時(shí)時(shí)鐘的時(shí)間脈沖的曲線的流程圖。
具體實(shí)施方式
圖1以示意圖示出了自動(dòng)化設(shè)備10，其中例如可以是用于能量技術(shù)的設(shè)備的保護(hù)設(shè)備。自動(dòng)化設(shè)備10在按照?qǐng)D1的例子中包括兩個(gè)組件Ila和11b，其中組件Ila在以下稱為“選擇的組件”并且組件lib被稱為“其他組件”。雖然在按照?qǐng)D1的實(shí)施例中在自動(dòng)化設(shè)備10中僅設(shè)置了一個(gè)其他組件，但是在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以設(shè)置相應(yīng)于組件lib的任意多個(gè)其他組件。同樣設(shè)置相應(yīng)于組件Ila的其他選擇的組件對(duì)于冗余的目的也是有利的； 這點(diǎn)將在后面的時(shí)刻解釋。
自動(dòng)化設(shè)備10的兩個(gè)組件Ila和lib是所謂的智能組件，也就是說，其分別包括至少一個(gè)(在圖1中為清楚起見沒有示出的)微處理器，后者執(zhí)行特定于組件的控制程序， 以便例如執(zhí)行用于數(shù)據(jù)采集、用于通信或用于數(shù)據(jù)處理的功能。在用于能量技術(shù)的設(shè)備的保護(hù)設(shè)備的情況下，用于數(shù)據(jù)處理的功能例如是保護(hù)算法，該保護(hù)算法被執(zhí)行，以便能夠自動(dòng)識(shí)別并斷開能量技術(shù)的設(shè)備的發(fā)生故障的狀態(tài)。
自動(dòng)化設(shè)備10的每個(gè)組件Ila和lib為了執(zhí)行其功能需要所謂的組件定時(shí)時(shí)鐘， 所述組件定時(shí)時(shí)鐘例如對(duì)于為采集的數(shù)據(jù)加時(shí)間戳、對(duì)于時(shí)間上精確地傳輸數(shù)據(jù)電文或?qū)τ趩?dòng)數(shù)據(jù)處理的功能或子功能是所需的。對(duì)于自動(dòng)化設(shè)備10的規(guī)定的工作方式還需要， 所有的組件Ila和lib以同步的組件定時(shí)時(shí)鐘工作，也就是說，組件Ila和lib的單個(gè)組件定時(shí)時(shí)鐘必須一方面具有相同的頻率并且另一方面分別在精確相同的時(shí)刻產(chǎn)生脈沖。對(duì)于對(duì)采集的數(shù)據(jù)值加時(shí)間戳來說還需要，將通過各自的組件定時(shí)時(shí)鐘控制的組件定時(shí)器與所有其他組件定時(shí)器同步地控制，也就是說，所有組件的定時(shí)器必須在相同的時(shí)刻提供相同的值。
以下關(guān)于組件Ila和lib僅描述對(duì)于時(shí)間同步所使用的部件，而關(guān)于組件的其他功能被采用的用于數(shù)據(jù)采集、通信和數(shù)據(jù)處理的其他部件，當(dāng)然在組件Ila和lib上存在， 但是為了解釋用于時(shí)間同步的方法而不考慮并且由此在圖1中也沒有示出。
在圖1中示出的選擇的組件Ila具有用于產(chǎn)生基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘BT的基礎(chǔ)時(shí)鐘產(chǎn)生器12，其中例如是以恒定的基本頻率振蕩的石英晶體。
在基礎(chǔ)時(shí)鐘產(chǎn)生器12之后布置了第一計(jì)數(shù)器13a和第二計(jì)數(shù)器14a?？蛇x地，可以在第一計(jì)數(shù)器13a之前連接時(shí)鐘乘法器15a。第一計(jì)數(shù)器13a還配備重新開始存儲(chǔ)器16a， 其提供對(duì)于第一計(jì)數(shù)器13a的重新開始計(jì)數(shù)器值。第一計(jì)數(shù)器13a還配備組件定時(shí)器17a。 在第二計(jì)數(shù)器Ha之后布置了存儲(chǔ)器18a。
組件Ila還具有用于與其他組件通信的通信裝置19a。
其他組件lib的結(jié)構(gòu)基本上相應(yīng)于選擇的組件Ila的結(jié)構(gòu)。由此其他組件也包括第一計(jì)數(shù)器13b (在其之前可選地連接時(shí)鐘乘法器15b)、第二計(jì)數(shù)器14b、重新開始存儲(chǔ)器 16b、組件定時(shí)器17b、存儲(chǔ)器18b和通信裝置19b。
兩個(gè)組件的第二計(jì)數(shù)器1 和14b構(gòu)造為相關(guān)的計(jì)數(shù)器，也就是說，當(dāng)它們利用相同的定時(shí)時(shí)鐘來控制時(shí)，它們?cè)谙嗤牟樵儠r(shí)刻具有一致的計(jì)數(shù)器值。
與選擇的組件Ila相反，其他組件lib不具有與選擇的組件Ila的基礎(chǔ)時(shí)鐘產(chǎn)生器12相應(yīng)的基礎(chǔ)時(shí)鐘產(chǎn)生器。為此其他組件具有定時(shí)時(shí)鐘接口 20，其構(gòu)造為用于接收和用于繼續(xù)傳輸選擇的組件Ila的基礎(chǔ)時(shí)鐘產(chǎn)生器12的基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘BT。此外其他組件lib 還具有用于確定校正值K的校正裝置21。校正裝置21對(duì)重新開始存儲(chǔ)器16b具有寫訪問。
以下根據(jù)圖1參考圖2解釋在自動(dòng)化設(shè)備10中的時(shí)間同步的工作方式。
基礎(chǔ)時(shí)鐘產(chǎn)生器12在選擇的組件Ila上連續(xù)地產(chǎn)生恒定的基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘BT。例如假定，基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘BT具有32. 768MHz的頻率，也就是說，由基礎(chǔ)時(shí)鐘產(chǎn)生器12在一秒之內(nèi)輸出32768000個(gè)脈沖。
基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘BT的脈沖被傳輸?shù)竭x擇的組件Ila的第一計(jì)數(shù)器13a?？蛇x地，但不是一定必須地，可以將基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘BT的頻率事先借助時(shí)鐘乘法器1 以恒定的系數(shù)放大，所述時(shí)鐘乘法器例如是固定設(shè)置的所謂的PLL(phase-locked Loop =鎖相環(huán))。在圖1 的實(shí)施例中假定，將基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘BT在時(shí)鐘乘法器15a中以系數(shù)6放大，從而在輸出側(cè)在時(shí)鐘乘法器1 施加具有196. 608MHz的頻率的提高的基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘BTX。通過在傳輸?shù)降谝挥?jì)數(shù)器13a之前提高基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘可以提供在以下進(jìn)一步描述的用于時(shí)間同步的方法的精度。
這樣構(gòu)造第一計(jì)數(shù)器13a，使得傳輸?shù)奶岣叩幕A(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘BTx的每個(gè)脈沖導(dǎo)致第一計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)器狀態(tài)遞減。換言之，第一計(jì)數(shù)器從起始值出發(fā)在提高的基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘BTx 的每個(gè)脈沖的情況下往回計(jì)數(shù)一步，直到其最后達(dá)到值零。第一計(jì)數(shù)器13a的初始的起始值在重新開始存儲(chǔ)器16a中作為重新開始計(jì)數(shù)器值Wn存儲(chǔ)并且提供到第一計(jì)數(shù)器13a。
基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘BT以不變的頻率也被傳輸?shù)降诙?jì)數(shù)器14a，所述第二計(jì)數(shù)器這樣構(gòu)造，使得其在基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘BT的每個(gè)脈沖的情況下將其計(jì)數(shù)器狀態(tài)遞增地提高一個(gè)值。
當(dāng)?shù)谝挥?jì)數(shù)器13a的計(jì)數(shù)器狀態(tài)達(dá)到值零時(shí)，由第一計(jì)數(shù)器13a產(chǎn)生時(shí)間脈沖i， 其產(chǎn)生以下反應(yīng)。一方面，時(shí)間脈沖i被傳輸?shù)街匦麻_始存儲(chǔ)器16a并且在那里使得在重新開始存儲(chǔ)器16a中存在的重新開始計(jì)數(shù)器值1作為新的起始值被輸入到第一計(jì)數(shù)器13a 的寄存器中，從而第一計(jì)數(shù)器13a在接收提高的基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘BTxW下一個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí)開始一個(gè)新的過程并且重新從該起始值向下計(jì)數(shù)。換句話說，總是當(dāng)?shù)谝挥?jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)器狀態(tài)達(dá)到值零時(shí)，以重新開始計(jì)數(shù)器值Wn作為起始值重新加載第一計(jì)數(shù)器，從而對(duì)于第一計(jì)數(shù)器13a開始向下計(jì)數(shù)的新的過程。
此外，時(shí)間脈沖i還使得在第二存儲(chǔ)器14a中存在的計(jì)數(shù)器狀態(tài)被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器 18a 中。
最后具有優(yōu)勢的是，時(shí)間脈沖i還可以被傳輸?shù)浇M件定時(shí)器17a，其中在最簡單的情況下可以是時(shí)間脈沖i的計(jì)數(shù)器。當(dāng)?shù)谝挥?jì)數(shù)器13a的起始值，也就是在重新開始存儲(chǔ)器 16a中的重新開始計(jì)數(shù)器值^相應(yīng)地確定時(shí)，則可以實(shí)現(xiàn)，以期望的時(shí)間間隔產(chǎn)生時(shí)間脈沖i。例如，在選擇值196608作為重新開始計(jì)數(shù)器值Wn時(shí)可以實(shí)現(xiàn)，在196. 608MHz的提高的基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘BTx的情況下，時(shí)間脈沖i分別在一個(gè)毫秒過去之后被產(chǎn)生。換言之，第一計(jì)數(shù)器在這種情況下輸出具有一 kHz (也就是每個(gè)毫秒一個(gè)時(shí)間脈沖i)的頻率的組件定時(shí)時(shí)鐘。由此可以實(shí)現(xiàn)，組件定時(shí)器17a作為毫秒計(jì)數(shù)器運(yùn)行。由選擇的組件Ila的第一計(jì)數(shù)器輸出的具有時(shí)間脈沖i的組件定時(shí)時(shí)鐘在圖2中在通過a表示的一行中示出，圖2在時(shí)間軸上示出了選擇的和其他組件Ila和lib的組件定時(shí)時(shí)鐘。
在基礎(chǔ)時(shí)鐘產(chǎn)生器12中產(chǎn)生的基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘BT通過定時(shí)時(shí)鐘接口 20也被傳輸?shù)狡渌M件lib并且從那里，必要時(shí)在通過時(shí)鐘乘法器1 調(diào)節(jié)之后，被傳輸?shù)降谝挥?jì)數(shù)器 13b以及第二計(jì)數(shù)器14b。關(guān)于時(shí)鐘乘法器的存在要注意，該時(shí)鐘乘法器必須或者存在于所有組件上或者不存在，以便實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步的正確工作方式。
如對(duì)于選擇的組件Ila已經(jīng)解釋的，傳輸?shù)降谝挥?jì)數(shù)器13b的提高的基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘BTxH得第一計(jì)數(shù)器Hb遞減地計(jì)數(shù)，而傳輸?shù)降诙?jì)數(shù)器14b的基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘使得第二計(jì)數(shù)器14b的計(jì)數(shù)器狀態(tài)遞增。類似于關(guān)于選擇的組件Ila的圖示，在其他組件lib上的第一計(jì)數(shù)器13b中計(jì)數(shù)器狀態(tài)達(dá)到零導(dǎo)致輸出時(shí)間脈沖i，由此，一方面在重新開始存儲(chǔ)器 16b中存在的重新開始計(jì)數(shù)器值Wn作為新的起始值在第一計(jì)數(shù)器13b的寄存器中被輸入， 而另一方面第二計(jì)數(shù)器14b的當(dāng)前的計(jì)數(shù)器狀態(tài)在存儲(chǔ)器18b中被存儲(chǔ)。同樣時(shí)間脈沖i 可以用于控制其他組件lib的組件定時(shí)器17b。只要在重新開始存儲(chǔ)器中提供的重新開始計(jì)數(shù)器值具有相同的值，則確保了，選擇的組件Ila的第一計(jì)數(shù)器13a和其他組件lib的第一計(jì)數(shù)器13b的時(shí)間脈沖i被輸出的頻率一致。這如下得出的向選擇的組件Ila和其他組件lib上的第一計(jì)數(shù)器13a和1 分別傳輸相同的提高的基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘BTX。
圖2在行b中示出了由其他組件lib輸出的具有時(shí)間脈沖i的組件定時(shí)時(shí)鐘。如在考察圖2的行a和b中兩個(gè)組件定時(shí)時(shí)鐘的分別第一時(shí)間脈沖i時(shí)可以看出的那樣，在兩個(gè)組件定時(shí)時(shí)鐘的頻率一致的情況下也可以存在時(shí)刻的恒定的時(shí)間偏移，在這些時(shí)刻各個(gè)時(shí)間脈沖i由選擇的組件Ila的第一計(jì)數(shù)器13a和其他組件lib的第一計(jì)數(shù)器1 產(chǎn)生。 該時(shí)間偏移應(yīng)當(dāng)在時(shí)間同步的過程中被消除，使得時(shí)間脈沖i在進(jìn)行的同步之后既以相同的頻率也在一致的時(shí)刻(也就是說互相同步地)被產(chǎn)生。
為此假定，在時(shí)刻ta(參看圖2、選擇的組件Ila的第一計(jì)數(shù)器13a取具有值零的計(jì)數(shù)器狀態(tài)并且輸出時(shí)間脈沖i。如已經(jīng)解釋的，該時(shí)間脈沖i在選擇的組件Ila上使得， 當(dāng)前在第二計(jì)數(shù)器Ha中存在的計(jì)數(shù)器狀態(tài)被轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)器18a中。
由選擇的組件Ila的第一存儲(chǔ)器13a輸出的時(shí)間脈沖i還使得，通信裝置19a輸出時(shí)間控制電文T，該時(shí)間控制電文至少作為一個(gè)組成部分包含了在存儲(chǔ)器18a中存在的第二存儲(chǔ)器14a的計(jì)數(shù)器狀態(tài)Za。該時(shí)間控制電文T被傳輸?shù)狡渌M件lib的通信裝置19b， 后者從中獲悉選擇的組件Ila的第二計(jì)數(shù)器1 的計(jì)數(shù)器狀態(tài)\并且傳輸?shù)狡渌M件lib 的校正裝置21的輸入端。
在時(shí)刻、之后跟隨的時(shí)刻tb，其他組件lib的第一計(jì)數(shù)器13b的計(jì)數(shù)器狀態(tài)達(dá)到值零，從而其他組件lib的第一計(jì)數(shù)器1 產(chǎn)生時(shí)間脈沖i，該時(shí)間脈沖i使得，當(dāng)前在其他組件lib的第二計(jì)數(shù)器14b中存在的計(jì)數(shù)器狀態(tài)&被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器18b中。在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的其他組件lib的第二計(jì)數(shù)器14b的計(jì)數(shù)器狀態(tài)\因此被傳輸?shù)叫Ｕb置21的另一個(gè)輸入端。
根據(jù)選擇的組件Ila和其他組件lib的兩個(gè)計(jì)數(shù)器14a和14b的兩個(gè)計(jì)數(shù)器狀態(tài) Za和4，校正裝置21確定校正值K。該校正值K然后被傳輸?shù)街匦麻_始存儲(chǔ)器16b并且用于，對(duì)于第一計(jì)數(shù)器的一次性的過程產(chǎn)生修改的重新開始計(jì)數(shù)器值Wn*，該重新開始計(jì)數(shù)器值作為實(shí)際的重新開始計(jì)數(shù)器值Wn和校正值K的和而得到
Wn* = Wn+K。
例如假定，在時(shí)刻、(參見圖2)校正值K由在時(shí)間控制電文T中包含的選擇的組件Ila的第二計(jì)數(shù)器1 的計(jì)數(shù)器狀態(tài)、和其他組件lib的第二計(jì)數(shù)器14b的計(jì)數(shù)器狀態(tài) 4形成。因此，對(duì)于一次性的過程將存儲(chǔ)器16b中的重新開始計(jì)數(shù)器值Wn提高所述校正值 K，使得向其他組件lib的第一計(jì)數(shù)器1 對(duì)于下一個(gè)過程傳輸相應(yīng)修改的重新開始計(jì)數(shù)器值^*。在圖2的行b中可以明顯看出，跟隨在形成校正值K的時(shí)刻、之后的、在其他組件的第一計(jì)數(shù)器的時(shí)間脈沖i (附圖標(biāo)記30)和下一個(gè)時(shí)間脈沖i (附圖標(biāo)記31)之間的時(shí)間間隔相應(yīng)延長，從而此時(shí)該時(shí)間間隔具有校正持續(xù)時(shí)間Tk
Tk = Wn*/f ⑴=ffn/f(i) +K/f (i)
其中，
Wn* =修改的重新開始計(jì)數(shù)器值，
Wn =通常的重新開始計(jì)數(shù)器值，
f(i)=時(shí)間脈沖i的頻率。
通過時(shí)間脈沖31的產(chǎn)生的該偏移，實(shí)現(xiàn)了在選擇的組件Ila的組件定時(shí)時(shí)鐘的時(shí)間脈沖i和其他組件lib的組件定時(shí)時(shí)鐘的時(shí)間脈沖i之間的同步。如從圖2可以獲悉的， 自具有附圖標(biāo)記31的時(shí)間脈沖i起兩個(gè)組件的時(shí)間脈沖i絕對(duì)互相同步地被產(chǎn)生。
為了確保自時(shí)間脈沖31起其他組件lib的第一計(jì)數(shù)器13b的后面的時(shí)間脈沖的同步產(chǎn)生，對(duì)于跟隨在時(shí)間脈沖31之后的時(shí)間間隔使用的重新開始計(jì)數(shù)器Wn值必須又取其初始的值；該值然后對(duì)于所有將來的時(shí)間間隔保持，只要在兩個(gè)組件的時(shí)間脈沖的產(chǎn)生的時(shí)刻之間不重新出現(xiàn)偏差。
以下解釋校正值K的形成。在時(shí)刻tb成立以下條件
Za+n*+Z (dt) = Zb+n*
其中，
Za =選擇的組件Ila的第二計(jì)數(shù)器14a的計(jì)數(shù)器狀態(tài)，
Zb =其他組件lib的第二計(jì)數(shù)器14b的計(jì)數(shù)器狀態(tài)，
n* =基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘BT的脈沖的數(shù)量，所述脈沖是在兩個(gè)時(shí)間脈沖i之間被輸出的，只要產(chǎn)生具有32. 768MHz頻率的基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘BT則η*取值32768，
dt =在兩個(gè)組件的時(shí)間脈沖i的產(chǎn)生之間的時(shí)間偏移，
Z(dt)=在時(shí)間偏移dt期間兩個(gè)計(jì)數(shù)器13a及14a的計(jì)數(shù)器狀態(tài)變化。
Z(dt)項(xiàng)可以通過應(yīng)用模函數(shù)“mod”如下來確定，以便能夠在任意時(shí)刻執(zhí)行校正值K的計(jì)算。由此即使要取消時(shí)間電文并且兩個(gè)計(jì)數(shù)器1 及14b的計(jì)數(shù)器狀態(tài)的比較相應(yīng)地以一個(gè)或多個(gè)定時(shí)時(shí)鐘i移動(dòng)，也可以進(jìn)行正確的確定。
Z(dt) = (Zb-Za)mod η*。
由此按照如下計(jì)算校正值K
K = F*Z (dt)，
其中F說明了時(shí)鐘乘法器15a及1 將基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘在被傳輸?shù)礁髯缘牡谝挥?jì)數(shù)器13a及1 之前提高的系數(shù)。如果缺少這樣的時(shí)鐘乘法器，則F取值1。
以所述方式，既可以在第一次啟動(dòng)自動(dòng)化設(shè)備10時(shí)也可以在重新啟動(dòng)一個(gè)或所有組件時(shí)建立在組件定時(shí)時(shí)鐘之間的時(shí)間同步。
組件定時(shí)時(shí)鐘如上所述也可以用于控制組件定時(shí)器17a和17b，所述組件定時(shí)器在示出的實(shí)施例中作為毫秒計(jì)數(shù)器工作。為了將定時(shí)器17a和17b保持互相同步，時(shí)間控制電文T除了計(jì)數(shù)器狀態(tài)、之外還可以包括選擇的組件的定時(shí)器17a的值。為了將其他組件的定時(shí)器17b與之匹配，其值在其他組件lib的第一計(jì)數(shù)器13b的下一個(gè)時(shí)間脈沖i的情況下必須被置為定時(shí)器17a的以1提高的傳輸?shù)闹怠?br> 除了組件定時(shí)器的控制之外，時(shí)間脈沖i還可以用于控制圖1中未示出的組件時(shí)鐘，所述組件時(shí)鐘進(jìn)行時(shí)間的各個(gè)說明，使得例如可以對(duì)所采集的時(shí)間值精確加時(shí)間戳。為了同步通過組件時(shí)鐘說明的時(shí)間，可以由選擇的組件1 Ia利用時(shí)間控制電文T附加地將信息通過選擇的組件Ila的組件時(shí)鐘傳輸?shù)狡渌M件lib。其他組件的組件時(shí)鐘的值然后在其他組件lib的第一計(jì)數(shù)器13b的下一個(gè)時(shí)間脈沖i的情況下必須被置為相應(yīng)地以Ims提高的值。
為了將組件時(shí)鐘也與外部的絕對(duì)時(shí)鐘同步，可以在選擇的組件上還設(shè)置用于接收外部時(shí)鐘信號(hào)的接口，該時(shí)鐘信號(hào)例如由GPS信號(hào)或通信網(wǎng)絡(luò)(例如實(shí)時(shí)以太網(wǎng)絡(luò))的相應(yīng)的時(shí)間信號(hào)導(dǎo)出。利用外部時(shí)鐘信號(hào)可以進(jìn)行選擇的組件的組件時(shí)鐘的同步，然后通過時(shí)間控制電文T，將其他組件lib的組件時(shí)鐘與該組件時(shí)鐘匹配。
如開頭已經(jīng)提到的，用于時(shí)間同步的所述方法也可以在多于一個(gè)其他組件的情況下進(jìn)行。相應(yīng)的方法步驟相應(yīng)于對(duì)于其他組件lib描述的方法步驟來進(jìn)行。
為了建立從中導(dǎo)出所有組件的最后的組件定時(shí)時(shí)鐘的基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘BT的冗余， 還可以在自動(dòng)化設(shè)備10中設(shè)置一個(gè)或多個(gè)附加的選擇的組件，從中在初始的選擇的組件 Ila的基礎(chǔ)時(shí)鐘產(chǎn)生器12失效時(shí)(例如由于整個(gè)組件的缺陷)，產(chǎn)生相應(yīng)的基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘 BT并且傳輸?shù)酱嬖诘钠渌M件。通過上面描述的時(shí)間同步方法，可以非?？焖俚貙?shí)現(xiàn)，其他組件與新的選擇的組件的組件定時(shí)時(shí)鐘匹配；為此新的選擇的組件僅須接管至此的選擇的組件Ila的用于時(shí)間同步的至此的功能。特別地，新的選擇的組件必須從存儲(chǔ)器中查詢其第二計(jì)數(shù)器狀態(tài)的計(jì)數(shù)器狀態(tài)并且傳輸?shù)狡渌M件。然后如上所述進(jìn)行同步。
所述方法的一個(gè)特別優(yōu)點(diǎn)是，對(duì)于在單個(gè)組件Ila和lib之間的通信媒介(通過該通信媒介圖像裝置19a和19b互相通信)，不必提出特別的要求。特別地，不必是時(shí)間確定性的通信連接。也就是說所述方法不取決于如下地工作為了在組件之間傳輸，時(shí)間控制電文T需要多長；例如即使時(shí)間控制電文在時(shí)刻、(參見圖2)才到達(dá)其他組件lib時(shí)也可以。即使在一個(gè)時(shí)間控制電文T失效時(shí)，也可以利用下一個(gè)正確傳輸?shù)臅r(shí)間控制電文毫無問題地進(jìn)行該方法。
權(quán)利要求
1.一種用于自動(dòng)化設(shè)備(10)中的時(shí)間同步的方法，在所述方法中，在自動(dòng)化設(shè)備(10) 的選擇的組件(Ila)上產(chǎn)生的基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘被傳輸?shù)皆撟詣?dòng)化設(shè)備(10)的至少一個(gè)其他組件(lib)并且被用于將該至少一個(gè)其他組件(lib)的組件定時(shí)時(shí)鐘與所選擇的組件 (Ila)的組件定時(shí)時(shí)鐘同步，其中，進(jìn)行以下步驟-將基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘的脈沖傳輸?shù)竭x擇的(Ila)和至少一個(gè)其他組件(lib)的分別一個(gè)第一計(jì)數(shù)器(13a，13b)并且在那里使得各個(gè)第一計(jì)數(shù)器(13a，13b)的計(jì)數(shù)器狀態(tài)遞減；-將基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘的脈沖傳輸?shù)竭x擇的(Ila)和至少一個(gè)其他組件(lib)的分別一個(gè)第二計(jì)數(shù)器(14a，14b)并且在那里使得各個(gè)第二計(jì)數(shù)器(14a，14b)的計(jì)數(shù)器狀態(tài)遞增；-在各個(gè)第一計(jì)數(shù)器(13a，13b)的計(jì)數(shù)器狀態(tài)達(dá)到值0時(shí)分別產(chǎn)生一個(gè)時(shí)間脈沖，從該時(shí)間脈沖中產(chǎn)生各自的組件定時(shí)時(shí)鐘；-作為對(duì)所述時(shí)間脈沖的反應(yīng)，在選擇的(Ila)和至少一個(gè)其他組件(lib)上 -將各自的第二計(jì)數(shù)器(14a，14b)的計(jì)數(shù)器狀態(tài)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器(18a，18b)中；并且 -將分別在重新開始存儲(chǔ)器(16a，16b)中存在的重新開始計(jì)數(shù)器值轉(zhuǎn)移到各自的第一計(jì)數(shù)器(13a，13b)中；-作為對(duì)時(shí)間脈沖的反應(yīng)，在選擇的組件(Ila)上附加地產(chǎn)生時(shí)間控制電文，該時(shí)間控制電文包含選擇的組件(Ila)的第二計(jì)數(shù)器(14a)的當(dāng)前在存儲(chǔ)器(18a)中存儲(chǔ)的計(jì)數(shù)器值，并且傳輸?shù)街辽僖粋€(gè)其他組件(lib)；-在至少一個(gè)其他組件(lib)上將利用時(shí)間控制電文接收的、選擇的組件(Ila)的第二計(jì)數(shù)器(14a)的計(jì)數(shù)器狀態(tài)與各自的本身的第二計(jì)數(shù)器(14b)的計(jì)數(shù)器狀態(tài)比較； -從各個(gè)計(jì)數(shù)器狀態(tài)之間的區(qū)別確定校正值；并且-將所述校正值為了建立時(shí)間同步對(duì)于各自的第一計(jì)數(shù)器的一次性的過程加到在至少一個(gè)其他組件(lib)的各自的重新開始存儲(chǔ)器(16b)中存在的重新開始計(jì)數(shù)器值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，-這樣選擇所述重新開始計(jì)數(shù)器值，使得在考慮基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘的頻率的條件下分別在完成一個(gè)選擇的時(shí)間段之后進(jìn)行時(shí)間脈沖的產(chǎn)生，并且-作為對(duì)各自的時(shí)間脈沖的反應(yīng)，選擇的(Ila)和至少一個(gè)其他組件(lib)的各自的組件定時(shí)器(17a，17b)的值被提高一個(gè)與該時(shí)間段相應(yīng)的時(shí)間步長。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，-將選擇的(Ila)和至少一個(gè)其他組件(lib)的基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘的脈沖分別傳輸?shù)匠朔ㄆ鹘M件(1 ，1 )，該乘法器組件將定時(shí)時(shí)鐘的頻率以值F加倍；并且-將相應(yīng)提高的基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘作為對(duì)于各自的第一計(jì)數(shù)器(13a，13b)的定時(shí)時(shí)鐘使用。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，-存在另一個(gè)選擇的組件，所述組件構(gòu)造為用于產(chǎn)生相應(yīng)的基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘；并且 -在第一選擇的組件(Ila)的基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘失效時(shí)另一個(gè)選擇的組件將其基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘傳輸?shù)街辽僖粋€(gè)其他組件(lib)并且將至此由第一選擇的組件(Ila)進(jìn)行的步驟用于時(shí)間同步。
5.一種具有至少兩個(gè)內(nèi)部組件(11a，lib)的自動(dòng)化設(shè)備(10)，其中，兩個(gè)組件的一個(gè)選擇的組件(Ila)構(gòu)造為用于產(chǎn)生基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘和用于將基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘傳輸?shù)街辽僖粋€(gè)其他組件(11b)，其特征在于，-所述選擇的(Ila)和至少一個(gè)其他組件(lib)構(gòu)造為用于實(shí)施相應(yīng)于權(quán)利要求1至 4中任一項(xiàng)用于時(shí)間同步的方法。
全文摘要
為了給出一種可以以相對(duì)小的開銷進(jìn)行在自動(dòng)化設(shè)備內(nèi)部的時(shí)間同步的方法，建議一種方法，在所述方法中，選擇的組件(11a)上產(chǎn)生的基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘被傳輸?shù)街辽僖粋€(gè)其他組件(11b)并且被用于同步組件(11a，11b)的組件定時(shí)時(shí)鐘。在此，將基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘的脈沖傳輸?shù)浇M件(11a，11b)的分別一個(gè)第一計(jì)數(shù)器(13a)并且在那里使得計(jì)數(shù)器狀態(tài)遞減。還將基礎(chǔ)定時(shí)時(shí)鐘的脈沖傳輸?shù)浇M件(11a，11b)的分別一個(gè)第二計(jì)數(shù)器(14a，14b)并且在那里使得計(jì)數(shù)器狀態(tài)遞增。在各個(gè)第一計(jì)數(shù)器(13a，13b)的計(jì)數(shù)器狀態(tài)達(dá)到值0時(shí)分別產(chǎn)生一個(gè)時(shí)間脈沖，從該時(shí)間脈沖中產(chǎn)生各自的組件定時(shí)時(shí)鐘。通過在各自的時(shí)間脈沖比較第二計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)器狀態(tài)確定校正值，該校正值用于同步組件(11a，11b)的第一計(jì)數(shù)器(13a，13b)。本發(fā)明還涉及一種相應(yīng)的自動(dòng)化設(shè)備(10)。
文檔編號(hào)G04G7/00GK102483609SQ200980161073
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2009年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月8日
發(fā)明者G.紐曼 申請(qǐng)人:西門子公司