Sincronização do sistema de precisão com o Protocolo PTP IEEE-1588

DESAFIO: muito tempo gasto na criação de soluções alternativas de software para sincronizar dispositivos em seu sistema de inspeção.

Solução:

Use o Protocolo PTP IEEE-1588 com câmeras FLIR para sincronizar dispositivos dentro de alguns microssegundos, sem a necessidade de soluções alternativas. A sincronização de sistemas a uma base de hora comum possibilita designs de sistema simplificados que minimizam tremores e maximizam a taxa de transferência.

O que é o Protocolo de Precisão de Tempo (PTP) IEEE-1588?

O Protocolo PTP IEEE-1588 é uma tecnologia comprovada que sincroniza os relógios internos de dispositivos Ethernet habilitados para PTP, como robôs, sistemas de controle e componentes, para criar timestamps sincronizadas no sistema todo. Seu desenvolvimento foi impulsionado pela necessidade de utilitários elétricos e de telecomunicações de sincronizar grades de energia e redes móveis. 

O Protocolo PTP IEEE-1588 possibilita sincronizar facilmente dispositivos habilitados para PTP dentro de alguns microssegundos, comparado ao Protocolo NTP, que opera na escala de milissegundos.

Figura 1: o atraso do caminho é calculado e levado em conta na sincronização dos 
relógios entre dispositivos. O primário envia dois sinais para o 
escravo em (1) e (2). Depois, o secundário envia um sinal de volta (3) e o atraso do caminho é calculado e aplicado para sincronizar os relógios (4).

Como o Protocolo PTP IEEE-1588 funciona?

Dispositivos primário (mestre) e secundário (escravo) trocam mensagens com timestamp e as comparam para determinar o atraso do caminho entre eles. Com base nesse cálculo de deslocamento, o dispositivo secundário ajusta seu relógio interno para sincronizar com o primário (veja Fig. 1). Estabilidade de frequência a longo prazo é obtida por meio da sincronização periódica dos relógios para compensar pela deriva (veja Fig. 2).

Figure 2: Figura 2: relógios executando na mesma frequência sofrem deriva com o tempo.
Dispositivos IEEE 1588 periodicamente sincronizam para compensar isso.

Como é uma implementação simples de PTP IEEE-1588?

Em uma implementação simples de PTP IEEE-1588, alguns dispositivos Ethernet habilitados para PTP se conectam a um switch com um dispositivo funcionando como relógio mestre. Os dispositivos sincronizam com o relógio primário, estabelecendo uma hora comum com a rede. Se nenhum dispositivo atua como relógio primário, os dispositivos habilitados para PTP consultam uns aos outros para determinar o melhor relógio e sincronizar com ele.

Se sua rede requer uma base de hora do mundo real, conecte a um relógio mestre, como o Trimble Thunderbolt® GM100, que usa o sinal de hora de um sistema GPS (veja Fig. 3).

Quais são os principais benefícios do Protocolo PTP IEEE-1588 para a visão de máquina?

Carimbos de hora precisos que estabilizam a taxa de transferência do sistema 

Esquemas de controle de sistema de automação que dependem de sensores discretos em cada etapa de um processo têm muitas fontes de jitter, definido como a diferença entre sinais periódicos ideais e reais (veja Fig. 4). O Protocolo PTP IEEE-1588 habilita a coordenação precisa de dispositivos, com base em timestamps em vez de sinais de sensores. Isso reduz jitter, habilita a coordenação precisa do sistema e torna a taxa de transferência mais previsível.

Figura 4: Jitter de sinal

Por exemplo, em uma aplicação industrial simples usando sinais com base em sensor, uma parte vai para uma esteira, uma etiqueta é aplicada a ela e uma câmera inspeciona para verificar a etiqueta. Se a etiqueta estiver faltando, como o sistema poderá determinar onde ocorreu o problema? Talvez a parte chegou tarde e perdeu a etapa de etiquetagem ou talvez a câmera tenha sido acionada antes da hora. Em um sistema usando o Protocolo PTP IEEE-1588, cada ação no processo receberia uma timestamp de acordo com uma base de hora comum. Isso possibilitaria a identificação da sequência exata de eventos e o ponto da primeira falha.

Largura de banda reduzida e processamento de sobrecarga

O Protocolo PTP IEEE-1588 libera largura de banda de rede e ciclos de CPU, comparado a soluções alternativas que requerem captação frequente do sensor. Ele habilita designs de sistema simplificados que apresentam implementação rápida e fácil manutenção. O PTP IEEE-1588 também é confiável e funciona sem supervisão do usuário em topologias grandes e complexas de rede. 

Se você está usando câmeras GigE Vision, habilitar PTP não requer alterar suas aplicações existentes, pois o padrão GigE Vision tem suporte a timestamps de PTP IEEE-1588.

Sistemas PTP IEEE-1588 são a prova de futuro

A Internet Industrial das Coisas (IIoT) e a Quarta Revolução Industrial terão impacto profundo na próxima geração de sistemas de automação. O objetivo da IIoT é aumentar a eficiência por meio da criação de redes de "objetos smart", como robôs, sistemas de controle, câmeras e outros sensores, e do uso de analítica de big data para maior otimização de processo. Timestamps precisas para cada etapa do processo serão componentes fundamentais dessas redes. Colocar dispositivos habilitados para PTP IEEE-1588 em seu sistema vai garantir que você estará pronto para a IIoT amanhã.

Como as câmeras FLIR ajudam você a aproveitar ao máximo o PTP IEEE-1588?

As câmeras FLIR Blackfly S GigE e a futura Oryx 10 GigE têm suporte a PTP IEEE-1588. Elas oferecem um ponto de partida para implementar o PTP IEEE-1588 em seu sistema de inspeção para estabilizar sua taxa de transferência, reduzir sua largura de banda e a sobrecarga de processamento e deixam você pronto para a tecnologia de amanhã. Para saber mais sobre esses e outros ótimos benefícios das câmeras FLIR Blackfly S e Oryx, entre em contato conosco hoje.  

Harris, Ken. "An application of IEEE 1588 to industrial automation." Precision Clock Synchronization for Measurement, Control and Communication (2008): 71-76.
Srinivasan, Seshadhri, et al. "Verifying response times in networked automation systems using jitter bounds." Software Reliability Engineering Workshops (ISSREW), 2014 IEEE International Symposium on. IEEE, 2014.