包含 IEEE-1588 精确时间协议 (PTP) 的精确系统同步

挑战：

花费了太多时间创建在检测系统中同步设备的软件解决方法。

解决方案：

使用 IEEE-1588 精确时间规程 (PTP) 和 FLIR 相机在几微秒内同步设备，无需解决方法。将系统同步到通用时基可支持实现比较小化抖动和比较大化吞吐量的简化系统设计。

什么是 IEEE-1588 精确时间规程 (PTP)？

IEEE-1588 PTP 是一项成熟技术，可同步启用 PTP 的以太网设备（如机器人）、控制系统和组件的内部时钟，从而创建同步的全系统时间戳。此项技术的开发根源是需要电气和电信设备来同步电网和移动网络。

相比于在毫秒范围内运行的网络时间规程 (NTP)，IEEE-1588 PTP 可轻松在几微秒内同步启用 PTP 的设备。

图 1：路径延迟经计算可纳入同步设备时钟的过程中。主设备将两个信号发送到位于 (1) 和 (2) 的从动装置。然后辅助设备将信号发回 (3) 和路径，延迟经计算后应用到同步时钟 (4)。

IEEE-1588 PTP 如何运行？

主设备（主装置）和辅助设备（从动装置）交换印有时间戳的消息，然后比较这些消息以确定它们之间的路径延迟。根据此抵消计算，辅助设备将调整其内部时钟以与主设备同步（见图 1）。定期同步时钟以补偿偏差可实现长期频率稳定性（见图 2）。

图 2 :以相同频率运行的时钟随着时间的推移会出现偏差。IEEE 1588 设备将定期同步以补偿此偏差。

简单的 IEEE-1588 PTP 实现是怎样的？

在简单的 IEEE-1588 PTP 实现中，一些启用 PTP 的以太网设备连接到某个交换机，其中一台设备充当主时钟。各台设备与主时钟同步，从而在网络中建立通用时间。如果没有设备充当主时钟，启用 PTP 的设备将互相查询以确定要同步到的时钟。

如果网络需要现实时基，请连接使用 GPS 系统时间信号的比较高级时钟，例如 Trimble Thunderbolt GM100（见图 3）。

IEEE-1588 PTP 对机器视觉的主要优势是什么？

● 稳定系统吞吐量的精确时间戳

自动化系统控制方案依靠在过程中的每一步都使用离散传感器，这可导致定义为理想和实际定期信号之间差异的许多抖动（见图 4）。IEEE-1588 PTP 根据时间戳（而非传感器信号）支持精确协调设备。这可减少抖动、支持紧密的系统协调，并使吞吐量更易于预测。

图 4：信号抖动

例如，在使用基于传感器信号的简单工业应用中，某个零件经由传送带传输、被贴上标签，并且相机会进行检测以验证标签。如果标签丢失，系统该如何确定错误发生的位置？可能是该零件到达过晚，错过了贴标签这一步，也可能是相机启动过早。在使用 IEEE-1588 PTP 的系统中，过程中的每个操作均会根据通用时基印上时间戳。这可确定各个事件的精确序列和一个错误的发生点。

● 减少了带宽和处理开销

相较于需要传感器经常轮询的解决方法，IEEE-1588 PTP 释放了网络带宽和 CPU 循环。它支持采用快速部署和简单维护的简化系统设计。IEEE-1588 PTP 还可在无需用户监督超大型复杂网络拓扑的情况下可靠运行。 

如果您使用 GigE Vision 相机，启用 PTP 无需更改现有应用，因为 GigE Vision 标准支持 IEEE-1588 PTP 时间戳。

● IEEE-1588 PTP 系统是不会过时的

工业物联网 (IIoT) 和工业 4.0 将对设计下一代自动化系统产生深远影响。IIoT 的目标是通过构建“智能对象”（如机器人、控制系统、相机和其他传感器）网络和将大数据分析用于增强的过程优化机制，从而提高效率。每个过程步骤的精确时间戳将是这些网络的重要组成部分。立即将启用 IEEE-1588 PTP 的设备添加到系统中，这可确保您已为即将到来的 IIoT 做好准备。

FLIR 相机如何帮助利用 IEEE-1588 PTP？

FLIR Blackfly S GigE 和新推出的 Oryx 10 GigE 相机支持 IEEE-1588 PTP。首先将在这些相机的检测系统中实施 IEEE-1588 PTP，确保稳定吞吐量、减少带宽和处理开销，并可让您为使用以后的技术做好准备。若要详细了解上述优势以及 FLIR 的 Blackfly S 和 Oryx相机的其他优势，请立即联系我们。

Harris, Ken，“这是将 IEEE 1588 在工业自动化领域的一个应用”。Precision Clock Synchronization for Measurement, Control and Communication (2008)：

Srinivasan，Seshadhri，以及其他人 “在采用抖动边界的网络自动化系统中确认反应时间。” Software Reliability Engineering Workshops (ISSREW)，2014 IEEE International Symposium 于 IEEE, 2014。