Сервер времени ИСС-1: налаживаем синхронную работу

К нам на тест-драйв попало устройство из разряда обязательных к использованию на цифровых подстанциях - сервер времени ИСС-1, предоставленный компанией «Прософт-Системы».

Какими достоинствами обладает данное устройство? Может ли оно использоваться в качестве основного для синхронизации по времени всех вторичных устройств на энергообъекте? Попытаемся разобраться в этих и других вопросах в ходе тест-драйва.

Внешний вид

Достав из коробки сервер времени ИСС-1, мы несколько удивились его размерам. Небольшая коробочка, представленная на рис. 1, как заверяет производитель, – источник сигналов синхронизации. На лицевой панели расположены все компоненты, к которым можно подключиться. Среди них: интерфейс для подключения антенны GPS (в комплекте), два интерфейса для вывода сигналов синхронизации, выходной контакт готовности, COM-порт для настройки, ячейки для предохранителей, вход питания и световая индикация. Это все, что нужно прибору, для выполнения своих функций.

внешний вид
Рис. 1. Внешний вид ИСС-1

Функции

Набор функций достаточно стандартен для устройств такого класса:

  • прием сигналов от глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС и GPS;
  • формирование сигналов точного времени в форматах 1PPS, IRIG-B, IEEE 1344, 10 МГц;
  • индикация режима работы;
  • самодиагностика, в том числе непрерывный мониторинг состояния антенны – обрыв антенного провода, короткое замыкание;
  • режим теплого старта: уменьшение времени поиска спутников и установки синхронизации в случае фиксированного местоположения устройства;
  • дискретные выходы для аварийно-предупредительной сигнализации;
  • программное конфигурирование.

Мы протестируем наиболее интересные характеристики устройства: время выхода на готовность, поддерживаемые протоколы синхронизации времени и реализацию программного конфигурирования.

Время выхода на готовность

По данным, предоставленным производителем, ИСС-1 имеет очень малые времена синхронизации со спутниками GPS/ГЛОНАСС. Наш офис «выгодно» расположен в окружении бетонных зданий, и требуемое количество открытого небосвода определенно меньше, чем требует большинство производителей серверов времени, поэтому первый тест, который мы выбрали для ИСС-1, заключается в измерении времени синхронизации со спутниками в жестких городских условиях.

В устройстве ИСС-1 имеется специальный светодиод индикации синхронизации со спутниками, кроме того в ПО (о нем позже) отображается текущее состояние устройства и источник синхронизации (от GPS или от собственного генератора). Вооружившись секундомером, мы стали считать время выхода на синхронизацию со спутниками в разных режимах.

Холодный, теплый и горячий старты. На интуитивном уровне наладчики, возможно, понимают, о чем идет речь, более глубокими познаниями обладают разработчики таких устройств. Уверены, небольшой экскурс в мир космоса не повредит.

В основе видов стартов лежат два термина. Альманах – совокупность данных об основных параметрах орбит спутников. Эфемериды – данные, по которым вычисляются отклонения орбиты, коэффициенты возмущения и т.д., иначе – данные, уточняющие положения спутников.

Принцип подключения при общем рассмотрении выглядит следующим образом:

  1. Поиск спутников.
  2. Установление связи с первым возможным для обмена данными.
  3. Получение альманаха не только спутника, с которым осуществляется связь, но и других спутников орбитальной группировки конкретной системы GPS/ГЛОНАСС.
  4. Получение эфемерид от каждого из спутников.
  5. Синхронизация.

Об особенностях стартов далее.

Опыт №1 – Холодный старт

Холодный старт – время, требуемое для синхронизации сервера при включении устройства после длительного перерыва.

В такой ситуации альманах и эфемериды вообще отсутствуют в памяти устройства, поэтому значительное время требуется для загрузки данных.

Подобный эффект наблюдается также при переносе устройства на новое место, сильно удаленного от изначального. Удаленных мест у нас в офисе не много, поэтому мы ограничивались проверкой с точки зрения отключения прибора на продолжительное время (сутки и более).

Среднее время составило 3 минуты, что очень достойно для такого ограниченного для видимости спутников пространства. Кроме того, проводился запуск устройства без выноса антенны на улицу. В данном эксперименте время холодного старта составило 6 минут.

Производитель в свою очередь заявляет, что холодный старт устройства осуществляется менее чем за 2 минуты. Имея в виду, что наше местоположение отличается от «стандартных» мест установки антенн – довольно неплохо.

Опыт №2 – Теплый старт

Важно отметить, что альманах и эфемериды актуальны 30 суток и 30 минут соответственно.

Теплый старт – время, требуемое для синхронизации сервера при потере и восстановлении питания в короткий срок. Время это значительно меньше времени холодного старта, так как необходимо обновить только данные эфемерид.

В рамках эксперимента по измерению времени теплого старта мы отключали устройство от питания на время от 5 до 10 минут, после включения замеряли время включения устройства, а также время синхронизации. На рис. 2 представлен соответствующий график, на котором изображены времена включения устройства, время синхронизации со спутником, суммарное время на включение и синхронизацию, а также время, заявленное производителем.

теплый старт
Рис. 2. Время синхронизации ИСС-1 со спутником при теплом старте

Опыт №3 – Горячий старт

Горячий старт – время, требуемое для синхронизации сервера при восстановлении после повреждения канала связи с антенной, без потери питания устройства. В данной ситуации также необходимо установить связь со спутником и, если требуется, обновить эфемериды. На рис. 3 и 4 приведены соответствующие графики при разном времени повторного подключения антенны.

горячий - старт 3 минуты
Рис. 3. Время синхронизации ИСС-1 со спутником при горячем старте, при потере сигнала от антенны на время не более 3 минут
горячий-старт 10 минут
Рис. 4. Время синхронизации ИСС-1 со спутником при горячем старте, при потере сигнала от антенны на время более 10 минут

Конфигурирование

Конфигуратор, наряду с аналогичными программами от «Прософт-Системы», не отличается изысканным дизайном, но юзабилити сохраняется на достаточно хорошем уровне. Порадовала возможность автоматического определения COM-порта, по которому выполнено подключение.

Диалоговое окно раздела «Состояние» программы конфигурации ИСС-1
Рис. 5. Диалоговое окно раздела «Состояние» программы конфигурации ИСС-1

Конфигуратор ИСС-1 встретил нас первым диалоговым окном «Состояние» (рис. 5), отражающим текущие параметры устройства. Во-первых, это индикаторы состояния подключения антенны (ANT), синхронизации устройства со спутниками (LOCK) и информационного обмена со спутниками (DATA).

Отдельный подраздел «Спутники» показывает общее количество спутников, видимых сервером времени, и количество спутников ГЛОНАСС из них. В процессе тест-драйва мы включали устройство, соответственно, синхронизировали много раз, но количество спутников ГЛОНАСС оставалось равным нулю. Причина кроется в регламенте производителей навигационных систем. В соответствии с регламентом, использование GPS находится в приоритете. Если спутников не хватает, то используют ГЛОНАСС, а мы «нашли» 8 спутников GPS в рамках бетонной коробки в центре Москвы – результат отличный, тем более что для точной синхронизации достаточно четырех спутников.

Раздел «Конфигурация»
Рис. 6. Раздел «Конфигурация»

Раздел «Конфигурация» (рис. 6) несколько подпортил общее впечатление. Единственный параметр, который доступен для изменения, – «Тип выдаваемых данных». Ни один параметр из остального перечня после применения конфигурации не устанавливается, а возвращается в исходное значение.

Раздел «Настройка выходов»
Рис. 7. Раздел «Настройка выходов»

Раздел «Настройка выходов» (рис. 7) порадовал возможностью настройки двух выходов на одновременную работу и объемом параметров, доступных для задания. При параметрировании выходов можно выбрать один из протоколов, согласно которому будут формироваться сигналы синхронизации времени: PPS или IEEE 1344 (стандарт, определяющий расширения временного кода IRIG-B для покрытия года, качества времени, летнего времени, местного времени и високосной секунды).

На момент тестирования устройства отсутствовала поддержка различных форматов временных кодов IRIG-B, хотя в конфигурационном ПО был виден пункт меню с соответствующим выпадающим списком. Это надо учитывать, так как не все производители поддерживают IEEE 1344, а с точки зрения поддержки форматов временных кодов IRIG-B решения производителей отличаются.

Также интересной функцией является настройка длительности импульса PPS. Диапазон можно задать от 10 мкс до 10 мс.

Натурные испытания

После анализа внешних и внутренних характеристик ИСС-1 так и напрашивается что-нибудь им синхронизировать. В данном опыте мы решили использовать два сторонних устройства:

  • Устройство сопряжения с шиной процесса (УСШ) производства компании «Профотек», которое оснащено интерфейсом синхронизации времени 1PPS.
  • Микропроцессорный терминал релейной защиты и автоматики (РЗА) Schweitzer Engineering Laboratories – SEL 451 с интерфейсом синхронизации IEEE 1344.

С точки зрения синхронизации по времени УСШ, согласно техническим требованиям Implementation Guideline For Digital Interface To Instrument Transformers Using IEC 61850-9-2, различают три режима работы: глобальной и локальной синхронизации времени, а также без синхронизации. Признак глобальной синхронизации выставляется УСШ, когда сервер времени, формирующий сигнал 1PPS, получает сигнал GPS/ГЛОНАСС; признак локальной синхронизации – когда сервер времени формирует синхроимпульсы согласно внутреннему генератору импульсов; признак отсутствия синхронизации времени – в условиях отсутствия синхроимпульса. С режимом отсутствия синхронизация времени  все понятно, его УСШ идентифицирует по факту исчезновения импульса 1PPS. А вот разграничивать режимы глобальной и локальной синхронизации УСШ должен помогать сервер времени, изменяя длину импульса 1PPS (при локальной синхронизации  в диапазоне 0,9-1,1 мкс, при глобальной синхронизации: 5 мкс – 500 мс).

В этой части помощника из ИСС-1 не получилось: в его настройках можно задавать длину импульса синхронизации, но эта настройка действительна для любого режима работы и не изменяется в зависимости от того, присутствует или отсутствует прием сигналов GPS/ГЛОНАСС. Поэтому наш УСШ всегда транслировал пакеты с признаком синхронизации Global 1PPS, что мы видели в программе Wireshark. При исчезновении синхроимпульса признак синхронизации времени в пакете МЭК 61850-9-2LE принимал значение 0 (none). Казалось бы, синхронизировался УСШ и это все, что нужно. Однако режим локальной синхронизации времени введен для того, чтобы детализировать качество этой синхронизации и обеспечивать сохранение работоспособности некоторых функций, в частности защит с абсолютной селективностью, реализуемых устройствами РЗА одного энергообъекта и получающих информацию от одного и того же сервера времени. Указанное было бы невозможно при наличии только двух режимов: наличия и отсутствия синхронизации времени.

В оправдание стоит отметить, что указанные три режима поддерживают далеко не все УСШ и далеко не все сервера времени умеют изменять длительность синхроимпульса 1PPS в зависимости от наличия/отсутствия связи со спутниками GPS/ГЛОНАСС. ИСС-1 может изменять длительность импульса, но только при пользовательской настройке, так как добавление о режимах синхронизации Global и Local в 9-2LE появилось совсем недавно. Производитель в свою очередь пообещал разобраться в данном вопросе и добавить автоматическое изменение длительности импульса в сервер времени.

С терминалом РЗА SEL-451, оснащенным интерфейсом синхронизации времени IEEE 1344, проблем не возникло. В настройках ИСС-1 мы выставили соответствующий формат, и это все, что потребовалось. После подключения терминал синхронизировался, о чем говорит соответствие метки времени в GOOSE-сообщении и с информацией, отображаемой на интерфейсе ИСС-1 (рис. 8).

Синхронизация устройства РЗА SEL-451
Рис. 8. Синхронизация устройства РЗА SEL-451

Выводы

Устройство ИСС-1 показало хорошие результаты в части быстродействия синхронизации со спутниками глобальных навигационных систем. Измеренные в ходе тест-драйва показатели соответствуют тем, которые декларирует производитель. Навряд ли устройство способно выполнять функции основного сервера времени на энергообъекте, поскольку им не поддерживаются такие широко распространенные протоколы синхронизации времени как NTP/SNTP; также не поддерживаются и различные форматы временных кодов IRIG-B. Но для отдельных применений, например при установке на объекте регистраторов переходных режимов, ИСС-1 вполне подходит, тем более у «Прософт-Системы» есть регистраторы собственной разработки, что означает наличие комплексного решения, и это большой плюс.

ИСС-1

 

Что ждать от этого устройства в будущем? Поддержки новых протоколов синхронизации времени, а именно PTP. Когда конкретно, пока не известно, однако тест-драйв обновленного ИСС-1 мы с удовольствием проведем!

Цифровая подстанция

(close)

 

Цифровая подстанция

(close)

Имя пользователя должно состоять по меньшей мере из 4 символов

Внимательно проверьте адрес электронной почты

Пароль должен состоять по меньшей мере из 6 символов

 

 

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: