Projeto de energia da planta, um requisito básico do usuário que é: quando o sistema de disparo, a necessidade de fornecer um tempo de gravação de cada disparo (função SOE) instantânea, a precisão do tempo tipicamente de 1 milissegundo, e, em seguida, determina o tempo de viagem com base nestas prioridades, a investigação O motivo do problema. Para tornar os tempos de viagem comparáveis, o tempo entre a planta inteira e ainda mais plantas precisa ser sincronizado. Isso nos leva ao tópico de hoje: sincronização do relógio.

O que é o CIP Sync?

sincronização CIP na extensão sincronização do relógio da CIP (Common Industrial Protocol), baseado no padrão IEEE-1588-2008 - precisão protocolo de sincronização do relógio para a medição de rede e sistema de controle (referido como PTP). O CIP Sync também é um padrão desenvolvido pela ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) e é totalmente compatível com o padrão IEEE 802.3 (Ethernet).

O IEEE 1588-2008 é um mecanismo que permite que todos os dispositivos em um sistema de rede sejam sincronizados com base em um tempo comum com precisão sub-sutil. Com a ajuda de componentes de hardware, você pode até obter uma precisão de um bilionésimo de segundo. A mensagem de Sincronização CIP (IEEE-1588 PTP) tem o nível mais alto de prioridade de transmissão em todo o sistema de rede, o que garante a precisão da sincronização do relógio.

Por que usar o protocolo de sincronização CIP?
Isso ocorre porque o uso da sincronização CIP pode obter as seguintes vantagens:
1. conformidade com o padrão IEEE 802.3, o que significa que um switch Ethernet padrão usando uma sincronização do relógio comum pode ser alcançado precisão de menos de 1 milissegundo. Rede que suporta IEEE 1588 V2 ou IEEE 1588 configuração do switch V1, cada dispositivo de rede pode chegar a 100 relógio 100 nanosegundos e precisão de sincronização delicada. Os switches habilitados para IEEE 1588 são totalmente compatíveis com a Ethernet IEEE 802.3.
2. Compatível com qualquer tecnologia Ethernet padrão, como várias topologias Ethernet, como estrela, anel, árvore, etc. Melhor flexibilidade quando o projeto é implementado.
3. Na fase de configuração do sistema, desde a sincronização do relógio mais curto, sincronização de quadro não precisa classificar rede, propaga automaticamente o relógio usado.
4. Simplifique a estrutura do sistema. sistemas anteriores para estabelecer uma rede de sincronização do relógio sincronização especial, que é devido a ser levado para o sinal original sincronização do relógio GPS, o formato do sinal por causa de problemas de compatibilidade, é redes necessárias e industriais, barramento de campo separadamente. Por exemplo, use: Synch-link (veja a figura abaixo), ou conexão de linha de comunicação RS485. Isso levará ao aumento dos custos de fiação, à introdução de interferência eletromagnética e ao aumento de gerenciamento e manutenção.

Como a sincronização CIP é baseada na Ethernet padrão, cada vez mais fábricas e empresas estão usando conexões Ethernet industriais. Portanto, os recursos Ethernet existentes podem ser totalmente utilizados e o sinal de sincronização não precisa ser conectado separadamente.

Visão geral da sincronização CIP

A sincronização CIP pode ser executada no módulo Ethernet EN2T da plataforma ControlLogix da Rockwell Automation. O cliente usou o feedback: "O comportamento padrão do protocolo faz com que a instalação e a operação do sistema simples não precisem mais ficar preocupadas com o gerenciamento da fábrica". Como a configuração da EN2T é muito simples e fácil, ela foi altamente reconhecida pelos usuários.

EN2T se comporta como um relógio normal em uma Ethernet. ControlLogix ou EN2T sinérgica pode Logix relógio backplane sobre a precisão do relógio e CST PTP relógio mestre relógio do sistema M ou o mais avançado GM.

A figura descreve um CIP da rede de sincronização com base em Ethernet, módulo EN2T CIP Ethernet para suportar sincronização, M para o relógio mestre, S para o relógio escravo. O Relógio Grão Mestre aqui se refere ao relógio que está sincronizado em um domínio usando o protocolo como a fonte de tempo final. A figura do sistema com a função mais avançada relógio arbitragem, o relógio do sistema pode curar, uma falha relógio de tempo não vai parar a transferência ou sincronizar, o sistema pode determinar o seu próprio para encontrar o melhor relógio mestre (Melhor Master Clock).

Sistema de hardware que suporta sincronização CIP

Controlador: O controlador ControlLogix possui o suporte nativo para sincronização CIP. Pode ser usado como mestre e escravo do preciso relógio PTP e do relógio cooperativo CST. Não há necessidade de programar um relógio compartilhado entre os controladores. Simplesmente marque a caixa de opção na página de configuração do controlador e o sistema de alarme extrairá automaticamente o sinal de sincronização CIP.
O tempo é compartilhado entre os controladores, um controlador Logix atua como o relógio mestre e os outros controladores Logix atuam como relógios escravos.

Módulo Ethernet: EN2T suporta sincronização CIP. As funções básicas são:

1 Status e configuração: pacote de sincronização CIP.
2 Objeto CST: tempo do sistema de leitura, relógio do sistema de coordenadas, deslocamento do sistema.
3 Objeto de sincronização de tempo: ativar / desativar, obter / definir o tempo, definir o relógio mestre de prioridade, obter o status de sincronização, obter o status mestre do PTP do relógio preciso atual e as informações.
4 Página da Web: diagnóstico de PTP

Switch: 1783-ETAP, suporta a função de relógio transparente. Um relógio transparente é um dispositivo que pode medir o tempo em que uma mensagem de evento PTP passa pelo dispositivo e envia as informações para o relógio que aceita a mensagem de evento PTP.
Comutadores: STRATIX 8000 e 8300. Funções básicas:

1 Relógio transparente
2 Relógio de limite. Um relógio de limite é aquele que tem várias portas PTP de protocolo de tempo de precisão em um domínio e mantém um relógio de escala de tempo usado nesse domínio. Ele pode ser usado como fonte de tempo, isto é, como relógio mestre, mas também pode ser sincronizado com outro relógio, que é o relógio escravo.

E / S distribuída: ArmorBlock que suporta a sincronização CIP. A função é a seguinte:
1 +/- 100 microssegundos de registro de data e hora.
2 Comutação de 3 portas, entrada, saída e porta interna.
3.16 Entradas SOE, saída agendada para reserva.
Fonte de alimentação de 4.24VDC.

Módulo SOE para montagem em rack: 1756-IH16ISOE / -IB16ISOE, versão de firmware 2.7. Fornece a tecnologia mais recente e o melhor sistema de detecção de falha / primeira falha de SOE econômico. As funções básicas são:
1 Suporte para sincronização CIP integrada.
2 Suporta registro de tempo de alta precisão com valores "em tempo real" de fontes de tempo Ethernet padrão.
3 A estrutura da solução SOE é muito simples, eliminando o cabo de sincronização original, como o SyncLink. Em sistemas multi-rack, os módulos GPS também não são necessários.
4 O módulo fornece um novo "x10 primeiro no primeiro modo de saída".
5 Em aplicativos de alta velocidade, a reprodução de 10 timestamps de evento pode ser fornecida para cada RPI de intervalo de pacote de solicitação.
6 O tempo de resposta aumentou em um fator de 10.
Caso de uso de tempo de sincronização CIP: primeira detecção de falha (SOE)

Os sensores do sistema de segurança na máquina defeituosa às vezes emitem intermitentemente um sinal de falha, o que eventualmente leva a uma interrupção na produção, o que, por sua vez, causa a falha de outras máquinas relacionadas. detecção de falhas convencional ou sistema de alarme não pode determinar a falha real ocorre quando a seqüência de fracasso, e, portanto, não consegue encontrar a causa raiz do tempo de inatividade e o verdadeiro motivo da falha.
A falta de estampar com precisão do sinal de entrada, pode ser muito analisar com precisão a falha do primeiro sinal, determinando-se assim facilmente a causa da falha inicial de um batente mecânico.
O registro de hora público fornece o padrão de referência de tempo comum para a interação entre o usuário do login do sistema de alarme (tempo) e o registro de hora (registro de data e hora) do evento de alarme.
O setor de energia exige relógios com menos de 1 milissegundo de precisão para consultas analíticas para a primeira falha da infraestrutura de usinas distribuídas de grande área.

Exemplo de solução típica de usina 1

A figura acima mostra um caso de aplicação com relógio GPS e redundância do controlador ControlLogix. Os dois controladores superiores são CPUs de ControlLogix de backup quente. Um módulo GPS é inserido no rack do terceiro andar para receber sinais de relógio de satélites GPS. Aqui, o GPS é usado como o relógio de nível mais alto (GM), e outros módulos Ethernet EN2TR no sistema são usados como o relógio escravo S. O módulo Ethernet EN2TR em cada rack atua como o relógio mestre local M. O módulo L6X, SOE e o módulo ArmorBlock SOE distribuído no rack atuam como relógios escravos S através do sinal de sincronização CIP.

O comutador ETAP na figura suporta a sincronização CIP para a conversão NTP do protocolo de relógio da rede, para que possa conectar a IHM e o PC.

Solução típica para exemplo de usina 2

FIG Há L6x a partir da fonte em tempo real externo TDA, e, em seguida, transmitidos para o módulo de Ethernet EN2T esta cremalheira, sendo este sistema de GM o maior relógio EN2T, utilizando UCT / CST (CIP síncrona / PTP) outro EN2T cremalheira O sinal de temporização é fornecido a partir do relógio S. A EN2T em cada rack fornece o tempo para os módulos SOE no rack. Alcance o objetivo de todo o sistema por um tempo unificado.

Aqui estão as instruções para os três relógios na figura:

1 CST - relógio síncrono. É um relógio de backplane que começa a funcionar quando o sistema é inicialmente ligado. Ele atua como um relógio principal para o backplane, coordenando a troca de tarefas, o controle de movimento, os timestamps das placas de E / S e outros eventos do sistema. Este relógio não tem nenhuma referência real ao tempo real porque ele roda livremente (em milissegundos) quando o controlador é ligado e não pode ser ajustado com valores externos. O relógio CST é usado para coordenar o rack local. A sincronização de módulos e as tarefas de software usam esse comportamento sinérgico de relógio, como cartões de controle de movimento para tarefas periódicas, interrupções do controlador, etc ...
2 UTC - coordena o relógio mundial. Este relógio é o relógio do sistema e fornece um relógio imparcial, independentemente da posição do controlador. É recomendado para o relógio do timestamp do evento. Usando o UTC como timestamp, os eventos podem ser comparados entre os fusos horários sem compilar o tempo baseado em geo. O relógio do sistema fornece um registro de data e hora que não é apenas independente da região, mas também evita problemas de horário de verão em determinadas áreas.
3 WCT - Hora do relógio de parede, usando o formato de horário gregoriano. Desta vez, o formato é: ano, mês, dia, hora, minuto, segundo e sutil. Por exemplo, a hora específica pode ser expressa como: 2011: 07: 05: 12: 15: 02.012345. A fonte externa do relógio pode vir de:
• NTP - Protocolo de Horário da Rede;
• Ferramenta de Atualização do Relógio Logix 5000;
• interface GPS;
• interface IRIG B.

Resumo

O tempo é diferente em uma arquitetura integrada: a precisão rack-a-rack é de 100 ns (nanossegundos 10-9 segundos);
Use um comutador que suporte a função de sincronização CIP / PTP com um erro de sincronização <100 ns;
O módulo SOE da Rockwell Automation tem uma precisão de selo de tempo <100μs;

As soluções da Rockwell Automation usam racks padrão ControlLogix e os protocolos de tempo são transportados através da Ethernet padrão para suportar uma arquitetura SOE totalmente distribuída, de modo que os operadores possam determinar a causa da falha. Com baixo custo e alta precisão, essas soluções são as soluções SOE mais flexíveis do mercado e ideais para o setor de energia.