泓格 - ICP DAS

XPAC-8000 控 制 器 和 iDCS-8000 硬 冗 余 I/O实 现 的 冗 余 控 制 系 统前 言XP-8X41 系 列 产 品 是 泓 格 科 技 PAC 产 品 家 族 中功 能 最 强 大 的 PAC 控 制 器 , 它 在 保 证 稳 定 性 和 可 靠性 的 同 时 , 也 提 供 了 等 同 于 PC 的 运 算 能 力 和 灵 活性 。iDCS-8000 是 一 款 使 用 Ethernet 通 讯 协 议 内 建的 远 程 处 理 I/O 单 元 , 可 以 搭 配 由 ICP DAS 所 提 供多 种 的 I/O 模 块 使 用 , 像 是 模 拟 输 入 、 模 拟 输 出 、 数字 量 输 入 、 数 字 量 输 出 及 计 数 等 模 块 , 透 过Ethernet 传 输 方 式 可 以 被 使 用 在 远 程 资 料 的 撷 取 及控 制 、 环 境 监 视 、 电 源 管 理 、 工 厂 自 动 化 等 各 种 工业 控 制 领 域 。关 键 字XPAC、iDCS-8000、 冗 余 控 制 系 统 、 二 重 化概 要冗 余 技 术 就 是 增 加 多 余 的 设 备 , 以 保 证 系 统 更加 可 靠 、 安 全 地 工 作 。 冗 余 的 分 类 方 法 多 种 多 样 ,按 照 在 系 统 中 所 处 的 位 置 , 冗 余 可 分 为 元 件 级 、 部件 级 和 系 统 级 ; 按 照 冗 余 的 程 度 可 分 为 1:1 冗 余 、1:2 冗 余 、1:n 冗 余 等 多 种 。 在 当 前 元 器 件 可 靠 性 不断 提 高 的 情 况 下 , 和 其 它 形 式 的 冗 余 方 式 相 比 ,1:1的 部 件 级 热 冗 余 是 一 种 有 效 而 又 相 对 简 单 、 配 置 灵活 的 冗 余 技 术 实 现 方 式 , 如 I/O 卡 件 冗 余 、 电 源 冗余 、 主 控 制 器 冗 余 等 。 因 此 , 目 前 国 内 外 主 流 的 过程 控 制 系 统 中 大 多 采 用 了 这 种 方 式 。 当 然 , 在 某 些局 部 设 计 中 也 有 采 用 元 件 级 或 多 种 冗 余 方 式 组 合 的成 功 范 例 。 二 个 部 件 组 成 的 并 联 系 统 ( 互 为 冗 余 )与 单 部 件 相 比 , 平 均 无 故 障 时 间 是 原 来 的 1.5 倍 。但 它 并 不 是 两 个 部 件 简 单 的 并 联 运 行 , 而 是 需要 硬 件 、 软 件 、 通 讯 等 协 同 工 作 来 实 现 。 将 互 为 冗余 的 两 个 部 件 构 成 一 个 有 机 的 整 体 , 通 常 包 括 以 下多 个 技 术 要 点 :1、 信 息 同 步 技 术它 是 工 作 、 备 用 部 件 之 间 实 现 无 扰 动 切 换 技 术的 前 提 , 只 有 按 控 制 实 时 性 要 求 进 行 高 速 有 效 的 信息 同 步 , 保 证 工 作 、 备 用 部 件 步 调 一 致 地 工 作 , 才能 实 现 冗 余 部 件 之 间 的 无 扰 动 切 换 。在 热 备 用 工 作 方 式 下 , 其 中 一 块 处 于 工 作 状 态( 工 作 卡 ), 实 现 系 统 的 数 据 采 集 、 运 算 、 控 制 输出 、 网 络 通 讯 等 功 能 ; 而 另 一 块 处 于 备 用 状 态 ( 备用 卡 ), 它 实 时 跟 踪 工 作 卡 的 内 部 控 制 状 态 ( 即 状态 同 步 )。 工 作 / 备 用 卡 件 之 间 的 正 / 负 逻 辑 是 互 斥的 , 即 一 个 为 工 作 卡 , 另 一 个 必 定 是 备 用 卡 ; 而 且它 们 之 间 有 冗 余 控 制 电 路 ( 又 称 工 作 / 备 用 控 制 电路 ) 和 信 息 通 讯 电 路 , 以 协 调 两 块 卡 件 同 时 而 且 有序 地 运 行 , 保 证 对 外 输 入 输 出 特 性 的 同 一 性 , 即 对于 用 户 使 用 而 言 , 可 以 认 为 只 有 一 个 部 件 。 一 般 在设 计 中 , 工 作 、 备 用 部 件 之 间 通 过 高 速 的 冗 余 通 讯通 道 实 现 运 行 状 态 互 检 和 控 制 状 态 的 同 步 。2、 故 障 检 测 技 术为 了 保 证 系 统 在 出 现 故 障 时 及 时 将 冗 余 部 分 投入 工 作 , 必 须 有 高 精 确 的 在 线 故 障 检 测 技 术 , 实 现故 障 发 现 、 故 障 定 位 、 故 障 隔 离 和 故 障 报 警 。 故 障检 测 包 括 电 源 、 微 处 理 器 、 数 据 通 讯 链 路 、 数 据 总线 及 I/O 状 态 等 。 其 中 故 障 诊 断 包 括 故 障 自 诊 断 和 故障 互 检 。3、 故 障 仲 裁 技 术 和 切 换 技 术精 确 及 时 地 发 现 故 障 后 , 还 需 要 及 时 确 定 故 障的 部 位 、 分 析 故 障 的 严 重 性 , 依 赖 前 文 提 到 的 冗 余控 制 电 路 , 对 工 作 、 备 用 故 障 状 态 进 行 分 析 、 比 较和 仲 裁 , 以 判 定 是 否 需 要 进 行 工 作 / 备 用 之 间 的 状 态切 换 。 控 制 权 切 换 到 冗 余 备 用 部 件 还 必 须 保 证 快速 、 安 全 、 无 扰 动 。 当 处 于 工 作 状 态 的 部 件 出 现 故障 ( 断 电 、 复 位 、 软 件 故 障 、 硬 件 故 障 等 ) 或 者 工作 部 件 的 故 障 较 备 用 部 件 严 重 时 , 备 用 部 件 必 须 快速 地 无 扰 动 地 接 替 工 作 部 件 的 所 有 控 制 任 务 , 对 现场 控 制 不 造 成 任 何 影 响 。 同 时 要 求 切 换 时 间 应 为 毫秒 级 , 甚 至 是 微 秒 级 , 这 样 就 不 会 因 为 该 部 件 的 故障 而 造 成 外 部 控 制 对 象 的 失 控 或 检 测 信 息 失 效 等等 。 另 外 , 还 需 要 尽 快 通 过 网 络 通 讯 或 就 地 LED 显示 进 行 报 警 , 通 知 用 户 出 现 故 障 的 部 件 和 故 障 情况 , 以 便 进 行 及 时 维 护 。4、 热 插 拔 技 术为 了 保 证 容 错 系 统 具 有 高 可 靠 性 , 必 须 尽 量 减少 系 统 的 平 均 修 复 时 间 MTBR。 要 做 到 这 一 点 , 在设 计 上 应 努 力 提 高 单 元 的 独 立 性 、 可 修 复 性 、 故 障可 维 护 性 。 实 现 故 障 部 件 的 在 线 维 护 和 更 换 也 是 冗余 技 术 的 重 要 组 成 部 分 , 它 是 实 现 控 制 系 统 故 障 部件 快 速 修 复 技 术 的 关 键 。 部 件 的 热 插 拔 功 能 可 以 在不 中 断 系 统 正 常 控 制 功 能 的 情 况 下 增 加 或 更 换 组件 , 使 系 统 平 稳 地 运 行 。51 WWW.ICPDAS.COM.CN