ЖУРНАЛ СТА 3/2013

● GPS – протокол глобального спутни- кового позиционирования. GPS-систе- мы высоконадёжны и могут быть ис- пользованы для прямой синхрониза- ции часов или как источники точного времени для других протоколов. GPS- система способна обеспечить точность синхронизации в 10 наносекунд отно- сительно значения универсального ко- ординированного времени UTC. ● IRIG-B – промышленный стандарт GPS-синхронизации, разработанный компанией Inter-Range Instrumenta- tion Group (США). IRIG-B может применяться на объектах энергетики (электрических подстанциях) для контроля качества и стабильности процессов. В этом случае последова- тельность событий с временнo ' й син- хронизацией записывается с шагом 1 мс. Коды временнo ' й синхрониза- ции IRIG-B могут быть переданы только по выделенным кабелям типа витой пары или коаксиальных кабе- лей, что делает реализацию данного протокола довольно дорогой. IRIG-B также требует внешнего источника точного времени. Точность переда- ваемых значений точного времени лежит в микросекундном диапазоне, типовое значение – 100 мкс. ● 1PPS (Pulse Per Second) передаёт один синхроимпульс в секунду. Это высо- коточный временнo ' й сигнал от ис- точника точного времени (GPS-реси- вера), который означает начало каж- дой секунды. Сигнал 1PPS посылает- ся конечному устройству по выделен- ной линии, что влечёт за собой серь- ёзное удорожание системы. Точность временнo ' й синхронизации по прото- колу 1PPS также находится в микро- секундном диапазоне, типовое значе- ние – 1 мкс. Временна ' я синхронизация по ЛВС При временнo ' й синхронизации по ЛВС для передачи синхроимпульсов используется сеть Ethernet. Стоимость кабельной инфраструктуры при этом гораздо ниже, чем в предыдущих слу- чаях, а сигналы временнo ' й синхрониза- ции передаются в одной среде с данны- ми. Обычно для синхронизации конеч- ных устройств по сети на уровне стан- ции используется протокол SNTP, а на уровне процесса и ячеек – протокол IEEE 1588 PTP (Precision Time Protocol). Протокол SNTP (Simple Network Time Protocol) является производной от рас- пространённого протокола NTP и отли- чается от последнего отсутствием мно- гих внутренних алгоритмов, которые, как правило, не задействованы на всех типах серверов. SNTP широко распро- странён в Internet и распределённых ло- кальных сетях, он обеспечивает точ- ность синхронизации часов в миллисе- кундном диапазоне (1–10 мс). Прото- кол SNTP подходит для применения на уровне станции, но не обеспечивает до- статочной точности синхронизации ча- сов для передачи GOOSE- и SV-со- общений на уровне процесса. IEEE 1588 PTP – протокол, получаю- щий всё большее распространение в высокоточных системах. Он описан в стандартах синхронизации IEEE 1588 и IEEE 61588. Эффективность протокола достигается использованием суще- ствующей сети Ethernet для синхрони- зации внутренних часов интеллектуаль- ного оборудования подстанции. IEEE 1588 использует алгоритм ведущий/ве- домый и аппаратную обработку син- хроимпульсов. Протокол IEEE 1588 PTP существует в двух несовместимых между собой вер- сиях: PTP v1 иPTP v2. IEEE1588 PTP v2 – протокол, востребованный на уровне процесса по стандарту IEC 61850-9-2 или стандарту IEEE C37.118-2005 на ав- томатизированных подстанциях. Мо- жет быть преобразован в IRIG-B. Внут- ренние часы распределённых конечных и промежуточных сетевых устройств могут быть синхронизированы с помо- щью IEEE 1588 PTP v2 с наносекундной точностью (30–50 нс). Д ОСТОИНСТВА ПРОТОКОЛА IEEE 1588 PTP V 2 Протокол IEEE 1588 PTP v2 использу- ется для критически важных приложе- ний, которыми являются процессы на электрической подстанции. Далее пере- числены его основные преимущества. ● Универсальность. IEEE 1588 PTP v2 использует алгоритм BMC (Best Ma- ster Clock), автоматически опреде- ляющий самый точный источник времени для синхронизации. При этом выбранные мастер-часы также получают временны ' е сигналы от дру- гих потенциальных мастер-часов. Все часы в сети используют одинако- вую информацию и таким образом приходят к согласованному результа- ту. Быстрая синхронизация может быть достигнута и при изменениях в сети. IEEE 1588 PTP v2 предотвраща- ет накопление ошибки в каскадных топологиях, поддерживает отказо- устойчивость и увеличивает гибкость системы. ● Экономичность. Протокол IEEE 1588 PTP v2 может использовать суще- ствующую сеть Ethernet для сниже- ния стоимости кабельной инфра- структуры. Сигналы синхронизации пересылаются по сети в виде адрес- ных unicast-кадров уменьшенного размера. Это способствует минимиза- ции загрузки сети и сетевых процес- соров. Протокол легко интегрировать в конечные устройства и сети Ether- net с многоадресной рассылкой. ● Высокая точность. Протокол IEEE 1588 PTP v2 способен синхронизиро- вать часы с различной точностью и разрешением. Достигается точность синхронизации в наносекундном ди- апазоне. К АК РАБОТАЕТ IEEE 1588 PTP V 2? Протокол IEEE 1588 PTP существует в двух версиях: PTP v1 (стандарт IEEE 1588-2002) с поддержкой оконечных и граничных часов и PTP v2 (стандарт IEEE 1588-2008), которая дополнитель- но вводит понятие «прозрачных» часов. В первой версии для граничных часов требуются мастер-часы, контролируе- мые, например, GPS-ресивером (рис. 16). Мастер-часы определяют ба- зовое время системы и синхронизи- руются с ведомыми часами (граничные часы коммутаторов сети или оконечные часы конечных устройств), подключае- мыми к ним на каждом этапе. В ведо- мых часах восходящий порт, подклю- чённый к РТР мастер-часам, является ведомым, а остальные порты выпол- няют роли мастер-часов для подклю- чённых к ним устройств. На первом этапе работы протокола РТР корректируется разница между временем мастера и ведомых устройств (компенсация). Затем измеряется за- держка по времени между мастером и ведомыми устройствами по задержке между запросом и ответом. В финале часы промежуточных и конечных устройств синхронизируются с мастер- часами в соответствии с задержкой и необходимым временем компенсации. Наилучший результат синхронизации часов достигается при минимизации количества узлов между главными ма- стер-часами и оконечными часами ко- нечных устройств. В версии 2 для механизма «прозрач- ных» часов корректируется так назы- ваемое время нахождения (рис. 17). Это ОБ ЗОР / П РОМЫШЛ Е ННЫЕ С Е Т И 25 СТА 3/2013 www.cta.ru © СТА-ПРЕСС