Hány az óra, Vekker úr? - 2. rész

Előző posztomban írtam néhány történetet az ipari informatika és az időmérés kapcsolatáról az elektronika hőskorából. Most újabb sztorik jönnek.

Hogyan szinkronizáljunk egy ingaórát a frankfurti időhöz

Egy másik sógorom (nővérem férje) nagy ezermester: harangjátékot épít, templomfűtés létesít, de ha kell, egyéb feladatokat is elvállal. Vagy húsz évvel ezelőtt felvetették neki, meg tudná-e oldani az egyik sátoraljaújhelyi templomtorony ingaórájának a frankfurti időhöz való szinkronizálását, de lehetőleg úgy, hogy ne kelljen az egész óraszerkezetet kicserélni.

Sógorom azt a módszert eszelte ki, hogy az óra ingáját 12-kor egy retesz a végponton megfogja, és csak akkor engedi tovább, ha egy DCF77 vevőáramkör pontosan 12:00 jelez. Ehhez persze a toronyórának kicsit sietnie kell, hogy aztán 12:00-kor bevárja a valódi időt. Kétségtelenül ötletes megoldás, de bevállaljuk-e, hogy óránk egy picit mindig pontatlan, cserébe viszont sohasem lesz nagyon pontatlan. Ugyanakkor megvan az a kockázat, hogy ha az óra mégis késik, akkor a retesz 12 óra időtartamra blokkolja az óra működését.

Ugyanez a helyzet volt egy, a Paksi Atomerőműbe a '90-es évek elején szállított rendszerünkbe épített VERTESZ gyártmányú óramodullal. Az óramodul fogadta az erőmű percszinkron-hálózatán érkező szinkronimpulzust, és ilyenkor nemes egyszerűséggel kinullázta a másodpercet. Ez a módszer szintén csak akkor működik, ha az óra picit siet. Ha az óra mégis késne, és mondjuk 13:59:58-nál érkezik a szinkronjel, ahelyett, hogy 14:00:00-ra állna be, 13:59:00-ra ugrik vissza. Arra a kérdésemre, hogy miért nem csinálták azt, hogy 30 másodpercig visszafelé állítják az órát, afölött pedig előre, azt a választ kaptam, hogy az előre állítás komplikált, mert 59 percnél az órát is léptetni kell, 23 óránál napot, 28., 29., 30., 31. dátumnál attól függően, hogy melyik hónapban vagyunk és szökőév van-e, hónapváltást kell csinálnunk, ez nagyon számításigényes. Végül is a problémát Kolumbusz tojása módon oldottam meg: ha a szinkronimpulzus akkor jött, amikor az óra 31-59 közötti másodperc-értéket mutatott, akkor eggyel megnöveltem a perc értékét, de csak akkor, ha az kisebb volt, mint 59. 59-nél egyszerűen nem módosítottam az órát, hiszen ha a percenkénti szinkronizálásból óránként kimarad egy, attól az óra még nem lesz pontatlan.

Ez az órakártya kilenc készülékben teljesített szolgálatot csaknem 25 éven keresztül a Paksi Atomerőműben.

Meddőteljesítmény-szabályozó, benne a VERTESZ óramodulja

Az Y2K-para

Rettegve vártuk az ezredfordulót, az évezredváltástól a számítástechnika összeomlását vártuk. Attól féltünk, hogy minden évszámláló 0-ra ugrik vissza, 100 évig nem kapunk fizetést vagy éppen 100 év adótartozását hajtja be rajtunk az adóhivatal. Az ipari informatikában attól féltek leginkább, hogy bizonyos időzített feladatok rosszul hajtódnak végre, vagy elmaradnak vagy túl sokszor futnak le.
Az ipari informatikai rendszerekről a felhasználok Y2K tanúsítványt kértek, mi pedig elvégeztük a szükséges vizsgálatokat és elemzéseket, persze nem ingyen. Sok szoftvergyártó cég kiadta szoftvereinek Y2K-biztos verzióját, és ezekért persze külön pénzt számolt fel. Érdekes módon gyakran maga az Y2K vizsgálat okozott később bajt, pl. a gyógyszertárak informatikai rendszere azért állt le 2001 január 1.-én, mert bent maradt egy olyan tesztprogram a rendszerben, melynek éppen az Y2K-állóságot kellett volna vizsgálnia.

Na és mi a helyzet a téli/nyári óraátállítással?

Magyarországon a téli/nyári óraátállítást 25 év szünet után 1980-ban vezették be újból. Célja a villamosenergia-megtakarítás: ha a nyári időszakban az órákat a zónaidőhöz képest egy órával előbbre állítjuk, tovább van világos és később kell lámpát gyújtani. 1996-ig az óraátállítás nagyjából egybeesett a tavaszi és az őszi napéjegyenlőséggel, de 1997-től az őszi óravisszaállítás októberben van, így tulajdonképpen 7 hónapot töltünk el a keleti időzónában és csak ötöt a saját közép-európai időzónánkban.

Az évenkénti óraátállítás sok hercehurcával jár, össze kell hangolni a menetrendeket is, de informatikai problémát ott jelent, hogy ha egy eseményt a helyi idővel címkézünk fel, akkor a tavaszi óraátállításkor lesz egy órányi szakadás az időben, de ami még rosszabb, az őszi óraátállításkor a 2:00-tól 2:59-ig tartó idő kétszer fut le.

Napjainkra a villamosenergia-fogyasztási szokások annyira megváltoztak, hogy igazán sokat nem lehet spórolni az óraátállítással, ezért még 2020 környékén az EU a tagállamoknak az óraátállítás eltörlését javasolta, egyben nemzeti hatáskörbe utalva azt, hogy a téli vagy a nyári időt szeretnék-e megtartani. Ez egyébként a mi cégünknek is adott feladatot, egyelőre csak koncepcióterv szinten.

Bár Magyarországon is megindult egy társadalmi párbeszéd arról, hogy a téli vagy a nyári időszámítás állandósuljon-e, és persze az emberek inkább a nyári felé hajlottak, mert hogy akkor sokáig van világos, de aztán az egész probléma elhalványult a koronavírus-járvány majd az orosz-ukrán háború árnyékában. De azért az, hogy Magyarországon a közép-európai (CET) vagy a keleteurópai (EET) idő legyen-e bevezetve, az alapvetően attól függ, hogy az ország melyik természetes időzónába esik. A greenwichi idő szerint akkor van dél, amikor a 0 fokos hosszúsági kör fölött áll a Nap, a közép-európai időzónában pedig akkor, amikor a keleti hosszúság 15. foka fölött.

Én 2000-ben Greenwichben a 0 meridián fölött

Kati 2022-ben Jindřichův Hradec-ben a 15 fokos hosszúságon

Tehát a közép-európai időzóna természetes határai 7,5 fok és 22,5 fok között vannak, Magyarország területe a beregi részt leszámítva beleesik ebbe az övezetbe, vagyis a téli időszámítás megtartása lenne nálunk a földrajzilag indokolt.

És ha már szó esett arról, hogy a Nap 24 óránként éri el delelőpontját, a vetélkedők népszerű kérdése, hogy mennyi idő alatt fordul meg a Föld a tengelye körül. Nos, a válasz a meglepő 23:56:04! Igen mert a Föld tengelykörüli forgásának és a Nap körüli keringésének iránya megegyezik, így egy teljes fordulat után még kb. 1 foknyit tovább kell fordulnia, hogy ismét a Nap irányába nézzen, ez kb. 4 percet vesz igénybe. Így egy év alatt pont összejön egy plusz fordulat. Tehát egy normál évben a Föld 366-ot fordul, egy szökőévben pedig 367-et!

Na de a Föld sem forog ám egyenletesen. Időnként lelassul, máskor meg felgyorsul. Ha lelassul, szökőmásodperceket kell beiktatni. Szökőmásodperceket 1972 óta iktatnak be, volt olyan év, hogy egy évben kettőt is. Most viszont a Föld forgása gyorsulni látszik, mert 2016-ban volt utoljára szükség ennek alkalmazására.

Hogyan mondjuk meg egy informatikai rendszernek, hogy mennyi az idő?

A frankfurti időről, vagyis a DCF77-ről posztom első részében már beszéltem. Ezt a kódot bármelyik óraszerver ki tudja magából adni, de ezen kívül az óraszerverek számos más nyelven is "beszélnek". A DCF77 százszorosára felgyorsított változata az IRIG időkód, mely a nevét az amerikai Inter-Range Instrumentation Group szervezetről kapta. Szemben a DCF77-tel, mely egy másodperc alatt mindössze egy bitet sugároz ki magából, így egy perc alatt pont leadja az aktuális időt, az IRIG századmásodpercenként ad le egy bitet, így minden másodpercben lemorzézza a dátumot és az időt. A morze hasonlat megállja a helyét, mert hosszú és rövid impulzusok váltogatják egymást, de míg a DCF77-ben csak 0 és 1 van, addig az IRIG-ben a rövid impulzus a 0, a közepes az 1 és a hosszú a referenciajel.

Az időszerverek beszélik még a GPS-ek által használt NMEA-kódot, de ahány adatátviteli protokoll van, annyiféle módon kódolják az időt. Számítógépes hálózatokon viszont az NTP (Network Time Protocol) illetve SNTP (az előbbi egyszerűsített változata) óraszinkronizálási mechanizmust alkalmazzák, mellyel kiterjedt hálózaton is viszonylag nagy pontosság érhető el. Nagyon nagy sebességű hálózatokon a a PTP (Precision Timing Protocol) protokollt használják, amellyel már akár milliomod másodpercnél is kisebb időeltéréssel szinkronizálhatók a rendszerek.

Hatmillió időformátum között váltok folyamatosan

Kétrészes posztomban megpróbáltam összefoglalni, milyen idővel kapcsolatos problémákkal találkoztam szakmai életem során, melyek egy része mind a mai napig munkát ad nekem és cégünknek.