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)勢冗余控制系統(tǒng)概述 在重要工業(yè)現(xiàn)場以及關(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，容錯技術(shù)成為了滿足連續(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技術(shù)常見也是現(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、相對獨立配置的設(shè)計連接組成的系統(tǒng)。通過提供系統(tǒng)運行所需的所有關(guān)鍵組件的冗余的方法，達到容錯能力的系統(tǒng)或者系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時,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，硬件冗余是指通過熱設(shè)備或者冷設(shè)備實現(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)的核對統(tǒng)一性檢查系統(tǒng)的切換功能運行模式的變更熱備傳送功能在線程序?qū)懭氲娜哂喔櫣δ軓目刂葡到y(tǒng)向待機系統(tǒng)的存儲復(fù)制功能在線更換模塊冗余控制系統(tǒng)概述信息同步技術(shù)故障檢測技術(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、備用部件之間實現(xiàn)無擾動（Bumpless）切換技術(shù)的前提，只有按控制實時性要求進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，才能實現(xiàn)冗余部件之間的無擾動切換。 在熱備用工作方式下，其中一塊處于工作狀態(tài)（工作卡），實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、運算、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），它實時跟蹤工作卡的內(nèi)部控制狀態(tài)（即狀態(tài)同步）。工作/備用卡件之間的正/負邏輯是互斥的，即一個為工作卡，另一個必定是備用卡；而且它們之間有冗余控制電路（又稱工作/備用控制電路）和信息通訊電路，以協(xié)調(diào)兩塊卡件同時而且有序地運行，保證對外輸入輸出特性的同一性，即對于用戶使用而言，可以認為只有一個部件。一般在設(shè)計中，工作、備用部件之間通過高速的冗余通訊通道（串行或并行）實現(xiàn)運行狀態(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）故障檢測技術(shù) 為了保證系統(tǒng)在出現(xiàn)故障時及時將冗余部分投入工作，必須有高精確的在線故障檢測技術(shù)，實現(xiàn)故障發(fā)現(xiàn)、故障定位、故障隔離和故障報警。故障檢測包括電源、微處理器、數(shù)據(jù)通訊鏈路、數(shù)據(jù)總線及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）故障檢測技術(shù) 3） 故障仲裁技術(shù)和切換技術(shù) 精確及時地發(fā)現(xiàn)故障后，還需要及時確定故障的部位、分析故障的嚴(yán)重性，依賴前文提到的冗余控制電路，對工作、備用故障狀態(tài)進行分析、比較和仲裁，以判定是否需要進行工作/備用之間的狀態(tài)切換。控制權(quán)切換到冗余備用部件還必須保證快速、安全、無擾動。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，備用部件必須快速地?zé)o擾動地接替工作部件的所有控制任務(wù)，對現(xiàn)場控制不造成任何影響。同時要求切換時間應(yīng)為毫秒級，甚至是微秒級，這樣就不會因為該部件的故障而造成外部控制對象的失控或檢測信息失效等等。另外，還需要盡快通過網(wǎng)絡(luò)通訊或就地LED顯示進行報警，通知用戶出現(xiàn)故障的部件和故障情況，以便進行及時維護。故障仲裁及切換技術(shù)4）熱插拔技術(shù) 為了保證容錯系統(tǒng)具有高可靠性，必須盡量減少系統(tǒng)的平均修復(fù)時間MTBR。要做到這一點，在設(shè)計上應(yīng)努力提高單元的獨立性、可修復(fù)性、故障可維護性。實現(xiàn)故障部件的在線維護和更換也是冗余技術(shù)的重要組

6、成部分，它是實現(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)地運行。熱拔插技術(shù)5）故障隔離技術(shù) 冗余設(shè)計時，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，不會影響冗余工作部件或其他關(guān)聯(lián)部件的正常運行，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plc之間通過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)運行過程中兩個CPU同時啟動和運行，但是在正常運行時只有主CPU發(fā)出控制命令，而備用CPU檢測主CPU狀態(tài)和記錄主CPU發(fā)出的命令，當(dāng)主CPU發(fā)生故障時能夠延續(xù)當(dāng)時的實際狀態(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)時主CPU能訪問I0模塊。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生特定故障時，系統(tǒng)可以實現(xiàn)主備切換，備站接替主站繼續(xù)運行。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。 電源是整個控制系統(tǒng)得以正常工作的動力源泉，一旦電源單元發(fā)生故障，往往會使整個控制系統(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、長期、

8、穩(wěn)定地運行，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，兩臺電源各輸出一半功率，從而使每一臺電源都工作在輕負載狀態(tài)，有利于電源穩(wěn)定工作。當(dāng)其中一臺發(fā)生故障，短時由另一臺接替其工作，并報警。設(shè)計為可熱插拔的冗余電源，這樣系統(tǒng)維護時可以在不影響系統(tǒng)正常運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，冗余的兩條數(shù)據(jù)高速通路同時并行運行，自動分?jǐn)偩W(wǎng)絡(luò)流量，并考慮了負載均衡的冗余設(shè)計，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)線路故障）時，另一路自動地承擔(dān)全部通信負載，保證通信的正常進行。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)冗余4)冷卻系統(tǒng)冗余。 利用控制柜內(nèi)可自動切換的冗余風(fēng)扇，對風(fēng)扇和機柜內(nèi)溫度進行實時監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)工作風(fēng)扇故障或柜內(nèi)溫度過高時都會自動報警，并自動啟動備用風(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)可靠性的一個重要手段。信息冗余技術(shù)是指在通信過程中或存放組態(tài)信息（重要信息）時，利用增加的多余信息位提供檢錯甚至糾錯的能力。信息冗余冗余控制的優(yōu)點優(yōu)點一、以現(xiàn)有的系統(tǒng)為依托，不需要任何時間或科研投入，可以立即實現(xiàn)；二、配置、安裝、使用簡單，無需額外的培訓(xùn)、設(shè)計等；三、使用冗余系統(tǒng)，理論上來講，系統(tǒng)的