“冗余”一詞源于拉丁語，意為“多余的事物”。有人可能認(rèn)為，提升效率和節(jié)省開支的階段可能不涉及“ 冗余”概念。這種想法大錯特錯!在冗余支持正常運(yùn)行時間方面更是如此。
工廠、樓宇及船舶應(yīng)用的技術(shù)系統(tǒng)通常需要不間斷執(zhí)行任務(wù)。為了獲得機(jī)器和系統(tǒng)所需的正常運(yùn)行時間，在維護(hù)過程及諸多應(yīng)用中，通常需要將自動化系統(tǒng)的目標(biāo)功能加倍。憑借這種冗余性，自動化系統(tǒng)可補(bǔ)償所有故障并確保技術(shù)系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行。
如果自動化系統(tǒng)在內(nèi)因或外因的作用下發(fā)生中斷，必須盡快進(jìn)行檢測、查明問題并進(jìn)行修復(fù)。時間就是金錢，計(jì)劃外停機(jī)還會產(chǎn)生修復(fù)成本。對于船舶而言，如果出現(xiàn)上述情況，快速采購備件及聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)專家通常屬于問題的一部分。因此，該領(lǐng)域的自動化系統(tǒng)普遍存在容錯需求。
每種應(yīng)用的正確冗余
自動化系統(tǒng)中的一項(xiàng)重要系統(tǒng)容錯指標(biāo)是自動化功能激活與待機(jī)之間的切換時間。所需切換時間決定了使用哪種自動化系統(tǒng)及其對應(yīng)的目標(biāo)應(yīng)用。不同冗余類型的切換時間有所不同：熱冗余幾乎立即連接、暖冗余在幾毫秒內(nèi)連接完畢，而冷冗余需要幾秒鐘建立連接。
時間關(guān)鍵型技術(shù)系統(tǒng)在發(fā)生故障時會產(chǎn)生較高成本，因此通常采用熱冗余解決方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。暖冗余是報警和監(jiān)控系統(tǒng)等非時間關(guān)鍵型系統(tǒng)的首選，也適用于控制緩慢控制回路。根據(jù)一般經(jīng)驗(yàn)法則，冗余自動化功能的切換時間必須低于故障系統(tǒng)的耐受時間。
考量系統(tǒng)環(huán)境
為了確保自動化系統(tǒng)的可靠性，除PLC外還必須考慮系統(tǒng)環(huán)境因素。電壓饋送和通信媒介(例如以太網(wǎng))也必須滿足技術(shù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行時間要求。冗余類型按功能分為饋電冗余、通信冗余及設(shè)備冗余。針對不同冗余類型的需求必須在自動化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段進(jìn)行評估，從而通過自動化技術(shù)延長技術(shù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行時間。
船舶建造中的最大容錯次數(shù)不得少于一次。這意味著由于饋電故障或網(wǎng)絡(luò)電纜中斷僅是“單點(diǎn)故障”(SPOF)，因此不會影響技術(shù)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
饋電冗余
一般而言，電壓冗余通常通過二極管模塊設(shè)計(jì)為熱冗余，從而以經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的方式調(diào)節(jié)兩個獨(dú)立電壓源。如果其中一個電源發(fā)生故障，可通過即時切換使用另一電源。
通信冗余
以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)可設(shè)計(jì)為雙LAN網(wǎng)絡(luò)(兩條數(shù)據(jù)流量相同的LAN電纜)或環(huán)網(wǎng)。雙LAN網(wǎng)絡(luò)支持即時切換，但會增加電纜布線成本。環(huán)網(wǎng)協(xié)議是一種更為經(jīng)濟(jì)的備選方案，但這些系統(tǒng)的切換時間通常較長。辦公網(wǎng)絡(luò)已知冗余協(xié)議(STP、RSTP、MSTP)的切換時間在采用冷冗余時效果最佳，此時所需的切換時間超過兩秒。ERPS是一種與制造商無關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化環(huán)網(wǎng)協(xié)議，支持的切換時間低于 50 ms。
設(shè)備冗余
PLC設(shè)備冗余具備眾多相似的切換機(jī)制。由硬件控制的開關(guān)最為昂貴，其次是操作系統(tǒng)實(shí)施的切換。應(yīng)用級切換算法是一種價格較為低廉的備選方案。技術(shù)系統(tǒng)的容錯次數(shù)必須與所選冗余類型相匹配。
WAGO提供的冗余
饋電冗余
在饋電冗余方面，WAGO為相關(guān)硬件提供 EPISTRON?系列設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)冗余饋電。在這種情況下，兩電流源的來源必須有所不同，電纜必須敷設(shè)于不同路徑中。當(dāng)其中一個電源出現(xiàn)電氣故障，上述操作可確保自動化系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
通信冗余
在通信冗余方面，WAGO可提供基于應(yīng)用且久經(jīng)考驗(yàn)的冗余概念。通過將所選硬件與媒介冗余庫CS 2.3 相結(jié)合，即可通過Modbus協(xié)議實(shí)現(xiàn)基于以太網(wǎng)通信的容錯要求?；谶@一冗余概念，所有數(shù)據(jù)包均通過發(fā)送器與接收器構(gòu)建的兩條不同路徑進(jìn)行傳輸。消息成功傳輸至自動化系統(tǒng)后，立即執(zhí)行自動化任務(wù)。這種基于應(yīng)用的通信冗余同樣具有即時性。
基于應(yīng)用的媒介冗余(雙LAN)
基于應(yīng)用的控制器冗余
基于應(yīng)用的控制器冗余新概念
WAGO還可為船舶行業(yè)客戶提供基于應(yīng)用的控制器冗余理念。
該解決方案基于Modbus-TCP協(xié)議，廣泛應(yīng)用于報警和監(jiān)控系統(tǒng)。該冗余解決方案有何與眾不同之處?整套系統(tǒng)可通過WAGO標(biāo)準(zhǔn)硬件進(jìn)行調(diào)試，過程極為簡單便捷。這意味著使用WAGO的客戶可在自動化系統(tǒng)集成方面節(jié)約巨大成本。
WAGO的e!COCKPIT工程軟件工具可用作控制器的編程環(huán)境。這種多節(jié)點(diǎn)編程環(huán)境可將PLC程序輕松傳輸至兩個PLC。為了使用基于應(yīng)用的控制器冗余，必須將具備必要同步功能的軟件庫與主PLC相連。該軟件還可在子節(jié)點(diǎn)與雙LAN之間建立冗余連接。子節(jié)點(diǎn)又稱智能耦合器，無需編程即可在SD卡中輕松啟動，之后可通過集成Web服務(wù)器進(jìn)行配置。智能耦合器可自動識別模擬和數(shù)字總線節(jié)點(diǎn)，過程映射也可自動傳輸至高級主PLC。此外，主PLC可通過 Modbus-TCP協(xié)議與高級SCADA系統(tǒng)通信。冗余連接在兩個獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)中建立。
報警和監(jiān)控系統(tǒng)尤其適合使用基于應(yīng)用的控制器冗余。該解決方案面向SPOF容錯系統(tǒng)設(shè)計(jì)，能夠補(bǔ)償所有故障，例如電源故障、LAN連接故障、交換機(jī)或控制器故障。以太網(wǎng)拓?fù)浼颖都叭哂嘞鬏斂稍诔霈F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障時實(shí)現(xiàn)即時切換。如果采用傳統(tǒng)報警和監(jiān)控系統(tǒng)，當(dāng)PLC發(fā)生故障后，典型切換時間極有可能無法滿足 DNV GL的要求。
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