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双重故障保护 – 贝加莱冗余
作者: 来源:中国机电工程网    发布于:2019-11-06 11:11:40    文字:【】【】【

拥有真正处理器冗余的高可用性系统实现起来价格昂贵,按照惯例已被应用在停机后果最严重的地方。贝加莱正在打破这些障碍,并为以前闻所未闻的应用领域提供高可用性且具有成本效益的方案选择。这种开发基于X20模块,它可以通过Automation Studio 4随时对冗余功能进行重新配置。

简单地说,计划外的控制器当机是不可接受的。由于定价计算变得越来越严格,因此留给对生产停机成本进行考虑的空间变得很小。在电厂,海上平台,化工厂和制药厂以及其它地方,故障也会带来设备受损以及人员受伤方面的巨大风险。在关键的应用中,特别是在一些典型机械中,对基于冗余控制架构的高可用性要求越来越高。

通过冗余实现高可用性

当一个系统包含两个相同或极其相似组件的时候,这些组件就被认为是冗余。高可用性系统通常采用这种设计,从而确保如果一个组件发生故障,那么其具有冗余性的对应部分就会介入接管其任务。由于两个相同组件同时发生故障的可能性非常低,因此这种方法可以确保非常高的可用性水平。

为了使系统作为整体被认为是一个高可用性系统,它必须包含两个相同的组成部分,再加上相应的切换机制。在对提供冗余组件的成本与发生故障的概率及成本进行比较的时候,冗余电机很少被证明是合理的。当涉及到传感器,执行机构和I/O模块以及现场总线和IT网络时,冗余解决方案通常更加合情合理。作为自动化解决方案及其最复杂的组件核心,处理器出现故障的后果最严重。

减少冗余成本

按照惯例,构建拥有冗余处理器的防故障系统价格昂贵,因此通常被用于特殊应用,如加工工业,电厂或交通控制系统。在这些应用中,与系统发生故障可能导致的更高费用,设备受损以及人员受伤相比,其高成本是值得的。

通过贝加莱X20系统提供并集成在Automation Studio 4开发环境中的处理器冗余,即使机器自动化传统领域中较小的应用现在也可以选用具有成本效益的高可用性系统。贝加莱开发人员还成功地对功能性进行了设计,从而可以使用相同的硬件产品通过Automation Studio 4开发自动化解决方案,可以带或不带处理器冗余操作。这使机械制造商能够将冗余作为一个选项实现或者为现有系统提供冗余升级。

无缝转换

在贝加莱解决方案中,一个处理器提供主动控制,与此同时第二个处理器在后台以待机模式运行。所有网络功能都可以实现连续监测,因此时间一到,备份处理器就能接管主处理器的所有功能,而且无需重新启动。在待机模式下,备份处理器并非处于非启动状态。一方面,POWERLINK的交叉通信能力允许监测所有数据流量以及来自主处理器的同步信号,从而可以对一次网络循环中的故障做出响应。

另一方面,两个处理器会通过冗余链路不断地进行数据交换以保持同步。这种高速光纤接口独立于现场总线操作,并且通过冗余接口模块实现连接。这样就可以使用X20系列中的标准CPU建立高可用性系统。没有必要使用专门的冗余CPU,它们通常非常昂贵。这进一步降低了初始成本并简化了物流。这同样使得设计带或不带可选CPU冗余的系统变得很容易,只需对系统进行较小的改变即可。“从更高水平的控制系统角度看,它与在给定时间启动的那些特定的CPU无关,”贝加莱自动化软件事业部负责处理器冗余功能开发的技术经理Manfred Mitterbuchner确认道。“因为启动的CPU始终拥有相同的IP地址,这里不需要做出调整。”

在几毫秒内实现切换

冗余系统的一个重要特征是它的切换时间。该时间决定了在切换至备份处理器的时候系统需“盲飞”多久 – 并且这种转换是否被系统的特定类型所接受。然而,贝加莱的解决方案使其不再是个问题。那怎么会这样呢?贝加莱X20系统在I/O总线上提供了1至2个任务类别的切换时间,这相当于仅有几毫秒。

与其它解决方案中看到的几百毫秒范围内的值相比,贝加莱完全投入到了一场与自己的比赛中去。其结果就是无需花费昂贵的停机时间就能快速平稳地处理转换。

在主处理器和备份处理器之间进行快速切换还具有热插拔功能 – 无需中断操作就能快速更换故障单元。由于在操作过程中可以自动同步新的站点,因此无需经过多少培训的人员可以在不影响生产率的情况下进行替换。

冗余,Automation Studio 4,贝加莱

尽量减少工程设计量

“只需要记住几个有关系统架构的规则就能有效地操作冗余处理器,”Mitterbuchner说道。例如,I/O模块需要在POWERLINK或Profibus网络上进行操作。“在其它方面,带或不带冗余的项目之间的差别是微乎其微的。”

所有配置都可以在Automation Studio中完成。通常,用户仅需配置一个硬件组件。为了建立处理器冗余,用户需简单地声明CPU作为冗余单元,也可以在稍后进行从而将冗余添加到现有的项目中去,并且配置通信参数以及故障标准。所有其它设置由各个Automation Studio功能自动完成。个别过程变量和库可以通过偏离Automation Studio所建议的默认设置的方式定义为冗余或非冗余。

贝加莱的系统理念允许通过真正的处理器冗余建立高可用性系统,而不需要使用任何专门的CPU模块。应用程序的编程和可选冗余功能的配置在Automation Studio开发环境中彼此独立。凭借贝加莱具有成本效益且易于实现的解决方案,高可用性现在对于各种批量生产的机器都是具有吸引力的选择。

冗余,Automation Studio 4,贝加莱

“CPU冗余不应该仅为风险最大的应用而保留。在即将到来的Automation Studio和Automation Runtime版本中,这是一个标准选项,可以根据需要进行配置,”贝加莱自动化软件事业部技术经理Manfred Mitterbuchner解释道

脚注信息
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