Như chúng ta đã biết ở bài trước, chuẩn đồng bộ thời gian IEEE 1588-2002 được thiết kế cho các mạng đo lường, điều khiển trong công nghiệp. Sang đến phiên bản IEEE 1588-2008, ngoài việc ứng dụng cho mạng công nghiệp (Default Profile) nó đã được ứng dụng cho cả mạng viễn thông diện rộng (Telecom WAN) thông qua khuyến nghị ITU-T G.8265.1 (Telecom Profile) và trong mạng nội bộ của trạm điện (Substation LAN) qua khuyến nghị IEEE C37.238-2011 (Power Profile)
Tại sao phải sử dụng IEEE 1588v2 cho Substation LAN?
Theo IEEE C37.118.1-2011, tiêu chuẩn IEEE cho đồng bộ pha đo lường (Synchrophasor Measurements) cho cho hệ thống điện:
Một lỗi pha có giá trị 0,57 độ (0.01 radian) sẽ là nguyên nhân gây ra 1% Total Vector Error (TVE) … Điều này tương ứng với một lỗi thời gian ± 26μs cho một hệ thống có tần số 60Hz và ± 31μs cho một hệ thống 50Hz.
Khuyến cáo của IEEE là cần một nguồn đồng bộ thời gian đáng tin cậy cung cấp thời gian, tần số, và sự ổn định tần số tốt hơn ít nhất 10 lần so với giá trị tương ứng với 1% TVE, có nghĩa là ± 2,6μs với hệ thống 60Hz và ± 3,1μs với 50Hz.
Các giải pháp đồng bộ thời gian thường được sử dụng trong trạm điện là IRIG-B hoặc SNTP. Trong đó, giao thức IRIG-B AM đạt sai số dưới 1ms còn IRIG-B DC-shifted đạt mức dưới 100μs.
Giao thức SNTP sử dụng kiến trúc Client-Server (IRIG-B và IEEE 1588 là kiến trúc Master-Slave) nên sai số phụ thuộc rất nhiều vào kiến trúc mạng, trong trường hợp lý tưởng nhất, kết nối trực tiếp các Client với Server qua giao tiếp mạng có độ trễ thấp, có thể đạt sai số đến 200μs. Tuy nhiên đó là trường hợp lý tưởng, thông thường sai số của nó trong mạng nội bộ của trạm điện được chấp nhận ở mức 1-3ms.
Tuy nhiên, cả IRIG-B và SNTP đều không đạt được yêu cầu mà IEEE C37.118.1-2011 đề ra, đó là lý do mà chuẩn IEEE 1588v2 với sai số ở mức 100ns đến 1μs (tùy kiến trúc, sơ đồ mạng và giải pháp kỹ thuật của từng hãng) được khuyến cáo sử dụng.
Khuyến nghị IEEE C37.238-2011:
+ Chạy trong mạng LAN lớp 2
+ Chỉ sử dụng địa chỉ Multicast
+ Đo độ trễ theo kết nối peer-to-peer
+ Switch mạng hoạt động ở chế độ Transparent Clocks
+ Sai số của thiết bị tham chiếu <200ns
+ Sai sổ tổng thế của toàn hệ thống ở mức <1μs
+ Hỗ trợ tối thiểu đến 16 lớp Switch mạng
Do sử dụng trong Substation LAN nên IEEE C37.238-2011 yêu cầu các thiết bị phải chạy trong mạng Layer 2 và chỉ sử dụng địa chỉ Multicast cho các gói tin đồng bộ. Các Switch mạng hỗ trợ IEEE 1588v2 và chạy ở chế độ Transparent Clocks.
Đối với các yêu cầu về sai số, chúng ta đều biết rằng, qua mỗi lớp Switch mạng, sai số lại tăng thêm do các công đoạn xử lý và chuyển gói tin đồng bộ trên đó:
Như vậy, yêu cầu sai số tổng thể <1μs với tối thiểu 16 lớp Switch, với sai số của thiết bị tham chiếu ở mức 200ns, mỗi thiết bị Switch mạng hoạt động ở chế độ Transparent Clocks phải đảm bảo sai số <50ns.
Tuy nhiên, trên đây chỉ là các yêu tối thiểu cần phải đáp ứng, đa số các thiết bị tham chiếu có thể đạt mức sai số 30-100ns hoặc thấp hơn, các Switch mạng với thiết kế hardware time stamping có thể đạt sai số dưới 10ns
Ứng dụng liên quan
Công nghiệp thời đại Internet, hay còn được nhắc đến với khái niệm “Industry 4.0” hoặc “Indutrial IoT”, phần nhiều được nhìn nhận là một vấn […]
Quy hoạch và triển khai hệ thống mạng Wi-Fi có thể là nhiệm vụ khó khăn đối với hầu hết các vận hành viên. Kỹ sư mạng cần lựa chọn cần thận…
Tóm tắt Sự hội tụ của các giao thức điều khiển trên thị trường đang định hình lại tự động hóa nhà máy. Nhu cầu ngày […]
