Időszinkronizálás az ipari automatizálásban: az Emerson Ovation és a Foxboro NTP- és PTP-beállítása

Miért van szüksége minden üzemnek egyetlen igaz időforrásra?

Minden vezérlő, eseményrögzítő és biztonsági rendszer a saját órájával látja el időbélyeggel az eseményeket. Ha ezek az órák eltérnek, az eseménynyilvántartások valótlanságokat tartalmaznak. Egy leállás kivizsgálása ilyenkor úgy fest, mint egy megkevert kártyapakli. A mérnökök napokat vesztegetnek annak vitatásával, hogy melyik nyilvántartás a helyes. Először is fogadjuk el az alapelvet: egy üzemnek egyetlen megbízható időforrásra van szüksége. Másodszor válasszunk az elvárt pontosságnak megfelelő protokollt. Egy Emerson Ovation hálózatot és egy Foxboro I/A Series szigetet tartok karban ugyanazon a telephelyen. Mindkettő ugyanattól, egy GPS-szel szinkronizált forrástól kapja az időt. Az idáig vezető út minden alábbi tanulságra megtanított.

Milyen pontosságbeli különbségek vannak az NTP, az SNTP és a PTP között?

Az NTP az üzemi hálózatok igáslova. Egy mesterszerver tartja a referenciaidőt. Az ügyfelek rendszeres időközönként, a 123-as porton, Etherneten keresztül lekérdezik. Az NTP kompenzálja a hálózati késleltetést, így egészséges helyi hálózaton körülbelül 10 ms pontosságot ér el. Az SNTP az egyszerűsített változat. Kihagyja a késleltetés számítását, és egyszerűen elfogadja a kapott időt. A pontosság körülbelül 50 ms-ra csökken. Az IEEE 1588 által definiált PTP mindkettőnél jobb. A nagymester folyamatosan küldi az időbélyegeket a követőknek. A követők valós időben korrigálják az eltérést. A PTP-hez azonban megfelelő kapcsolókra és hardveres időbélyegzést támogató hálózati kártyákra van szükség a benne rejlő lehetőségek kihasználásához.

• 1. lépés — Osztályozza rendszereit igény szerint. A kezelői kijelzők és az eseményrögzítők elfogadják az NTP által biztosított 10 ms-os pontosságot.
• 2. lépés — Használjon PTP-t ott, ahol az eseménysorrend rögzítése ezredmásodperc alatti felbontást igényel.
• 3. lépés — Az SNTP-t olyan egyszerű eszközökre tartsa fenn, amelyeknek csak hozzávetőleges időre van szükségük, például önálló HMI-kre.

Hogyan építsünk ki GPS-re hivatkozó elsődleges időforrást?

Az internetes időszervereknek nincs helyük egy vezérlőhálózatban. Olyan kimenő útvonalakat nyitnak, amelyeket a biztonsági szabályzatoknak blokkolniuk kellene. Egy GPS-időszerver megoldja ezt a problémát. Műholdakról fogadja az UTC-időt, és teljes egészében az üzemi hálózaton belül szolgáltatja azt. Emellett megszünteti a vállalati informatikai infrastruktúrától való függést. A telephelyemen egy kétantennás GPS-óra táplál két redundáns NTP-szervert. Mind az Ovation leágazási hálózata, mind a Foxboro-csomópont ettől kapja az időt.

• 1. lépés — Telepítse a GPS-antennát úgy, hogy szabad rálátása legyen az égboltra. Az antennakábel hossza maradjon a gyártó által meghatározott határon belül.
• 2. lépés — Rendeljen statikus IP-címet az időszerverhez a vezérlőhálózaton, állítsa 1-es rétegűre, és válassza le az üzemi informatikai hálózatról.
• 3. lépés — Állítson be egy második szervert tartalékként. Az ügyfeleknek kezelői beavatkozás nélkül át kell tudniuk állni rá.
• 4. lépés — Az UTC-eltolást és a nyári időszámítás szabályait a szerveren rögzítse, ne az egyes ügyfeleken.

Hogyan állítsuk be az Ovationt és a Foxborót NTP-ügyfélként?

Az Emerson Ovation vezérlőjén a hálózati beállításokon keresztül konfigurálható az idő. Irányítsa minden vezérlőt a GPS-szerverpárra. Egyórányi stabilizálódás után ellenőrizze az eltérést. A Foxboro I/A Series állomás ugyanígy működik az időszolgáltatáson keresztül. Ezért mindig konfigurálja az ügyfeleket, és soha ne hagyja, hogy a vezérlők önállóan járjanak. Egy önállóan járó vezérlő hetente másodperceket siethet vagy késhet. Ez az eltérés csendben meghamisítja minden általa időbélyegzett riasztás időpontját. Egy vizsgálat során azt találtuk, hogy egy Foxboro-állomás 4 másodperccel járt az Ovation-rendszer előtt. Az eseménysorrend lehetetlennek tűnt, amíg nem ellenőriztük az óraeltérést.

• 1. lépés — Állítsa be az elsődleges és a másodlagos NTP-szerver címét minden vezérlőn és állomáson.
• 2. lépés — Az NTP-specifikáció szerint állítsa a lekérdezési időközt 64 és 1024 másodperc közé.
• 3. lépés — Jelentkezzen be minden vezérlőbe, és rögzítse a jelentett eltérést. A 100 ms feletti érték figyelmet igényel.
• 4. lépés — A konfiguráció módosítása után indítsa újra a vezérlőt vagy az időszolgáltatást, majd ellenőrizze ismét az eltéréseket.

Miért van szüksége a PTP-nek hardverre az ígért teljesítményhez?

A PTP ezredmikroszekundumos pontosságot ígér. A kizárólag szoftveres megvalósítások ennél jóval gyengébb eredményt nyújtanak. A nagymesternek és minden határkapcsolónak támogatnia kell a hardveres időbélyegzést. Ellenkező esetben a szoftveres ingadozás elnyomja a korrekciós mezőt. A befektetés azonban megtérül a turbinavezérlés és a nagy sebességű eseménysorrend-rögzítés esetében. A telephelyemen a PTP-t a forgó gépegység számára tartjuk fenn. Minden más NTP-t használ.

• 1. lépés — Olyan kapcsolókat válasszon, amelyek támogatják az IEEE 1588 szerinti átlátszó óra vagy határóra üzemmódot.
• 2. lépés — Pontosan egy nagymestert konfiguráljon. Minden más PTP-eszköz csak követő üzemmódra legyen képes.
• 3. lépés — PTP-figyelőeszközzel mérje meg a végső eltérést. A helyi szegmensen 1 mikroszekundum alatti értéket célozzon meg.

Összegzés és gyakorlati tanácsok

Az időszinkronizálás olcsó biztosíték az incidensek elemzéséhez. Először telepítsen GPS-időszervert a vezérlőhálózaton belül. Másodszor konfiguráljon minden Ovation- és Foxboro-csomópontot NTP-ügyfélként, meghatározott tartalékkal. Emellett a PTP-t azokra az alkalmazásokra tartsa fenn, amelyek valóban ezredmásodperc alatti felbontást igényelnek, és vásárolja meg az ezt támogató hardvert. Ezért vegye fel az óraeltérés ellenőrzését a havi rutinjába, és archiválja a mért értékeket. Végül, mielőtt megkezdi a következő leállás kivizsgálását, ellenőrizze, hogy minden óra egyezik-e. Egyetlen megbízható időforrás a megkevert eseménynaplót világos történetté alakítja, és évente kevesebbe kerül, mint egyetlen mérnöki munkanap.

Szerző: Wu Jianming több mint 10 éves tapasztalattal rendelkező ipari automatizálási mérnök PLC-, DCS- és vezérlőrendszerek területén.