Precision Time Protocol 산업 프로필

Precision Time Protocol Industry Profile

여러 개의 분산형 컨트롤러로 구성된 산업 자동화 시스템은 명령, 이벤트 및 프로세스 데이터를 정확하게 동기화해야 합니다.예를 들어 신문인쇄용 모터를 약 5마이크로초 이내에 동기화하여 다른 원통 내의 컬러픽셀이 약 20m/s의 용지속도로 0.1mm 이내가 되도록 한다.고출력 반도체(예: AC 및 DC 그리드 간 변환용)와 드라이브 바이 와이어 차량(예: 기계식 스티어링 휠이 없는 차량)에도 유사한 요건이 존재한다.이 동기화는 통신 네트워크(대부분의 경우 산업용 이더넷)에 의해 제공됩니다.많은 애드혹 동기 방식이 존재하기 때문에 IEEE는 표준 Precision Time Protocol IEEE 1588 또는 "PTP"를 발행하여 마이크로초 미만의 클럭 동기화를 가능하게 합니다.PTP는 일반적으로 공식화되어 있기 때문에 구체적인 어플리케이션에서는 보다 엄격한 프로파일이 필요합니다.특히 PTP에서는 장애에 대한 복원력을 높이기 위해 네트워크가 중복되었을 때 클럭의 동작방법은 지정되어 있지 않습니다.

PTP Industrial Profile(PIP; PTP 산업 프로파일)은 IEC 62439-3의 표준 규격으로, 부속서 C에 2개의 Precision Time Protocol IEEE 1588 / IEC 61588 프로파일, L3E2E 및 L2P2P를 규정하여 네트워크 클럭을 1μs의 정확도로 동기화하고 클럭 장애에 대한 폴트 톨러런스를 제공합니다.

IEC 62439-3 PTP 프로파일은 동기 드라이브, 로봇 공학, 차량 기술 및 기타 정확한 시간 분배를 필요로 하는 응용 프로그램 등 대부분의 산업용 이더넷 네트워크에 적용할 수 있으며, 반드시 중복 네트워크를 사용할 필요는 없습니다.

IEC 62439-3 프로파일 L2P2P는 전력 유틸리티 업계에 의해 IEC/IEE 61850-9-3으로 채택되어 차동 보호, 광역 모니터링 및 보호, 버스바 보호 및 이벤트 기록을 위한 전압 및 전류 측정의 정확한 타임스탬프를 지원합니다.[2]

IEC 62439-3 PTP 프로파일은 자동화 시스템 자체에서 중요한 기능의 결정론적 작동을 보장하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 태스크의 정확한 시작, 자원 예약 및 마감 감독 등이 그것이다.

IEC 62439-3 부록은 고가용성 자동화 네트워크를 위한 Parallel Redundancy Protocol and High-Availability Simless Redundancy 표준 스위트에 속합니다.단, 이 사양은 용장성이 없고 PRP 또는 HSR을 사용하지 않는 네트워크에도 적용됩니다.

토폴로지

  • 1588 네트워크 요소

  • 정밀 클럭을 갖춘 산업용 네트워크

  • PRP에 이중으로 연결된 클럭

  • 변전소 내 PTP 클럭 계층

PIP는 그랜드 마스터 클럭(GC), 일반 클럭(OC), 경계 클럭(BC), 투명 클럭(TC) 및 하이브리드 클럭(HC = TC&OC)으로 구성된 IEEE 1588 토폴로지에 의존합니다.

용장성을 확보하기 위해 PIP 네트워크에는 마스터 대응 클럭이 여러 개 포함되어 있습니다.일반적으로 최적의 마스터 클럭은 1개의 그랜드 마스터만 시간을 브로드캐스트합니다.

다중 네트워크, 특히 PRP에서는 여러 마스터를 동시에 활성화할 수 있으며 슬레이브는 마스터를 선택합니다.

PIP 프로파일 및 부록

  • IEC 62439-3 Annex A에서는 클럭을 중복된 네트워크 패스에 부가하는 방법 및 모든 프로파일에 대해 동시에 액티브한 용장 마스터 클럭을 지원하는 방법이 규정되어 있습니다.
  • IEC 62439-3 부록 B는 변전소 자동화 IEC/IEEE 61850-9-3을 위한 L2PTP 프로파일을 규정한다.IEC/IEEE 61850과 달리 PRP 또는 HSR에 의한 이중 부착은 필수입니다.
  • IEC 62439-3 Annex C는 클럭이 단독으로 접속되어 있을 때 IEEE 규격 1588 Precision Time Protocol(PTP)의 서브셋인 L3E2E와 L2P2P라는2개의 프로파일을 지정합니다.
  • IEC 62439-3 Annex D는 PIP에만 초점을 맞춘 IEEE 1588용 튜토리얼입니다.
  • IEC 62439-3 Annex E에는 이중 접속 클럭을 관리하기 위한 SNMP 개체가 포함되어 있습니다.

주요 기능

IEC 62439-3 Annex C는 다음 IEEE 규격 1588 옵션을 사용합니다.

  • 는, TAI 국제 원자력 시간에 근거하는 PTP 타임 스케일을 사용해, UTC 조정된 세계시를 제공합니다.
  • 클럭 보정을 1스텝(표준) 또는 2스텝(혼합 가능)으로 무관심하게 송신합니다.
  • 는 마스터 클럭과 슬레이브 클럭에 의해 실행되는 기본 베스트 마스터 클럭알고리즘으로 동작합니다
  • 는 링크 지연을 측정하기 위한 두 가지 옵션을 모두 지원합니다.
    • L3E2E: ODVA 요건을 충족하기 위한 레이어 3(인터넷 프로토콜)에 대한 엔드 투 엔드 측정(Delay_Req/Delay_Resp)
    • L2P2P: 레이어 2 이더넷(IEEE 802.3) 링크를 통한 피어 투 피어 측정(Pdelay_Req/Pdelay_Resp).

성능

IEC 62439-3 부록 C는 투명 클럭으로 15개의 교량을 건넌 후 1μs 이상의 정확도를 목표로 한다.모든 네트워크 요소(브릿지, 라우터, 미디어 컨버터, 링크)가 특정 퍼포먼스의 PTP를 지원하는 것을 전제로 하고 있습니다.

  • 그랜드 마스터(GC): 최대 250 ns의 부정확성
  • 투과 클럭(TC): 최대 50 ns의 부정확성
  • 경계 클럭(BC): 200 ns의 최대 부정확도
  • 미디어 컨버터: 최대 지터 50ns, 최대 비대칭 25ns
  • 링크 비대칭: 최대 25 ns 비대칭

이러한 보증치에 의존함으로써 네트워크 엔지니어는 네트워크의 다른 노드에서의 시간 오류를 계산하고 클럭, 특히 그랜드 마스터 클럭을 적절히 배치할 수 있습니다.IEC TR 61850-90-4 (네트워크 엔지니어링 지침)는 변전소 자동화 네트워크에서 IEC/IEEE 61850-9-3 사용에 대한 조언을 제공한다.

IEEE 1588 설정

IEC 62439-3 Annex C는 IEEE 규격 1588의 파라미터를 다음 값으로 제한합니다.

  • domain Number: 0(디폴트 범위)
  • 방송 간격: (디폴트 범위)1초(L2P2P) 또는 2초(L3E2E)
  • 동기 간격: 1초(고정)
  • PDelay 간격: 1초(고정)
  • Announce Receipt Timeout(Announce 타임아웃이 발행될 때까지 Announce 메시지를 수신하지 않고 경과해야 하는 Announce 간격의 수): 3(고정)
  • priority1: 255(슬레이브 전용)
  • priority 2: 255(슬레이브 전용)
  • 트랜스페어런트클럭 프라이머리 Syntonization 도메인: 0(디폴트)

IEEE 규격 1588 추가

IEC 62439-3 Annex C는 IEEE 1588 외에 다음과 같은 요건을 규정한다.

  • 시계는 1단계 및 2단계 보정을 모두 수용해야 합니다(플러그 앤 플레이 개선).
  • 모든 클럭은 IEC 62439-3 프로토콜(PRP "Parallel Redundancy Protocol" 또는 HSR "High-Availability Syless Redundancy")을 사용하여 이중으로 연결할 수 있습니다.
  • 여러 마스터 클럭을 동시에 활성화할 수 있습니다.슬레이브는 최적의 마스터를 선택합니다.
  • 타임아웃을 통해 클럭은 사용되지 않는 경로에서도 PTP 메시지의 손실을 검출할 수 있습니다.
  • 네트워크 토폴로지를 체크하고 모든 요소가 프로토콜을 지원하는지 확인하기 위한 피어 노드 식별.
  • 스토어 앤 포워드 미디어 컨버터를 사용하는 네트워크 및 L2P2P의 경우에만 마스터는 Sync 메시지에 패딩을 추가하여 Sync 메시지와 Pdlay_Req/Pdelay_Resp 메시지의 크기가 동일함을 확인합니다(이것은 IEEE 1588:2017에서 지정됩니다).
  • IEC 62439-3 Annex E에 따른 SNMP에 의한 네트워크 관리

표준 소유자

이 프로토콜은 모든 IEC 산업 네트워크에 적용되는 IEC 62439의 프레임워크에서 IEC SC65C WG15에 의해 개발되었다.그리드 자동화 분야에서 IEC와 IEEE의 병렬 표준을 피하기 위해 이전 IEC 62439-3 부록 B의 그리드 자동화에 특정한 L2PTP 프로파일은 IEC의 산하에 배치되었다.IEEE 공동개발 61850-9-3.기술적 책임은 IEC SC65C WG15에 있으며, 이는 IEC 62439-3 프로파일 L2P2P 및 IEC/IEE 61850-9-3의 정렬 상태를 유지하기 위해 노력하고 있습니다.

레퍼런스

  1. ^ 고가용성 자동화 네트워크, Part 3: PRP, HSR 및 PIP
  2. ^ Kirrmann, Hubert; Dickerson William IEC IEEE Precision Time Protocol, Pacworld, 2016년 9월

외부 링크