Синхронизация на времето в индустриалната автоматизация: настройка на NTP и PTP за Emerson Ovation и Foxboro

Защо всяка инсталация се нуждае от единен източник на време?

Всеки контролер, архиватор и защитна система маркира събитията със собствен часовник. Ако тези часовници не са синхронизирани, записите на събитията ви заблуждават. Тогава разследването на аварийно изключване прилича на разбързано тесте карти. Инженерите губят дни в спорове кой запис е верен. Първо, приемете основния принцип. Инсталацията се нуждае от един надежден източник на време. Второ, изберете протокол, който отговаря на изискванията ви за точност. Поддържам мрежа Emerson Ovation и остров Foxboro I/A Series на един и същ обект. И двете системи вече получават времето си от един GPS-синхронизиран източник. Опитът ми по пътя към това решение ме научи на всичко описано по-долу.

Какви са разликите в точността между NTP, SNTP и PTP?

NTP е работният кон на мрежите в промишлените инсталации. Главен сървър поддържа референтното време. Клиентите го проверяват през редовни интервали по Ethernet, използвайки порт 123. NTP компенсира мрежовото закъснение и достига точност около 10 ms в добре работеща локална мрежа. SNTP е опростената версия. Той пропуска изчисленията на закъснението и просто приема полученото време. Точността спада до около 50 ms. PTP, дефиниран от IEEE 1588, превъзхожда и двата протокола. Главният часовник непрекъснато изпраща времеви маркери към подчинените устройства. Те коригират отклонението в реално време. PTP обаче се нуждае от подходящи суичове и мрежови карти с хардуерно маркиране на времето, за да разгърне потенциала си.

• Стъпка 1 — Класифицирайте системите си според нуждите. Операторските екрани и архиваторите приемат NTP с точност 10 ms.
• Стъпка 2 — Използвайте PTP там, където записването на последователността на събитията изисква разделителна способност под 1 ms.
• Стъпка 3 — Запазете SNTP за прости устройства, които се нуждаят само от приблизително време, например самостоятелни HMI панели.

Как да изградите главен източник на време, рефериран към GPS?

Сървърите за време в интернет нямат място в мрежа за управление. Те отварят изходящи връзки, които политиките за сигурност трябва да блокират. GPS сървърът за време решава този проблем. Той получава UTC от спътници и предоставя времето изцяло в рамките на мрежата на инсталацията. Освен това премахва зависимостта от корпоративната ИТ инфраструктура. На моя обект се използва GPS часовник с две антени, който подава сигнал към два резервирани NTP сървъра. И мрежата на Ovation, и възелът на Foxboro получават времето от него.

• Стъпка 1 — Инсталирайте GPS антената с ясна видимост към небето. Спазвайте ограниченията на производителя за дължината на антенния кабел.
• Стъпка 2 — Задайте на сървъра за време статичен IP адрес в мрежата за управление, на ниво stratum 1, изолиран от ИТ мрежата на инсталацията.
• Стъпка 3 — Конфигурирайте втори сървър като резервен. Клиентите трябва да превключват към него без намеса на оператора.
• Стъпка 4 — Настройте отместването спрямо UTC и правилата за лятно часово време на сървъра, а не на всеки клиент.

Как да конфигурирате Ovation и Foxboro като NTP клиенти?

Контролерът Emerson Ovation получава настройките за време чрез мрежовите си настройки. Насочете всеки контролер към двойката GPS сървъри. Проверете отклонението след един час стабилизиране. Станцията Foxboro I/A Series работи по същия начин чрез услугата си за време. Затова винаги конфигурирайте клиентите и никога не оставяйте контролерите да работят със свободно изтичане на времето. Такъв контролер изостава или избързва с секунди седмично. Това отклонение незабелязано поврежда времевия маркер на всеки алармен сигнал, който записва. По време на едно разследване открихме, че станция Foxboro изпреварва системата Ovation с 4 секунди. Последователността на събитията изглеждаше невъзможна, докато не проверихме отклонението на часовника.

• Стъпка 1 — Конфигурирайте адресите на основния и резервния NTP сървър на всеки контролер и станция.
• Стъпка 2 — Задайте интервала за проверка между 64 и 1024 секунди съгласно спецификацията на NTP.
• Стъпка 3 — Влезте във всеки контролер и запишете отчетеното от него отклонение. Всичко над 100 ms изисква внимание.
• Стъпка 4 — Рестартирайте контролера или услугата за време след промени в конфигурацията, след което проверете отново отклоненията.

Защо PTP се нуждае от хардуер, за да изпълни обещанието си?

PTP обещава точност под 1 микросекунда. Реализациите, базирани само на софтуер, постигат значително по-малко. Главният часовник и всеки граничен суич трябва да поддържат хардуерно маркиране на времето. В противен случай софтуерният джитър заличава ефекта от корекционното поле. Ползата обаче оправдава разходите при управление на турбини и високоскоростно записване на последователността на събитията. На моя обект PTP е запазен за линията на въртящото се оборудване. Всичко останало работи с NTP.

• Стъпка 1 — Изберете суичове, които поддържат режим на прозрачен часовник или граничен часовник съгласно IEEE 1588.
• Стъпка 2 — Конфигурирайте точно един главен часовник. Всички останали PTP устройства трябва да могат да работят само като подчинени.
• Стъпка 3 — Измерете крайното отклонение с инструмент за наблюдение на PTP. Целете стойност под 1 микросекунда в локалния сегмент.

Заключение и практически съвети

Синхронизирането на времето е евтина застраховка за анализа на инциденти. Първо, инсталирайте GPS сървър за време в мрежата за управление. Второ, конфигурирайте всеки възел на Ovation и Foxboro като NTP клиент с определен резервен сървър. Освен това запазете PTP за приложенията, които наистина се нуждаят от разделителна способност под 1 ms, и закупете необходимия хардуер за поддръжката му. Затова добавете проверка на отклонението на часовника към месечната си routine и архивирайте резултатите. Накрая, преди да започнете следващото разследване на аварийно изключване, проверете дали всички часовници са синхронизирани. Един надежден източник на време превръща разбъркания журнал на събитията в ясна история и струва по-малко от един ден инженерна работа годишно.

Автор: Wu Jianming е инженер по промишлена автоматизация с над 10 години опит в областта на PLC, DCS и системите за управление.