Synchronisation des systèmes de perception avec le protocole Precision Time Protocol (PTP) IEEE-1588

DÉFI : Trop de temps passé à trouver des solutions alternatives sur logiciel pour synchroniser les appareils de votre système d'inspection.

Solution :

Utiliser le protocole Precision Time Protocol (PTP) IEEE-1588 avec les caméras de FLIR pour synchroniser les appareils à quelques microsecondes près, sans solutions alternatives.Synchroniser les systèmes sur une même base horaire permet de concevoir des systèmes simples, ce qui augmente la stabilité et maximise le débit.

Qu'est-ce que le protocole Precision Time Protocol (PTP) IEEE-1588?

Le PTP IEEE-1588 est une technologie prouvée qui synchronise l'horloge interne des appareils ethernet à PTP, tels que les robots, les système de commande et les composants afin de créer des horodatages synchronisés dans l'ensemble du système. Son développement a été encouragé par le besoin des services d'électricité et de télécommunication de synchroniser leur grilles d'alimentation et leurs réseaux mobiles.

Le PTP IEEE-1588 vous permet de synchroniser facilement les appareils à PTP en quelques microsecondes, en comparaison au protocole Network Time Protocol (NTP) qui fonctionne à une échelle de millisecondes.

Figure 1 :Le délai de parcours est calculé et factorisé afin de synchroniser les horloges
des différents dispositifs. Le primaire envoie deux signaux à
l'esclave à (1) et (2). Le secondaire renvoie ensuite le signal (3) et le délai de parcours et ainsi calculé et appliqué pour synchroniser les horloges.

Comment fonctionne le PTP IEEE-1588?

Les appareils primaire (maître) et secondaire (esclave) échangent des messages horodatés et les comparent afin de déterminer le délai de parcours entre les deux. En fonction de ce calcul de décalage, l'appareil secondaire ajuste son horloge interne pour se synchroniser sur l'appareil primaire (voir Fig. 1). La stabilité de fréquence à long terme est obtenue en synchronisant régulièrement les horloges afin de compenser les écarts (voir fig. 2).

Figure 2 :Les horloges qui fonctionnent à la même fréquence se décalent avec le temps.
Les appareils IEEE 1588 se synchronise régulièrement afin de pallier à cet effet.

À quoi ressemble une mise en application simple du protocole PTP IEEE-1588?

Dans une mise en application simple du protocole PTP IEEE-1588, quelques appareils ethernet à PTP sont reliés à un interrupteur et l'un des appareils agit en tant qu'horloge maître. Les appareils se synchronisent sur l'horloge primaire, et établit ainsi une heure commune au sein du réseau. Si aucun appareil ne fait office d'horloge primaire, les appareils à PTP s'interrogent les uns les autres pour déterminer la meilleure horloge sur laquelle se synchroniser.

Si votre réseau doit être basé sur un horaire réel, connectez un Grand Master Clock tel que le GM100 de Trimble Thunderbolt® qui utilise les signaux horaires d'un système GPS (voir Fig. 3).

Quels sont les principaux avantages du protocole PTP IEEE-1588 pour la vision artificielle ?

Des horodatages précis qui stabilisent le débit du système 

Les schémas de contrôle de système automatiques basés sur des capteurs à chaque étape du processus compte de nombreuses sources d’irrégularités, définies comme la différence entre des signaux périodiques idéaux et réels (voir Fig. 4). Le protocole PTP IEEE-1588 permet de coordonner avec précision les appareils, sur la base d'horodatages au lieu de signaux de capteurs. Cela réduit les irrégularités, permet d'obtenir une coordination étroite des systèmes, et rend le débit plus prévisible.

Figure 4 : Irrégularités du signal

Par exemple, dans une application industrielle simple qui utilise des signaux basés sur les capteurs, une pièce circule sur un tapis roulant, une étiquette lui est apposée, et une caméra inspecte le tout pour vérifier l’étiquetage. S'il n'y a pas d'étiquette, comment le système peut-il déterminer à quel moment l'erreur a eu lieu ? La pièce est peut-être arrivée en retard et a raté l'étape d’étiquetage, ou la caméra s'est peut être activée trop tôt. Dans un système utilisant le PTP IEEE-1588, chacune des actions du processus est horodatée sur une base commune. Cela permettrait l'identification de la séquence d'événements exacte et du moment où a eu lieu la première erreur.

Réduction de la bande passante et du traitement

Le protocole PTP IEEE-1588 libère de la bande passante du réseau et des cycles du CPU, en comparaison aux solutions de rechange qui requièrent souvent la participation des capteurs. Cela permet de concevoir des systèmes simplifiés à déploiement rapide et entretien facile. Le protocole PTP IEEE-1588 fonctionne également de façon fiable sans supervision de l'utilisateur sur des topologies de réseau complexes et très vastes. 

Si vous utilisez des caméras GigE vision, le fait de passer au protocole PTP n'impliquera pas un changement d'applications car le standard GigE Vision est compatible avec les horodatages PTP IEEE-1588.

Les systèmes PTP IEEE-1588 sont évolutifs

L'internet des choses industriel (Industrial Internet of Things - IIoT) et l'industrie 4.0 auront un impact profond sur la conception des systèmes automatiques de la prochaine génération. L'objectif de l'IIoT est d'augmenter l'efficacité en construisant des réseaux d'« objets intelligents » comme les robots, les systèmes de contrôle, les caméras, et d'autres capteurs, et en utilisant des analyses de mégadonnées afin d'améliorer l'optimisation des processus. L'horodatage précis de toutes les étapes du processus deviendra une composante essentiel de ces réseaux. Intégrer des appareils à protocole PTP IEEE-1588 à vos systèmes dès aujourd'hui vous garantira d'être prêt pour l'IIoT de demain.

Comment les caméras FLIR vous aident à tirer profit du PTP IEEE-1588 ?

Les caméras Blackfly S GigE et la prochaine Oryx 10 GigE de FLIR sont compatibles avec le PTP IEEE-1588. Elles offrent une ligne de départ pour la mise en application du protocole PTP IEEE-1588 au sein de votre système d'inspection afin de stabiliser votre débit, de réduire votre bande passante et votre traitement, en plus de vous préparer pour la technologie de demain. Pour en savoir plus à propos de ces importants avantades des caméras Blackfly S et Oryxde FLIR, contactez-nousdès aujourd'hui. 

Harris, Ken. « An application of IEEE 1588 to industrial automation. » (Une application du protocole IEEE 1588 pour l'automatisation industrielle) 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 » (Vérification des temps de réponse dans les systèmes d'automatisation en réseau utilisant des limites de gigue) Software Reliability Engineering Workshops (ISSREW), 2014 IEEE International Symposium on. IEEE, 2014.