Endüstriyel Otomasyonda Zaman Senkronizasyonu: Emerson Ovation ve Foxboro NTP ve PTP Kurulumu

Neden Her Tesisin Zaman Hakkında Tek Bir Doğruya İhtiyacı Var?

Her kontrolör, tarihçe sistemi ve güvenlik sistemi olayları kendi saatiyle zaman damgalar. Bu saatler uyuşmazsa olay kayıtlarınız gerçeği yansıtmaz. Bir açma olayının incelenmesi de karıştırılmış bir iskambil destesi gibi görünür. Mühendisler hangi kaydın doğru olduğu konusunda günlerce tartışır. Öncelikle temel ilkeyi kabul edin. Bir tesisin güvenilir tek bir zaman kaynağına ihtiyacı vardır. İkinci olarak, doğruluk gereksinimlerinize uygun bir protokol seçin. Aynı sahada bir Emerson Ovation ağı ve bir Foxboro I/A Series adası işletiyorum. Artık her ikisi de zamanı GPS senkronizasyonlu tek bir kaynaktan alıyor. Bu noktaya gelmek, aşağıdaki tüm dersleri öğrenmemi sağladı.

NTP, SNTP ve PTP Arasındaki Doğruluk Farkları Nelerdir?

NTP, tesis ağlarının temel taşıdır. Bir ana sunucu referans zamanı tutar. İstemciler Ethernet üzerinden 123 numaralı bağlantı noktasıyla düzenli aralıklarla bu sunucuyu sorgular. NTP, ağ gecikmesini telafi ederek sağlıklı bir LAN üzerinde yaklaşık 10 ms doğruluk sağlar. SNTP bunun basitleştirilmiş sürümüdür. Gecikme hesaplamalarını atlar ve iletilen zamanı olduğu gibi kabul eder. Doğruluk yaklaşık 50 ms'ye düşer. IEEE 1588 ile tanımlanan PTP ise her ikisinden de daha iyidir. Büyük ana saat, zaman damgalarını sürekli olarak ikincil cihazlara gönderir. İkincil cihazlar sapmayı gerçek zamanlı olarak düzeltir. Ancak PTP'nin potansiyeline ulaşması için donanımsal zaman damgalamayı destekleyen yetkin anahtarlar ve ağ arabirim kartları gerekir.

• 1. Adım — Sistemlerinizi gereksinimlerine göre sınıflandırın. Operatör ekranları ve tarihçe sistemleri 10 ms doğrulukta NTP'yi kabul eder.
• 2. Adım — Olay sırası kaydının milisaniyenin altında çözünürlük gerektirdiği yerlerde PTP kullanın.
• 3. Adım — SNTP'yi yalnızca bağımsız HMI'lar gibi yaklaşık zamana ihtiyaç duyan basit cihazlara ayırın.

GPS Referanslı Ana Zaman Kaynağı Nasıl Oluşturulur?

İnternet zaman sunucularının bir kontrol ağında yeri yoktur. Güvenlik politikalarının engellemesi gereken dışa yönelik yollar açarlar. GPS zaman sunucusu bu sorunu çözer. Uydulardan UTC zamanını alır ve zamanı tamamen tesis ağı içinde sunar. Ayrıca kurumsal BT altyapısına olan bağımlılığı ortadan kaldırır. Sahamda iki yedekli NTP sunucusunu besleyen çift antenli bir GPS saati kullanılıyor. Hem Ovation düşüm ağı hem de Foxboro düğümü zamanı buradan alıyor.

• 1. Adım — GPS antenini gökyüzünü net göreceği bir yere kurun. Anten kablosunun uzunluğunu üretici sınırları içinde tutun.
• 2. Adım — Zaman sunucusuna kontrol ağında, tesis BT ağından yalıtılmış ve stratum 1 düzeyinde statik bir IP atayın.
• 3. Adım — İkinci bir sunucuyu yedek olarak yapılandırın. İstemciler operatör müdahalesi olmadan yedek sunucuya geçebilmelidir.
• 4. Adım — UTC farkını ve yaz saati kurallarını her istemcide değil, sunucuda sabitleyin.

Ovation ve Foxboro NTP İstemcileri Olarak Nasıl Yapılandırılır?

Emerson Ovation kontrolörünün zaman yapılandırması ağ ayarları üzerinden yapılır. Her kontrolörü GPS sunucusu çiftine yönlendirin. Bir saatlik dengeleme süresinin ardından sapmayı doğrulayın. Foxboro I/A Series istasyonu da zaman hizmeti üzerinden aynı şekilde çalışır. Bu nedenle istemcileri her zaman yapılandırın; kontrolörlerin bağımsız çalışmasına izin vermeyin. Bağımsız çalışan bir kontrolör haftada saniyeler mertebesinde sapar. Bu sapma, damgaladığı her alarmın zaman bilgisini sessizce bozar. Bir inceleme sırasında bir Foxboro istasyonunun Ovation sisteminden 4 saniye ileride olduğunu tespit ettik. Saat sapmasını kontrol edene kadar olay sırası imkânsız görünüyordu.

• 1. Adım — Her kontrolör ve istasyonda hem birincil hem de ikincil NTP sunucusu adreslerini yapılandırın.
• 2. Adım — NTP belirtimine uygun olarak sorgulama aralığını 64 ile 1024 saniye arasında ayarlayın.
• 3. Adım — Her kontrolöre giriş yapıp bildirdiği sapmayı kaydedin. 100 ms'nin üzerindeki her değer ilgilenilmesi gerektiğini gösterir.
• 4. Adım — Yapılandırma değişikliklerinden sonra yeniden başlatın veya zaman hizmetini yeniden başlatın, ardından sapmaları tekrar kontrol edin.

PTP'nin Vaadini Gerçekleştirmesi İçin Neden Donanım Gerekir?

PTP, mikrosaniyenin altında doğruluk vadeder. Yalnızca yazılımla gerçekleştirilen uygulamalar çok daha düşük performans sunar. Büyük ana saat ve her sınır anahtarı donanımsal zaman damgalamayı desteklemelidir. Aksi hâlde yazılım titreşimi düzeltme alanını etkisiz bırakır. Bununla birlikte, türbin kontrolleri ve yüksek hızlı olay sırası kaydı için elde edilen kazanım maliyeti haklı çıkarır. Sahamda PTP'yi döner ekipman grubuna ayırıyorum. Diğer her şey NTP ile çalışıyor.

• 1. Adım — IEEE 1588 saydam saat veya sınır saati modunu destekleyen anahtarları seçin.
• 2. Adım — Tam olarak bir büyük ana saat yapılandırın. Diğer tüm PTP cihazları yalnızca ikincil cihaz olarak çalışabilmelidir.
• 3. Adım — Son sapmayı bir PTP izleme aracıyla ölçün. Yerel segmentte 1 mikrosaniyenin altında bir değer hedefleyin.

Sonuç ve Uygulama Önerileri

Zaman senkronizasyonu, olay analizinde düşük maliyetli bir sigortadır. Öncelikle kontrol ağının içine bir GPS zaman sunucusu kurun. İkinci olarak, her Ovation ve Foxboro düğümünü tanımlanmış bir yedek sunucuyla NTP istemcisi olarak yapılandırın. Ayrıca PTP'yi gerçekten milisaniyenin altında çözünürlük gerektiren uygulamalara ayırın ve bunu destekleyecek donanımı satın alın. Bu nedenle aylık rutininize saat sapması kontrolü ekleyin ve ölçümleri arşivleyin. Son olarak, bir sonraki açma olayı incelemeniz başlamadan önce tüm saatlerin aynı zamanı gösterdiğini doğrulayın. Güvenilir tek bir zaman kaynağı, karışık bir olay günlüğünü açık bir anlatıya dönüştürür ve yıllık mühendislik süresinde bir günden daha ucuza mal olur.

Yazar: Wu Jianming, PLC, DCS ve kontrol sistemlerinde 10 yılı aşkın deneyime sahip bir endüstriyel otomasyon mühendisidir.