Beitragstyp: FAQ, Beitrags-ID: 17990844, Beitragsdatum: 25.03.2013
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Welche SIMATIC S7-300/S7-400 Baugruppen unterstützen das NTP-Uhrzeittelegramm zur Synchronisation der Systemzeit und wie aktiviere ich diese Art der Zeitsynchronisation?

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Einleitung
Das NTP (network time protocol) ist ein allgemeines Verfahren zur Synchronisation von Systemuhren in lokalen und globalen Netzwerken. Die Arbeitsweise des NTP-Verfahrens unterscheidet sich grundsätzlich von den meisten anderen Protokollen. NTP synchronisiert nicht einfach alle beliebigen Uhren untereinander, sondern bildet eine Hierarchie von NTP-Zeitservern und NTP-Clients. Eine Hierarchieebene wird als "stratum" bezeichnet, wobei "stratum-1" die höchste Ebene darstellt. Zeitserver dieser Ebene synchronisieren sich auf eine Referenzzeitquelle, das können z. B. Funkuhren, GPS-Empfänger oder Modem-Zeitdienste sein. Die Stratum One Time Server stellen ihre Zeit mehreren NTP-Clients im Netz zur Verfügung, die als "stratum-2" bezeichnet werden.

Beim NTP-Verfahren sendet der CP in regelmäßigen Zeitabständen Uhrzeitanfragen (im Client-Modus) an NTP-Server im Subnetz (LAN). Anhand der Antworten der Server wird die zuverlässigste und genaueste Uhrzeit ermittelt und die Uhrzeit der Station synchronisiert. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt in der möglichen Uhrzeitsynchronisation über Subnetzgrenzen hinweg. Die Genauigkeit ist abhängig von der Qualität des verwendeten NTP-Servers.

SIMATIC S7-300 Komponenten mit der Funktion Uhrzeitsynchronisation über das NTP.
 

SIMATIC S7-300 Bestellnummer ab Firmware
CPU314C-2 PN/DP 6ES7314-6EH04-0AB0 V3.3
CPU315-2 PN/DP 6ES7315-2EH13-0AB0 V2.5
CPU315-2 PN/DP 6ES7315-2EH14-0AB0 V3.1
CPU315F-2 PN/DP 6ES7315-2FH13-0AB0 V2.5
CPU315F-2 PN/DP 6ES7315-2FJ14-0AB0 V3.1
CPU317-2 PN/DP 6ES7317-2EK13-0AB0 V2.5
CPU317-2 PN/DP 6ES7317-2EK14-0AB0 V3.1
CPU317F-2 PN/DP 6ES7317-2FK13-0AB0 V2.5
CPU317F-2 PN/DP 6ES7317-2FK14-0AB0 V3.1
CPU319-3 PN/DP 6ES7318-3EL00-0AB0 V2.4
CPU319-3 PN/DP 6ES7318-3EL01-0AB0 V3.2
CPU319F-3 PN/DP 6ES7318-3FL00-0AB0 V2.5
CPU319F-3 PN/DP 6ES7318-3FL01-0AB0 V3.2
CP343-1 6GK7343-1EX20-0XE01) V1.1
CP343-1 6GK7343-1EX21-0XE0 V1.0
CP343-1 6GK7343-1EX30-0XE0 V2.0
CP 343-1 IT 6GK7343-1GX11-0XE01) V2.0
CP343-1 IT 6GK7343-1GX20-0XE0 V1.0
CP343-1 Adv 6GK7343-1GX21-0XE0 V1.0
CP343-1 Adv 6GK7343-1GX30-0XE0 V1.0
CP343-1 Adv 6GK7343-1GX31-0XE0 V3.0
CP343-1 Lean 6GK7343-1CX00-0XE01) V1.0
CP343-1 Lean 6GK7343-1CX10-0XE0 V1.0
Tabelle 01
1)
Über das NTP wird nur die Uhrzeit des CP-internen Diagnosepuffers synchronisiert.

ET 200 CPUs mit der Funktion Uhrzeitsynchronisation über das NTP.
 

ET 200 CPU Bestellnummer ab Firmware
IM151-8 PN/DP CPU 6ES7151-8AB00-0AB0 V2.7
IM151-8 PN/DP CPU 6ES7151-8AB01-0AB0 V3.2
IM151-8F PN/DP CPU 6ES7151-8FB00-0AB0 V2.7
IM151-8F PN/DP CPU 6ES7151-8FB01-0AB0 V3.2
IM154-8 PN/DP CPU 6ES7154-8AB00-0AB0 V2.5
IM154-8 PN/DP CPU 6ES7154-8AB01-0AB0 V3.2
IM154-8F PN/DP CPU 6ES7154-8FB01-0AB0 V3.2
IM154-8FX PN/DP CPU 6ES7154-8FX01-0AB0 V3.2
Tabelle 02

SIMATIC S7-400 Komponenten mit der Funktion Uhrzeitsynchronisation über das NTP.
 

SIMATIC S7-400 Bestellnummer ab Firmware
CPU412-2 PN 6ES7412-2EK06-0AB0 V6.0
CPU412-5H PN/DP 6ES7412-5HK06-0AB0 V6.0
CPU414-3 PN/DP 6ES7414-3EM05-0AB0 V5.0
CPU414-3 PN/DP 6ES7414-3EM06-0AB0 V6.0
CPU414F-3 PN/DP 6ES7414-3FM06-0AB0 V6.0
CPU414-5H PN/DP 6ES7414-5HM06-0AB0 V6.0
CPU416-3 PN/DP 6ES7416-3ER05-0AB0 V5.0
CPU416-3 PN/DP 6ES7416-3ES06-0AB0 V6.0
CPU 416F-3 PN/DP 6ES7 416-3FR05-0AB0 V5.0
CPU 416F-3 PN/DP 6ES7416-3ES06-0AB0 V6.0
CPU 416-5H PN/DP 6ES7416-5HS06-0AB0 V6.0
CPU 417-5H PN/DP 6ES7417-5HT06-0AB0 V6.0
CP443-1 6GK7443-1EX11-0XE0 V2.0
CP443-1 6GK7443-1EX20-0XE0 V1.0
CP443-1 6GK7443-1EX30-0XE0 V3.0
CP443-1 Adv 6GK7443-1EX40-0XE0 V1.0
CP443-1 Adv 6GK7443-1EX41-0XE0 V1.0
CP443-1 Adv 6GK7443-1GX20-0XE0 V2.0
CP443-1 Adv 6GK7443-1GX30-0XE0 V3.0
CP443-1 IT 6GK7443-1GX11-0XE0 V2.0
Tabelle 03

Aktivierung des NTP zur Uhrzeitsynchronisation
Die Uhrzeitsynchronisation über das NTP stellen Sie für die CPUs in der Hardware-Konfiguration von STEP 7 ein.
Zum Aktivieren öffnen Sie den Eigenschaftsdialog des Industrial Ethernet CPs. Im Register "Uhrzeitsynchronisation" aktivieren Sie die Funktion "Uhrzeitsynchronisation im NTP Verfahren einschalten".
Geben Sie im Feld "NTP Server Adressen" die IP-Adressen der entsprechenden NTP-Server ein.

Wichtig

  • Das NTP-Verfahren unterstützt keine automatische Umstellung zwischen Sommer- und Winterzeit. Dies ist nicht im Protokoll vorgesehen. Die lokale Zeit muss entsprechend angepasst werden. NTP sendet immer die Weltzeit (UTC) bzw. die Greenwich Mean Time (GMT). 
    Wie Sie die Sommerzeit berechnen können, finden Sie unter folgender Beitrags-ID: 19324378
  • In der S7-300 und S7-400 CPU können bei der Nutzung des NTP-Verfahrens zur Uhrzeitsynchronisation keine Zeitzonen eingestellt werden.
  • Beim CP343-1 IT mit der Bestellnummer 6GK7343-1GX20-0XE0 und der Firmware V1.0 müssen Sie bei Verwendung der Funktion "Uhrzeit stellen der CPU" für die CPU die MPI-Adresse 2 auswählen. Ab Firmware V1.1 ist das Stellen der CPU Uhr unabhängig von der MPI-Adresse, siehe Betrags-ID: 21070809.

Beispiel für eine Uhrzeitweiterleitung bei der S7-400 als Uhrzeitslave
Um das NTP-Verfahren nutzen zu können, muss im Eigenschaftsdialog des Industrial Ethernet CPs > Register "Uhrzeitsynchronisation" die Funktion "Uhrzeitsynchronisation im NTP Verfahren einschalten" aktiviert werden. Außerdem muss mindestens eine IP-Adresse eines NTP-Servers über die Schaltfläche "Hinzufügen" angegeben werden und die Option "Uhrzeit an Station weiterleiten" aktiv sein. Die Einstellungen der Zeitzone und des Aktualisierungsintervalls sollten nach den entsprechenden Projektanforderungen getroffen werden.


Bild 01

Eine Liste der aktiven NTP-Servern (Stratum One Time Servers) finden Sie unter folgendem Link:
http://support.ntp.org/bin/view/Servers/WebHome

Diese NTP-Server können Sie für die Synchronisation der Uhrzeit verwenden. In diesem Beispiel wird die Uhrzeitsynchronisation über den Stratum One Time Server der Universität Erlangen-Nürnberg durchgeführt.

Im Eigenschaftsdialog der CPU im Register "Diagnose/Uhr" muss die S7-400 CPU als Uhrzeit-Slave konfiguriert werden.


Bild 02

Beispiel für eine Uhrzeitweiterleitung bei einer S7-300 als Uhrzeitslave
Um das NTP-Verfahren nutzen zu können, muss im Eigenschaftsdialog des Industrial Ethernet CPs > Register "Uhrzeitsynchronisation" die Funktion "Uhrzeitsynchronisation im NTP Verfahren einschalten" aktiviert werden. Außerdem muss mindestens eine IP-Adresse eines NTP-Servers über die Schaltfläche "Hinzufügen" angegeben werden und die Option "Uhrzeit an Station weiterleiten" aktiv sein.. Die Einstellungen der Zeitzone und des Aktualisierungsintervalls sollten nach den entsprechenden Projektanforderungen getroffen werden.


Bild 03

Eine Auflistung von aktiven NTP-Servern (stratum-1) finden Sie auf folgender Internetseite http://support.ntp.org/bin/view/Servers/WebHome. Diese NTP-Server können für die Synchronisation der Uhrzeit verwendet werden. In unserem Beispiel wird die Uhrzeitsynchronisation über den NTP-Server (stratum-1) der Universität Erlangen-Nürnberg durchgeführt.

Da die Uhrzeit der S7-300 CPU immer wieder vom Industrial Ethernet CP aus gestellt wird, wird für diesen Dienst eine Verbindungsressource der S7-300 CPU verwendet. Beachten Sie dies bei der Projektierung der Anlage.

Bei der S7-300 CPU ist nur eine Konfiguration der Uhrzeitsynchronisation notwendig, wenn Sie einen der folgenden Industrial Ethernet CPs verwenden:
 

SIMATIC S7-300 Bestellnummer Firmware
CP343-1 6GK7343-1EX30-0XE0 ab V2.2
CP343-1 Adv 6GK7343-1GX30-0XE0 ab V1.0
CP343-1 Adv 6GK7343-1GX31-0XE0 ab V3.0
CP343-1 Lean 6GK7343-1CX10-0XE0 ab V2.2
Tabelle 04

Wenn Sie einen der o. g. Industrial Ethernet CPs einsetzen, dann nehmen Sie im Eigenschaftsdialog der CPU zusätzliche Einstellungen vor. Die Einstellungen sind abhängig von der Auslegung des Kommunikationsbusses beim Rückwandbus der CPU:

  • Der Kommunikationsbus ist als Partyline ausgeführt, d. h. er ist physikalisch zu der MPI-Schnittstelle der CPU "durchverdrahtet". Diesen Aufbau findet man bei den CPUs ab CPU 312 bis einschließlich CPU 315-2DP und den C7-Geräten. In diesem Fall stellen Sie im Eigenschaftsdialog der CPU > Register "Diagnose/Uhr" für die Synchronisation auf MPI die Synchronisationsart "Als Slave" ein.


Bild 04

  • Der Kommunikationsbus ist nicht als Partyline ausgeführt, d. h. MPI-Schnittstelle und Kommunikationsbus sind getrennt. Diesen Busaufbau findet man bei den CPUs ab CPU 315-2PN/DP bis einschließlich CPU 319-3PN/DP. In diesem Fall stellen Sie im Eigenschaftsdialog der CPU > Register "Diagnose/Uhr" für die Synchronisation im AS die Synchronisationsart "Als Slave" ein.


Bild 05

Diagnose
Öffnen Sie die NCM S7-Diagnose des Industrial Ethernet-CPs, um den Zustand der Uhrzeitsynchronisation zu ermitteln.

Die NCM S7-Diagnose öffnen Sie im Windows START Menü über "SIMATIC > STEP 7 > NCM S7 > Diagnose".

Alternativ können Sie die NCM S7-Diagnose über den SIMATIC Manager öffnen. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf den Industrial Ethernet-CP und wählen Sie das Menü "Zielsystem > Baugruppenzustand" aus. Wechseln Sie im Dialog "Baugruppenzustand" in das Register "Allgemein" und betätigen Sie die Schaltfläche"Spezialdiagnose", um die NCM S7-Diagnose des Industrial Ethernet-CPs zu öffnen.

Die Informationen zur Uhrzeitsynchronisation im SIMATIC-Verfahren oder im NTP-Verfahren befinden sich unter dem Register "Uhrzeit".


Bild 06

Bei der Interpretation der Anzeige sind folgende Punkte zu beachten:

Anzeige der projektierten NTP-Server
Es können in der Projektierung bis zu vier NTP-Server angegeben werden. Die entsprechenden NTP-Server werden vom CP angesprochen und deren Antworttelegramme ausgewertet. Der NTP-Server mit der größten Genauigkeit wird ausgewählt. Dadurch wird gewährleistet, dass die Station mit der genauesten Zeit synchronisiert wird.

Wichtig ist in diesem Zusammenhang die Spalte Status. Dort sind folgende Anzeigen möglich:

  • NTP-Master / NTP master
    Der projektierte NTP-Server wird für die Uhrzeitsynchronisation vom CP akzeptiert. Der CP weist nur einem der projektierten NTP-Server diesen Status zu.
  • erreichbar / reachable
    Der projektierte NTP-Server ist im Netz erreichbar, wird aber nicht zur Uhrzeitsynchronisation herangezogen.
  • erreichbar (unsynchronisiert) / reachable (unsynchronized)
    Der projektierte NTP-Server ist im Netz erreichbar, wird aber nicht zur Uhrzeitsynchronisation herangezogen. Der CP erkennt anhand des Telegramms, dass der NTP-Server nicht synchronisiert ist.
  • nicht erreichbar / not reachable
    Der NTP-Server ist projektiert aber unter der angegebenen IP-Adresse nicht erreichbar.

Keiner der projektieren NTP-Server wird als NTP-Master angezeigt
Mitunter werden alle NTP-Server als erreichbar angezeigt - jedoch keiner als NTP-Master.

  • Dies deutet daraufhin, dass die Uhrzeit der NTP-Server als zu ungenau bewertet wurde.
    In der Firmware des CPs gibt es diverse Überprüfungen, die in den entsprechenden RFCs (Internet Standard) festgelegt sind.
  • Es kann auch mit der Synchronisation der NTP-Master zusammenhängen. Im NTP-Telegramm gibt es mehrere Zeitstempel. Wenn ein NTP-Server nicht extern synchronisiert wird, wird dies in den Zeitstempeln in den Telegrammen entsprechend vermerkt. Die Konsequenz daraus ist, dass die Uhrzeiten dieser NTP-Server nicht akzeptiert werden.

Die Tatsache, dass es keinen potentiellen NTP-Master unter den erreichbaren NTP-Servern gibt, wird dem Anwender zusätzlich noch durch einen Zähler in der Diagnose angezeigt. Der Zähler "Überschreitung des Abtastintervalls" wird in diesem Fall jeweils nach Ablauf des Abtastintervalls um 1 erhöht.

Hinweis
Alle CPs, die älter sind als die genannten Baugruppen bzw. eine ältere Firmwareversion besitzen, reagieren nicht auf das Antworttelegramm eines NTP-Servers, wenn dieser nicht eine geradzahlige NTP-Version, z. B. V2.x, V4.x, verwendet. Die Baugruppe muss dann mit einer aktuellen Firmwareversion hochgerüstet werden. Alle neueren Baugruppen, die eine Uhrzeitsynchronisation über NTP unterstützen, akzeptieren auch Antworttelegramme von anderen NTP-Server Versionen.

SICLOCK TM Uhrzeitsender
Der SICLOCK Uhrzeitsender ist eine eigene Einheit, die über Ethernet Uhrzeittelegramme im SIMATIC oder im NTP Verfahren versenden kann.

  • SICLOCK TM, Bestellnummer.: 2XV9450-1AR23, Firmware ab April 2001

Die SICLOCK arbeitet ausschließlich als Uhrzeitmaster und kann im Multicast oder Broadcast Verfahren Uhrzeittelegramme über ISO Industrial Ethernet verbreiten. Im NTP Modus ist auch ein Betrieb über Router hinweg möglich. Die Uhrzeit der SICLOCK kann auch von einem DCF 77 oder GPS Empfänger mit einer zentralen Zeit synchronisiert werden.

Weitere Parametrierungen sind im SICLOCK Handbuch nachzulesen.

Fehlerdetails
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