Sincronización de sistema de precisión con el Protocolo de tiempo de precisión (PTP, por su sigla en inglés) IEEE-1588

DESAFÍO: Se dedica mucho tiempo a crear soluciones alternativas de software para sincronizar los dispositivos en su sistema de inspección.

Solución:

use el Protocolo de tiempo de precisión (PTP) IEEE-1588 con las cámaras FLIR para sincronizar los dispositivos en unos pocos microsegundos, sin necesidad de soluciones alternativas. Sincronizar sistemas con una base de tiempo común permite diseños de sistema simplificados que reducen al mínimo la fluctuación y maximizan el rendimiento.

¿Qué es el Protocolo de tiempo de precisión (PTP) IEEE-1588?

El PTP IEEE-1588 es una tecnología comprobada que sincroniza los relojes internos de dispositivos Ethernet habilitados para PTP, como robots, sistemas de control y componentes para crear marcas de tiempo sincronizadas para todo el sistema. Su elaboración fue impulsada por la necesidad que tenían las compañías de servicios de electricidad y telecomunicaciones de sincronizar sus redes de suministro eléctrico y redes móviles. 

El PTP IEEE-1588 le permite sincronizar fácilmente dispositivos habilitados para PTP en unos pocos microsegundos, en comparación con el Protocolo de tiempo de redes (NTP, por su sigla en inglés) que opera en una escala de milisegundos.

Figura 1: el retraso de ruta se calcula y factoriza para sincronizar los 
relojes entre los dispositivos. El primario envía dos señales al 
subordinado en (1) y (2). El secundario luego envía una señal de vuelta (3) y se calcula el retraso de la ruta que se aplica para sincronizar los relojes (4).

¿Cómo funciona el PTP IEEE-1588?

Los dispositivos primario (maestro) y secundario (subordinado) intercambian mensajes con marca de tiempo y los comparan para determinar el retraso de ruta entre ellos. De acuerdo con este cálculo de compensación, el dispositivo secundario ajusta su reloj interno para sincronizarse con el primario (ver Fig. 1). Se logra la estabilidad de frecuencia a largo plazo sincronizando periódicamente los relojes para compensar el desfase (ver Fig. 2).

Figura 2: los relojes que funcionan a la misma frecuencia se desfasan con el tiempo.
Los dispositivos IEEE 1588 se sincronizan periódicamente para compensar esto.

¿Cómo es una implementación simple del PTP IEEE-1588?

En una implementación simple del PTP IEEE-1588, unos pocos dispositivos Ethernet habilitados para PTP se conectan a un conmutador donde un dispositivo actúa como reloj maestro. Los dispositivos se sincronizan con el reloj primario, con lo que se establece un tiempo común dentro de la red. Si no hay un dispositivo que actúe como reloj primario, los dispositivos habilitados para PTP se consultan entre sí para determinar el mejor reloj con el que sincronizarse.

Si su red requiere una base de tiempo del mundo real, conecte un reloj granmaestro, como el Trimble Thunderbolt® GM100 que utiliza una señal de tiempo del sistema GPS (ver Fig. 3).

¿Cuáles son las principales ventajas del PTP IEEE-1588 para la visión artificial?

Marcas de tiempo precisas que estabilizan el rendimiento del sistema 

Los esquemas de control de sistemas de automatización que dependen de sensores discretos en cada paso en un proceso tienen muchas fuentes de fluctuación, definida como la diferencia entre las señales periódicas ideales y reales (ver Fig. 4). El PTP IEEE-1588 permite la coordinación precisa de dispositivos, basada en marcas de tiempo en lugar de las señales del sensor. Esto reduce la fluctuación, permite una coordinación estrecha del sistema y posibilita que el rendimiento sea más predecible.

Figura 4: inestabilidad de señal

Por ejemplo, en una aplicación industrial simple que usa señales basadas en sensores, una pieza se desplaza hacia una cinta transportadora, se le aplica una etiqueta y una cámara la inspecciona para verificar el etiquetado. Si falta la etiqueta, ¿cómo puede el sistema determinar dónde ocurrió el error? Tal vez la pieza llegó tarde y omitió el paso de etiquetado, o tal vez la cámara se activó anticipadamente. En un sistema que usa el PTP IEEE-1588 PTP, a cada acción en el proceso se le asignaría una marca de tiempo según una base de tiempo común. Esto permitiría la identificación de la secuencia de eventos exacta y el punto del primer error.

Reducción del ancho de banda reducido y de los gastos generales de procesamiento

El PTP IEEE-1588 libera ancho de banda de la red y los ciclos de CPU, en comparación con las soluciones alternativas que requieren de un sondeo frecuente del sensor. Permite diseños de sistema simplificados que se caracterízan por una implementación rápida y mantenimiento fácil. El PTP IEEE-1588 también funciona de forma confiable sin supervisión del usuario en topologías de redes complejas y extremadamente grandes. 

Si usa cámaras GigE Vision, habilitar PTP no obliga a cambiar las aplicaciones existentes, ya que GigE Vision admite las marcas de tiempo de PTP IEEE-1588.

Los sistemas PTP IEEE-1588 son a prueba de futuro

La internet industrial de las cosas (IIoT) e Industry 4.0 tendrán un impacto profundo en el diseño de los sistemas de automatización de próxima generación. El objetivo de IIoT es aumentar la eficiencia construyendo redes de “cosas inteligentes” como robots, sistemas de control, cámaras y otros sensores, y usar análisis de macrodatos para la optimización del proceso mejorado. Las marcas de tiempo precisas para cada paso del proceso serán componentes fundamentales de estas redes. Incorporar dispositivos habilitados para PTP IEEE-1588 en su sistema hoy garantizará que esté preparado para el IIoT del mañana.

¿Cómo le ayudan las cámaras FLIR a aprovechar el PTP IEEE-1588?

Las cámaras Blackfly S GigE y Oryx 10 GigE de FLIR admiten el PTP IEEE-1588. Ofrecen un punto de partida para implementar el PTP IEEE-1588 en su sistema de inspección para estabilizar el rendimiento del sistema, reducir el ancho de banda y la carga de procesamiento, además de prepararlo para la tecnología del mañana. Para conocer más acerca de estas y otras grandes ventajas de las cámaras Blackfly S y Oryx de FLIR, comuníquese con nosotros hoy mismo.  

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.