Visas ražotnes laika sinhronizācija: NTP, PTP un GPS stratēģijas Yokogawa CENTUM VP un Bently Nevada 3500 sistēmām

Kāpēc laika zīmogi var izšķirt brauciena izmeklēšanas iznākumu?

Katra nopietna brauciena izmeklēšana sākas ar notikumu secību. Tomēr šī secība neko nenozīmē, ja pulksteņi rāda atšķirīgu laiku. Es izmeklēju tvaika turbīnas atslēgšanos, kur trīs sistēmu rādījumi atšķīrās par vienpadsmit sekundēm. Yokogawa CENTUM VP arhivētājs reģistrēja vienu notikumu secību. Bently Nevada turbīnu uzraudzības sistēma stāstīja ko citu. Elektrosistēmas aizsardzības relejs sniedza trešo versiju. Mēs divas dienas strīdējāmies par cēloņiem un sekām, pirms kāds pārbaudīja pulksteņus. Tāpēc laika sinhronizācija jāuzskata par drošībai kritisku pakalpojumu, nevis par IT jautājumu, ko var atlikt. Nelielas pulksteņu nobīdes starp ierīcēm padara notikumu žurnālus maldinošus. Vēl sliktāk — tās grauj uzticēšanos visam arhivētājam.

Kādi ir NTP un SNTP darbības principi un ierobežojumi?

Tīkla laika protokols ir vienkāršākā un visbiežāk izmantotā sinhronizācijas metode. Galvenais serveris glabā atsauces laiku, bet klientierīces regulāri pieprasa atjauninājumus. Serveris savu laiku var iegūt no GPS satelītiem vai interneta avotiem. Labā rūpnīcas tīklā NTP precizitāte sasniedz aptuveni 10 milisekundes. SNTP, vienkāršotā versija, neņem vērā tīkla aizkaves aprēķinus. Tā nodrošina tikai aptuveni 50 milisekunžu precizitāti un ir piemērota nelielām, nekritiskām lietotnēm. Stratum līmenis raksturo attālumu no atsauces avota. GPS uztvērējs ir stratum 0 aparatūra, kas nodrošina laiku stratum 1 serverim. Arī jūsu rūpnīcas hierarhijai jāveidojas pēc šādas kaskādes. Turklāt hierarhijai jābūt seklai. Katra papildu stratum kārta palielina kļūdu. Tomēr nekad nesinhronizējiet vadības sistēmu tieši ar interneta laika serveri. Šis ceļš šķērso jūsu drošības robežu un rada svārstības, ko jūs nevarat kontrolēt.

• 1. darbība: Uzstādiet GPS laika uztvērēju ar antenu kā stratum 0 avotu.
• 2. darbība: Norīkojiet vienu serveri par iekšējo stratum 1 NTP galveno serveri.
• 3. darbība: Konfigurējiet visus DCS serverus, PLC un HMI kā klientus tikai šim galvenajam serverim.
• 4. darbība: Dokumentējiet stratum hierarhiju un aizliedziet tiešus interneta laika avotus.

Kā PTP nodrošina mazāku par milisekundi precizitāti kritiskām lietotnēm?

Precīzā laika protokols (PTP), IEEE 1588, nodrošina gandrīz vienas milisekundes precizitāti un bieži vien arī daudz labāku. Galvenais serveris nepārtraukti nosūta laika zīmogus pakārtotajām ierīcēm, nevis gaida pieprasījumus. Pakārtotās ierīces ņem vērā tīkla aizkavi un koriģē savus pulksteņus ar niecīgu nobīdi. Tomēr šādai precizitātei ir sava cena. Jums nepieciešami PTP saderīgi Ethernet komutatori ar aparatūras laika zīmogošanu. Parastie komutatori rada neprognozējamu rindu aizkavi, kas iznīcina PTP precizitāti. Automatizācijas pasaulē uz šī pamata ir izveidoti vairāki profili. EtherNet/IP tīkli izmanto CIP Sync — IEEE 1588 profilu — kontrolieru pulksteņu saskaņošanai. Yokogawa sistēmas sinhronizē savus domēnus un kopnes komunikācijas moduļus ar disciplinētiem, uz GPS atsauci balstītiem galvenajiem serveriem. Tāpēc izvēlieties PTP, ja nepieciešama notikumu secības precizitāte, kas ir mazāka par 10 milisekundēm. Izvēlieties NTP vispārīgai SCADA un arhivētāja laika marķēšanai. Visbeidzot, pieskaņojiet protokolu lietotnei, nevis mārketinga apgalvojumiem.

• 1. darbība: Nosakiet ierīces, kurām patiešām nepieciešama notikumu izšķirtspēja, kas mazāka par 10 ms.
• 2. darbība: Šajos segmentos uzstādiet PTP saderīgus komutatorus ar aparatūras laika zīmogošanu.
• 3. darbība: Visam PTP domēnam izvēlieties vienu GPS atsaucei piesaistītu galveno pulksteni.
• 4. darbība: Pēc katrām tīkla izmaiņām pārbaudiet pakārtoto ierīču nobīdes attiecībā pret galveno pulksteni.

Kā sinhronizēt CENTUM VP un Bently Nevada 3500 ar vienu pulksteni?

Lūk, praktiska arhitektūra, kas darbojas. GPS uztvērējs nodrošina laiku īpašam laika serverim, izveidojot stratum 1 galveno serveri. Yokogawa CENTUM VP domēns sinhronizējas ar šo serveri un izplata laiku visām stacijām. Bently Nevada 3500 statņi un to tuvuma monitori saņem NTP laiku no tā paša avota, izmantojot statņu saskarnes moduļus. Vispirms katra 3500 statņa iestatījumos konfigurējiet laika servera IP adresi. Pēc tam pārbaudiet statņa pulksteņa nobīdi, izmantojot System 1 vai statņa konfigurācijas programmatūru. Turklāt reizi nedēļā pārbaudiet CENTUM VP staciju pulksteņus sistēmas statusa displejā. Es iesaku šādu pielaides politiku: uzturiet visu ierīču laika nobīdi ne lielāku par vienu sekundi attiecībā pret galveno serveri, bet turbīnu aizsardzības sistēmām — ne lielāku par 10 milisekundēm. Visbeidzot, pievienojiet laika nobīdes trauksmi. Ierīce, kas klusi pārstāj sinhronizēties, ir pelnījusi trauksmi, jo tās laika zīmogi pamazām kļūs neuzticami līdz nākamajai brauciena izmeklēšanai.

• 1. darbība: Pieslēdziet CENTUM VP laika galveno serveri un katru 3500 statni tam pašam NTP serverim.
• 2. darbība: Iestatiet aptaujas intervālus uz dažām minūtēm un saglabājiet tos vienādus visās ierīcēs.
• 3. darbība: Reizi nedēļā reģistrējiet katras ierīces nobīdi un analizējiet tās tendenci tāpat kā procesa mainīgajam.
• 4. darbība: Aktivizējiet trauksmi jebkurai ierīcei, kuras nobīde 24 stundu laikā pārsniedz 1 sekundi.
• 5. darbība: Pēc katras atslēgšanās eksportējiet visus notikumu žurnālus UTC laikā pirms konvertēšanas uz vietējo laiku.

Secinājumi un ieteikumi rīcībai

Laika sinhronizācija ir lēta apdrošināšana dārgām izmeklēšanām. Vispirms piesaistiet visu rūpnīcu vienam GPS atsaucei balstītam galvenajam serverim un izveidojiet dokumentētu stratum hierarhiju. Otrkārt, izmantojiet NTP vispārīgai laika marķēšanai un PTP tur, kur patiešām nepieciešama mazāka par 10 milisekundēm notikumu secības izšķirtspēja. Turklāt piesaistiet savas Yokogawa CENTUM VP stacijas un Bently Nevada 3500 statņus vienam un tam pašam avotam, nevis atsevišķiem serveriem. Tomēr atcerieties, ka aparatūra pati par sevi neko negarantē. Pārbaudiet nobīdes pēc katrām tīkla izmaiņām un katras komutatora nomaiņas. Tāpēc analizējiet pulksteņu nobīdes tendences tāpat kā jebkuram citam kritiskam mērījumam. Visbeidzot, reizi ceturksnī veiciet laika auditu. Plānotas pārbaudes laikā atvienojiet GPS antenu un vērojiet, kā reaģē jūsu sistēmas. Dienā, kad atslēgsies turbīna, jūsu notikumu žurnāli stāstīs vienu stāstu — un tas būs patiesais.

Autors: Zhou Yiming ir rūpnieciskās automatizācijas inženieris ar vairāk nekā 10 gadu pieredzi PLC, DCS un vadības sistēmās.