Профиль отрасли протокола точного времени - Precision Time Protocol Industry Profile - Wikipedia

Системы промышленной автоматизации, состоящие из нескольких распределенных контроллеров, нуждаются в точной синхронизации команд, событий и данных процесса. Например, двигатели для печати газет синхронизируются в течение примерно 5 микросекунд, чтобы гарантировать, что цветные пиксели в различных цилиндрах находятся в пределах 0,1 мм при скорости бумаги примерно 20 м / с. Аналогичные требования существуют в мощных полупроводниках (например, для преобразования между сетями переменного и постоянного тока) и в транспортных средствах с электроприводом (например, в автомобилях без механического рулевого колеса). Эта синхронизация обеспечивается сетью связи, в большинстве случаев Промышленный Ethernet.Существует множество специальных схем синхронизации, поэтому IEEE опубликовал стандарт Протокол точного времени IEEE 1588 или «PTP», который обеспечивает субмикросекундную синхронизацию часов. Протокол PTP сформулирован в общем виде, поэтому для конкретных приложений требуется более строгий профиль. В частности, PTP не определяет, как часы должны работать при дублировании сети для лучшей устойчивости к сбоям.

В Промышленный профиль PTP (PIP) стандарт IEC 62439-3 ^[1] который определяет в Приложении C два Протокол точного времени Профили IEEE 1588 / IEC 61588, L3E2E и L2P2P, для синхронизации сетевых часов с точностью до 1 мкс и обеспечения отказоустойчивости от сбоев часов.

Профили PTP IEC 62439-3 применимы к большинству Промышленный Ethernet сети, для синхронизированных приводов, робототехники, автомобильной техники и других приложений, которые требуют точного распределения времени, не обязательно с использованием избыточных сетей.

Профиль L2P2P IEC 62439-3 был принят как МЭК / IEEE 61850-9-3 от электроэнергетической отрасли для поддержки точной временной отметки измерения напряжения и тока для дифференциальной защиты, мониторинга и защиты в широком диапазоне, защиты сборных шин и регистрации событий.^[2]

Профили IEC 62439-3 PTP могут использоваться для обеспечения детерминированной работы критических функций в самой системе автоматизации, например, точного запуска задач, резервирования ресурсов и контроля сроков.

Приложения IEC 62439-3 относятся к Протокол параллельного резервирования и Высокая доступность, бесшовное резервирование стандартный набор для сетей автоматизации высокой доступности. Однако эта спецификация также применима к сетям, которые не имеют избыточности и не используют PRP или HSR.

Топология

Элементы в сети 1588
Промышленная сеть с точными часами
Дважды прикрепленные часы в PRP
Иерархия часов PTP на подстанции

PIP основан на топологии IEEE 1588, состоящей из тактовых генераторов (GC), обычных часов (OC), граничных часов (BC), прозрачных часов (TC) и гибридных часов (HC = TC&OC).

Для избыточности сеть PIP содержит несколько тактовых генераторов, которые могут работать с ведущими устройствами. Обычно лучшие главные часы гарантируют, что только один гроссмейстер передает время.

В сетях с резервированием, и особенно в PRP, несколько мастеров могут быть активны одновременно, после чего подчиненное устройство выбирает своего мастера.

Профили PIP и приложения

Приложение A МЭК 62439-3 определяет, как прикреплять тактовые импульсы к дублированным сетевым путям и как поддерживать одновременно активные резервные главные тактовые генераторы для всех профилей.
Приложение B к МЭК 62439-3 определяет профиль L2PTP для автоматизации подстанции. МЭК / IEEE 61850-9-3. В отличие от IEC / IEEE 61850, двойное подключение с помощью PRP или HSR является обязательным.
Приложение C к МЭК 62439-3 определяет два профиля, L3E2E и L2P2P, которые являются подмножествами IEEE Std 1588. Протокол точного времени (PTP), когда часы подключены отдельно.
Приложение D к стандарту IEC 62439-3 - это учебное пособие по стандарту IEEE 1588, в котором основное внимание уделяется только PIP.
Приложение E к МЭК 62439-3 содержит объекты SNMP для управления синхронизаторами с двойным подключением.

Основные особенности

Приложение C стандарта IEC 62439-3 использует следующие параметры IEEE Std 1588:

использует шкалу времени PTP на основе TAI Международное атомное время, также доставляет UTC Всемирное координированное время
передает коррекцию часов по-разному с 1-шаговым (предпочтительно) или 2-шаговым (можно смешивать)
работает с наилучшим алгоритмом главных часов по умолчанию, выполняемым главными и подчиненными часами
поддерживает оба варианта измерения задержки ссылки:
- L3E2E: Сквозное измерение (Delay_Req / Delay_Resp) на уровне 3 (протокол Интернета ) для выполнения требований ODVA;
- L2P2P: Одноранговое измерение (Pdelay_Req / Pdelay_Resp) на уровне 2 Ethernet (IEEE 802.3) ссылки.

Спектакль

Приложение C к стандарту IEC 62439-3 обеспечивает точность лучше 1 мкс после пересечения 15 мостов с прозрачными тактовыми сигналами и предполагает, что все сетевые элементы (мосты, маршрутизаторы, медиаконвертеры, каналы) поддерживают PTP с заданной производительностью:

Гроссмейстер (GC): максимальная погрешность 250 нс
Прозрачные часы (TC): максимальная погрешность 50 нс
Граничные часы (BC): максимальная погрешность 200 нс
Медиаконвертеры: максимальный джиттер 50 нс и максимальная асимметрия 25 нс
Асимметрия звена: максимальная асимметрия 25 нс

Опираясь на эти гарантированные значения, сетевой инженер может рассчитать неточность времени в различных узлах сети и соответствующим образом разместить часы, особенно часы гроссмейстера. IEC TR 61850-90-4 (Руководство по проектированию сетей) дает рекомендации по использованию МЭК / IEEE 61850-9-3 в сетях автоматизации подстанций.

Настройки IEEE 1588

Приложение C стандарта IEC 62439-3 ограничивает параметры стандарта IEEE Std 1588 следующими значениями:

domainNumber: 0 (диапазон по умолчанию)
Интервал объявления: (диапазон по умолчанию) 1 с (L2P2P) или 2 с (L3E2E)
Интервал синхронизации: 1 с (фиксированный)
Интервал задержки: 1 с (фиксированный)
Таймаут приема объявления (количество интервалов объявления, которое должно пройти без получения сообщения с объявлением до того, как будет выпущен тайм-аут объявления): 3 (фиксировано)
priority1: 255 только для ведомого
priority2: 255 только для ведомого
домен первичной синтонизации прозрачных часов: 0 (по умолчанию)

Дополнения к IEEE Std 1588

Приложение C к IEC 62439-3 определяет требования в дополнение к IEEE 1588:

Часы должны принимать как одноступенчатую, так и двухступенчатую корректировку (улучшает plug-and-play).
Все часы могут быть подключены дважды по протоколу IEC 62439-3 (PRP "Протокол параллельного резервирования "или HSR"Высокая доступность, бесшовное резервирование ")
Одновременно могут быть активны несколько главных часов; ведомый выбирает лучшего мастера.
Тайм-ауты гарантируют, что часы могут обнаружить потерю сообщений PTP также на неиспользуемом пути.
Идентификация однорангового узла для проверки топологии сети и обеспечения поддержки протокола всеми элементами.
В сети, использующей медиаконвертеры с промежуточным хранением и только для L2P2P, мастер добавляет дополнение к сообщениям Sync, чтобы гарантировать, что сообщения Sync и Pdelay_Req / Pdelay_Resp имеют одинаковый размер (это будет указано в IEEE 1588: 2017)
Управление сетью по SNMP в соответствии с IEC 62439-3 Приложение E

Стандартные владельцы

Этот протокол был разработан IEC SC65C WG15 в рамках стандарта IEC 62439, который применяется ко всем промышленным сетям IEC. Чтобы избежать параллельных стандартов в МЭК и IEEE в области автоматизации электросетей, профиль L2PTP, специфичный для автоматизации электросетей предыдущего приложения В к МЭК 62439-3, был помещен под эгидой совместной разработки МЭК и IEEE 61850-9-3. Техническая ответственность возлагается на IEC SC65C WG15, который стремится поддерживать соответствие профиля L2P2P IEC 62439-3 и IEC / IEEE 61850-9-3.

внешняя ссылка

[1] Сети автоматизации с высокой доступностью, Часть 3: PRP, HSR и PIP

[2] Киррманн, Хуберт; Дикерсон Уильям Протокол точного времени IEC IEEE, Pacworld, сентябрь 2016 г.

[1]

[2]