時間同期

このセクションでは、HIL デバイスの時刻同期を実行する方法について説明します。

コンポーネントが無視されます:このコンポーネントはTyphoonSimでは無視されます。TyphoonSimシミュレーション中、このコンポーネントへの入力は破棄され、コンポーネントからの出力はゼロになります。
リアルタイムのみ:このドキュメントは、リアルタイム/VHIL シミュレーションにのみ有効です。

IRIG-B

IRIG-Bは、1秒間隔のフレームで構成されるシリアル日付時刻フォーマットで、100個のパルスがフィールドに分割されています。時刻同期デバイスは、秒、分、時、曜日のフィールドをデコードし、IRIG時間モードで有効な時刻データを検出して内部のタイムクロックを設定します。

HILデバイスは、非変調IRIG-B入力をサポートします。非変調IRIG-BタイムコードはIRIG-B00 xです。最後の桁（2または0）は、コード化された表現式を示します。

タイムコード形式IRIG-B002は、2進化10進数（BCD）タイムコード（HH、MM、SS、DDD）です。この形式は、従来のIRIG-B（レガシー）を表します。

タイムコード形式 IRIG-B000 は、BCD タイムコード (HH、MM、SS、DDD) と、その日のストレート バイナリ秒 (SBS) (0 ～ 86400 秒) で構成され、年、うるう秒、夏時間、UTC 時間オフセット、時間品質、パリティ (奇数) のデータを含む制御機能拡張も含まれています。

IRIG-B000 タイムコード形式を使用する場合、HIL デバイスはタイムコード データのみを解析します。

時間同期は100分の1秒単位の精度で実現できます。つまり、HILデバイスは10秒、秒、分、時、日の各フィールドをデコードし、IRIG時間モードで有効な時間データを10ミリ秒の分解能で検出すると、内部タイムクロックを設定します。

PTP

高精度時間プロトコル（PTP）は、コンピュータネットワーク全体のクロックを同期するために使用されるプロトコルです。ローカルエリアネットワークでは、サブマイクロ秒単位のクロック精度を実現できるため、計測・制御システムに適しています。PTPはIEEE 1588規格で規定されています。

IEEE 1588規格は、クロック配信のための階層型マスター・スレーブ・アーキテクチャを規定しています。このアーキテクチャでは、時間配信システムは、1つ以上の通信媒体（ネットワークセグメント）と1つ以上のクロックで構成されます。通常のクロックは、単一のネットワーク接続を持つデバイスであり、同期基準の送信元（マスターまたはリーダー）または送信先（スレーブまたはフォロワー）のいずれかになります。境界クロックは複数のネットワーク接続を持ち、あるネットワークセグメントを別のネットワークセグメントに正確に同期させることができます。システム内の各ネットワークセグメントには、同期マスターが選択されます。ルートタイミング基準はグランドマスターと呼ばれます。グランドマスターは、そのネットワークセグメントにあるクロックに同期情報を送信します。

PTP ネットワーク アーキテクチャの例を図 1に示します。

図1 PTPネットワークアーキテクチャ[1]

IEEE 1588には、PTPの動作パラメータとオプションを定義するプロファイル概念が含まれています。通信、電力配電、オーディオビジュアルなどのアプリケーション向けに複数のプロファイルが定義されています。

HIL デバイスは通常のクロックとしてのみ動作できます。

時間同期の使用

HIL デバイスには 3 つの同期レベルを定義できます。

  1. 完全なデバイス同期

    完全に同期されている場合の HIL デバイスの機能は次のとおりです。

    • 内部デバイスクロックを同期することで、長期間にわたるドリフトを防ぐことができます。
    • シミュレーション開始時間の同期（シミュレーションは2回目のロールオーバー、つまり次の秒の開始時に開始されます）
    • 信号キャプチャのためのリアルタイムトリガータイムスタンプ
    • 内部システム時刻同期
    • 通信プロトコルの同期
    表1デバイスのサポートと構成
    同期ソース HILデバイス 時刻同期コンポーネントの構成
    PTP HIL101、HIL404、HIL506、およびHIL606 PTPを同期ソースとして、利用可能なイーサネットポートと必要なPTP構成を選択します。
    HIL602+とHIL604 PTPを同期ソースとして、イーサネットポート2と希望するPTP構成を選択します。
    IRIG-B HIL604、HIL506、およびHIL606 同期ソースとして「IRIG-B」を選択します

    PTP 経由の HIL602+ および HIL604 デバイスの完全なデバイス同期の場合、イーサネット ポート 2 は、 IEC 61850 サンプル値プロトコル以外のアプリケーションには使用できません。

    重要: PTP を介して完全なシステム同期を実現するには、ハードウェア タイムスタンプ方式を使用する必要があります。

  2. 内部システム時刻同期

    Typhoon HILツールチェーンの一部のアプリケーションは、HILデバイスの内部システム時刻を同期ソースとして使用します。そのため、完全なデバイス同期をサポートしていないデバイスであっても、PTPを使用してHILデバイスの内部システム時刻を同期できます。

    内部システムデバイス時間によって同期されるアプリケーション:

    PTP 経由の内部システム時刻同期のための時刻同期コンポーネント構成:

    • 同期ソースとして「PTP」を選択します
    • イーサネットポート1を選択
    • プリセットを選択するか、カスタムPTP構成を構成します
      重要:完全なデバイス同期をサポートしていないデバイスで内部システム時刻を同期するには、ソフトウェア タイムスタンプ方式を使用する必要があります。

  3. 個々の通信プロトコルの同期

    サポートされているプロトコルでは、システム全体の同期を行わずに、アプリケーションベースの同期を個別に設定できます。各プロトコルの手順は、それぞれのドキュメントページに記載されています。

    アプリケーションベースの時間同期をサポートする通信プロトコルには次のものがあります。

時間同期の使用法をよりよく理解するために、次の 3 つのケースについて説明します。

  • HIL がスタンドアロン モード (同期なし) で動作している
  • HILをPCに接続（同期なし）
  • IRIG-B/PTP接続を備えたHIL
表2時刻同期の使用方法の説明
HIL構成 説明

スタンドアロンモードで動作するHIL

 HIL が PC に接続されていないスタンドアロン ブート中にチューニングされている場合、HIL 時間は 1970 年 1 月 1 日からカウントを開始します。すべてのネットワーク メッセージ (通信プロトコルからのもの) には、この時間値がスタンプされます。

HILをPCに接続

 HIL を PC に接続すると、PC から現在の時刻が読み取られ、その時刻が HIL に適用されます。

IRIG-B/PTP接続を備えたHIL

 IRIG-B/PTP が接続されると、正確な時間情報が毎秒受信され、HIL 時間が継続的に更新され、すべてのネットワーク メッセージに正しいタイムスタンプが付けられます。

時刻同期コンポーネント

時間同期コンポーネントは、HIL デバイス上の時間同期を構成し、そのステータスを監視するために使用されます。

図2時刻同期コンポーネントアイコン
表3時刻同期コンポーネントのプロパティ
タブ 物件名 説明
一般的な 同期ソース 同期ソースとしてPTPまたはIRIG-Bを使用するかどうかを選択します
イーサネットポート PTP信号を受信するイーサネットポートを選択します
実行率 信号処理実行率
PTPオプション PTP構成 事前設定されたPTP設定オプションとカスタムPTP設定オプションから選択します。カスタムオプションは辞書形式で提供されるものとします（例）。PTPはLinuxのptp4lライブラリに基づいており、オプションはライブラリ仕様に従って変更できます。

定義済みの IEC 61850-9-3 PTP オプションには次のものがあります。

  • リンク遅延の測定はピアツーピア（Pdelay）メッセージ交換によって実行される
  • ドメイン番号: 0 (デフォルト)、93 (別の PTP 時間分布と競合する場合)
  • アナウンス間隔: 1秒（固定）
  • 同期間隔: 1秒（固定）
  • Pdelay間隔: 1秒（固定）
  • 受信通知タイムアウト: 3 秒 (固定)
  • 優先度1: スレーブのみの場合は255
  • 優先度2: スレーブのみの場合は255
カスタム PTP 構成オプションの例は次のとおりです。
{
"time_stamping": "hardware",
"network_transport": "L2",
"slaveOnly": "1",
"priority1": "255",
"priority2": "255",
"domainNumber": "0",
"delay_mechanism": "E2E",
"logAnnounceInterval": "0",
"logSyncInterval": "0",
"logMinPdelayReqInterval": "0",
"announceReceiptTimeout": "3"
}

時間同期コンポーネントには 5 つの出力があります。

  • GPS - 外部IRIG-Bソースの存在を示します。値が1の場合、システムがアクティブに同期されていることを示します。
  • PTP - 外部PTPソースの存在を示します。値が1の場合、システムがアクティブに同期されていることを示します。
  • 同期済み - HILデバイスが完全に同期しているかどうかを示します。シミュレーション開始時に、デバイスが選択された外部ソースによって同期中だった場合、出力値は1になります。シミュレーション中のいずれかの時点で同期が失われた場合、HILデバイスは、同期が再確立されたとしても、シミュレーションの残りの期間、同期がずれているとみなされます。
  • UTC 秒 - うるう秒を除いて、1970 年 1 月 1 日から経過した秒数を表す 32 ビットの符号なし整数。
  • UTC ナノ秒 - 現在の UTC タイムスタンプの 1 秒未満の部分をナノ秒単位で表す 32 ビットの符号なし整数。
注:時間同期コンポーネントを通じて提供される現在のUTC時間は、HILデバイスの内部システム時間に対応します。

マルチHILセットアップ

マルチHILセットアップでは、マスターHILデバイスの時間同期を設定するだけで済みます。セットアップ内の他のHILデバイスは、マスターHILデバイスを介して同期されます。

ただし、マスター HIL デバイスを介してスレーブ/フォロワー HIL デバイスを同期する場合は、次のようないくつかの制限があります。

  • スレーブ/フォロワーHILデバイスの内部システム時間は、マスターHILデバイスによって更新されません。
  • スレーブ/フォロワーHILデバイス上のIEC 61850サンプル値プロトコルは、HIL101、HIL404、HIL602+、HIL604、HIL506、およびHIL606デバイスで同期されます。

これらの制限を克服するために、マスター HIL デバイスが同期されているかどうかに関係なく、スレーブ/フォロワー HIL デバイスを専用の内部システム時間同期または個別プロトコル同期用に追加で構成できます。

時間同期の同期出力は、スレーブ/フォロワー HIL デバイスでは常に 0 になります。

仮想HILサポート

Virtual HILは時間同期をサポートしていません。Virtual HIL環境を使用する場合（例：ローカルコンピュータでモデルを実行する場合）、時間同期コンポーネントの設定は破棄され、その出力はゼロになります。

参考文献

  1. 産業用イーサネットブック、並列冗長プロトコルによるPTPプロトコルの保護、2021年9月20日