Способы повышения надежности контроллеров

Контроллеры могут обеспечивать многоуровневое резервирование и дублирование ресурсов контроллера, что позволяет разрабатывать системы автоматизации с различными требо­ваниями к степени надежности и безопаснос­ти. Разработчику АСУ ТП предоставляется возможность определить режим использова­ния контроллера с частичным или полным резервированием и дублированием ресурсов МФК3000:

• резервирование, дублирование или трои­рование модулей ввода-вывода;

• резервирование модулей центральных процессоров (ЦП);

• 100% горячее резервирование контрол­леров.

На Рис.35 показан пример построения сис­темы состоящей из двух нерезервированных контроллеров МФК3000, двух резервированных контроллеров и контроллера из двух крейтов с резер­вированными ЦП. В одиночном контроллере состоящим из одного-трех крейтов можно резервировать ЦП и модули ввода-вывода. Связь с СВУ выполняется через интерфейс Ethernet 100 Base-T. Каждый модуль ЦП име­ет два интерфейса Ethernet 100 Base_TT. В контроллере без резервирования возможно резервирование или дублирование сетевых интерфейсов. При резервировании ЦП или контроллеров в целом обязательно резерви­руется сетевые интерфейсы от контроллера в целом или от резервированного комплекса в целом.

Рис. 35. Структурное повышение надежности контролеров

Резервирование модулей

Резервирование модулей ЦП и ввода-выво­да значительно повышает надежность рабо­ты всего контроллера. Установленные в один контроллер два модуля ЦП образовывают резервированную пару с работой одного ЦП в режиме MASTER. Второй ЦП находится в горя­чем резерве в режиме SLAVE. Синхронизация переменных технологической задачи и обмен результатами диагностики выполняется по отдельному интерфейсу Ethernet. Переключе­ние с основного на резервный ЦП происходит автоматически по результатам диагностики или производится вручную с помощью перек­лючателя режимов работы, расположенного на лицевой планке ЦП.

Резервированные модули ввода-вывода обра­зуют группу каналов (имеющихся в этих моду­лях) с надежностью на несколько порядков выше, чем у одиночного модуля. При резервировании модулей ввода-вывода целесооб­разно резервировать и дублировать только те модули, сигналы которых участвуют в алгорит­мах защит, блокировок и регуляторов. В этом случае можно скомпоновать в одном контрол­лере информационную систему (без резерви­рования модулей) вместе с системой защит и блокировок, которая требует резервирования и дублирования.

Для обеспечения надежного ввода сигналов в некоторых случаях рекомендуется дублировать или троировать входные сигналы на разные модули. Выбор достоверного сигнала произво­дится по результатам диагностики в технологи­ческой программе по серединному значению от трех входов или по результатам анализа ско­рости изменения для дублированного входа. Выходы контроллера также можно резерви­ровать. Это достигается резервированием выходных модулей, при котором в горячий резерв можно поставить один или два моду­ля (троирование). Резервирование модулей выполняется ресурсами самих модулей без участия ЦП.

Если в системе имеются сигналы, участвую­щие в защитах (блокировках), для которых важно замыкание (размыкание) сигнала при срабатывании защиты, используется режим дублирования выходных модулей и объединение выходов по проводному ИЛИ (И). В каналах, требующих особой надежности (вероятность отказа менее 1*10⁹), использу­ется по два выхода на трех модулях с соединением выхо­дов по проводной схеме 2 из 3.

На Рис. 36 приведен пример резервирования модулей ЦП и модулей ввода-вывода в одном и разных крейтах одного контроллера.

Рис.36. Резервирование контролле­ров

При 100% резервировании контроллеров резервируются все ресурсы технологического контроллера. Такое исполь­зование контроллеров при необходимости позволяет осу­ществить горячую замену узлов и контроллера в целом без останова выполнения любой из функций, реализуемой при контроле и управлении технологическим процессом. Резервированные контроллеры могут находиться в режи­мах MASTER и SLAVE. Синхронизация переменныхтехноло-гической задачи и обмен результатами диагностики выпол­няется по отдельному интерфейсу Ethernet. Переключение режимов выполняется автоматически по результатам диаг­ностики контроллера или вручную переключателями на модулях ЦП контроллеров.

Резервированные контроллеры должны быть идентичны и могут состоять из любого допустимого количества крей-тов. При резервировании контроллеров невозможнорезер-вирование модулей ввода-вывода внутри контроллеров. Пример наиболее сложного резервированного комплекса приведен на Рис. 37.

В приведенном примере резервиру­ются два контроллера, состоящие из трех крейтов.

Рис .37. Резервирование комплекса

Дублированная внутренняя шина обеспечивает многомас-терную работу и гарантированное время доставки как ини­циативных сообщений от модулей ввода-вывода к ЦП, так и сообщений от ЦП к самим модулям. Любой модуль может передавать инициативные сообщения как по результатам диагностики, так и по факту изменения входного сигнала. Гарантированное время доставки инициативных сообще­ний зависит от общего количества крейтов и составляет от 2 до бмс (4мс - для контроллера, состоящего из двух крейтов).

Механизм "Plug & Play"

Все модули ввода-вывода имеют возможность горячей замены. После установки модуля и перевода его в рабочий режим (переключатель режимов работы на модуле должен быть в положении RUN), модуль посылает инициативное сообщение о своем присутствии в крейте. Далее механизм "Plug & Play" запишет в модуль параметры конфигурации для данного слота крейта и программно переведет его в необходимый режим работы.

Механизм основан на том, что все модули калибруются во всех диапазонах измерения при производстве, и в дальней­шем переключения режимов работы и диапазонов выполня­ются только программным путем.

Диагностика

Контроллеры снабжаются средства начальной и непрерыв­ной диагностики. Диагностируются целостность данных и калибровочных коэффициентов в памяти модулей вво­да-вывода, качество обмена данными и время обращения по внутренней шине контроллера, температурные режимы работы, количество циклов записи во Flash-память моду­ля и некоторые другие параметры. Диагностика внешних цепей включает контроль линий связи с датчиками на обрыв и контроль наличия сигналов на выходном разъеме модуля (для модулей дискретного вывода). Некоторые модули имеют дополнительные диагностические возмож­ности, например, контроль выхода сигнала датчика за гра­ницы предупредительных и аварийных уставок, а также за границы рабочего диапазона.

Система питания контроллера

Питание контроллера выполняется от внешних источников питания 24 В на 125 или 250 Вт в зависимости от потреб­ляемой крейтами мощности. Для обеспечения надежно­го питания используется комплект из двух источников с подключением к различным фидерам. Возможно подклю­чение одного источника к напряжению переменного тока, а второго к напряжению постоянного тока. Для каждого крейта контроллера может быть свой комплект источников или может быть использован один комплект источников для нескольких крейтов. Это зависит от состава модулей в контроллере, и определяется на этапе проектирования состава контроллера. На Рис. 38 приведены примеры подключения контроллера, состоящего из двух крейтов с питанием от фидеров переменного и постоянного тока, и контроллера с одним источником питания. Внутри контрол­лера разводка напряжения 24 В выполнена различными шинами. Объединение питания выполнено непосредствен­но в модулях.

Рис.38.Резервирование питания контроллеров

Раздел 4.ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИНТЕГРИРОВАННОЙ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМОЙ УПРАВЛЕНИЯ