În prezent, din ce în ce mai multe pachete de date sunt transferate și procesate într-un timp din ce în ce mai scurt. Această tendință se observă și în industria automatizărilor. Din acest motiv, comunicația bazată pe Ethernet a fost aleasă ca tehnologie de transport pentru viitorul apropiat. Exceptând viteza de transmisie și uşurința de configurare, o altă latură importantă în automatizările industriale este sincronizarea precisă între echipamentele din rețea. Acest lucru este imperativ pentru rețelele de distribuție a energiei electrice, deoarece este nevoie de marcarea precisă a timpului și de sincronizarea rețelei pentru a putea coordona echipamentele larg distribuite şi pentru a regla transferul de energie.
Sincronizarea și măsurarea timpului cu o precizie cât mai mare în rețelele de distribuție a energiei electrice pot valorifica un avantaj revoluționar: o “rețea inteligentă” (engl. Smart Grid) cu eficienţă, siguranță și fiabilitate sporite, care să respecte cerinţele de energie ale utilizatorilor din rețea în mod inteligent și autonom.
Într-o rețea industrială, sincronizarea timpului permite diverselor echipamente din rețea să folosească același ceas pentru coordonarea activităților specifice. Integratorii de rețea au la dispoziție mai multe posibilități de sincronizare a timpului. Fiecare dintre acestea au avantaje și dezavantaje, dar nu toate pot fi folosite optim pentru o rețea industrială.
Tabelul 1 prezintă o comparație între cele mai utilizate protocoale de sincronizare a timpului.
Inter-range Instrumentation Group (IRIG): Standardul IRIG definește un cod de timp în format serial folosit în rețelele de comunicaţie serială. A fost standardizat pentru prima dată în 1956 și este o tehnologie învechită folosită pentru sistemele seriale vechi. IRIGB 205-87 este ultima actualizare a acestui standard.
Network Time Protocol (NTP): NTP este un protocol de sincronizare a timpului pentru rețelele de date, folosit prima dată în anul 1985.
NTP se bazează pe un sistem ierarhic și stratificat pentru a răspândi timpul curent în rețea. Așa cum se observă în Figura 1, NTP impune o arhitectură ierarhică de tip arbore a rețelei pentru a se evita dependențele ciclice.
Global Positioning System (GPS): Sateliții GPS sunt ceasuri atomice foarte precise care orbitează în jurul Pământului. Semnalele de satelit care poartă informația de timp sunt transmise cu viteza luminii către receptoarele de la sol. Aceste semnale, care ating viteza luminii, sunt, de asemenea, corectate aplicând principiile relativităţii generale, astfel încât fiecare receptor de la sol va avea o informație a timpului foarte exactă.
IEEE1588v2 (sau Precision Time Protocol – PTP): PTP este un protocol standard utilizat în industrie care facilitează transferul precis al frecvenței și timpului pentru a sincroniza ceasurile folosind o rețea Ethernet bazată pe pachete de date. Protocolul sincronizează ceasurile slave locale ale fiecărui echipament din rețea cu un ceas din sistem numit “Grand-Master”. Sincronizările ceasurilor dintre master și slave sunt transmise în pachete specifice PTP.
În forma sa de bază protocolul PTP nu are nevoie de administrare.
Sistemele industriale, cum ar fi rețelele de automatizare din substațiile electrice, se bazează pe o sincronizare precisă a timpului, cu scopul de a coordona activitatea diverselor subsisteme și echipamente.
Totuși, multe dintre tehnologiile de sincronizare a timpului existente, nu sunt potrivite pentru cerinţele sistemelor automate industriale de măsură și control deoarece sunt insuficient de precise sau ineficiente din punct de vedere al costurilor.
Pentru rețelele industriale contează fiecare nanosecundă, dar multe tehnologii vechi de sincronizare a timpului nu pot atinge acest nivel de performanță. De exemplu, o rețea de automatizare a substațiilor electrice are nevoie de o precizie la nivel de nanosecunde pentru achizițiile de date cu scopul de a maximiza comportamentul aplicațiilor critice, cum ar fi înregistrarea defecțiunilor, monitorizarea și controlul de la distanță. Protocoalele IRIGB și NTP au un ordin de mărime prea mic pentru a obține precizia de nanosecunde.
Chiar și în condiții ideale, precizia protocolului NTP poate fi măsurată în sute de microsecunde.
Rețeaua GPS asigură informaţii despre timp foarte exact, măsurate de către ceasuri atomice precise, dar pentru a avea acces la aceste date, rețeaua de automatizare trebuie să posede un receptor GPS în fiecare nod. Acest lucru presupune un cost prohibitiv și este nepractic pentru rețele industriale unde fiecare echipament din rețea are nevoie de informația de timp, deci de propriul receptor GPS.
GPS-ul devine mult mai practic în situația în care există o cale de a reduce numărul de noduri din rețea sau o metodă de a folosi un număr mic de receptoare GPS, prin care toate echipamentele din rețea să beneficieze de exactitatea informaţiilor despre timp.
Protocoalele și sistemele NTP, GPS și IRIGB sunt tehnologii de ultimă oră, dar nu respectă cerințele de operare din substațiile electrice.
Din fericire, protocolul IEEE 1588v2 Precision Time Protocol (PTP) a fost proiectat special pentru sistemele industriale pentru măsurare şi control din substaţiile electrice, astfel încât acestea să poată atinge o precizie extraordinară la un cost rezonabil.
Într-o rețea bazată pe IEEE 1588v2, ceasul “Grand-Master” determină referința de timp pentru întregul sistem de automatizare al substației electice. Switch-ul Ethernet se comportă ca un ceas de periferie sau ca un ceas transparent, iar echipamentele adiționale (cum ar fi concentratoarele, IED-urile și echipamentele de protecţie) se comportă ca ceasuri normale.
Toate aceste echipamente sunt organizate într-o ierarhie de sincronizare de tip master-slave cu ceasul “Grand-Master” în vârful ei.
Așa cum este ilustrat în Figura 2, schimbul de pachete PTP dintre echipamentele master și slave și ajustarea automată a ceasurilor normale duce la sincronizarea întregii rețele. Astfel, numai ceasul “Grand-Master” trebuie conectat la receptorul GPS pentru sincronizarea de timp, el asigurând transmiterea timpului cu exactitate la restul echipamentelor din rețea.
– continuare în numărul viitor –
Iulian Păvăloaia – Inginer Aplicaţii
Imperial Electric S.A.
Tel/Fax.: +40213240414
Tel: +40213240417
www.imperialelectric.ro