冗余控制系統(tǒng)

1、DCS冗余控制系統(tǒng)方案目錄冗余控制的主要原理冗余控制系統(tǒng)概述冗余系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)冗余控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)冗余控制系統(tǒng)概述 在重要工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)以及關(guān)鍵設(shè)備中，高可靠性已成為考核系統(tǒng)和設(shè)備的重要指標(biāo)。這種情況下，容錯(cuò)技術(shù)成為了滿(mǎn)足連續(xù)性生產(chǎn)要求，提高控制系統(tǒng)的可靠性和可用性的關(guān)鍵也是首選手段冗余就是容錯(cuò)技術(shù)常見(jiàn)也是現(xiàn)行的最穩(wěn)定可靠的方式冗余系統(tǒng)（redundant system）是指為增加系統(tǒng)的可靠性，而采取兩套或兩套以上相同、相對(duì)獨(dú)立配置的設(shè)計(jì)連接組成的系統(tǒng)。通過(guò)提供系統(tǒng)運(yùn)行所需的所有關(guān)鍵組件的冗余的方法，達(dá)到容錯(cuò)能力的系統(tǒng)或者系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),冗余配置的部件介入并承擔(dān)故障部件的工作,由此減少系統(tǒng)

2、的故障時(shí)間。冗余控制原理 冗余控制一般采用硬件冗余或者軟件冗余。其中，硬件冗余是指通過(guò)熱設(shè)備或者冷設(shè)備實(shí)現(xiàn)冗余所需的數(shù)據(jù)同步和主從切換；軟件冗余是指通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)同步和主從切換冗余控制系統(tǒng)概述冗余系統(tǒng)的功能系統(tǒng)的核對(duì)統(tǒng)一性檢查系統(tǒng)的切換功能運(yùn)行模式的變更熱備傳送功能在線(xiàn)程序?qū)懭氲娜哂喔櫣δ軓目刂葡到y(tǒng)向待機(jī)系統(tǒng)的存儲(chǔ)復(fù)制功能在線(xiàn)更換模塊冗余控制系統(tǒng)概述信息同步技術(shù)故障檢測(cè)技術(shù)故障仲裁及切換技術(shù)熱拔插技術(shù)故障隔離技術(shù)冗余控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)冗余控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù) 它是工作、備用部件之間實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)（Bumpless）切換技術(shù)的前提，只有按控制實(shí)時(shí)性要求進(jìn)行高速有效的信息同步，保證工作、備用部件步調(diào)一致

3、地工作，才能實(shí)現(xiàn)冗余部件之間的無(wú)擾動(dòng)切換。 在熱備用工作方式下，其中一塊處于工作狀態(tài)（工作卡），實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算、控制輸出、網(wǎng)絡(luò)通訊等功能；而另一塊處于備用狀態(tài)（備用卡），它實(shí)時(shí)跟蹤工作卡的內(nèi)部控制狀態(tài)（即狀態(tài)同步）。工作/備用卡件之間的正/負(fù)邏輯是互斥的，即一個(gè)為工作卡，另一個(gè)必定是備用卡；而且它們之間有冗余控制電路（又稱(chēng)工作/備用控制電路）和信息通訊電路，以協(xié)調(diào)兩塊卡件同時(shí)而且有序地運(yùn)行，保證對(duì)外輸入輸出特性的同一性，即對(duì)于用戶(hù)使用而言，可以認(rèn)為只有一個(gè)部件。一般在設(shè)計(jì)中，工作、備用部件之間通過(guò)高速的冗余通訊通道（串行或并行）實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)互檢和控制狀態(tài)的同步（如組態(tài)信息、輸出閥位、

4、控制參數(shù)等）。信息同步技術(shù)2）故障檢測(cè)技術(shù) 為了保證系統(tǒng)在出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)將冗余部分投入工作，必須有高精確的在線(xiàn)故障檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)故障發(fā)現(xiàn)、故障定位、故障隔離和故障報(bào)警。故障檢測(cè)包括電源、微處理器、數(shù)據(jù)通訊鏈路、數(shù)據(jù)總線(xiàn)及I/O狀態(tài)等。其中故障診斷包括故障自診斷和故障互檢（工作、備用卡件之間的相互檢查）故障檢測(cè)技術(shù) 3） 故障仲裁技術(shù)和切換技術(shù) 精確及時(shí)地發(fā)現(xiàn)故障后，還需要及時(shí)確定故障的部位、分析故障的嚴(yán)重性，依賴(lài)前文提到的冗余控制電路，對(duì)工作、備用故障狀態(tài)進(jìn)行分析、比較和仲裁，以判定是否需要進(jìn)行工作/備用之間的狀態(tài)切換?？刂茩?quán)切換到冗余備用部件還必須保證快速、安全、無(wú)擾動(dòng)。當(dāng)處于工作狀態(tài)的部件

5、出現(xiàn)故障（斷電、復(fù)位、軟件故障、硬件故障等）或者工作部件的故障較備用部件嚴(yán)重時(shí)，備用部件必須快速地?zé)o擾動(dòng)地接替工作部件的所有控制任務(wù)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制不造成任何影響。同時(shí)要求切換時(shí)間應(yīng)為毫秒級(jí)，甚至是微秒級(jí)，這樣就不會(huì)因?yàn)樵摬考墓收隙斐赏獠靠刂茖?duì)象的失控或檢測(cè)信息失效等等。另外，還需要盡快通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊或就地LED顯示進(jìn)行報(bào)警，通知用戶(hù)出現(xiàn)故障的部件和故障情況，以便進(jìn)行及時(shí)維護(hù)。故障仲裁及切換技術(shù)4）熱插拔技術(shù) 為了保證容錯(cuò)系統(tǒng)具有高可靠性，必須盡量減少系統(tǒng)的平均修復(fù)時(shí)間MTBR。要做到這一點(diǎn)，在設(shè)計(jì)上應(yīng)努力提高單元的獨(dú)立性、可修復(fù)性、故障可維護(hù)性。實(shí)現(xiàn)故障部件的在線(xiàn)維護(hù)和更換也是冗余技術(shù)的重要組

6、成部分，它是實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)故障部件快速修復(fù)技術(shù)的關(guān)鍵。部件的熱插拔功能可以在不中斷系統(tǒng)正?？刂乒δ艿那闆r下增加或更換組件，使系統(tǒng)平穩(wěn)地運(yùn)行。熱拔插技術(shù)5）故障隔離技術(shù) 冗余設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮工作、備用部件之間的故障應(yīng)該做到盡可能互 不影響或影響的概率相當(dāng)小（0.01%），即可認(rèn)為故障是隔離的。這樣可以保證：處于備用狀態(tài)的部件發(fā)生故障時(shí)，不會(huì)影響冗余工作部件或其他關(guān)聯(lián)部件的正常運(yùn)行，保證冗余的有效性。故障隔離技術(shù)冗余控制主要原理冗余控制主要原理兩個(gè)完全相同的plc，內(nèi)部裝有相同的系統(tǒng)，相同組態(tài)軟件相同組態(tài)信息。并且兩個(gè)plc之間通過(guò)光纖等方式保持通信主控器主控器熱備熱備PLC冗余冗余控制主要原理幾種

7、冗余系統(tǒng)方式 硬冗余的切換電路原理冗余控制主要原理系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中兩個(gè)CPU同時(shí)啟動(dòng)和運(yùn)行，但是在正常運(yùn)行時(shí)只有主CPU發(fā)出控制命令，而備用CPU檢測(cè)主CPU狀態(tài)和記錄主CPU發(fā)出的命令，當(dāng)主CPU發(fā)生故障時(shí)能夠延續(xù)當(dāng)時(shí)的實(shí)際狀態(tài)接替主CPU發(fā)出執(zhí)行命令。與主CPU通信模塊處于激活狀態(tài)時(shí)主CPU能訪問(wèn)I0模塊。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生特定故障時(shí)，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)主備切換，備站接替主站繼續(xù)運(yùn)行。冗余控制主要原理冗余控制主要原理雙處理器在冗余系統(tǒng)的切換 2) 電源系統(tǒng)冗余。 電源是整個(gè)控制系統(tǒng)得以正常工作的動(dòng)力源泉，一旦電源單元發(fā)生故障，往往會(huì)使整個(gè)控制系統(tǒng)的工作中斷，造成嚴(yán)重后果。要使控制系統(tǒng)能夠安全、可靠、長(zhǎng)期、

8、穩(wěn)定地運(yùn)行，首先穩(wěn)定的供電必須得到保證?？蔁岵灏蔚娜哂嚯娫?，正常工作時(shí)，兩臺(tái)電源各輸出一半功率，從而使每一臺(tái)電源都工作在輕負(fù)載狀態(tài)，有利于電源穩(wěn)定工作。當(dāng)其中一臺(tái)發(fā)生故障，短時(shí)由另一臺(tái)接替其工作，并報(bào)警。設(shè)計(jì)為可熱插拔的冗余電源，這樣系統(tǒng)維護(hù)時(shí)可以在不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下更換故障的電源。電源系統(tǒng)冗余3) 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)冗余。 采用冗余網(wǎng)卡和冗余網(wǎng)絡(luò)接口。正常工作時(shí)，冗余的兩條數(shù)據(jù)高速通路同時(shí)并行運(yùn)行，自動(dòng)分?jǐn)偩W(wǎng)絡(luò)流量，并考慮了負(fù)載均衡的冗余設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信帶寬提高。當(dāng)其中一路故障（網(wǎng)卡損壞或出現(xiàn)線(xiàn)路故障）時(shí)，另一路自動(dòng)地承擔(dān)全部通信負(fù)載，保證通信的正常進(jìn)行。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)冗余4)冷卻系統(tǒng)冗余。 利用控制柜內(nèi)可自動(dòng)切換的冗余風(fēng)扇，對(duì)風(fēng)扇和機(jī)柜內(nèi)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)工作風(fēng)扇故障或柜內(nèi)溫度過(guò)高時(shí)都會(huì)自動(dòng)報(bào)警，并自動(dòng)啟動(dòng)備用風(fēng)扇。冷卻系統(tǒng)冗余 5) 信息冗余。 除了硬件部件的冗余，還采用了信息冗余技術(shù)，這也是提高系統(tǒng)可靠性的一個(gè)重要手段。信息冗余技術(shù)是指在通信過(guò)程中或存放組態(tài)信息（重要信息）時(shí)，利用增加的多余信息位提供檢錯(cuò)甚至糾錯(cuò)的能力。信息冗余冗余控制的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)一、以現(xiàn)有的系統(tǒng)為依托，不需要任何時(shí)間或科研投入，可以立即實(shí)現(xiàn)；二、配置、安裝、使用簡(jiǎn)單，無(wú)需額外的培訓(xùn)、設(shè)計(jì)等；三、使用冗余系統(tǒng)，理論上來(lái)講，系統(tǒng)的