60 № 3 – 2015

ТЕСТ-ДРАЙВ

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?

ВНЕШНИЙ ВИДИсточник сигналов синхронизации ИСС-1 пред-

ставляет собой небольшую коробочку (рис. 1). На его лицевой панели расположены все компо-ненты, к которым можно подключиться: интерфейс для подключения антенны GPS (в комплекте), два интерфейса для вывода сигналов синхронизации, выходной контакт готовности, COM-порт для на-стройки, ячейки для предохранителей, вход пита-ния и световая индикация. Это все, что нужно при-бору для выполнения своих функций.

ФУНКЦИИНабор 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 мо-

ниторинг состояния антенны – обрыв антенного провода, короткое замыкание;

� режим теплого старта: уменьшение времени по-иска спутников и установки синхронизации в слу-чае фиксированного местоположения устройства;

� дискретные выходы для аварийно-предупреди-тельной сигнализации;

� программное конфигурирование.Мы протестируем такие характеристики устрой-

ства, как время выхода на готовность, поддержи-ваемые протоколы синхронизации времени и реа-лизацию программного конфигурирования.

ВРЕМЯ ВЫХОДА НА ГОТОВНОСТЬПо данным, предоставленным производителем,

ИСС-1 имеет очень малые времена синхрониза-ции со спутниками GPS/ГЛОНАСС. Первый тест заключается в измерении времени синхронизации со спутниками в жестких городских условиях.

В устройстве ИСС-1 имеется специальный све-тодиод индикации синхронизации со спутниками. Кроме того, в ПО отображается текущее состоя-ние устройства и источник синхронизации (от GPS или от собственного генератора). Мы стали счи-тать время выхода на синхронизацию со спутника-

АвторЧайкин В.C.

Налаживаем синхронную работу с сервером времени ИСС-1

Рис. 1. Внешний вид ИСС-1

№ 3 – 2015 61

ТЕСТ-ДРАЙВ

ми в разных режимах: холодном, теплом и горячем стартах.

В основе стартов лежат два терми-на. Альманах – совокупность данных об основных параметрах орбит спутников. Эфемериды – данные, по которым вычис-ляются отклонения орбиты, коэффици-енты возмущения и т.п., иначе – данные, уточняющие положения спутников.

Принцип подключения при общем рас-смотрении выглядит следующим образом:

1. Поиск спутников.2. Установление связи с первым воз-

можным для обмена данными.3. Получение альманаха не только спут-

ника, с которым осуществляется связь, но и других спутников орбитальной группировки конкретной системы GPS/ГЛОНАСС.

4. Получение эфемерид от каждого из спутников.

5. Синхронизация.

ОПЫТ № 1: ХОЛОДНЫЙ СТАРТХолодный старт – время, требуемое для

синхронизации сервера при включении устройства после длительного перерыва.

В такой ситуации альманах и эфемери-ды вообще отсутствуют в памяти устрой-ства, поэтому значительное время требу-ется для загрузки данных.

Подобный эффект наблюдается также при переносе устройства на новое место, сильно удаленного от изначального. Мы ограничивались проверкой с точки зрения отключения прибора на продолжительное время (сутки и более).

Среднее время составило 3 минуты, что очень достойно для такого ограничен-ного для видимости спутников простран-ства. Кроме того, проводился запуск устройства без выноса антенны на улицу. В данном эксперименте время холодного старта составило шесть минут.

Производитель, в свою очередь, за-являет, что холодный старт устройства осуществляется менее чем за 2 минуты. Имея в виду, что наше местоположение отличается от «стандартных» мест уста-новки антенн, довольно неплохо!

ОПЫТ № 2: ТЕПЛЫЙ СТАРТТеплый старт – время, требуемое для

синхронизации сервера при потере и вос-становлении питания в короткий срок. Это время значительно меньше времени холодного старта, так как необходимо об-новить только данные эфемерид.

Чайкин В.C., менеджер проекта ООО «ТЕКВЕЛ»

0

5

10

15

20

25

30

35

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

ВРЕМ

Я, С

№ ИТЕРАЦИИ

Теплый старт ИСС-1

Время включения ИСС-1

Время синхронизации со спутником

Суммарное время вкл+синхр

Время теплого старта, заявленного производителем

0

5

10

15

20

25

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Врем

я, с

№ Итерации

Горячий старт

Время горячего старта Время горячего старта, заявленного производителем

0

5

10

15

20

25

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Врем

я, с

№ Итерации

Горячий старт

Время горячего старта Время горячего старта, заявленного производителем

Рис. 3. Время синхронизации ИСС-1 со спутником при горячем старте, при потере сигнала от антенны на время – не более 3 минут

0

5

10

15

20

25

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Врем

я, с

№ Итерации

Горячий старт

Время горячего старта Время горячего старта, заявленного производителем

0

5

10

15

20

25

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Врем

я, с

№ Итерации

Горячий старт

Время горячего старта Время горячего старта, заявленного производителем

Рис. 4. Время синхронизации ИСС-1 со спутником при горячем старте, при потере сигнала от антенны на время – более 10 минут

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

62 № 3 – 2015

ТЕСТ-ДРАЙВ

Важно отметить, что альманах и эфе-мериды актуальны 30 суток и 30 минут, соответственно.

В рамках эксперимента по измере-нию времени теплого старта мы отклю-чали устройство от питания на время от 5 до 10 минут, после включения за-меряли время включения устройства, а также время синхронизации. На рис. 2 представлен соответствующий график,

на котором изображены времена вклю-чения устройства, время синхронизации со спутником, суммарное время на вклю-чение и синхронизацию, а также время, заявленное производителем.

ОПЫТ № 3 – ГОРЯЧИЙ СТАРТГорячий старт – время, требуемое

для синхронизации сервера при вос-становлении после повреждения ка-

нала связи с антенной, без потери пи-тания 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 ан-тенны.

КОНФИГУРИРОВАНИЕ Удобность в пользовании, или по-

другому юзабилити, конфигуратора на достаточно хорошем уровне. Порадовала возможность автоматического определе-ния COM-порта, по которому выполнено подключение.

Конфигуратор ИСС-1 встретил нас первым диалоговым окном «Состояние» (рис. 5), отражающим текущие параме-тры устройства. Во-первых, это индика-торы состояния подключения антенны (ANT), синхронизации устройства со спут-никами (LOCK) и информационного обме-на со спутниками (DATA).

Отдельный подраздел «Спутники» показывает общее количество спутни-ков, видимых сервером времени, и ко-личество спутников ГЛОНАСС из них. В процессе тест-драйва мы включали устройство, соответственно, синхро-низировали много раз, но количество спутников ГЛОНАСС оставалось рав-ным нулю. Причина кроется в регла-менте производителей навигационных систем. Согласно регламенту, использо-вание GPS находится в приоритете. Ес-ли спутников не хватает, то используют ГЛОНАСС. Мы нашли восемь спутников GPS – результат отличный, тем более что для точной синхронизации достаточ-но четырех спутников.

Раздел «Конфигурация» (рис. 6) не-сколько подпортил общее впечатление. Единственный параметр, который досту-пен для изменения – «Тип выдаваемых данных». Ни один параметр из остально-го перечня после применения конфигура-ции не устанавливается, а возвращается в исходное значение.

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

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

Рис. 6. Раздел «Конфигурация»

№ 3 – 2015 63

ТЕСТ-ДРАЙВ

покрытия года, качества времени, летне-го времени, местного времени и високос-ной 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 фор-матов 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 ИСПЫТАНИЯВ данном опыте мы решили использо-

вать два сторонних устройства: � устройство сопряжения с шиной про-

цесса (УСШ) производства компании «Профотек», которое оснащено интер-фейсом синхронизации времени 1PPS;

� микропроцессорный терминал ре-лейной 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, раз-личают три режима работы: глобаль-ной и локальной синхронизации време-ни, а также без синхронизации. Признак глобальной синхронизации выставля-ется УСШ, когда сервер времени, фор-мирующий сигнал 1PPS, получает сиг-нал GPS/ГЛОНАСС; признак локальной синхронизации – когда сервер време-ни формирует синхроимпульсы соглас-но внутреннему генератору импульсов; признак отсутствия синхронизации вре-мени – в условиях отсутствия синхроим-пульса. С режимом отсутствия синхро-низация времени все понятно, его УСШ идентифицирует по факту исчезновения импульса 1PPS. А вот разграничивать режимы глобальной и локальной син-хронизации УСШ должен помогать сер-вер времени, изменяя длину импульса 1PPS (при локальной синхронизации – в диапазоне 0,9–1,1 мкс, при глобаль-ной – 5 мкс–500 мс).

В этой части помощника из ИСС-1 не получилось: в его настройках можно за-давать длину импульса синхронизации,

но эта настройка действительна для лю-бого режима работы и не изменяется в зависимости от того, присутствует или отсутствует прием сигналов GPS/ГЛО-НАСС. Поэтому наш УСШ всегда транс-лировал пакеты с признаком синхро-низации Global 1PPS, что мы видели в программе Wireshark. При исчезновении синхроимпульса признак синхрониза-ции времени в пакете МЭК 61850-9-2LE принимал значение 0 (none). Казалось бы, синхронизировался УСШ – и это все, что нужно. Однако режим локаль-ной синхронизации времени введен для того, чтобы детализировать качество этой синхронизации и обеспечивать со-хранение работоспособности некоторых функций, в частности, защит с абсо-лютной селективностью, реализуемых устройствами РЗА одного энергообъек-та и получающих информацию от одно-го и того же сервера времени. Указан-ное было бы невозможно при наличии только двух режимов: наличия и отсут-ствия синхронизации времени.

В оправдание стоит отметить, что ука-занные три режима поддерживают дале-ко не все УСШ, и далеко не все сервера времени умеют изменять длительность синхроимпульса 1PPS в зависимости от наличия/отсутствия связи со спутника-ми GPS/ГЛОНАСС. ИСС-1 может изме-нять длительность импульса, но только при пользовательской настройке, так как добавление о режимах синхрони-зации Global и Local в 9-2LE появилось совсем недавно. Производитель в свою очередь пообещал разобраться в дан-ном вопросе и добавить автоматиче-ское изменение длительности импульса в сервер времени.

С терминалом РЗА SEL-451, оснащен-ным интерфейсом синхронизации вре-мени IEEE 1344, проблем не возникло. В настройках ИСС-1 мы выставили соот-ветствующий формат, и это все, что по-требовалось. После подключения терми-нал синхронизировался, о чем говорит соответствие метки времени в GOOSE-сообщении и с информацией, отображае-мой на интерфейсе ИСС-1 (рис. 8).

ВЫВОДЫУстройство ИСС-1 показало хорошие

результаты в части быстродействия син-хронизации со спутниками глобальных навигационных систем. Измеренные в хо-де тест-драйва показатели соответствуют тем, которые декларирует производитель.

Вряд ли устройство способно выполнять функции основного сервера времени на энергообъекте, поскольку им не поддер-живаются такие широко распространен-ные 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 ре-гистраторов переходных режимов, ИСС-1 вполне подходит, тем более у «Прософт-Системы» есть регистраторы собствен-ной разработки, что означает наличие комплексного решения, и это большой плюс.

Что ждать от этого устройства в буду-щем? Поддержки новых протоколов син-хронизации времени, а именно PTP. Ког-да конкретно, пока не известно, однако тест-драйв обновленного ИСС-1 мы с удо-вольствием проведем.

Рис. 7. Раздел «Настройка выходов»

Рис. 8. Синхронизация устройства РЗА SEL-451