loading...

Redundancja CPU i redundancja medium komunikacyjnego, czyli zwiększona niezawodność działania układów sterowania i monitoringu

WAGO Application-based Controller Redundancy (ACR)

Redundancja zwiększa dostępność układów sterowania, ale wymaga też zwiększenie nakładów na budowę systemu. Koszt redundantnego sterowania (niezależnie od producenta) jest ściśle skorelowany z wymaganym czasem przełączania. Im krótszy czas przełączania, tym bardziej wymagający i kosztowny sprzęt.

Redundancja CPU i medium komunikacyjnego

WAGO opracowało rozwiązanie pod nazwą Application-based Controller Redundancy (ACR), którego inspiracją były potrzeby partnerów z branży morskiej. Z jednej strony konieczność zwiększenia niezawodności działania układów sterowania i monitoringu, a tym samym zwiększenia ich dostępności pomimo ewentualnych awarii. Z drugiej strony – zapewnienia wyważone kosztów układu i instalacji.

System został zaprojektowany tak, by był odporny na „pojedynczy punkt awarii” (SPOF – Single Point of Failure – tolerant system). To oznacza, że jeżeli nawet pojawi się awaria, np. utrata zasilania jednego ze sterowników, utrata połączenia LAN, system będzie dalej działał.

Rozwiązanie wykorzystuje dwa sterowniki PFC200 komunikujące się ze sobą przez redundantną sieć Ethernet.

Jeżeli chodzi o sprzęt, do dyspozycji są trzy warianty standardowych sterowników WAGO PFC:

  • seria szara – zakres temperatur pracy: 0..55°C
  • seria szara o rozszerzonym zakresie temperatur pracy: -20…+60°C
  • seria czarna XTR – zakres temperatur pracy: -40…+70°C, dodatkowo podwyższona odporność na zakłócenia EMC, kondensację wilgoci, wibracje, etc.

Dzięki temu projektanci systemów automatyki mogą łatwiej sprostać wymaganiom środowiskowym stawianych nawet trudnym aplikacjom.
Więcej informacji o sterownikach WAGO można znaleźć w broszurze „WAGO I/O System 750. Jeden system do wszystkich zastosowań”:  [LINK

Komunikacja w systemie oparta jest o Modbus TCP/IP. Standardowy sprzęt i standardowa komunikacja czynią rozwiązanie łatwym do uruchomienia. Wykorzystywane jest do tego oprogramowanie e!COCKPIT i biblioteka zapewniają synchronizację danych i funkcji sterowania redundantnych sterowników.

Obsługa fizycznych wejść/wyjść może być zrealizowana za pomocą modułów rozproszonych – Smart Couplerów. Są to sterowniki PFC z odpowiednio dobranymi do procesu modułami kart wejść i wyjść. Smart, gdyż nie wymagają one programowania – są jedynie konfigurowane, co dodatkowo upraszcza i przyśpiesza uruchomienie.

Rozwiązanie może być stosowane tam, gdzie dopuszczalny czas przełączania jest na poziomie nie krótszym niż 200 ms. Mogą to być np. układy monitoringu, układy sterowania wentylacji, układy pompowe, sterowanie oświetleniem, itp.

Redundancja CPU i redundancja medium komunikacyjnego, czyli zwiększona niezawodność działania układów sterowania i monitoringu

Struktura systemu

W praktyce można zrealizować dwie struktury sterownikowe gwarantujące następujące czasy przełączenia:

Przykład struktury sterownikowej:

Redundancja CPU i redundancja medium komunikacyjnego, czyli zwiększona niezawodność działania układów sterowania i monitoringu

Więcej informacji w broszurze „Application-Based Controller Redundancy (ACR)”
[LINK]

Jak działa system?

W zaproponowanym układzie sterowniki master pracują w trybie gorącej rezerwy. Master A jest sterownikiem podstawowym, master B – rezerwowym. Oznacza to, że ma ten sam program, aktualny obraz procesu i przejmuje sterownie, gdy master A „wypadnie” aż do czasu jego powrotu.

Obsługa zasobów sprzętowych realizowana jest przez tzw. Smart Couplery. Są one konfigurowane i parametryzowane (nie piszemy na nie programu). Program pisany jest na sterownik master. Do konfiguracji i programowanie sterowników wykorzystywane jest jedno narzędzie – e!COCKPIT.

System nadrzędny SCADA „widzi” adresy IP sterowników mastera A i mastera B. Sterowniki wystawiają po Modbus TCP/IP flagi informujące o tym, który z nich jest w danym czasie wiodącym i z którego należy czytać zmienne do wizualizacji.

O czym warto pamiętać

Rozwiązanie realizuje redundancję sterowania, czyli przełączanie CPU, synchronizację danych pomiędzy masterami oraz synchronizację danym pomiędzy masterami a Smart Couplerami.

Przy zachowaniu wytycznych:

  • odpowiednia struktura sieci
  • maks. 20 Smart-Couperów,
  • nie więcej niż 23 moduły I/O na Smart Couplerze , maksymalnie 192 bajty udostępniane przez pojedynczy Smart Coupler do mastera,
    układ może zapewnić czas przełączania sterowania/rekonfiguracji sieci na poziomie do 200 ms.

Możliwość obsługi sygnałów ze stref zagrożonych wybuchem (Ex)

W części aplikacji zagadnieniu redundantnego sterowania i redundancji medium komunikacyjnego towarzyszy wątek obsługi sygnałów pochodzących ze strefy Ex.
Sterowniki PLC WAGO standardowo mają dopuszczenia do pracy w strefie 2.

Za pośrednictwem modułów I/O z wbudowanymi barierami iskrobezpiecznymi sterowniki mogą obsługiwać (przy zachowaniu zasad projektowych) w ramach jednego węzła sterownikowego także sygnały pochodzące ze strefy 0 i/lub 1.

Redundancja CPU i redundancja medium komunikacyjnego, czyli zwiększona niezawodność działania układów sterowania i monitoringu

Do obsługi takich sygnałów wykorzystywane są specjalnie zaprojektowane modułu I/O (niebieskie). Łączą one w sobie funkcje klasycznych karty I/O sterownika z zabudowanymi w nich barierami iskrobezpiecznymi.

Moduły I/O WAGO ze zintegrowaną barierą iskrobezpieczną są chętnie stosowane zarówno w aplikacjach morskich, jak i lądowych. Przemawia za nimi kompaktowa forma, a więc oszczędność miejsca w szafie sterującej, jak i konkurencyjna cena całości rozwiązania w porównaniu do klasycznego podejścia, w którym wyjściom I/O sterownika towarzyszą dobudowywane na zewnątrz bariery iskrobezpieczne w postaci modułów interfejsowych.

Dokumentacja – framework informacje uzupełniające

Ze szczegółami rozwiązania Application-based Controller Redundancy (ACR) można się zapoznać się w nocie aplikacyjnej dostępnej na stronie WAGO: [LINK]

Mariusz Pacan, WAGO.PL

 

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *