Sinkronizacija vremena u industrijskoj automatizaciji: postavljanje NTP-a i PTP-a za sustave Emerson Ovation i Foxboro

Zašto svako postrojenje treba imati jedan izvor točnog vremena?

Svaki kontroler, historian i sigurnosni sustav označava događaje vlastitim satom. Ako se ti satovi ne slažu, zapisi o događajima lažni su. Istraga incidenta tada izgleda kao promiješan špil karata. Inženjeri uzalud troše dane raspravljajući o tome koji je zapis točan. Najprije prihvatite osnovno načelo. Postrojenje treba imati jedan pouzdani izvor točnog vremena. Zatim odaberite protokol koji odgovara vašim zahtjevima točnosti. Održavam mrežu Emerson Ovation i izdvojeni sustav Foxboro I/A Series na istoj lokaciji. Oba sustava sada preuzimaju vrijeme iz jednog izvora sinkroniziranog s GPS-om. Iskustvo uspostave tog sustava naučilo me svim lekcijama navedenima u nastavku.

Koje su razlike u točnosti između NTP-a, SNTP-a i PTP-a?

NTP je osnovni protokol industrijskih mreža. Glavni poslužitelj čuva referentno vrijeme. Klijenti ga u pravilnim intervalima provjeravaju putem Etherneta koristeći priključak 123. NTP kompenzira mrežno kašnjenje i na zdravom LAN-u postiže točnost od približno 10 ms. SNTP je pojednostavljena verzija. Preskače izračune kašnjenja i jednostavno prihvaća isporučeno vrijeme. Točnost pada na približno 50 ms. PTP, definiran normom IEEE 1588, nadmašuje oba protokola. Glavni uređaj kontinuirano šalje vremenske oznake podređenim uređajima. Podređeni uređaji u stvarnom vremenu ispravljaju pomak. Međutim, PTP zahtijeva odgovarajuće preklopnike i mrežne kartice s hardverskim označavanjem vremena kako bi ostvario svoj puni potencijal.

• 1. korak — Razvrstajte sustave prema potrebama. Operaterski prikazi i historičari prihvaćaju NTP s točnošću od 10 ms.
• 2. korak — Koristite PTP tamo gdje bilježenje slijeda događaja zahtijeva rezoluciju manju od jedne milisekunde.
• 3. korak — SNTP rezervirajte za jednostavne uređaje kojima je potrebno samo približno vrijeme, poput samostalnih HMI uređaja.

Kako izgraditi glavni izvor vremena s referencom na GPS?

Internetskim poslužiteljima vremena nije mjesto u upravljačkoj mreži. Oni otvaraju izlazne putove koje bi sigurnosne politike trebale blokirati. GPS poslužitelj vremena rješava taj problem. Prima UTC vrijeme sa satelita i poslužuje ga u cijelosti unutar mreže postrojenja. Osim toga, uklanja ovisnost o korporativnoj IT infrastrukturi. Na mojoj lokaciji koristi se GPS sat s dvije antene koji napaja dva redundantna NTP poslužitelja. I Ovationova podmreža i čvor Foxboro preuzimaju vrijeme iz njega.

• 1. korak — Postavite GPS antenu s nesmetanim pogledom prema nebu. Duljinu kabela antene zadržite unutar ograničenja proizvođača.
• 2. korak — Dodijelite poslužitelju vremena statičku IP adresu u upravljačkoj mreži, na razini stratum 1, izoliranu od IT mreže postrojenja.
• 3. korak — Konfigurirajte drugi poslužitelj kao pričuvni. Klijenti se moraju prebaciti na njega bez intervencije operatera.
• 4. korak — Postavite UTC pomak i pravila ljetnog računanja vremena na poslužitelju, a ne na svakom klijentu.

Kako konfigurirati Ovation i Foxboro kao NTP klijente?

Kontroler Emerson Ovation konfigurira se putem mrežnih postavki. Usmjerite svaki kontroler na par GPS poslužitelja. Provjerite pomak nakon jednog sata stabilizacije. Stanica Foxboro I/A Series radi na isti način putem svoje usluge vremena. Stoga uvijek konfigurirajte klijente i nikada ne dopustite da kontroleri rade sa slobodnim hodom. Kontroler koji radi sa slobodnim hodom odstupa nekoliko sekundi tjedno. Taj pomak potajno kvari svaku vremensku oznaku alarma koju zabilježi. Tijekom jedne istrage otkrili smo da je stanica Foxboro bila 4 sekunde ispred sustava Ovation. Slijed događaja izgledao je nemoguće sve dok nismo provjerili pomak sata.

• 1. korak — Konfigurirajte adrese primarnog i sekundarnog NTP poslužitelja na svakom kontroleru i stanici.
• 2. korak — Postavite interval provjere između 64 i 1024 sekunde, u skladu sa specifikacijom NTP-a.
• 3. korak — Prijavite se na svaki kontroler i zabilježite njegov prijavljeni pomak. Sve iznad 100 ms zahtijeva pažnju.
• 4. korak — Nakon promjena konfiguracije ponovno pokrenite kontroler ili uslugu vremena, a zatim ponovno provjerite pomake.

Zašto je PTP-u potreban hardver kako bi ispunio svoje obećanje?

PTP obećava točnost manju od jedne mikrosekunde. Implementacije koje se oslanjaju samo na softver postižu znatno manje. Glavni uređaj i svaki granični preklopnik moraju podržavati hardversko označavanje vremena. U suprotnom softversko podrhtavanje poništava polje korekcije. Međutim, korist opravdava trošak kod upravljanja turbinama i brzog bilježenja slijeda događaja. Na mojoj lokaciji PTP je rezerviran za sklop rotirajuće opreme. Sve ostalo radi na NTP-u.

• 1. korak — Odaberite preklopnike koji podržavaju transparentni sat ili način rada graničnog sata prema normi IEEE 1588.
• 2. korak — Konfigurirajte točno jedan glavni uređaj. Svi ostali PTP uređaji smiju podržavati samo ulogu podređenog uređaja.
• 3. korak — Izmjerite konačni pomak alatom za nadzor PTP-a. Ciljajte na manje od 1 mikrosekunde u lokalnom segmentu.

Zaključak i savjeti za postupanje

Sinkronizacija vremena je jeftino osiguranje za analizu incidenata. Najprije instalirajte GPS poslužitelj vremena unutar upravljačke mreže. Zatim konfigurirajte svaki Ovationov i Foxborov čvor kao NTP klijent s definiranim pričuvnim poslužiteljem. Osim toga, PTP rezervirajte za aplikacije kojima je doista potrebna rezolucija manja od jedne milisekunde i nabavite hardver koji ga podržava. Stoga u mjesečnu rutinu dodajte provjeru pomaka satova i arhivirajte očitanja. Naposljetku, prije početka sljedeće istrage incidenta provjerite slažu li se svi satovi. Jedan pouzdani izvor vremena pretvara promiješani zapis događaja u jasnu priču, a godišnje košta manje od jednog dana inženjerskog rada.

Autor: Wu Jianming industrijski je inženjer automatizacije s više od 10 godina iskustva u PLC, DCS i upravljačkim sustavima.