• Lewati batasan TeamViewer
• Pembuat kata sandi acak Pembuat kata sandi telepon dengan frasa sandi
• Bagaimana cara membuat blok dalam satu baris menggunakan css?
• Menginstal Joomla di komputer lokal Anda
• Hal menarik apa yang bisa kamu temukan di Internet?
• Ulasan Sony Ericsson Xperia Neo: memenuhi harapan
• Smartphone Samsung GT I8160 Galaxy Ace II: review dan spesifikasi
• Analogi Bla Bla Car di Rusia: alternatif apa yang dimiliki layanan ini, apa bedanya?
• NewPipe adalah analog YouTube gratis dengan opsi untuk mengunduh musik dan video di Android
• Cara memeriksa kecepatan hosting dan memuat halaman sumber daya web Dua cara untuk mengetahui kebenarannya

Banyak artikel telah ditulis tentang Network Time Protocol (NTP) yang terkenal, beberapa di antaranya menyebutkan Precision Time Protocol, yang konon memungkinkan tercapainya akurasi sinkronisasi waktu dalam orde nanodetik (misalnya, dan ). Mari kita cari tahu apa protokol ini dan bagaimana akurasi tersebut dicapai. Kami juga akan melihat hasil pekerjaan saya dengan protokol ini.

Perkenalan

"Protokol Waktu Presisi" dijelaskan oleh standar IEEE 1588. Ada 2 versi standar. Versi pertama dirilis pada tahun 2002, kemudian standarnya direvisi pada tahun 2008 dan protokol PTPv2 dirilis. Kompatibilitas mundur belum dipertahankan.
Saya sedang mengerjakan protokol versi kedua, ada banyak peningkatan dibandingkan versi pertama (akurasi, stabilitas, seperti yang dikatakan wiki). Saya tidak akan membandingkan dengan NTP, hanya menyebutkan akurasi sinkronisasi, dan akurasi PTP sebenarnya mencapai puluhan nanodetik dengan dukungan “hardware”, menunjukkan keunggulan dibandingkan NTP.
Dukungan perangkat keras untuk protokol dapat diterapkan secara berbeda di perangkat yang berbeda. Faktanya, persyaratan minimum untuk mengimplementasikan PTP adalah kemampuan perangkat keras untuk memberi cap waktu pada saat pesan diterima di port. Waktu yang dimasukkan akan digunakan untuk menghitung kesalahan.

Mengapa jamnya berubah-ubah?

Kesalahan bisa datang dari mana saja. Mari kita mulai dengan fakta bahwa generator frekuensi pada perangkat berbeda dan kecil kemungkinannya bahwa dua perangkat berbeda akan bekerja dengan sempurna pada waktunya. Hal ini juga dapat disebabkan oleh kondisi lingkungan yang terus berubah yang mempengaruhi frekuensi yang dihasilkan.

Apa yang ingin kita capai?

Katakanlah kita memiliki perangkat yang beroperasi dalam kondisi ideal, semacam jam atom yang tidak akan bergerak sama sekali sampai akhir dunia (tentu saja, sebelum jam nyata, dan bukan jam yang diprediksi oleh kalender Maya) dan kita diberi tugas untuk memperoleh setidaknya kira-kira (dengan akurasi 10 -9 detik) jam yang sama. Kita perlu menyinkronkan jam-jam ini. Untuk melakukan ini, Anda dapat menerapkan protokol PTP.

Perbedaan antara implementasi perangkat lunak murni dan implementasi dengan “dukungan perangkat keras”

Implementasi perangkat lunak murni tidak akan mencapai akurasi yang dijanjikan. Waktu yang berlalu dari saat menerima pesan (lebih tepatnya, menerima sinyal untuk menerima pesan di perangkat) hingga transisi ke titik masuk interupsi atau panggilan balik tidak dapat ditentukan secara pasti. “Perangkat keras pintar” dengan dukungan PTP dapat mengatur stempel waktu ini secara independen (misalnya, chip dari Micrel, saya sedang menulis driver untuk KSZ8463MLI).
Selain stempel waktu, dukungan “perangkat keras” juga mencakup kemampuan untuk menyetel osilator kuarsa (untuk menyelaraskan frekuensi dengan master), atau kemampuan untuk menyesuaikan jam (meningkatkan nilai jam sebesar X ns setiap siklus jam). Lebih lanjut tentang ini di bawah.

Mari beralih ke standar IEEE 1588

Standar tersebut dijelaskan sebanyak 289 halaman. Mari kita pertimbangkan persyaratan minimum untuk mengimplementasikan protokol. PTP adalah protokol sinkronisasi klien-server, mis. Setidaknya diperlukan 2 perangkat untuk mengimplementasikan protokol. Jadi, perangkat Master adalah jam atom, dan perangkat Slave adalah jam yang harus dibuat agar berfungsi secara akurat.

Pertukaran bahasa

Umumkan pesan– pesan pengumuman, berisi informasi yang dikirim oleh master ke semua perangkat Slave. Perangkat budak dapat menggunakan pesan ini untuk memilih master terbaik (ada algoritma BMC (Best Master Clock) untuk ini). BMC tidak begitu menarik. Algoritma ini dapat dengan mudah ditemukan dalam standar. Pilihan dibuat berdasarkan bidang pesan seperti akurasi, varians, kelas, prioritas, dll. Mari beralih ke pesan lainnya.

Sinkronisasi/Tindak Lanjut, DelayResp, PDelayResp/PDelayFollowUp– dikirim oleh master; di bawah ini kita akan melihatnya lebih detail.

DelayReq, PDelayReq– Permintaan perangkat budak.

Seperti yang Anda lihat, perangkat Slave tidak bertele-tele; Master menyediakan hampir semua informasi itu sendiri. Pengiriman dilakukan ke alamat Multicast (jika diinginkan, Anda dapat menggunakan mode Unicast) yang ditentukan secara ketat dalam standar. Untuk Penundaan P pesan memiliki alamat terpisah (01-80-C2-00-00-0E untuk Ethernet dan 224.0.0.107 untuk UDP). Pesan lainnya dikirim ke 01-1B-19-00-00-00 atau 224.0.1.129. Paket berbeda berdasarkan bidang Identitas Jam(ID jam) dan Id Urutan(pengidentifikasi paket).

Sesi kerja

Katakanlah master dipilih menggunakan algoritma BMC, atau master adalah satu-satunya di jaringan. Gambar menunjukkan tata cara komunikasi antara perangkat utama dan perangkat yang disinkronkan.

1. Semuanya dimulai dengan Guru mengirimkan pesan Sinkronisasi dan sekaligus mencatat waktu pengiriman t1. Ada mode operasi satu dan dua tahap. Sangat mudah untuk membedakannya: jika ada pesan Menindaklanjuti– lalu kita menghadapi implementasi dua tahap, panah putus-putus menunjukkan pesan opsional
2. Menindaklanjuti pesan dikirim setelahnya Sinkronisasi dan berisi waktu t1. Jika pemindahan dilakukan dalam satu tahap, maka Sinkronisasi berisi t1 di badan pesan. Bagaimanapun, t1 akan diterima oleh perangkat kami. Pada saat menerima pesan Sinkronisasi stempel waktu t2 dihasilkan di Slave. Jadi kita mendapatkan t1, t2
3. Budak menghasilkan pesan Persyaratan Penundaan bersamaan dengan generasi t3
4. Guru menerima Persyaratan Penundaan pesan saat menghasilkan t4
5. t4 dikirim ke perangkat Salep di PenundaanResp pesan

Pesan daring

Sesi pertukaran seperti yang ditunjukkan di atas hanya dapat berhasil jika kuarsa menghasilkan frekuensi yang sama sempurna untuk perangkat yang disinkronkan. Faktanya, ternyata frekuensi clocknya berbeda, yaitu. Di satu perangkat, dalam 1 detik nilai jam akan bertambah 1 detik, dan di perangkat lain, misalnya, sebesar 1,000001 detik. Di sinilah perbedaan jam muncul.
Standar tersebut menjelaskan contoh penghitungan rasio waktu yang berlalu pada Master dan Slave untuk interval tertentu. Rasio ini akan menjadi koefisien frekuensi perangkat Slave. Namun terdapat indikasi bahwa penyesuaian dapat dilakukan dengan berbagai cara. Mari kita lihat dua di antaranya:

1. Ubah frekuensi jam perangkat Slave (contoh dalam standar)
2. Jangan mengubah frekuensi clock, tetapi untuk setiap detak durasi T, nilai clock akan meningkat bukan sebesar T, tetapi sebesar T+∆t (digunakan dalam implementasi saya)

Dalam kedua metode tersebut, Anda perlu menghitung perbedaan nilai waktu pada perangkat Master selama interval tertentu, serta perbedaan waktu selama interval yang sama pada perangkat Slave. Koefisien pada metode pertama:

Cara kedua memerlukan perhitungan ∆t. ∆t merupakan nilai yang akan ditambahkan pada nilai waktu setiap selang waktu tertentu. Pada gambar Anda dapat melihat bahwa 22 – 15 = 7 detik berlalu pada Master, 75+(87-75)/2 –(30+ (37-30)/2) = 47.5 berlalu pada Slave

Frekuensi – frekuensi prosesor, misalnya, 25 MHz - siklus prosesor berlangsung 1/(25*10 6) = 40ns.
Tergantung pada kemampuan perangkat, metode yang paling sesuai dipilih.
Untuk melanjutkan ke bagian berikutnya, mari kita nyatakan offset sedikit berbeda:

Mode operasi PTP

Melihat standarnya, Anda dapat menemukan bahwa tidak hanya ada satu cara untuk menghitung waktu pengiriman. Ada 2 mode operasi PTPv2. Ini E2E (Ujung ke Ujung), sudah dibahas di atas, modenya juga dijelaskan P2P (Peer-to-Peer). Mari kita cari tahu di mana menggunakan metode mana dan apa perbedaannya.
Pada prinsipnya, Anda dapat menggunakan salah satu mode sesuai keinginan, tetapi mode tersebut tidak dapat digabungkan dalam jaringan yang sama.

• Dalam modus E2E waktu pengiriman dihitung dari pesan yang masuk melalui banyak perangkat yang masing-masing masuk ke kolom koreksi pesan Sinkronisasi atau Menindaklanjuti(jika transmisi dua tahap) waktu penundaan paket pada perangkat ini (jika perangkat terhubung langsung, tidak ada koreksi yang dilakukan, jadi kami tidak akan mempertimbangkannya secara detail). Pesan yang digunakan: Sinkronisasi/Tindak Lanjut, DelayReq/DelayResp
• Dalam modus P2P Di bidang koreksi, tidak hanya waktu penundaan paket yang dimasukkan, (t2-t1) juga ditambahkan ke dalamnya (Anda dapat membacanya dalam standar). Pesan yang digunakan Sinkronisasi/Tindak Lanjut, PDelayReq/PDelayResp/PDelayRespFollowUp

Menurut standar, jam yang dilalui pesan PTP ketika bidang koreksi diubah disebut Jam Transparan (TC). Mari kita lihat gambar untuk melihat bagaimana pesan dikirimkan dalam dua mode ini. Panah biru menunjukkan pesan Sinkronisasi Dan Menindaklanjuti.


Mode Ujung-ke-Ujung


Mode Peer-to-Peer
Kami melihat beberapa panah merah muncul dalam mode P2P. Ini adalah sisa pesan yang belum kami sampaikan, yaitu Persyaratan Penundaan PD, PDelayResp Dan PDelayFollowUp. Berikut pertukaran pesan-pesan tersebut:

Kesalahan waktu pengiriman

Standar tersebut menjelaskan implementasi protokol di berbagai jenis jaringan. Saya menggunakan jaringan Ethernet dan menerima pesan di level Ethernet. Dalam jaringan seperti itu, waktu pengiriman paket terus berubah (terutama terlihat saat Anda bekerja dengan presisi nanodetik). Berbagai filter digunakan untuk memfilter nilai-nilai ini.

Yang perlu disaring:

1. Waktu pengiriman
2. Bias

Driver saya menggunakan sistem pemfilteran yang kurang lebih sama dengan daemon Linux PTPD, sumbernya dapat ditemukan dan ada juga beberapa informasi. Saya hanya akan memberi Anda diagram:

Filter LP IIR (Low-pass Respons Impuls Tak Terbatas).(Filter Respon Impuls Tak Terbatas) dijelaskan dengan rumus:

, Di mana S– koefisien yang memungkinkan Anda menyesuaikan batas filter.

Perhitungan penyesuaian

Mari kita lanjutkan ke penyesuaian, ke delta yang harus ditambahkan ke nilai kedua. Skema perhitungan yang digunakan di sistem saya:

Saya menggunakan filter Kalman untuk menyaring jitter penyesuaian yang kuat karena gangguan jaringan, saya sangat menyukainya. Secara umum, Anda dapat menggunakan filter apa pun yang Anda suka, asalkan filter tersebut menghaluskan grafik. DI DALAM PTPD, misalnya, pemfilteran lebih sederhana - rata-rata nilai saat ini dan sebelumnya dihitung. Pada grafik Anda dapat melihat hasil filter Kalman di driver saya (kesalahan penyesuaian ditampilkan, dinyatakan dalam subnanodetik pada chip 25 MHz):

Mari kita lanjutkan ke pengaturan penyesuaian, penyesuaian harus cenderung konstan, digunakan pengontrol PI. DI DALAM PTPD Offset jam dapat disesuaikan (penyesuaian didasarkan pada offset), tetapi saya menggunakannya untuk mengatur penyesuaian (fitur KSZ8463MLI). Kami melihat bahwa pengontrol tidak dikonfigurasi dengan sempurna, tetapi dalam kasus saya penyesuaian ini sudah cukup:

Hasil pekerjaan

Hasilnya ditunjukkan pada grafik. Offset jam berkisar dari -50ns hingga 50ns. Hasilnya, saya mencapai keakuratan yang disebutkan dalam banyak artikel. Tentu saja, banyak fitur kecil dari implementasi yang tertinggal, tetapi persyaratan minimum telah ditunjukkan.

Jawaban atas pertanyaan

26.09.2018

Sulit membayangkan dunia modern tanpa waktu yang tepat. Di banyak bidang kehidupan, kita memerlukan jam yang sangat akurat, dan keakuratannya sering kali harus jauh lebih tinggi daripada keakuratan jam yang digunakan orang dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya, persyaratan keakuratan jam di menara pengatur lalu lintas udara, sistem kendali pesawat ruang angkasa, atau sistem militer berada pada tingkat tertinggi. Selain itu, jam presisi tinggi juga diperlukan dalam sistem dengan fungsi yang lebih sederhana - dalam sistem penagihan dan tarif operator seluler dan penyedia Internet, dalam sistem transaksi perbankan, dalam sistem pertukaran, di kompleks industri dan ilmiah. Di jaringan lokal, protokol otentikasi pengguna Kerberos juga menggunakan perbandingan waktu pengontrol domain dengan jam stasiun kerja pengguna. Dalam jaringan komputer, sinkronisasi biasanya dilakukan dengan server waktu yang tepat menggunakan protokol NTP atau versi "ringan" - SNTP. Pada artikel ini kita akan melihat fitur, perbedaan dan contoh penerapan protokol-protokol ini.

NTP(Bahasa inggris) Jaringan Waktu Protokol– Network Time Protocol) – protokol jaringan untuk menyinkronkan jam internal komputer menggunakan jaringan dengan bandwidth variabel. Memberikan sinkronisasi waktu dengan akurasi tinggi berkat algoritme khusus yang memungkinkan Anda memilih sumber paling akurat untuk memperkirakan waktu yang tepat. Algoritme ini memungkinkan Anda meminimalkan dampak data dari server NTP yang dikonfigurasi secara salah pada sistem secara keseluruhan. Protokol NTP menyediakan mekanisme sinkronisasi dengan presisi nanodetik, dan berisi fasilitas untuk mengkarakterisasi dan memperkirakan kesalahan jam lokal dan server waktu yang melakukan sinkronisasi. Protokol NTP menggunakan sistem hierarki level, atau strata. Server NTP berada pada level tertinggi (stratum 1) jika menerima data langsung dari sumber waktu yang akurat. Server yang menyinkronkan jamnya dengan server strata 1 berada pada level di bawahnya (stratum 2), dst.

SNTP(Bahasa inggris) Sederhana Jaringan Waktu Protokol– protokol waktu jaringan sederhana) – protokol untuk menyinkronkan waktu melalui jaringan komputer. Ini adalah implementasi protokol NTP yang disederhanakan; tidak memiliki kompleksitas algoritma NTP. SNTP digunakan untuk host jaringan yang tidak memerlukan fungsionalitas NTP penuh. Merupakan praktik umum untuk menyinkronkan jam beberapa node di jaringan lokal dengan node NTP lainnya melalui Internet dan menggunakan node ini untuk menyinkronkan waktu layanan yang diberikan kepada klien lain melalui jaringan lokal. Kasus penggunaan ini tidak memerlukan sinkronisasi waktu presisi tinggi. Protokol SNTP menyediakan mekanisme sinkronisasi dengan akurasi 1 hingga 50 ms

Contoh penggunaan protokol NTP: Bank N menyediakan aplikasi server-klien kepada kliennya untuk perdagangan bursa. Server yang memproses informasi harga saham harus memiliki jam dengan sinkronisasi presisi tinggi dengan skala waktu universal. Dalam hal ini, setiap server perdagangan bursa bank N disinkronkan dengan server waktu tepat paling akurat (“stratum 1”), yang menerima data langsung dari sumber waktu tepat. Server yang paling akurat dipilih menggunakan algoritma yang dibangun dalam protokol NTP. Perkiraan arsitektur solusi tersebut ditunjukkan pada diagram di bawah ini:

Contoh klasik penggunaan SNTP adalah sinkronisasi waktu dalam suatu domain. Pengontrol domain menerima waktu dari Internet global dari server publik Stratum 1 atau Stratum 2. Klien domain lainnya menyinkronkan jam mereka dengan waktu di pengontrol domain. Perkiraan arsitektur ditunjukkan pada diagram.

Seperti yang ditunjukkan oleh pengalaman menggunakan kronometer kelautan, kontrol waktu terpadu adalah keuntungan paling penting, memungkinkan Anda menghitung secara akurat pengoperasian semua perangkat dalam sistem.

Selama Era Penemuan, Kerajaan Inggris membuat terobosan dramatis dalam navigasi, dan semua ini berkat penemuan sederhana - kronometer kelautan - perangkat yang mampu mengukur waktu secara akurat bahkan dalam kondisi laut. Dengan menyesuaikan kronometer dengan waktu di kota pelabuhan Greenwich dan membandingkan pembacaan perangkat dengan posisi matahari di langit, para pelaut Inggris menentukan waktu pelayaran mereka dengan sangat akurat. Bagi mereka, kronometer hanyalah sebuah penemuan unik: sebuah langkah maju yang memungkinkan Inggris melampaui semua orang sezamannya. Dan meskipun banyak waktu telah berlalu sejak saat itu, bahkan saat ini kronometer seperti itu memainkan peran penting bagi seluruh planet, karena berkat itu, standar dunia untuk Greenwich Mean Time (GMT) ditetapkan.

Kemampuan mengukur waktu secara akurat merupakan keuntungan besar ketika bekerja dengan jaringan industri. Hal ini terutama berlaku saat bekerja di pembangkit listrik, yang memerlukan pembacaan waktu yang sangat presisi untuk mengontrol, menyinkronkan, dan mengonfigurasi peralatan jaringan. Tingkat akurasi pengukuran yang tinggi memungkinkan penggunaan cadangan jaringan industri, yang secara signifikan meningkatkan efisiensi operasional, stabilitas, keamanan, dan kemampuan untuk menyesuaikan sistem dengan kebutuhan pengguna akhir.

Kami akan melihat proses sinkronisasi jaringan industri, yang diperlukan untuk bekerja dengan sistem modern, terutama di gardu induk energi.
Sistem untuk bekerja dengan teknologi pengukuran waktu, NTP, GPS, dan protokol IEEE 1588 v2 juga akan dipertimbangkan untuk memperoleh data ultra-presisi, yang dengannya Anda dapat mengumpulkan informasi lengkap tentang pengoperasian seluruh jaringan.

Sejarah teknologi sinkronisasi waktu.

Dalam industri, jam digunakan untuk menyinkronkan peralatan jaringan. Berdasarkan data yang diterima dari mereka, pengoperasian semua peralatan yang terlibat dikoordinasikan. Saat ini, integrator jaringan menggunakan beberapa metode untuk menyinkronkan waktu. Setiap metode memiliki kekurangan dan kelebihannya masing-masing, dan tidak semua metode cocok untuk bekerja dengan sistem industri.

Organisasi Grup Instrumentasi Antar Rentang (IRIG) menyetujui standar untuk operasi dalam jaringan dengan perangkat peralihan serial. Teknologi pengkodean waktu yang dikembangkan oleh IRIG pada tahun 1956 menjadi dasar pengoperasian sistem generasi sebelumnya. Saat ini, standar IRIGB 205-87 merupakan pembaruan terkini.

Protokol Waktu Jaringan (NTP): NTP adalah protokol waktu untuk jaringan data yang pertama kali muncul pada tahun 1985. Pengoperasian protokol NTP didasarkan pada hierarki level yang melaluinya informasi diterima tentang waktu umum untuk seluruh jaringan saat ini. Hierarki NTP pada dasarnya diwakili oleh sebuah pohon, yang menghindari pengulangan siklus dalam sistem.

NTP membagi jaringan menjadi beberapa lapisan
(sumber: B.D. Esham untuk Wikimedia Commons)

Sistem Pemosisian Global (GPS): Satelit GPS adalah jarum jam atom ultra-presisi yang terletak di orbit sekitar planet kita. Data waktu mereka dapat ditransmisikan dengan kecepatan cahaya ke penerima yang terletak di darat. Data ini juga dikoreksi berdasarkan prinsip relativitas, yang memungkinkan penerima memperoleh data ultra-presisi tentang waktu saat ini.

Kemungkinan masalah dengan sinkronisasi waktu
Banyak sistem sinkronisasi waktu yang ada tidak sempurna atau terlalu mahal.

Sistem industri, seperti jaringan gardu induk otomatis, mengandalkan data waktu yang tepat untuk mengontrol pengoperasian berbagai subsistem dan perangkat di dalamnya. Namun, banyak teknologi yang digunakan dalam lingkungan ini tidak memenuhi persyaratan untuk transmisi data dan pengendalian sistem tersebut.

Ketepatan: Setiap nanodetik berarti kelancaran operasi jaringan industri, namun sebagian besar teknologi saat ini tidak dapat mendukung sistem pada tingkat ini. Misalnya, jaringan gardu induk otomatis harus beroperasi pada tingkat nanodetik dengan data untuk lebih mendukung aplikasi penting (pencatatan kesalahan, pemantauan jarak jauh, kendali jarak jauh). Standar IRIGB dan NTP tidak mengizinkan sistem beroperasi pada tingkat presisi nanodetik. Bahkan dalam kondisi operasi standar, keakuratan standar NTP adalah ratusan mikrodetik.

Harga: Jaringan GPS memberikan akurasi yang sangat tinggi dalam bekerja dengan informasi berkat jam atom, tetapi untuk mempertahankan akurasi yang sama dalam pengoperasian seluruh sistem, setiap levelnya harus bekerja dengan data dari masing-masing penerima GPS. Ini menyiratkan investasi finansial yang sangat besar, sehingga keputusan ini tidak bisa disebut rasional. Bekerja dengan data GPS akan ideal jika memungkinkan untuk mengurangi jumlah penerima GPS yang diperlukan per node jaringan, atau untuk menggunakan sejumlah kecil perangkat tersebut secara lebih efisien yang dapat menyediakan pekerjaan dengan data GPS yang sangat presisi di seluruh sistem.

Protokol waktu untuk jaringan industri.

Protokol IEEE 1588v2 dirancang khusus untuk memungkinkan sistem industri beroperasi dengan presisi tertinggi tanpa biaya tambahan.

Teknologi NTP, GPS, dan IRIGB tidak memenuhi persyaratan untuk pengoperasian penuh di gardu induk. IEEE 1588v2 Precision Time Protocol (PTP) dirancang khusus untuk digunakan dalam jaringan industri dan sistem kontrol. Dalam jaringan IEEE 1588v2, jam master menetapkan waktu untuk seluruh sistem gardu induk. Sakelar Ethernet bertindak sebagai perangkat penentu waktu, dan penggabung, perangkat perlindungan, dll. bertindak sebagai jam stasioner. Semua perangkat beroperasi dengan prinsip “master-slave”, dimana di bagian atas rangkaian terdapat perangkat yang menjalankan fungsi jam utama. Gambar di bawah menunjukkan pertukaran paket data RTP antara perangkat master dan slave, dan pengaturan jam stasioner, yang dengannya seluruh jaringan disinkronkan. Hanya jam master yang perlu berkomunikasi dengan GPS, sehingga semua data akan didistribusikan secara akurat ke perangkat lain di jaringan.

Untuk bekerja dengan protokol IEEE 1588v2, sistem hanya memerlukan satu penerima GPS. Ini akan memastikan transmisi data yang akurat ke semua perangkat di jaringan.

Sakelar Ethernet yang mendukung protokol IEEE 1588v2 menyediakan transmisi data yang akurat (hingga 1 mikrodetik) dan dapat digunakan sebagai jam master. Untuk memastikan transfer data paling akurat, perangkat lain di jaringan juga harus mendukung protokol IEEE 1588v2. Dalam jaringan otomasi industri, komputer yang mendukung protokol IEEE 1588v2 bertindak sebagai jam stasioner yang menerima data tersinkronisasi waktu dari sakelar Ethernet.

Untuk sinkronisasi penuh, semua perangkat di jaringan harus mendukung protokol IEEE 1588v2, termasuk komputer tertanam.

Ketika semua perangkat jaringan mendukung protokol IEEE 1588v2, sistem dapat mengirimkan data pada tingkat nanodetik, yang menjamin sinkronisasi yang tepat. Kemampuan untuk beroperasi pada tingkat ini sangat cocok untuk digunakan pada pembangkit listrik, itulah sebabnya IEEE 1588v2 merupakan bagian dari standar IEC 61850-2 yang memenuhi persyaratan jaringan listrik industri. Komisi Elektroteknik Internasional (IEC) memasukkan protokol IEEE 1588v2 dalam standarnya karena... Sinkronisasi waktu yang tepat dalam jaringan energi industri mempengaruhi kualitas kinerja tugas-tugas berikut:

• Peringatan pemadaman listrik - Sistem ini memungkinkan Anda mengidentifikasi sejumlah masalah pada tahap awal dan di mana masalah tersebut terjadi di jaringan secara real time.
• Pencatatan kesalahan dan registrasi secara rinci - Memungkinkan analisis yang tepat dengan merekam peristiwa pada tingkat nanodetik.
• Operasi jaringan yang lebih efisien - memantau jadwal kerja dan kondisi peralatan.
  "Jawaban pertanyaan". Bekerja dengan jadwal waktu pengoperasian virtual, generator, dan manajemen daya.

Standar IEEE 1588v2 tidak hanya membantu menghemat uang pada jaringan, tetapi juga memastikan akurasi transmisi data yang tinggi pada tingkat nanodetik. Hal ini memungkinkan gardu induk dan sistem jaringan listrik lainnya untuk meningkatkan standar daya saing dan unggul dibandingkan organisasi serupa yang tidak menggunakan perangkat yang distandarisasi menurut IEEE 1588v2. Bagaimanapun, sistem “jaringan pintar” memungkinkan gardu induk yang tersinkronisasi menjadi jauh lebih produktif, lebih ekonomis, lebih mudah dikelola dan lebih dapat diandalkan. Semua manfaat ini memungkinkan organisasi untuk meningkatkan profitabilitas produksi dan meminimalkan kerusakan lingkungan.

Keunggulan perangkat Kemendagri dalam sinkronisasi pengoperasian gardu induk.

Sakelar Ethernet cepat model MOHA PT-7728-PTP IEC 61850-3 mendukung protokol PTP standar IEEE 1588v2, yang menjamin sinkronisasi waktu yang akurat dari jaringan gardu induk dan perangkatnya.

Beralih karakteristik:

• hingga 14 port 100BaseFX (Multi-mode, konektor ST) atau port 100BaseTX dan 1 konektor BNC. Dukungan IEEE1588 v1 dan v2, stempel waktu per port dan output pulsa (pps) per port BNC.
• Pengoperasian jam master 1 dan 2 langkah dengan akurasi 1 mikrodetik dalam mode Ujung ke Ujung
• Pengoperasian jam master 2 langkah dengan akurasi 1 mikrodetik dalam mode Peer to Peer
• Sinkronisasi jam jaringan dengan akurasi nanodetik
• Sinkronisasi jam memungkinkan pengoperasian dengan jaringan gardu induk primer dan sekunder
• Biaya jaringan rendah karena penggunaan fungsi multiguna (Ethernet)
• Sinkronisasi cepat ketika terjadi perubahan jaringan
• Mudah dipasang dan dikelola

Untuk pengoperasian jaringan penuh, Kemendagri menawarkan komputer tertanam / seri dengan dukungan standar IEEE 1588v2.

Ciri-ciri komputer:

• Konsumsi daya rendah hingga 40 watt untuk kemudahan pengoperasian di lingkungan industri
• Desain industrial all-in-one: Tidak ada kipas atau kabel eksternal untuk kinerja yang sangat andal.
• Sertifikat IEC 61850-3 mengizinkan perangkat tersebut digunakan di pembangkit listrik.
• Desain modular dengan dua slot independen untuk mengurangi biaya peningkatan sistem di masa mendatang (modul 8-port RS-232/422/485, modul 8-port RS-422/485, modul LAN 4-port 10/100 Mbps, modul 8-port 10/100 Mbps atau modul ekspansi PCI universal)
• Konfigurasi IEEE 1588v2 PTP yang mudah digunakan pada sistem Linux untuk pengoperasian yang sederhana dan mudah, menghemat uang dan waktu pada instalasi dan konfigurasi

Atur IEEE 1588v2 PTP dengan DA-683 Anda hanya dalam beberapa menit menggunakan asisten instalasi senyap
_______________________________________________________________________
Anda dapat dengan mudah menemukan perangkat yang memenuhi persyaratan sinkronisasi waktu untuk jaringan Anda dan memeriksa biayanya di situs web resmi IPC2U

Penafian Dokumen ini hanya untuk tujuan informasi umum dan isinya dapat berubah tanpa pemberitahuan. Tidak ada jaminan bahwa semua informasi yang diberikan dalam dokumen ini mengenai perangkat, kondisi pengoperasian, karakteristik, kondisi penjualan, atau aspek lainnya adalah benar. Kami melepaskan semua kewajiban dan tidak bertanggung jawab atas tindakan apa pun yang diakibatkan oleh informasi yang terkandung dalam dokumen ini.

65 nanometer adalah tujuan berikutnya dari pabrik Angstrem-T di Zelenograd, yang akan menelan biaya 300-350 juta euro. Perusahaan telah mengajukan permohonan pinjaman preferensial untuk modernisasi teknologi produksi ke Vnesheconombank (VEB), Vedomosti melaporkan minggu ini dengan mengacu pada ketua dewan direksi pabrik, Leonid Reiman. Kini Angstrem-T sedang bersiap meluncurkan jalur produksi untuk sirkuit mikro dengan topologi 90nm. Pembayaran pinjaman VEB sebelumnya yang dibeli akan dimulai pada pertengahan tahun 2017.

Beijing menghancurkan Wall Street

Indeks-indeks utama Amerika menandai hari-hari pertama Tahun Baru dengan rekor penurunan; miliarder George Soros telah memperingatkan bahwa dunia sedang menghadapi terulangnya krisis tahun 2008.

Prosesor konsumen Rusia pertama, Baikal-T1, dengan harga $60, sedang diluncurkan ke produksi massal

Perusahaan Baikal Electronics berjanji untuk meluncurkan produksi industri prosesor Baikal-T1 Rusia dengan biaya sekitar $60 pada awal tahun 2016. Perangkat ini akan diminati jika pemerintah menciptakan permintaan ini, kata para pelaku pasar.

MTS dan Ericsson akan bersama-sama mengembangkan dan mengimplementasikan 5G di Rusia

Mobile TeleSystems PJSC dan Ericsson telah menandatangani perjanjian kerja sama dalam pengembangan dan implementasi teknologi 5G di Rusia. Dalam proyek percontohan, termasuk saat Piala Dunia 2018, MTS bermaksud menguji perkembangan vendor asal Swedia tersebut. Awal tahun depan, operator akan memulai dialog dengan Kementerian Telekomunikasi dan Komunikasi Massa mengenai pembentukan persyaratan teknis komunikasi seluler generasi kelima.

Sergey Chemezov: Rostec sudah menjadi salah satu dari sepuluh perusahaan teknik terbesar di dunia

Kepala Rostec, Sergei Chemezov, dalam sebuah wawancara dengan RBC, menjawab pertanyaan mendesak: tentang sistem Platon, masalah dan prospek AVTOVAZ, kepentingan Perusahaan Negara dalam bisnis farmasi, berbicara tentang kerja sama internasional dalam konteks sanksi tekanan, substitusi impor, reorganisasi, strategi pembangunan dan peluang baru di masa-masa sulit.

Rostec “memagari dirinya sendiri” dan melanggar batas keunggulan Samsung dan General Electric

Dewan Pengawas Rostec menyetujui “Strategi Pengembangan hingga 2025”. Tujuan utamanya adalah untuk meningkatkan pangsa produk sipil berteknologi tinggi dan mengejar General Electric dan Samsung dalam indikator keuangan utama.

Sistem modern, seperti sistem pemantauan sementara (TSM), serta sistem proteksi dan otomasi relai (RPA) yang menggunakan bus proses, memerlukan sinkronisasi waktu presisi tinggi dalam 1 s. Persyaratan ini lebih ketat dibandingkan sistem otomasi gardu induk lainnya (1-2 ms). Pada saat yang sama, saat ini, dalam kerangka sistem otomasi fasilitas tenaga listrik, jaringan Ethernet menjadi tersebar luas, di mana pertukaran informasi dilakukan antara sistem SCADA dan perangkat proteksi relai, serta antara perangkat proteksi relai individu. Precision Time Protocol (PTP) adalah protokol sinkronisasi waktu yang beroperasi melalui jaringan Ethernet tanpa menggunakan jalur komunikasi khusus dan dapat memberikan sinkronisasi waktu presisi yang diperlukan untuk perangkat proteksi relai, perekam transien, coupler bus proses, dan perangkat lain yang memerlukan kecepatan tinggi. presisi. sinkronisasi waktu.

Masalah dengan protokol sinkronisasi waktu yang ada

Di fasilitas tenaga listrik, sinkronisasi waktu perangkat telah dilakukan selama bertahun-tahun. Secara khusus, penting untuk memastikan kemungkinan menghubungkan peristiwa yang direkam oleh perangkat yang berbeda. Pada saat yang sama, metode sinkronisasi waktu dalam jumlah terbesar memberikan akurasi dalam 1 ms. Dengan dimulainya pengenalan SMPR dan sistem proteksi relai menggunakan bus proses, ada kebutuhan untuk memastikan akurasi sinkronisasi waktu perangkat yang lebih tinggi - dalam 1 s.

Ada dua pendekatan untuk melakukan sinkronisasi waktu perangkat sekunder:

• Menggunakan sistem independen yang mencakup saluran transmisi informasi khusus dan repeater.
• Menggunakan jaringan Ethernet, yang melaluinya informasi aplikasi juga dipertukarkan antar perangkat fasilitas listrik.

Bagian berikut membahas metode sinkronisasi waktu yang paling banyak digunakan, menyoroti kelebihan dan kekurangannya.

Penggunaan sistem sinkronisasi waktu independen

Secara historis, sistem sinkronisasi waktu di fasilitas tenaga listrik bergantung pada penggunaan jalur komunikasi khusus (koaksial, twisted pair, jalur komunikasi serat optik (FOCL)). Dua protokol digunakan:

• IRIG-B, yang memberikan informasi waktu dan tanggal beserta pulsa waktu.
• 1-PPS, memberikan pulsa sinkronisasi waktu yang tepat tanpa informasi waktu dan tanggal.

Saat menggunakan protokol ini, pertukaran data antara perangkat proteksi relai dan sistem SCADA, serta antara perangkat proteksi relai individu, tidak mempengaruhi keakuratan sinkronisasi. Namun, perlu dicatat bahwa sistem independen memerlukan biaya implementasi yang tinggi karena kebutuhan untuk menggunakan produk kabel tambahan, blok terminal, repeater, dll. Pengembangan serangkaian dokumentasi teknis yang sesuai juga diperlukan. Biayanya bisa sangat besar, terutama ketika menerapkan sistem sinkronisasi waktu di fasilitas bertegangan tinggi.

Beras. Gambar 1 mengilustrasikan penggunaan protokol IRIG-B untuk menyinkronkan perangkat dari waktu ke waktu dan jaringan Ethernet untuk mengatur pertukaran informasi antar perangkat. Alih-alih jaringan Ethernet, penggunaan jalur komunikasi RS-485 dapat disediakan, yang merupakan ciri khas fasilitas listrik lama.

Beras. 1. Ilustrasi pemisahan sistem sinkronisasi waktu dan pertukaran data dalam suatu sistem otomasi gardu induk.

ProtokolIRIG– B

Protokol sinkronisasi waktu yang paling umum digunakan di fasilitas tenaga listrik adalah protokol IRIG-B. Saat menerapkan sistem sinkronisasi berdasarkan protokol ini, diperlukan penggunaan jalur komunikasi khusus. Protokol dapat beroperasi dalam salah satu format berikut: dengan transmisi informasi dalam bentuk pulsa melalui sambungan listrik (kabel koaksial atau pasangan terpilin) ​​atau tautan serat optik, atau dengan transmisi sinyal termodulasi dengan frekuensi pembawa 1 kHz melalui kabel koaksial. Seiring waktu, protokol IRIG-B telah berkembang, terutama karena munculnya standar IEEE terkait implementasi SMPR (IEEE Std 1344-1995, IEEE Std C37.118-2005 dan IEEE Std C37.118.1-2011). Ekstensi ini memberikan kemampuan untuk menyampaikan informasi tentang tahun, offset waktu dari Waktu Universal Terkoordinasi (UTC), waktu musim panas, dan kualitas informasi. Semua informasi ini digunakan oleh perangkat sistem otomasi gardu induk. Sinyal IRIG-B yang tidak termodulasi memungkinkan akurasi sinkronisasi waktu dicapai dalam rentang mikrodetik, namun sebagian besar perangkat klien tidak dapat memberikan akurasi lebih dari 1-2 ms karena karakteristik teknisnya.

IRIG-B menjelaskan beberapa opsi untuk format transmisi informasi. Namun, karakteristik antarmuka sinkronisasi waktu proteksi relai dan perangkat otomasi dari pabrikan berbeda berbeda, sehingga server waktu tidak hanya menggunakan satu format transmisi kode waktu IRIG-B. Di antara perbedaan yang paling umum adalah penggunaan sinyal termodulasi/tidak termodulasi, penggunaan waktu lokal atau waktu terkoordinasi universal (UTC) sebagai referensi, dll.

Berbagai implementasi protokol IRIG-B diidentifikasi dengan kode waktu. Misalnya:

• B003: Tidak termodulasi, tidak ada perpanjangan/perpanjangan tahun sesuai standar IEEE.
• B004: Tidak termodulasi, dengan perpanjangan/perpanjangan tahun sesuai standar IEEE.
• B124: dengan modulasi amplitudo, dengan ekstensi untuk mengirimkan informasi tahun / dengan ekstensi sesuai standar IEEE.

Beras. Gambar 2 menunjukkan perbandingan sinyal tidak termodulasi dan termodulasi yang digunakan berdasarkan format kode waktu (menurut Standar IRIG 200-04).

Beras. 2. Bentuk sinyal termodulasi dan tidak termodulasi IRIG-B.

Pengaturan perangkat klien, seperti perangkat proteksi relai, harus konsisten dengan pengaturan jam master: dalam hal waktu terkoordinasi secara universal (UTC)/waktu lokal, zona waktu, dll. Fleksibilitas pengaturan perangkat proteksi relai bervariasi secara signifikan - bahkan saat menggunakan perangkat dari pabrikan yang sama. Beberapa perangkat proteksi relai dapat dikonfigurasi untuk menerima hampir semua format kode waktu IRIG-B; banyak yang memiliki batasan yang cukup kuat dalam hal parameterisasi.

Tantangan lain yang dihadapi protokol IRIG-B termasuk sinkronisasi waktu beban jaringan, perlindungan EMI, isolasi listrik, dan pemeliharaan jalur komunikasi. Beban yang diizinkan pada jam master bervariasi antara 18 hingga 150 mA, sedangkan perangkat proteksi relai dari pabrikan berbeda memiliki konsumsi yang berbeda (dari 5 mA hingga 10 mA). Hal ini mempersulit desain sistem sinkronisasi waktu untuk sejumlah besar perangkat proteksi relai - misalnya, di gardu distribusi (6,6 - 33 kV).

1- PPS(satu pulsa per detik)

1-PPS (satu pulsa per detik) dapat digunakan untuk menyediakan sinkronisasi waktu yang cukup akurat, namun tidak memberikan informasi waktu astronomi. Saat ini, hal ini cukup untuk mengimplementasikan sistem proteksi relai menggunakan bus proses, namun informasi waktu kemungkinan besar akan diperlukan di masa mendatang untuk peristiwa penandaan waktu atau otentikasi pesan kriptografi.

Penggunaan metode sinkronisasi waktu ini diwajibkan oleh standar IEC 60044-8 dan juga diperkenalkan dalam spesifikasi penerapan antarmuka digital untuk transformator instrumen (dikenal sebagai IEC 61850-9-2LE). Standar IEC 61869-9, yang saat ini sedang dikembangkan, juga memungkinkan kemungkinan penggunaan metode sinkronisasi perangkat ini tepat waktu melalui jalur komunikasi serat optik khusus.

Beras. Gambar 3 mengilustrasikan kebutuhan pulsa 1PPS. Waktu yang dibutuhkan sinyal untuk berubah dari tingkat daya 10% ke tingkat daya 90% (dan sebaliknya) ( TF) sinyal tidak boleh melebihi 200 ns. Masa pakai sinyal pada tingkat daya lebih dari 50% ( TH) harus berada dalam kisaran dari 10 µs hingga 500 ms.

Beras. 3. Representasi grafis dari sinyal 1-PPS.

1-PPS memerlukan jaringan khusus untuk distribusi sinyal. Baik jalur komunikasi listrik (koaksial/twisted pair) atau jalur serat optik (multi-mode/single-mode) dapat digunakan sebagai media transmisi data fisik.

Penundaan sinkronisasi

Propagasi sinyal IRIG-B dan 1-PPS jauh lebih mudah diatur melalui sambungan listrik daripada melalui sambungan serat optik, karena sambungan multi-titik dapat disediakan dengan mempertimbangkan beban yang diizinkan pada jam master, tetapi hal ini dapat menyebabkan peningkatan potensi antar kabinet. Penggunaan jalur serat optik menjamin isolasi galvanik dan menghilangkan pengaruh interferensi, namun dalam hal ini diperlukan penggunaan repeater khusus untuk mendistribusikan sinyal ke masing-masing perangkat proteksi relai fasilitas tenaga listrik. Secara khusus, IEC 61850-9-2LE mensyaratkan penggunaan tautan serat optik untuk mengirimkan sinyal 1-PPS. Hal ini, pada gilirannya, memerlukan penggunaan jam dengan banyak keluaran atau splitter untuk mengirimkan sinyal ke lebih dari satu proses bus coupler.

Penundaan propagasi sinyal melalui sambungan listrik dan sambungan serat optik kira-kira 5 ns per meter. Nilai yang dihasilkan bisa sangat besar dalam jarak jauh dan mungkin memerlukan kompensasi latensi pada perangkat klien. IEC 61850-9-2LE menetapkan batas penundaan propagasi sinyal menjadi 2 µs - jika nilai ini terlampaui, diperlukan kompensasi. Sambungan sekitar 400 m akan mengakibatkan penundaan seperti itu, dan di banyak gardu induk tegangan tinggi, jarak tersebut bukanlah batasnya. Kompensasi adalah proses konfigurasi manual, di mana penundaan propagasi sinyal harus diperhitungkan secara akurat tidak hanya di sepanjang jalur komunikasi, tetapi juga melalui repeater yang digunakan. Studi lebih rinci tentang penundaan propagasi sinyal sinkronisasi melalui protokol 1-PPS, IRIG-B dan PTP diberikan dalam.

Sinkronisasi waktu melalui jaringanEthernet

Jaringan Ethernet, yang semakin banyak digunakan saat ini dalam sistem otomasi gardu induk, juga dapat digunakan untuk mengirimkan sinyal sinkronisasi waktu. Hal ini menghilangkan kebutuhan untuk memasang jalur komunikasi khusus, tetapi memerlukan perangkat proteksi relai dan otomatisasi, perangkat pengukur listrik, dan perangkat sekunder lainnya untuk mendukung protokol khusus.

Dua protokol sinkronisasi waktu yang paling banyak digunakan adalah Network Time Protocol (NTP) dan Precision Time Protocol (PTP). Kedua protokol tersebut, bila digunakan di gardu induk, beroperasi dengan bertukar pesan melalui jaringan Ethernet. Protokol NTP dan PTP memberikan kompensasi atas penundaan waktu dalam transmisi pesan sinkronisasi melalui pertukaran informasi dua arah. Protokol NTP adalah solusi yang lebih umum daripada protokol PTP, tetapi akurasi yang lebih tinggi dipastikan saat menggunakan protokol PTP melalui penggunaan perangkat keras khusus. Pada Gambar. Gambar 4 mengilustrasikan topologi jaringan di mana protokol reservasi NTP dan protokol reservasi PTP dapat digunakan.

Mekanisme berfungsinya kedua protokol memungkinkan adanya beberapa jam master, yang meningkatkan keandalan sistem sinkronisasi waktu di fasilitas listrik. Selain itu, kehadiran beberapa jam master memungkinkan servis salah satunya tanpa menghentikan pengoperasian seluruh sistem.

ProtokolNTP

Selama beberapa tahun terakhir, protokol NTP telah banyak digunakan di fasilitas energi. Saat menggunakan server waktu dan klien yang tersedia secara komersial (misalnya, perangkat proteksi relai) yang mendukung protokol komunikasi ini, akurasi sinkronisasi waktu dalam kisaran 1 hingga 4 ms dapat dicapai. Namun, salah satu syarat untuk memastikan keakuratan tersebut adalah pengembangan topologi jaringan area lokal Ethernet yang benar, yang memastikan konsistensi dan konsistensi dalam waktu penyebaran pesan sinkronisasi waktu dari klien ke master dan sebaliknya.

Keuntungan signifikan dari protokol NTP dibandingkan IRIG-B adalah waktu ditransmisikan dalam format UTC. Hal ini memenuhi standar seperti IEC 61850 dan IEEE 1815 (DNP), yang memerlukan transmisi stempel waktu peristiwa dalam format UTC. Jika perlu untuk menampilkan waktu lokal pada tampilan perangkat proteksi relai, diperlukan pengaturan zona waktu secara manual, dengan mempertimbangkan transisi yang sesuai ke waktu musim panas. Protokol NTP memungkinkan beberapa server waktu digunakan secara bersamaan oleh klien yang sama untuk sinkronisasi waktu yang lebih akurat dan andal. Namun, protokol ini tidak memberikan akurasi sinkronisasi mikrodetik, yang diperlukan untuk SMPR dan perangkat antarmuka dengan bus proses IEC 61850-9-2.

protokol PTP

IEEE Std 1588-2008 mendefinisikan versi kedua dari protokol PTP, yang dikenal sebagai PTPv2 atau 1588v2. Protokol ini menyediakan sinkronisasi waktu yang sangat akurat, yang dicapai dengan memperbaiki stempel waktu pesan sinkronisasi PTP pada antarmuka Ethernet di tingkat perangkat keras. Penggunaan data ini memungkinkan Anda memperhitungkan waktu di mana pesan sinkronisasi didistribusikan melalui jaringan dan diproses oleh server waktu dan klien. Prosedur pengaturan stempel waktu di tingkat perangkat keras tidak mempengaruhi fungsi protokol komunikasi lain yang ada di jaringan Ethernet yang bersangkutan, oleh karena itu port yang sama dapat digunakan untuk mengirimkan data sesuai dengan protokol IEC 61850, DNP3, IEC 60870 -5-104, Modbus/IP dan protokol komunikasi lainnya. Kemampuan untuk mencatat waktu pada tingkat perangkat keras menyebabkan peningkatan yang signifikan dalam biaya switch Ethernet. Sedangkan untuk mendukung protokol PTP pada perangkat proteksi relai, hanya perangkat modifikasi terbaru dari beberapa produsen yang mendukung protokol ini, terkadang hanya tersedia sebagai opsi.

Protokol PTP memungkinkan adanya beberapa perangkat di jaringan yang dapat bertindak sebagai server waktu; dalam hal ini, diasumsikan bahwa mereka semua berpartisipasi dalam pemungutan suara di antara mereka sendiri untuk memilih jam tangan yang paling akurat - jam tangan grandmaster. Jika jam tangan grandmaster tiba-tiba rusak atau performanya menurun, peran jam tangan grandmaster dapat diambil alih oleh jam tangan lain yang mengklaim peran tersebut. Lamanya waktu yang diperlukan untuk prosedur ini mungkin berbeda-beda, namun jika pengaturan protokol PTP (juga disebut profil) dioptimalkan untuk digunakan di fasilitas pembangkit listrik, waktu yang dibutuhkan tidak lebih dari 5 detik.

Pengantar PTP

Protokol PTP sangat fleksibel dan dapat digunakan dalam berbagai aplikasi yang memerlukan sinkronisasi waktu, memberikan akurasi hingga 10 ns.

Akurasi yang lebih tinggi dapat dicapai dengan munculnya protokol versi kedua, yang memperkenalkan konsep jam transparan, yang perannya dilakukan oleh sakelar Ethernet. Jam transparan mengukur waktu yang diperlukan pesan sinkronisasi untuk melewati switch, yang dapat bervariasi tergantung pada beban lalu lintas jaringan. Informasi tentang waktu yang diukur dikirimkan ke perangkat lain melalui jalur pesan sinkronisasi. Mekanisme ini memungkinkan Anda mencapai sinkronisasi waktu dengan akurasi tinggi dalam jaringan Ethernet lokal. Penggunaan jam transparan berarti pesan protokol sinkronisasi PTP tidak perlu diprioritaskan dibandingkan lalu lintas lain di jaringan, menyederhanakan proses desain jaringan dan mengkonfigurasi peralatan jaringan.

Terminologi

IEEE Std 1588-2008 mendefinisikan beberapa istilah yang berlaku untuk sistem yang beroperasi di bawah protokol PTP. Istilah utamanya adalah:

• Jam tangan grandmaster– jam yang merupakan sumber utama data waktu saat sinkronisasi sesuai dengan protokol PTP, yang biasanya dilengkapi dengan penerima sinyal GPS (atau sistem lain) internal.
• Jam utama– jam yang merupakan sumber data waktu yang digunakan untuk menyinkronkan jam lain dalam jaringan.
• Jam budak– perangkat akhir yang melakukan sinkronisasi menggunakan protokol PTP; ini bisa berupa perangkat proteksi relai dengan dukungan asli untuk protokol PTP atau konverter yang, di satu sisi, menerima informasi dalam format protokol PTP, dan di sisi lain, menghasilkan data dalam format protokol IRIG-B atau 1-PPS .
• Jam transparan– saklar Ethernet yang mengukur waktu yang dibutuhkan pesan sinkronisasi untuk melewati dirinya sendiri dan memberikan nilai terukur ke jam yang menerima pesan sinkronisasi berikutnya.
• Jam batas– jam yang dilengkapi dengan beberapa port PTP dan dapat berfungsi sebagai jam master; misalnya, mereka dapat menjadi budak dalam kaitannya dengan sumber sinyal waktu tingkat yang lebih tinggi dan bertindak sebagai tuan dalam kaitannya dengan perangkat tingkat yang lebih rendah.

Jaringan harus memiliki setidaknya satu jam grandmaster dan satu jam budak. Namun, dalam banyak kasus, mengingat kebutuhan untuk menggabungkan banyak perangkat ke dalam satu jaringan, maka perlu menggunakan sakelar, yang, dalam kasus paling sederhana, akan bertindak sebagai jam transparan. Mereka juga dapat bertindak sebagai jam batas, yang dalam beberapa kasus memungkinkan sinkronisasi waktu dengan presisi lebih tinggi (benar atau tidaknya hal ini bergantung pada pabrikan tertentu). Beras. Gambar 5 mengilustrasikan suatu kompleks di mana sinkronisasi waktu diimplementasikan sesuai dengan protokol PTP. Dalam contoh ini, jam grandmaster mampu menerima informasi waktu yang tepat tidak hanya dari sistem penentuan posisi global, tetapi juga dari jaringan eksternal melalui protokol PTP. Solusi yang ditentukan diterapkan untuk mendukung kegagalan penerima sinyal waktu atau sirkuit penghubung eksternal yang sesuai. Jika terjadi transisi ke penggunaan sinyal waktu yang tepat dari jaringan eksternal, jam tersebut tidak lagi menjadi jam grandmaster dan mengambil peran sebagai jam batas. Kompleks yang digambarkan juga menggunakan dua jenis jam budak: perangkat proteksi relai dengan dukungan PTP asli dan konverter ke format IRIG-B dan 1-PPS, yang memberikan informasi tentang waktu yang tepat untuk perangkat akhir yang tidak mendukung protokol PTP.

Operasi dalam mode satu dan dua tahap

Prinsip pengoperasian protokol PTP didasarkan pada kenyataan bahwa waktu transmisi pesan sinkronisasi jenis Sync diketahui secara tepat (pesan inilah yang menyampaikan informasi waktu) dan waktu penerimaan pesan ini pada antarmuka Ethernet dari jam budak. Waktu pasti transmisi pesan tertentu tidak diketahui sampai pesan tersebut dikirim. Antarmuka Ethernet berkemampuan PTP menyediakan penanda waktu pesan di tingkat perangkat keras, dan kemudian mengirimkan informasi ini ke prosesor pusat jam grandmaster. Setelah ini, pesan Tindak lanjut dibuat, yang mengirimkan stempel waktu yang tepat dari transmisi pesan Sinkronisasi ke semua perangkat pendukung. Dalam hal ini, jam transparan melengkapi pesan ini dengan informasi tentang penundaan transmisi pesan ini melalui jaringan (jumlah penundaan saluran dan waktu penerusan pesan). Penggunaan kombinasi pesan Sinkronisasi dan Tindak Lanjut disebut mode operasi dua tahap protokol PTP.

Versi kedua dari protokol PTP (PTPv2) memperkenalkan kemampuan untuk mengubah isi pesan PTP selama transmisi di tingkat perangkat keras. Saat menerapkan metode ini, kebutuhan akan pesan Tindak Lanjut dihilangkan; mode operasi protokol PTP ini disebut satu tahap. Jam Grandmaster dengan dukungan untuk mode ini mengirimkan pesan jenis Sinkronisasi dengan informasi tentang waktu pasti pembentukannya, jam transparan memperkirakan penundaan dalam transmisi pesan jenis ini (melalui jaringan dan melalui dirinya sendiri) dan menyertakan data tentang penundaan yang diukur dalam pesan jenis Sinkronisasi yang sama untuk menyertakan data ini dalam pesan Tindak lanjut. Mode operasi ini mengasumsikan beban informasi yang lebih rendah di jaringan, namun memerlukan penggunaan perangkat yang lebih kompleks dan mahal.

Kompleks yang beroperasi berdasarkan ketentuan protokol PTP dapat mencakup jam grandmaster yang mampu beroperasi dalam mode satu dan dua tahap. Dalam kompleks seperti itu, jam budak harus dapat memperhitungkan informasi tentang penundaan yang diakibatkan dalam transmisi pesan sinkronisasi langsung dari pesan-pesan yang dihasilkan oleh jam transparan satu tahap, serta dari pesan Tindak Lanjut yang dihasilkan oleh jam transparan dua tahap. jam.

ProfilPTP untuk industri tenaga listrik (Kekuatan Profil)

Standar protokol PTP melibatkan beberapa modifikasi yang saling eksklusif. Versi kedua dari protokol PTP (PTPv2) memperkenalkan konsep profil, yang membatasi nilai sejumlah parameter dan memerlukan penggunaan aspek protokol tertentu untuk aplikasi yang berbeda.

Profil Daya dijelaskan dalam IEEE Std C37.238-2011, yang mendefinisikan sejumlah parameter untuk memastikan akurasi sinkronisasi waktu dalam 1 s untuk topologi yang paling umum dalam sistem otomasi gardu induk. Profil ini juga mendefinisikan Basis Informasi Manajemen (MIB) untuk protokol SNMP, yang menyediakan kemampuan untuk memantau parameter utama perangkat saat menggunakan program pemantauan standar. Berkat ini, dimungkinkan untuk memantau fungsi sistem sinkronisasi waktu secara real time dengan pembentukan alarm jika terjadi situasi darurat.

Profil daya mensyaratkan bahwa kesalahan yang ditimbulkan oleh setiap jam transparan tidak boleh melebihi 50 ns. Ini diperlukan untuk memastikan akurasi sinkronisasi tidak lebih dari 1 µs saat mengatur topologi jaringan lokal yang mencakup 16 switch Ethernet (misalnya, sebagai bagian dari topologi ring). Dalam hal ini, kesalahan yang diizinkan untuk jam GPS ditetapkan pada 200 ns.

Profil PTP memerlukan penggunaan jam transparan yang mendukung mekanisme peer-to-peer untuk menentukan penundaan link, dan semua pesan PTP ditransmisikan pada lapisan link dalam mode multicast. Mekanisme latensi peer-to-peer berarti setiap perangkat yang mendukung PTP bertukar pesan dengan perangkat yang berdekatan untuk mengukur penundaan tautan transmisi pesan di antara perangkat tersebut. Total waktu tunda transmisi pesan sinkronisasi didefinisikan sebagai jumlah penundaan saluran dan penundaan pemrosesan pesan menurut jam transparan yang terjadi di sepanjang rute propagasi pesan dari jam grandmaster ke jam budak. Mode operasi ini memiliki dua keunggulan:

1. Lalu lintas jaringan yang dilihat oleh Jam Grandmaster tidak meningkat seiring dengan perluasan jaringan. Jam grandmaster hanya bertukar pesan dengan saklar Ethernet yang berdekatan (transparan atau jam tepi).
2. Keterlambatan transmisi pesan secara otomatis dikompensasi jika rute komunikasi utama gagal dan rute cadangan diaktifkan. Penundaan saluran diukur pada setiap jalur komunikasi, termasuk jalur yang dapat diblokir oleh protokol keluarga STP.

Tidak semua produsen peralatan berkemampuan PTP mendukung profil utilitas listrik, namun perlu dicatat bahwa profil standar yang dijelaskan dalam Lampiran J.4 standar atau IEEE Std 1588-2008 dapat memberikan akurasi yang diperlukan jika sistem dikonfigurasi dengan benar. Bila menggunakan profil selain profil utilitas listrik, tidak ada jaminan bahwa informasi yang diperlukan untuk perangkat sistem otomasi gardu induk, seperti kesalahan waktu dan zona waktu yang berlaku, dapat tersedia bagi pelanggan. Hal ini juga tidak dijamin memenuhi spesifikasi kinerja protokol yang disyaratkan (Lampiran J.4 tidak menentukan persyaratan kinerja).

Jam batas dapat digunakan untuk mengkonversi antara profil yang berbeda. Misalnya, jam batas dapat menyediakan konversi antara profil telekomunikasi (Profil Telekomunikasi ITU-T Rec. G.82651.1) dan profil daya (IEEE Std C37.238 Power Profile). Menerima informasi waktu yang tepat dari jaringan eksternal melalui profil telekomunikasi dapat memberikan cadangan atas kegagalan penerima sinyal GPS pada jam tangan grandmaster. Dalam hal ini, seperti disebutkan sebelumnya, mereka akan mengambil peran sebagai jam batas.

Jenis Pesan ProtokolPTP

Profil protokol PTP untuk industri tenaga listrik menyediakan penggunaan 4 kelas pesan:

1. Pesan sepertiSinkronisasi . Data pesan tersebut mencakup informasi waktu yang dikirimkan dari jam master dalam format jumlah detik dan nanodetik sejak tengah malam tanggal 1 Januari 1970.
2. Pesan sepertiRekan Menunda. Pesan-pesan ini dipertukarkan antar perangkat yang berdekatan untuk memperkirakan penundaan propagasi pesan sinkronisasi sepanjang jalur komunikasi di antara perangkat tersebut. Dua atau tiga jenis pesan berbeda digunakan untuk mengukur latensi, bergantung pada apakah operasi satu atau dua tahap yang digunakan.
3. Pesan sepertiMengikuti Ke atas. Data pesan mencakup stempel waktu yang tepat dari pesan Sinkronisasi sebelumnya yang dikirim, serta nilai penyesuaian. Nilai koreksi adalah jumlah waktu pemrosesan pesan menurut jam transparan dan penundaan saluran di sepanjang jalur propagasi pesan antara jam grandmaster dan titik jaringan tertentu. Diwakili dalam format nanodetik dan pecahan nanodetik.
4. Pesan sepertiMengumumkan. Transmisi pesan-pesan ini dilakukan oleh jam grandmaster, yang menyediakan data tentang kesalahan pengoperasian sumber (misalnya, penerima GPS) dan informasi layanan protokol PTP lainnya.

Beras. Gambar 6-8 mengilustrasikan bagaimana pesan dipertukarkan pada jaringan kecil menggunakan jam yang beroperasi dalam mode dua tahap (karena sebagian besar perangkat tidak mendukung operasi satu tahap). Pesan sinkronisasi dikirimkan tanpa perubahan melalui jam transparan. TA– indikasi waktu pada jam tangan grandmaster. Pengumuman pesan juga dikirimkan dengan cara yang sama.

Jenis pesan Rekan Menunda (Rekan Menunda Meminta, Rekan Menunda Tanggapan Dan Rekan Menunda Mengikuti Ke atas) hanya dilakukan antar perangkat yang berdekatan.

Beras. 7. Pesan Peer Delay hanya dipertukarkan antar perangkat yang berdekatan.

Setiap jam transparan menentukan penundaan saluran transmisi pesan antara jam itu sendiri dan perangkat yang berdekatan. Saat pesan Sinkronisasi melewati jam transparan, pesan tersebut menghitung nilai koreksi lokal dengan menjumlahkan penundaan saluran sepanjang rute kedatangan pesan dan waktu yang diperlukan pesan Sinkronisasi untuk melewati jam tersebut. Nilai koreksi yang dihitung secara lokal ini kemudian ditambahkan ke nilai koreksi dari pesan Tindak Lanjut yang masuk. Ketika pesan Tindak Lanjut tiba di jam budak untuk memperbaiki nilainya, nilai penundaan saluran yang ditentukan olehnya ditambahkan. Nilai koreksi yang dihasilkan adalah total waktu yang diperlukan agar pesan Sinkronisasi dikirimkan melalui jaringan dari perangkat master ke perangkat budak.

Karena setiap elemen jaringan di sepanjang jalur penyebaran pesan jenis Sinkronisasi berkontribusi terhadap total waktu ini, mekanisme peer-to-peer untuk mengukur penundaan saluran Profil Daya, yang dijelaskan di atas, memastikan berfungsinya protokol dengan benar dalam kondisi mengubah topologi jaringan.

Penting untuk dicatat bahwa meskipun pesan Tindak lanjut mungkin terlihat sama, pesan tersebut akan berbeda di setiap titik di jaringan. Jam transparan mengubah isi pesan-pesan ini, menjaga alamat jam grandmaster tidak berubah.

Pada Gambar. 8 TB– waktu sebenarnya pembentukan pesan sinkronisasi oleh jam grandmaster, yang nilainya mendekati, tetapi tidak identik dengan waktu TA. Setiap jam budak mencatat momen penerimaan pesan Sinkronisasi dan, dengan mencatat waktu transmisi pesan melalui jam transparan dan penundaan saluran, yang jumlahnya merupakan nilai koreksi, dapat memperhitungkan penundaan variabel dalam transmisi pesan Sinkronisasi .

Beras. 8. Pesan tindak lanjut berisi nilai koreksi yang diperbarui dengan setiap jam transparan di sepanjang jalur propagasinya.

Keuntungan dan kerugian menggunakan profil PTP untuk industri tenaga listrik

Menggunakan Profil Daya PTP memberikan sejumlah manfaat:

• Keakuratan sinkronisasi waktu tidak bergantung pada volume lalu lintas jaringan. Ketika peralatan jaringan kelebihan beban, pesan PTP tidak hilang. Hal ini memungkinkan Anda untuk menggunakan infrastruktur jaringan lokal yang sama ketika menerapkan SMPR dan sistem proteksi relai, baik menggunakan bus proses sesuai dengan IEC 61850-9-2, maupun menggunakan bus stasiun sesuai dengan IEC 61850-8-1 (dengan lalu lintas GOOSE dan/atau MMS), serta kompleks yang beroperasi berdasarkan protokol komunikasi lain (DNP3, dll.).
• Kecepatan pesan PTP telah dioptimalkan untuk memberikan akurasi waktu mikrodetik tanpa membebani jaringan atau memerlukan jam kerja yang rumit.
• Jalur komunikasi optik dan listrik (twisted pair) dapat digunakan sebagai media transmisi data fisik - semuanya tergantung pada konfigurasi sakelar yang dipilih.
• Sistem referensi waktu tunggal digunakan, sehingga tidak ada kerumitan dalam mengatur perangkat ke Waktu Universal Terkoordinasi (UTC)/waktu lokal. Semua perangkat yang mendukung profil Utilitas Listrik menggunakan Waktu Atom Internasional (TAI), yang tidak memiliki masalah detik kabisat dan waktu musim panas.
• Profil daya menyediakan transmisi offset waktu lokal, sehingga tidak perlu mengkonfigurasi waktu lokal pada perangkat proteksi relai. Selain itu, perubahan apa pun terkait transisi ke waktu musim panas dapat dilakukan pada jam grandmaster tanpa mengubah pengaturan perangkat proteksi relai. Mekanisme ini ditentukan oleh standar IEEE 1588, sehingga juga kompatibel dengan perangkat yang tidak mendukung profil PTP untuk utilitas listrik.
• Dimungkinkan untuk menyediakan penggunaan jam grandmaster cadangan dengan peralihan otomatis ke jam tersebut jika terjadi gangguan komunikasi dengan jam grandmaster yang ada atau jika kinerjanya menurun.
• Untuk meningkatkan keandalan pertukaran informasi antar perangkat yang mendukung protokol PTP, protokol seperti Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP), Parallel Redundancy Protocol (PRP) dan High-availability Seamless Ring (HSR) dapat digunakan.
• Jaringan dapat ditingkatkan skalanya tanpa beban tambahan pada jam grandmaster.
• Keterlambatan dalam penyebaran pesan sinkronisasi waktu melalui jalur komunikasi yang panjang secara otomatis dikompensasi, menghilangkan kebutuhan untuk menyesuaikan perangkat antarmuka bus proses dan perekam sementara.

Informasi lebih rinci tentang pengujian kecepatan peralihan menggunakan jam grandmaster cadangan diberikan dalam. Materi ini membahas skenario seperti hilangnya segmen jaringan Ethernet dengan jam grandmaster yang valid dan hilangnya sinyal GPS.

Protokol PTP adalah protokol yang cukup kompleks, dan untuk memastikan keakuratan sinkronisasi waktu yang diperlukan, sejumlah poin harus diperhitungkan. Selain itu, risiko baru muncul dalam sistem otomasi fasilitas tenaga listrik. Aspek-aspek protokol PTP berikut ini harus diperhatikan:

• Switch Ethernet harus mendukung profil utilitas PTP dengan kemampuan memberi sinyal kesalahan kinerja yang tidak dapat diterima. Tidak semua jam transparan dengan dukungan PTP (dan khususnya jam dengan dukungan peer-to-peer untuk deteksi penundaan saluran) mampu memberikan kesalahan kurang dari 50 ns. Selain itu, tidak semua jam tangan transparan mampu menilai kesalahan yang diakibatkannya.
• Terdapat sejumlah terbatas perangkat proteksi relai di pasaran yang mendukung profil PTP untuk industri tenaga listrik, namun situasinya membaik. Sejumlah produsen telah memproduksi perangkat proteksi relai dengan dukungan PTP sejak tahun 2013, namun dukungan protokol mungkin bersifat opsional, dan kebutuhannya ditentukan saat memesan.
• Tidak semua jam master atau slave (termasuk konverter ke protokol sinkronisasi waktu lainnya) dirancang untuk digunakan di gardu induk tegangan tinggi, meskipun mereka mungkin mendukung profil utilitas PTP. Peralatan harus diuji kekebalannya terhadap interferensi elektromagnetik sesuai dengan tingkat keparahan yang ditentukan.
• Sinkronisasi waktu sangat penting untuk SMPR dan bus proses IEC 61850-9-2. Penting bahwa hanya personel terlatih khusus yang memiliki kemampuan untuk mengubah konfigurasi perangkat berkemampuan PTP (baik menggunakan konfigurator khusus, atau menggunakan server web, atau melalui protokol SNMP). Jika perangkat berkemampuan PTP mengizinkan konfigurasi panel depan, maka akses harus dibatasi kata sandi.
• Ada berbagai profil protokol PTP, masing-masing dioptimalkan untuk aplikasi tertentu. Profil PTP untuk industri tenaga listrik (Profil Daya) paling memenuhi persyaratan sistem otomasi untuk fasilitas tenaga listrik, namun Profil Default juga dapat digunakan. Namun, tidak ada jaminan bahwa akurasi sinkronisasi waktu yang memadai akan tersedia untuk semua sistem. Profil spesifik lainnya, seperti profil telekomunikasi atau profil untuk aplikasi audio-video (IEEE 802.1AS), kemungkinan besar tidak akan memberikan kinerja yang diperlukan.

Contoh penggunaan protokol PTP pada fasilitas tenaga listrik

Bagian ini membahas dua contoh penggunaan protokol PTP dalam sistem otomasi gardu listrik tegangan tinggi. Contoh pertama menjelaskan penggunaan protokol PTP dalam sistem otomasi gardu induk konstruksi baru, contoh kedua - ketika memutakhirkan gardu induk yang sudah ada. Contoh-contoh tersebut juga membahas struktur jaringan informasi Ethernet. Diasumsikan bahwa desain jaringan tidak hanya mendukung protokol PTP, namun juga memenuhi persyaratan pemeliharaan fungsionalitas dalam satu kegagalan (peralatan atau jalur komunikasi).

Penerapan protokolPTP di fasilitas energi konstruksi baru

Banyak perangkat proteksi relai memiliki kemampuan perekaman sementara sesuai dengan IEEE C37.118.1 (atau standar sebelumnya). Implementasi praktis dari fungsi ini memerlukan sinkronisasi waktu perangkat dengan akurasi mikrodetik. Secara historis, sinkronisasi waktu IRIG-B digunakan karena NTP tidak memenuhi persyaratan akurasi. Saat ini, sejumlah produsen menawarkan solusi yang mendukung protokol PTP untuk memenuhi persyaratan akurasi. Dalam hal ini, protokol NTP juga dapat digunakan untuk menyinkronkan perangkat proteksi relai dan otomasi fasilitas listrik lainnya yang menjalankan fungsi merekam kejadian darurat.

Contoh ini mempertimbangkan gardu induk berukuran sedang 330/132 kV untuk menunjukkan kemudahan penggunaan protokol PTP. Dalam hal ini, penerapan fungsi registrasi sementara dipertimbangkan, meskipun protokol PTP juga dapat digunakan untuk menyinkronkan perangkat antarmuka dengan bus proses dalam fasilitas daya yang sama. Diagram garis tunggal dari objek ditunjukkan pada Gambar. 9.

Beras. 9. Diagram garis tunggal gardu induk 330/132 kV dengan diagram satu setengah switchgear 330 kV dan sistem bus penampang tunggal dari switchgear 132 kV.

Biasanya, perusahaan jaringan listrik menerima salah satu dari dua opsi untuk penempatan peralatan: perangkat proteksi relai dan otomasi ditempatkan di dalam satu ruangan atau di dalam beberapa bangunan modular (sangat prefabrikasi), yang berlokasi di lokasi. Pendekatan yang digunakan menentukan topologi jaringan lokal Ethernet dan tingkat keandalan yang diperlukan. Dalam contoh ini, topologi jaringan dikembangkan berdasarkan fakta bahwa perangkat proteksi relai untuk elemen 330 kV dan 132 kV dipasang di gedung terpisah. Untuk mempermudah, pada Gambar. 10 hanya menampilkan beberapa perangkat. Koneksi redundan tidak digunakan dan hanya satu rangkaian proteksi yang ditampilkan.

Perangkat seri General Electric UR dipilih untuk penggunaan di lokasi, dan fungsinya mencakup fungsi perekaman sementara. Pada saat yang sama, perangkat proteksi relai mendukung protokol PTP (bukan antarmuka IRIG-B yang paling banyak digunakan). Fasilitas ini juga menyediakan penggunaan perangkat proteksi relai bank kapasitor seri ABB REV615, yang mendukung protokol PTP.

Sumber waktu utama adalah jam tangan grandmaster yang dilengkapi penerima sinyal satelit. Disarankan agar Grandmaster PTP juga menjadi jam master NTP karena NTP dapat digunakan oleh pengontrol komunikasi, gateway, pengukur daya, dan perangkat proteksi relai yang memerlukan sinkronisasi waktu presisi milidetik.

Sakelar Ethernet digunakan untuk mendistribusikan pesan PTP bersama dengan lalu lintas lain seperti IEC 61850, DNP3, HTTP, SNMP, dll. Volume lalu lintas PTP sangat kecil, sekitar 420 byte/s, dan tidak berdampak pada jaringan. Beras. Gambar 11 mengilustrasikan lalu lintas PTP yang dihasilkan oleh Tekron Grandmaster Watch. Gambar tersebut menunjukkan bahwa jam grandmaster menghasilkan pesan seperti Sinkronisasi (merah), Tindak lanjut (raspberry), Umumkan (biru) dan Permintaan Penundaan Rekan (hijau) sekali per detik, dan juga menghasilkan respons seperti Respon Penundaan Rekan (kuning) dan Penundaan Rekan Respon Tindak Lanjut (coklat). Mode dua tahap yang diilustrasikan menghasilkan lalu lintas terbanyak—ini adalah kasus terburuk.

Beras. 11. Lalu lintas PTP dihasilkan oleh jam grandmaster dua tahap.

Sakelar akar terletak di tengah topologi jaringan lokal Ethernet fasilitas listrik. Server komunikasi dan stasiun kerja operator terhubung ke sakelar ini. Diagram di atas juga menyediakan penggunaan dua sakelar lainnya: satu di pusat kendali 330 kV, yang kedua di pusat kendali 132 kV. Solusi ini memungkinkan Anda mengurangi jumlah kabel yang diperlukan untuk menghubungkan perangkat proteksi relai dan otomasi. Sakelar yang dipasang di setiap pusat kendali memberikan kemungkinan pertukaran informasi antara perangkat proteksi relai (misalnya, pesan ANGSA dengan sinyal untuk memulai kegagalan pemutus, larangan penutupan otomatis, dll.). Hal ini memastikan fungsionalitas fungsi terdistribusi jika terjadi kegagalan komunikasi dengan saklar pusat.

Jumlah saklar yang digunakan ditentukan oleh keseimbangan antara aspek-aspek berikut:

• Fleksibel: Lebih banyak switch berarti lebih banyak port.
• Keandalan: semakin banyak saklar yang ada dalam sistem, semakin besar kemungkinan kegagalan satu saklar.
• Keandalan operasional: Jika sebuah saklar gagal, berapa banyak elemen yang akan hilang kendalinya?

Penggunaan PTP cocok dengan solusi tradisional penggunaan jaringan lokal oleh perusahaan jaringan listrik. Profil PTP untuk industri tenaga listrik (Power Profile) memungkinkan pengoperasian dalam kondisi adanya saluran komunikasi redundan saat menggunakan protokol redundansi protokol RSTP, karena penundaan saluran dinilai, termasuk pada jalur komunikasi yang diblokir secara logis. Ketika pesan PTP disebarkan sepanjang rute jaringan alternatif, nilai penyesuaian dalam pesan Tindak Lanjut PTP akan menentukan penundaan di sepanjang rute baru.

Salah satu keputusan yang harus diambil saat membuat sistem sinkronisasi waktu adalah apakah sakelar harus beroperasi dalam mode jam transparan atau jam tepi. Mode paling sederhana adalah jam transparan. Saat menggunakan mode ini, pemecahan masalah jaringan menggunakan penganalisis lalu lintas (misalnya, aplikasi Wireshark) jauh lebih mudah. Keuntungan menggunakan jam batas adalah memisahkan jam grandmaster yang beroperasi dari jam budak. Hal ini dicapai dengan selalu memperbarui jam batas, bukan sekadar memperkirakan waktu sinkronisasi pesan.

Mari kita pertimbangkan skenario kegagalan jalur komunikasi antara saklar akar dan saklar yang dipasang di pusat kendali 132 kV, yang bertindak sebagai jam transparan. Dalam hal ini, akan terjadi penyimpangan pembacaan masing-masing jam slave (perangkat proteksi relai) dari waktu sebenarnya dan satu sama lain karena perbedaan karakteristik generator osilasi internal. Laju peningkatan perbedaan akan bergantung pada beberapa faktor, termasuk kualitas osilator dan perubahan suhu. Jika gangguan komunikasi berlanjut dalam waktu yang cukup lama, perbedaan pembacaan waktu perangkat proteksi relai dan otomasi elemen level tegangan 132 kV dapat menjadi signifikan. Situasi ini identik dengan situasi ketika jalur komunikasi yang menyediakan sinkronisasi IRIG-B dengan solusi tradisional terputus.

Jika sakelar di pusat kendali 132 kV bertindak sebagai jam batas, maka perangkat budak akan disinkronkan dengan jam batas. Selama pengoperasian normal, jam batas akan disinkronkan dengan jam grandmaster. Jika sambungan dengan jam grandmaster terputus, maka perangkat proteksi relai tetap tersinkronisasi dengan jam batas. Waktu lokal pada jam batas perlahan-lahan akan menyimpang dari waktu jam grandmaster - hal ini juga akan terjadi pada jam slave, dengan kecepatan yang sama. Dalam hal ini, semua perangkat proteksi relai akan disinkronkan satu sama lain. Dalam situasi ini, kualitas jam internal pada perangkat proteksi relai tidak menjadi masalah.

Mengganti sistem sinkronisasi waktu:IRIG– B padaPTP

Situasi mungkin muncul ketika sistem sinkronisasi waktu yang ada perlu diganti, misalnya, ketika memperkenalkan kompleks dengan fungsi baru di fasilitas listrik. Contoh yang diberikan mempertimbangkan skenario perluasan gardu induk yang memerlukan pembangunan pusat kendali terpisah. Di gardu induk yang ada, jaringan Ethernet digunakan untuk mengimplementasikan pertukaran data antara perangkat proteksi relai, dan protokol IRIG-B digunakan untuk menyinkronkan perangkat tepat waktu. Jalur komunikasi serat optik digunakan sebagai media transmisi data untuk LAN Ethernet dan sistem sinkronisasi waktu, karena media ini memberikan kekebalan kebisingan yang tinggi dan isolasi galvanik. Repeater digunakan untuk mengubah sinyal IRIG-B yang ditransmisikan melalui jalur komunikasi optik menjadi sinyal listrik IRIG-B, yang disuplai langsung ke antarmuka perangkat proteksi relai.

Beras. Gambar 12 mengilustrasikan diagram garis tunggal gardu induk 330/132 kV, gedung ruang kendali yang ada, dan sambungan komunikasi antar gedung sebelum perluasan.

Beras. 12. Diagram garis tunggal gardu induk 330/132 kV yang menunjukkan jumlah bangunan pusat kendali, hubungan antar bangunan, dan struktur sistem sinkronisasi waktu.

Perusahaan jaringan listrik sedang melaksanakan proyek perluasan switchgear 330 kV dengan pemasangan trafo daya 330/132 kV lainnya. Direncanakan untuk membangun gedung ruang kendali lain di mana perangkat proteksi relai dan otomasi serta peralatan lainnya akan dipasang. Meskipun tampaknya mungkin untuk merutekan sinyal IRIG-B dari pusat kendali 132 kV, hal ini akan disertai dengan kesalahan sinkronisasi waktu tambahan karena panjangnya jalur komunikasi. Perluasan gardu induk ini memberikan peluang bagus untuk mendapatkan pengalaman menggunakan protokol PTP.

Pada saat yang sama, jumlah peralatan yang perlu diganti cukup sedikit. Jika jam master yang terhubung ke GPS tidak mendukung PTP, maka perlu diganti. Dalam proyek ini, peralatan Tekron dipilih - model TCG 01-G, yang mendukung protokol PTP dan NTP. Jika switch Ethernet root tidak mendukung profil PTP untuk tenaga listrik (Power Profle), maka harus diganti dengan switch yang mengimplementasikan dukungan ini (dalam proyek ini, penggantian dilakukan dengan switch GE Multilink ML3000). Dalam hal ini, konfigurasi switch sebelumnya harus didokumentasikan dalam bentuk VLAN, pemfilteran multicast, konfigurasi port, dan protokol SNMP untuk mereplikasinya pada switch baru.

Pada tahap akhir, direncanakan untuk menggunakan konverter dari format protokol PTP ke format IRIG-B dalam OPU baru. Konverter yang ditentukan menyediakan kemampuan untuk menghubungkan perangkat proteksi relai dengan antarmuka IRIG-B. Setiap sakelar Ethernet yang akan dipasang di GPU baru harus mendukung peran jam transparan atau peran jam batas sesuai dengan profil PTP Power Utilities. Beras. 13 mengilustrasikan diagram gardu induk setelah perluasan. Saat memperluas fasilitas, perlu juga dicari tahu apakah perangkat proteksi relai yang dipasang dapat mendukung protokol PTP. Jika demikian, hal ini dapat menghilangkan kebutuhan akan konverter dan juga memberikan pengalaman tambahan dalam menggunakan PTP di perangkat akhir.

Beras. 13. Diagram gardu induk setelah perluasan (pemasangan trafo daya tambahan, perluasan switchgear 330 kV dan pembangunan pusat kendali baru).

Dalam arsitektur yang diusulkan untuk membangun sistem sinkronisasi waktu, tidak perlu mengkompensasi waktu propagasi sinyal sinkronisasi untuk perangkat yang terletak di pusat kendali baru, karena ini disediakan oleh mekanisme peer-to-peer untuk menentukan waktu tunda. profil PTP untuk industri tenaga listrik (Power Profile). Hal ini menyederhanakan tugas pengaturan sistem kontrol dan sistem lain yang memerlukan sinkronisasi waktu presisi mikrodetik.

Dalam hal desain kabinet, mungkin hanya ada satu perubahan yang terkait dengan kebutuhan untuk memasang konverter PTP (satu untuk setiap kabinet), yang tujuannya adalah untuk menghilangkan kebutuhan untuk memasang jalur komunikasi khusus untuk mentransmisikan sinyal IRIG-B. Saat ini, banyak perusahaan jaringan listrik beralih dari penggunaan sambungan kabel tembaga antara proteksi relai dan kabinet otomasi, dengan menggabungkan perangkat kabinet ke dalam satu jaringan Ethernet. Dalam situasi seperti itu, keuntungan lain dari pendekatan ini dapat digunakan - penggunaan protokol PTP, yang pesannya ditransmisikan melalui jaringan Ethernet yang sama dengan sinyal perangkat proteksi relai.

Beras. Gambar 14 mengilustrasikan sistem sinkronisasi waktu konvensional menggunakan IRIG-B (termodulasi/baseband). Semua perangkat proteksi relai terhubung ke sistem kontrol proses otomatis melalui antarmuka Ethernet, namun, pada fasilitas listrik yang lebih lama, perangkat juga dapat dihubungkan melalui antarmuka RS-485 (menggunakan protokol DNP3 atau IEC 60870-5-101).

Beras. 14. Sistem sinkronisasi waktu tradisional dan hubungan komunikasi antar perangkat.

Saat menggunakan protokol PTP, disarankan untuk mengatur komunikasi antar kabinet melalui jalur komunikasi serat optik. Jam budak PTP, seperti konverter PTP, digunakan untuk mengkonversi ke salah satu protokol sinkronisasi waktu standar (IRIG-B dalam contoh yang ditunjukkan). Pembuatan sinyal IRIG-B oleh konverter ini di setiap kabinet memungkinkan adanya format waktu dan zona waktu yang berbeda dibandingkan dengan skenario penggunaan server waktu tunggal yang menyiarkan data dalam format protokol IRIG-B. Beras. 15 mengilustrasikan contoh bagaimana protokol PTP dapat digunakan untuk menyinkronkan waktu perangkat proteksi relai yang ada menggunakan konverter dari format PTP ke format salah satu protokol standar dan sekaligus menyinkronkan waktu perangkat proteksi relai modern dengan dukungan PTP.

Penggunaan protokol PTP ketika memperluas dan memodernisasi fasilitas listrik yang ada memberikan peluang bagi perusahaan jaringan listrik dan integrator untuk mendapatkan pengalaman menggunakan protokol PTP. Di masa depan, pengalaman juga dapat diperoleh dalam menggunakan perangkat proteksi relai dengan dukungan asli untuk protokol PTP.

Jika sebuah perusahaan jaringan listrik baru mulai menerapkan komunikasi melalui jaringan Ethernet lokal antara perangkat proteksi relai dan otomasi, maka Anda harus memperhatikan kemungkinan bahwa sakelar yang digunakan dapat mendukung protokol PTP. Penting untuk memastikan bahwa switch mendukung protokol di tingkat perangkat keras - dukungan untuk masing-masing profil PTP dapat diimplementasikan pada tahap selanjutnya dengan mengubah perangkat lunak yang mendasari switch Ethernet.

Membangun jaringan redundan menggunakan protokol PTP

Aspek penggunaan PTP dalam fasilitas listrik baru telah dibahas di atas. Bagian ini membahas prinsip dasar penggunaan PTP di jaringan Ethernet redundan. Penting untuk memperhatikan prinsip-prinsip dasar berikut:

• Kegagalan perangkat jaringan atau jalur komunikasi apa pun tidak boleh mengakibatkan kegagalan fungsi proteksi dan kontrol lebih dari satu sambungan switchgear.
• Kit proteksi relai utama dan cadangan digunakan, yang sering disebut proteksi utama No. 1/proteksi utama No. 2, set A/B atau X/Y.
• Pengaruh kontrol pada peralatan switching dihasilkan langsung dari perangkat proteksi relai dan otomasi, melewati pengontrol/perangkat kontrol.

Anda dapat melakukan reservasi dengan salah satu cara berikut, yang masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangannya masing-masing:

• Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP), yang menyediakan kemampuan untuk membuat jaringan cincin. Protokol ini didukung oleh banyak, jika tidak semua, switch Ethernet. Waktu yang diperlukan untuk memulihkan komunikasi antar perangkat tidak konstan dan bergantung pada sejumlah faktor.
• Protokol Redundansi Paralel (PRP). Saat menggunakan protokol ini, kesinambungan pertukaran informasi terjamin jika terjadi kegagalan fungsi pada jalur komunikasi terpisah atau sakelar terpisah. Memerlukan dukungan khusus untuk protokol ini atau penggunaan perangkat redundansi, serta duplikasi infrastruktur jaringan Ethernet.
• Protokol Seamless Redundancy (HSR) dengan keandalan tinggi. Kontinuitas pertukaran informasi dipastikan jika terjadi kegagalan fungsi pada jalur komunikasi terpisah atau sakelar terpisah. Ini tidak memerlukan penggunaan sakelar tambahan. Ruang lingkup protokol terbatas pada topologi jaringan ring Ethernet, dan dukungan khusus untuk protokol oleh perangkat yang terhubung (misalnya, jam PTP atau perangkat proteksi relai) atau koneksinya dilakukan melalui perangkat redundansi khusus.

Contoh yang diberikan pada bagian ini bergantung pada penggunaan PRP dan menghilangkan kebutuhan akan saklar terpisah per rongga atau per diameter switchgear, yang sering digunakan untuk tujuan menjaga kemampuan proteksi dan kontrol setelah terjadi kegagalan peralatan komunikasi. Dalam beberapa skenario, penggunaan PRP dapat mengurangi jumlah switch Ethernet yang digunakan dibandingkan dengan penggunaan RSTP.

Proteksi X (atau proteksi utama No. 1) diterapkan saat menggunakan perangkat proteksi relai seri General Electric UR, karena perangkat ini mendukung protokol PTP dan PRP. Proteksi X menyediakan fungsi kontrol dan perekaman sementara selain fungsi proteksi relai. Proteksi Y (atau proteksi utama No. 2) diimplementasikan saat menggunakan perangkat proteksi relai dari pabrikan lain yang mendukung protokol PTP atau NTP untuk sinkronisasi waktu.

Beras. 16 mengilustrasikan topologi jaringan Ethernet. Dua jaringan lokal, yang ditunjuk A dan B, diimplementasikan, keduanya aktif pada titik waktu yang sama. Protokol RSTP bekerja sedemikian rupa sehingga memblokir tautan komunikasi berlebihan, yang ditunjukkan sebagai garis putus-putus pada gambar. Secara khusus, ini adalah tautan antara Root Switch #2 dan Switch Y. Beberapa server media beroperasi dengan port Ethernet kedua dinonaktifkan hingga tautan utama gagal. Data koneksi juga ditampilkan dengan garis putus-putus.

Beras. 16. Jaringan lokal Ethernet diimplementasikan menggunakan protokol PRP.

Diharapkan dalam waktu dekat, server komunikasi ICS dengan dukungan PRP asli akan tersedia, yang memungkinkan dua jalur komunikasi tetap aktif secara bersamaan. Switch Y dapat menyediakan fungsionalitas redundansi untuk perangkat proteksi relai Y, menyediakan pemrosesan pesan duplikat.

Sakelar Ethernet kini tersedia dengan sejumlah besar port, sehingga menghilangkan kebutuhan untuk menggunakan sakelar di setiap kabinet untuk menyambungkan perangkat proteksi relai. Pada gardu induk kecil, penggunaan sakelar X1, X2 dan Y untuk menghubungkan perangkat proteksi relai mungkin tidak diperlukan dan sebaliknya, pada gardu induk tegangan tinggi mungkin disarankan untuk menggunakan sakelar X1, X2 dan Y untuk setiap level tegangan. Terlepas dari topologi jaringan Ethernet, penggunaan switch Ethernet yang mendukung peran jam transparan atau batas akan memberikan kemampuan untuk menghubungkan klien di mana saja dalam jaringan.

kesimpulan

Penggunaan protokol sinkronisasi waktu yang beroperasi melalui jaringan Ethernet mengurangi biaya desain, implementasi, dan pemeliharaan sistem. Protokol PTP, yaitu profil protokol untuk industri tenaga listrik (Power Profile), memecahkan sejumlah masalah yang terkait dengan sistem sinkronisasi waktu untuk sistem otomasi gardu induk, dan penggunaannya secara optimal sesuai dengan ideologi membangun pertukaran data antar perangkat sekunder. fasilitas listrik melalui jaringan Ethernet.

Bibliografi

1. D.M.E. Ingram, P.Schaub, D.A. Campbell & R.R. Taylor, “Evaluasi metode sinkronisasi waktu presisi untuk aplikasi zat,” Simposium IEEE Internasional 2012 tentang Sinkronisasi Jam Presisi untuk Pengukuran, Kontrol dan Komunikasi (ISPCS 2012), San Francisco, AS, 23-28 September 2012. Tersedia di http://eprints.qut.edu.au/53218/.
2. D.M.E. Ingram, P.Schaub, D.A. Campbell & R.R. Taylor, “Penilaian kuantitatif terhadap waktu presisi yang toleran terhadap kesalahan untuk zat listrik,” Transaksi IEEE pada Instrumentasi dan Pengukuran, Oktober 2013. Volume 62, Edisi 10, hlm.2694-2703. tersedia dari

• Apa yang harus dilakukan jika komputer Anda sering lag
• Panggilan Cepat: penanda visual terbaik untuk browser Google Chrome
• Cara menonaktifkan add-on browser yang memblokir skrip agar tidak berjalan
• Teknologi baru dari Google “Aplikasi Instan” – apa itu dan bagaimana cara menginstal pembaruan Aplikasi Instan
• Login "Halaman Saya" Facebook
• Daftar di Facebook dan masuk ke halaman Anda
• Memecahkan masalah berbagi printer
• Memecahkan masalah berbagi printer
• Apa yang perlu Anda ketahui tentang pembatasan Facebook
• Dasar-dasar Linux untuk Pemula

• Lewati batasan TeamViewer
• Pembuat kata sandi acak Pembuat kata sandi telepon dengan frasa sandi
• Bagaimana cara membuat blok dalam satu baris menggunakan css?
• Menginstal Joomla di komputer lokal Anda
• Hal menarik apa yang bisa kamu temukan di Internet?
• Ulasan Sony Ericsson Xperia Neo: memenuhi harapan
• Smartphone Samsung GT I8160 Galaxy Ace II: review dan spesifikasi
• Analogi Bla Bla Car di Rusia: alternatif apa yang dimiliki layanan ini, apa bedanya?
• NewPipe adalah analog YouTube gratis dengan opsi untuk mengunduh musik dan video di Android
• Cara memeriksa kecepatan hosting dan memuat halaman sumber daya web Dua cara untuk mengetahui kebenarannya