Sinhronizacija vremena u industrijskoj automatizaciji: podešavanje NTP-a i PTP-a za Emerson Ovation i Foxboro

Zašto je svakom postrojenju potrebna jedna referentna vremenska osnova?

Svaki kontroler, istoričar podataka i bezbednosni sistem beleži događaje pomoću sopstvenog sata. Ako se ti satovi ne slažu, vaši zapisi događaja ne prikazuju istinu. Istraga incidenta tada izgleda kao promešan špil karata. Inženjeri uzalud troše dane raspravljajući o tome koji je zapis tačan. Prvo prihvatite osnovni princip. Postrojenju je potreban jedan pouzdan izvor vremena. Drugo, izaberite protokol koji odgovara vašim zahtevima za tačnost. Održavam mrežu Emerson Ovation i sistem Foxboro I/A Series na istoj lokaciji. Oba sada preuzimaju vreme sa jednog GPS-om sinhronizovanog izvora. Iskustvo do tog rešenja naučilo me je svemu što sledi.

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

NTP je osnovni protokol industrijskih mreža. Glavni server čuva referentno vreme. Klijenti ga proveravaju u redovnim intervalima preko Ethernet-a, koristeći port 123. NTP kompenzuje kašnjenje mreže i postiže tačnost od približno 10 ms na stabilnoj LAN mreži. SNTP je pojednostavljena verzija. On preskače izračunavanje kašnjenja i samo prihvata isporučeno vreme. Tačnost pada na približno 50 ms. PTP, definisan standardom IEEE 1588, nadmašuje oba protokola. Glavni sat neprekidno šalje vremenske oznake podređenim uređajima. Podređeni uređaji u realnom vremenu ispravljaju odstupanje. Međutim, PTP zahteva svićeve i mrežne kartice koje podržavaju hardversko označavanje vremena da bi dostigao svoj puni potencijal.

• Korak 1 — Klasifikujte sisteme prema potrebama. Operaterski prikazi i istoričari prihvataju NTP sa tačnošću od 10 ms.
• Korak 2 — Koristite PTP tamo gde snimanje sekvence događaja zahteva rezoluciju manju od jedne milisekunde.
• Korak 3 — SNTP rezervišite za jednostavne uređaje kojima je potrebno samo približno vreme, kao što su samostalni HMI uređaji.

Kako izgraditi glavni izvor vremena sa GPS referencom?

Internet serverima vremena nije mesto u upravljačkoj mreži. Oni otvaraju izlazne putanje koje bezbednosne politike treba da blokiraju. GPS server vremena rešava ovaj problem. On prima UTC vreme sa satelita i isporučuje ga isključivo unutar mreže postrojenja. Osim toga, uklanja zavisnost od infrastrukture korporativne IT službe. Naša lokacija koristi GPS sat sa dve antene koji napaja dva redundantna NTP servera. I Ovation drop mreža i Foxboro čvor preuzimaju vreme sa njega.

• Korak 1 — Instalirajte GPS antenu tako da ima čist pogled ka nebu. Dužinu kabla antene držite u granicama koje je propisao proizvođač.
• Korak 2 — Dodelite serveru vremena statičku IP adresu u upravljačkoj mreži, postavite ga na stratum 1 i izolujte ga od IT mreže postrojenja.
• Korak 3 — Konfigurišite drugi server kao rezervni. Klijenti moraju automatski da pređu na njega bez intervencije operatera.
• Korak 4 — Podesite UTC pomak i pravila za letnje računanje vremena na serveru, a ne na svakom klijentu.

Kako konfigurisati Ovation i Foxboro kao NTP klijente?

Emerson Ovation kontroler dobija konfiguraciju vremena putem mrežnih podešavanja. Usmerite svaki kontroler na par GPS servera. Proverite odstupanje nakon jednog sata stabilizacije. Stanica Foxboro I/A Series funkcioniše na isti način putem svoje usluge za vreme. Zato uvek konfigurišite klijente i nikada ne dozvolite da kontroleri samostalno mere vreme. Kontroler koji samostalno meri vreme kasni ili žuri nekoliko sekundi nedeljno. To odstupanje neprimetno kvari svaku vremensku oznaku alarma koju zabeleži. Tokom jedne istrage otkrili smo da je stanica Foxboro bila 4 sekunde ispred sistema Ovation. Redosled događaja izgledao je nemoguće sve dok nismo proverili odstupanje satova.

• Korak 1 — Konfigurišite adrese primarnog i sekundarnog NTP servera na svakom kontroleru i stanici.
• Korak 2 — Podesite interval provere između 64 i 1024 sekunde, u skladu sa NTP specifikacijom.
• Korak 3 — Prijavite se na svaki kontroler i zabeležite prijavljeno odstupanje. Svaka vrednost iznad 100 ms zahteva pažnju.
• Korak 4 — Nakon promena konfiguracije ponovo pokrenite kontroler ili uslugu za vreme, a zatim ponovo proverite odstupanja.

Zašto je PTP-u potreban hardver da bi ispunio obećanja?

PTP obećava tačnost manju od jedne mikrosekunde. Implementacije koje se oslanjaju samo na softver pružaju znatno lošije rezultate. Glavni sat i svaki granični svič moraju da podržavaju hardversko označavanje vremena. U suprotnom, softversko podrhtavanje potiskuje polje za korekciju. Međutim, korist opravdava trošak kod upravljanja turbinama i brzog snimanja sekvenci događaja. Naša lokacija rezerviše PTP za sklop rotirajuće opreme. Sve ostalo koristi NTP.

• Korak 1 — Izaberite svičeve koji podržavaju režim transparentnog ili graničnog sata prema standardu IEEE 1588.
• Korak 2 — Konfigurišite tačno jedan glavni sat. Svi ostali PTP uređaji smeju da podržavaju samo ulogu podređenog uređaja.
• Korak 3 — Izmerite konačno odstupanje pomoću alata za nadzor PTP-a. Ciljajte na vrednost manju od jedne mikrosekunde na lokalnom segmentu.

Zaključak i savet za postupanje

Sinhronizacija vremena je jeftino osiguranje za analizu incidenata. Prvo instalirajte GPS server vremena unutar upravljačke mreže. Drugo, konfigurišite svaki Ovation i Foxboro čvor kao NTP klijent sa definisanom rezervom. Osim toga, PTP rezervišite za aplikacije kojima je zaista potrebna rezolucija manja od jedne milisekunde i nabavite hardver koji ga podržava. Zato u mesečnu rutinu uvedite proveru odstupanja satova i arhivirajte rezultate. Na kraju, pre nego što započnete sledeću istragu incidenta, proverite da li se svi satovi slažu. Jedan pouzdan izvor vremena pretvara promešan zapis događaja u jasnu priču, a košta manje od jednog dana inženjerskog rada godišnje.

Autor: Wu Jianming je inženjer industrijske automatizacije sa više od 10 godina iskustva u PLC, DCS i upravljačkim sistemima.