Sincronização de tempo na automação industrial: configuração de NTP e PTP do Emerson Ovation e Foxboro

Por que toda planta precisa de uma única referência de tempo?

Cada controlador, historiador e sistema de segurança registra eventos com seu próprio relógio. Se esses relógios discordarem, seus registros de eventos mentirão. Uma investigação de parada então parecerá um baralho embaralhado. Os engenheiros perdem dias discutindo qual registro está correto. Primeiro, aceite o princípio fundamental. Uma planta precisa de uma única fonte de tempo confiável. Segundo, escolha um protocolo que corresponda às suas necessidades de precisão. Eu gerencio uma rede Emerson Ovation e uma instalação Foxboro I/A Series no mesmo local. Agora, ambas recebem o horário de uma única fonte sincronizada por GPS. Chegar a esse ponto me ensinou todas as lições abaixo.

Quais são as diferenças de precisão entre NTP, SNTP e PTP?

O NTP é o padrão de redes de plantas industriais. Um servidor mestre mantém o horário de referência. Os clientes consultam esse servidor em intervalos regulares pela Ethernet, usando a porta 123. O NTP compensa o atraso da rede, alcançando cerca de 10 ms de precisão em uma LAN saudável. O SNTP é a versão simplificada. Ele ignora os cálculos de atraso e simplesmente aceita o horário recebido. A precisão cai para cerca de 50 ms. O PTP, definido pela IEEE 1588, supera ambos. O mestre principal envia registros de data e hora continuamente aos dispositivos escravos. Os escravos corrigem o desvio em tempo real. No entanto, o PTP precisa de switches e placas de rede compatíveis com registro de data e hora por hardware para atingir todo o seu potencial.

• Etapa 1 — Classifique seus sistemas conforme a necessidade. Telas de operação e historiadores aceitam NTP a 10 ms.
• Etapa 2 — Use PTP onde o registro da sequência de eventos exigir resolução inferior a um milissegundo.
• Etapa 3 — Reserve o SNTP para dispositivos simples que precisam apenas de um horário aproximado, como IHMs autônomas.

Como construir uma fonte mestre de tempo referenciada por GPS?

Servidores de horário da internet não têm lugar em uma rede de controle. Eles abrem caminhos de saída que as políticas de segurança devem bloquear. Um servidor de horário GPS resolve esse problema. Ele recebe o UTC dos satélites e fornece o horário inteiramente dentro da rede da planta. Além disso, elimina a dependência da infraestrutura de TI corporativa. Minha unidade usa um relógio GPS com duas antenas, alimentando dois servidores NTP redundantes. Tanto a rede de queda do Ovation quanto o nó Foxboro recebem o horário dessa fonte.

• Etapa 1 — Instale a antena GPS com uma visão desobstruída do céu. Mantenha o comprimento do cabo da antena dentro dos limites do fabricante.
• Etapa 2 — Atribua ao servidor de horário um IP estático na rede de controle, no estrato 1, isolado da TI da planta.
• Etapa 3 — Configure um segundo servidor como backup. Os clientes devem alternar para ele sem ação do operador.
• Etapa 4 — Configure o deslocamento do UTC e as regras de horário de verão no servidor, não em cada cliente.

Como configurar o Ovation e o Foxboro como clientes NTP?

O controlador Emerson Ovation recebe a configuração de horário por meio das configurações de rede. Aponte cada controlador para o par de servidores GPS. Verifique o desvio após uma hora de estabilização. A estação Foxboro I/A Series funciona da mesma forma por meio de seu serviço de horário. Portanto, sempre configure os clientes e nunca deixe os controladores operarem com relógio livre. Um controlador com relógio livre adianta ou atrasa segundos por semana. Esse desvio corrompe silenciosamente o registro de data e hora de todos os alarmes que ele registra. Durante uma investigação, descobrimos que uma estação Foxboro estava 4 segundos adiantada em relação ao sistema Ovation. A sequência de eventos parecia impossível até verificarmos o desvio dos relógios.

• Etapa 1 — Configure os endereços dos servidores NTP primário e secundário em todos os controladores e estações.
• Etapa 2 — Defina o intervalo de consulta entre 64 e 1024 segundos, conforme a especificação do NTP.
• Etapa 3 — Faça login em cada controlador e registre o desvio informado. Qualquer valor acima de 100 ms exige atenção.
• Etapa 4 — Reinicie o controlador ou o serviço de horário após alterações de configuração e, em seguida, verifique novamente os desvios.

Por que o PTP precisa de hardware para cumprir sua promessa?

O PTP promete precisão inferior a um microssegundo. Implementações somente de software oferecem muito menos. O mestre principal e cada switch de fronteira devem ser compatíveis com o registro de data e hora por hardware. Caso contrário, a oscilação do software domina o campo de correção. No entanto, o benefício justifica o custo para controles de turbinas e registro de sequências de alta velocidade. Minha unidade reserva o PTP para o conjunto de equipamentos rotativos. Todo o restante usa NTP.

• Etapa 1 — Selecione switches compatíveis com o modo de relógio transparente ou relógio de fronteira da IEEE 1588.
• Etapa 2 — Configure exatamente um mestre principal. Todos os outros dispositivos PTP devem ser compatíveis apenas com a função de escravo.
• Etapa 3 — Meça o desvio final com uma ferramenta de monitoramento PTP. O objetivo é ficar abaixo de 1 microssegundo no segmento local.

Conclusão e recomendações práticas

A sincronização de horário é um seguro barato para a análise de incidentes. Primeiro, instale um servidor de horário GPS dentro da rede de controle. Segundo, configure cada nó Ovation e Foxboro como cliente NTP, com um backup definido. Além disso, reserve o PTP para as aplicações que realmente precisam de resolução inferior a um milissegundo e adquira o hardware necessário para suportá-lo. Portanto, adicione uma verificação do desvio dos relógios à sua rotina mensal e arquive as leituras. Por fim, antes de iniciar sua próxima investigação de parada, verifique se todos os relógios estão sincronizados. Uma única fonte de tempo confiável transforma um registro de eventos embaralhado em uma narrativa clara e custa menos do que um dia de trabalho de engenharia por ano.

Autor: Wu Jianming é engenheiro de automação industrial com mais de 10 anos de experiência em PLC, DCS e sistemas de controle.