Síťový protokol k synchronizaci času v rozvodnách podle standardu IEEE 1588v2

Datum 07.08.2017

V éře geografických objevů Britského impéria, udělalo námořnictvo veliký krok a to vše díky jednoduchému vynálezu – mořskému chronometru. Schopnost přesně měřit čas i v mořském prostředí. Nastavením chronometru podle doby přístavního města Greenwich a porovnání vlastností zařízení s polohou slunce na obloze. Bričtí námořníci stanovili čas své plavby s vysokou přesností. Chronometr byl pro ně unikátním objevem. Velký krok kupředu, který umožnil Britům obejít všechny jejich současníky. Uplynulo mnoho času, ale i dnes hraje chronometr důležitou roli pro celou planetu, protože díky němu se vytvořil světový standardní čas (GMT).

Možnost přesně změřit čas je při práci s průmyslovými sítěmi veliká výhoda. Toto platí zejména při práci v elektrárnách, které vyžadují velmi přesné řízení měření času, synchronizaci a konfiguraci síťových zařízení. Vysoký stupeň přesnosti měření, umožňuje využití průmyslových sítí, u kterých je účinnost ve výrazně lepší stabilitě, bezpečnosti a schopnosti přizpůsobit systém tak, aby vyhovoval konečnému uživateli.

Proces synchronizace průmyslových sítí je nezbytný pro práci s moderními systémy, především v energetických rozvodnách. Níže uděláme rozbor systému technologického měření času, NTP, GPS a protokoly IEEE 1588v2 pro poskytnutí velice přesných údajů, pomocí kterých je možné získat veškeré informace o práci všech sítí.

Historie technologie časové synchronizace

V průmyslu pro synchronizaci sítí se používají hodiny. Na základě z nich získaných údajů koordinují práci všech zúčastněných zařízení. V současné době síť integrátoru používá několik metod pro časovou synchronizaci. Každá metoda má jak výhody, tak nevýhody a ne každá je vhodná pro použití v průmyslových systémech.

např. Organizace Inter-range Instrumentation Group (IRIG) má normu pro práci s následujícími komutovanými zařízeními: Technologie kódování časů, vyvinutá společnost IRIG v roce 1956, byla základním nástrojem pro systém minulého období. Současný IRIG B205-87 je nejnovější verze aktualizace.

Network Time Protokol (NTP): NTP je protokol datové sítě, který byl poprvé objeven v roce 1985. Práce protokolu NTP je založena na úrovni hierarchie, pomocí které jsou schromážděny informace o času v celé síťi na daný moment. Hierarchie NTP se ve své podstatě představuje grafem, který umožňuje vyhnout se opakování cyklu v systému.

Global positioning system (GPS): Satelity GPS obsahují ultrapřesné atomové mechanismy umístěné na oběžné dráze naší planety. Jejich data o času je možné převádět rychlostí světla na přijímače umístěné na zemi. Tyto údaje jsou rovněž upraveny v souladu s principy relativity, což umožňuje příjem dat s vysokou přesností aktuálního času.

Možné problémy s časovou synchronizací: Současné synchronizační systémy času jsou buď drahé, nebo nespolehlivé.

Přesnost: Pro bezchybný chod průmyslových sítí je důležitá každá nanosekunda, ale nejčastěji používaná technologie zkrátka nemůže poskytnout pracovní systémy na této úrovni. Například síť automatizované rozvodny musí fungovat na datech úrovni nanosekund, aby lépe podporovala práci kritických aplikací (nahrávání chyb, dálkové monitorování, dálkové ovládání). Normy IRIGB a NTP neumožňují, aby systém pracoval s přesností nanosekund. I za normálních provozních podmínek standardu NTP má nepřesnost několik desítek mikrosekund.

Náklady: Údaje od GPS přijímače poskytují velmi vysokou přesnost informací. Každá úroveň sítě by měla dostávat data oddělenými GPS přijímači. To však znamená velkou peněžní investici, tudíž toto řešení nelze nazvat racionální. Práce s GPS daty by byla ideální, pokud by bylo možné snížit počet požadovaných přijímačů GPS v každém uzlu sítě, nebo efektivnější využití původního malého počtu takových zařízení, která mohou produkovat velmi přesnou práci s časem.

 

Protokol času pro průmyslové sítě

IEEE 1588v2 byl navržen speciálně pro průmyslové systémy, aby mohli pracovat s maximální přesností a nevyžadovali dodatečné náklady.

Technologie NTP, GPS a IRIGB nesplňují požadavky pro dokončení práce v rozvodnách. Přesný čas protokolu (PTP) IEEE 1588v2 byl navržen speciálně pro použití v průmyslových řadících systémech a sítích. V síti pracující v souladu s IEEE 1588v2 hlavní hodiny nastavují čas pro zbytek systému rozvodny. Ethernetový komutátor pracuje jako určující časové zařízení a sdružuje koncové zařízení jako stacionární hodiny. Všechny přístroje pracují na principu <<master slave>> Na obrázku PTP níže, je zobrazena výměna datových paketů mezi <<master>> a <<slave>> zařízením a konfigurací pevných hodin, pomocí nichž je celá síť synchronizována.

Pouze hlavní hodiny vyžadují komunikaci s GPS a všechna ostatní zařízení dostávají data po síti.

Chcete-li pracovat s 1588v2 protokol IEEE, systém potřebuje jen jeden přijímač GPS. Tím se zajistí přesný přenos dat do všech zařízení v síti.

 

Ethernetový přepínač, který podporuje IEEE 1588v2 protokol zajišťuje přesný přenos dat (až do 1 mikrosekundy) a může být použit jako hlavní hodiny. Chcete-li získat maximální přenos dat, další síťové zařízení musí také podporovat IEEE 1588v2 protokol. V síti průmyslové automatizace počítačů, které podporují 1588v2 protokol IEEE vykonávají fci stacionárních hodin.

Pro plnou synchronizaci všechna ostatní zařízení v síti musí podporovat IEEE 1588v2 protokol, včetně vestavěných počítačů.

Pokud veškerá síťová zařízení podporují IEEE 1588v2 protokol, systém může přenášet data na úrovni nanosekund, což zajišťuje přesnou synchronizaci. Schopnost pracovat na této úrovni je vhodná zejména pro použití zařízení v elektrárnách, díky tomu protokol IEEE 1588v2 je součástí normy IEC 61850-2, která splňuje požadavky průmyslových energetických sítí. Mezinárodní elektrotechnická komise (IEC) zahrnula protokol IEEE 1588v2 , jako standard. Tudíž přesná synchronizace času v průmyslových energetických sítích ovlivňuje kvalitu plnění těchto úkolů:

-Výstraha vypnutí napájení- systém umožňuje definovat řadu problémů v rané fázi a všude tam, kde se vyskytují.

-Podrobná zpráva o registraci chyb a jejich nahrávání na úrovni nanosekund.

-Lepší výkon sítě- sledování stavu zařízení a virtuální chronogram explotace.

IEEE norma není pouze pomoc ušetřit peníze na organizaci sítě, ale také poskytuje velmi přesné údaje o úrovni nanosekund. Toto napomáhá zvýšit konkurenční schopnost. Koneckonců systém “inteligentních sítí” umožňuje synchronizovat rozvodny, být mnohem produktivnější, efektivnější, jednodušší a spolehlivější. Všechny tyto výhody umožňují organizacím zvyšovat zisk a minimalizovat škody na životním prostředí.

Zdroj: IPC2U

Eaton 700 x 200 px

Napsat komentář