|
我從自動(dòng)化行業(yè)的一些新用戶(hù)那里聽(tīng)說(shuō)，他們僅僅只了解工業(yè)自動(dòng)化中一些使用的產(chǎn)品技術(shù)，對(duì)于那些技術(shù)的概念卻一知半解。 而今天這篇文章就旨在幫助那些不熟悉工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的一些專(zhuān)業(yè)人士，無(wú)論是在職業(yè)生涯的開(kāi)始，還是從IT或者其他背景進(jìn)入到操作技術(shù)（OT）世界的你們。 在這篇文章中，我將討論冗余問(wèn)題。這個(gè)術(shù)語(yǔ)經(jīng)常被廣泛使用，有時(shí)它可以是一個(gè)簡(jiǎn)單的應(yīng)用程序，但它也可以快速解釋為具有大量技術(shù)細(xì)節(jié)的復(fù)雜討論問(wèn)題，它的存在比一篇博客文章關(guān)于它所能涵蓋的范圍更廣。 我的重點(diǎn)是深入了解使用冗余的原因，推動(dòng)冗余程度的業(yè)務(wù)因素，自動(dòng)化系統(tǒng)中的類(lèi)型或級(jí)別，以及自動(dòng)化軟件系統(tǒng)實(shí)施的注意事項(xiàng)。 什么是冗余？ 冗余是指系統(tǒng)中的備份組件可以在主要組件發(fā)生故障時(shí)接管它們的工作。但是備份哪些組件？我會(huì)說(shuō)，任何對(duì)你的操作至關(guān)重要的組件，都可能是一個(gè)會(huì)阻止整個(gè)過(guò)程的單點(diǎn)故障。 我們可以看到人們?cè)谌哂嘞到y(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的一些組件包含但不限于:
失敗，碰撞和后果的要點(diǎn)冗余的目標(biāo)是消除單點(diǎn)故障，并為你的過(guò)程提供可靠的正常運(yùn)行時(shí)間。在考慮你的冗余需求時(shí)，你應(yīng)該檢查整個(gè)系統(tǒng)，并了解任何一個(gè)部分失敗后的后果。非計(jì)劃停機(jī)的一些主要后果是以生產(chǎn)能力的損失，生產(chǎn)廢料以及工人和設(shè)施安全等因素來(lái)衡量。這些因素的業(yè)務(wù)成本越高，冗余對(duì)于最大化系統(tǒng)生產(chǎn)至關(guān)重要的可能性就越大。 你可以在冗余上花費(fèi)的數(shù)量沒(méi)有限制，但所有決策都必須考慮在沒(méi)有冗余系統(tǒng)的情況下失敗的代價(jià)。 冗余中的常見(jiàn)術(shù)語(yǔ)是“碰撞”?！芭鲎病笔侵高^(guò)程中斷，例如計(jì)劃外停機(jī)，機(jī)器停機(jī)。每個(gè)工業(yè)過(guò)程在碰撞的后果方面都是不同的。如果你處于連續(xù)鋼板生產(chǎn)過(guò)程中，輸入原材料流量恒定，連續(xù)鋼板輸出，下游機(jī)器將鋼材切割成不同尺寸，你可以想象任何一個(gè)部件的停工都會(huì)造成多么大的破壞！ 連續(xù)過(guò)程通常會(huì)使用累加器來(lái)緩沖一定數(shù)量的產(chǎn)品以允許短暫停止或暫停，但即便是那些只能走到這一步。在紙張生產(chǎn)中，其涉及將濕紙漿連續(xù)進(jìn)料到以極高速度移動(dòng)的幅材上，超過(guò)幾百毫秒的碰撞可能都是不被接受的。你的生產(chǎn)過(guò)程可以承受的“碰撞”越短，那么你的自動(dòng)化系統(tǒng)中的冗余就越重要。 影響冗余要求的另一個(gè)因素是：如果生產(chǎn)過(guò)程停止，重新啟動(dòng)生產(chǎn)過(guò)程需要多長(zhǎng)時(shí)間。在關(guān)閉后，有一些連續(xù)的過(guò)程可能需要數(shù)小時(shí)甚至數(shù)天才能重新啟動(dòng)。重啟的時(shí)間越長(zhǎng)，冗余就越重要。 同樣，過(guò)程關(guān)閉的要求也很重要。化學(xué)品和煉油的過(guò)程無(wú)法做到以無(wú)序方式關(guān)閉而不會(huì)造成災(zāi)難性后果。通過(guò)這些系統(tǒng)，你將找到專(zhuān)業(yè)供應(yīng)商，他們制造三重冗余安全關(guān)閉系統(tǒng)，具有三重冗余輸入和輸出，以及復(fù)雜的三分之二投票方案，以確保無(wú)論如何都能使該過(guò)程有序地降低！從邏輯上講，在完全冗余的系統(tǒng)中是沒(méi)有單點(diǎn)故障的。每個(gè)硬件或軟件組件都需要是冗余的，或者根據(jù)需要支持冗余架構(gòu)。 作為控制工程師，你的工作是尋找適合你流程的冗余級(jí)別，然后確定最有可能導(dǎo)致故障的系統(tǒng)組件，并且這些組件需要多少冗余才能達(dá)到預(yù)期的系統(tǒng)可靠性水平。
故障轉(zhuǎn)移，故障恢復(fù)，可見(jiàn)性一旦了解了要冗余的內(nèi)容，接下來(lái)要做的就是必須決定何時(shí)以及如何在系統(tǒng)之間進(jìn)行故障轉(zhuǎn)移。你需要確定將使用哪些信號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定一個(gè)主系統(tǒng)不可用？這些信號(hào)能夠以足夠快的速度告訴你，以確保你的故障轉(zhuǎn)移，而不會(huì)在你的過(guò)程中造成不可接受的碰撞嗎？選擇正確的標(biāo)準(zhǔn)和信號(hào)是一種謹(jǐn)慎的平衡。如果你選擇過(guò)于敏感的東西，你可能會(huì)得到誤報(bào)并產(chǎn)生不必要的故障轉(zhuǎn)移。如果它們不夠敏感，你會(huì)得到不必要的碰撞。 你需要決定哪個(gè)系統(tǒng)將決定故障轉(zhuǎn)移到備份系統(tǒng)。如果發(fā)生這種決定，將針對(duì)每個(gè)流程和應(yīng)用程序以及可接受的碰撞時(shí)間而定。 對(duì)于非常重要的事情，你顯然希望確保合適的人知道故障轉(zhuǎn)移已經(jīng)發(fā)生，何時(shí)以及為什么，以便他們可以采取措施來(lái)修復(fù)主系統(tǒng)，并為備份系統(tǒng)可能出現(xiàn)的更大問(wèn)題做好準(zhǔn)備，然后做到失敗只在主服務(wù)器返回服務(wù)之前。 要做到這一點(diǎn)，那些決定故障轉(zhuǎn)移的系統(tǒng)應(yīng)提供可由警報(bào)系統(tǒng)監(jiān)視的數(shù)據(jù)，這些警報(bào)系統(tǒng)會(huì)向正確相關(guān)的人員發(fā)送電子郵件，短信或其他提示。這些系統(tǒng)甚至可能具有生成通知的內(nèi)置功能。 關(guān)鍵是你必須隨時(shí)了解系統(tǒng)狀態(tài)，以及一些主動(dòng)通知異常狀態(tài)的方法。 接下來(lái)你需要決定，我怎么知道主系統(tǒng)又回來(lái)了？你是否希望主系統(tǒng)在返回時(shí)成為新的輔助系統(tǒng)，或者你是否希望在主系統(tǒng)返回指定的時(shí)間段后進(jìn)程自動(dòng)故障回復(fù)到主系統(tǒng)？你是否希望被告知主系統(tǒng)已經(jīng)返回，然后手動(dòng)故障回復(fù)到主系統(tǒng)？在你開(kāi)始選擇軟件和硬件組件之前，這些都是你想要了解的因素。 接下來(lái)，讓我們探討一些常見(jiàn)的冗余區(qū)域，這些區(qū)域是用戶(hù)將軟件應(yīng)用程序集成到自動(dòng)化系統(tǒng)中時(shí)常聽(tīng)到的。 網(wǎng)絡(luò)冗余網(wǎng)絡(luò)冗余的目標(biāo)是為了防止通過(guò)網(wǎng)絡(luò)丟失與其他系統(tǒng)的連接。這對(duì)你來(lái)說(shuō)是否重要主要取決于你運(yùn)行的系統(tǒng)類(lèi)型。獨(dú)立的HMI與單個(gè)PLC通信，直接連接到PLC，否則只能將網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)作為“不錯(cuò)的”功能，可能不需要冗余。 具有多個(gè)操作員站，通過(guò)以太網(wǎng)連接的多個(gè)PLC，通過(guò)以太網(wǎng)連接到驅(qū)動(dòng)器的PLC，多個(gè)服務(wù)器或系統(tǒng)間通信的系統(tǒng)可能具有嚴(yán)重的冗余要求。如果失去網(wǎng)絡(luò)連接則意味著你的過(guò)程可能會(huì)停止和失控，與此相關(guān)的成本是不可被接受的，那么你此時(shí)將需要擁有一個(gè)冗余網(wǎng)絡(luò)。 這可能涉及冗余網(wǎng)絡(luò)布線，交換機(jī)，可能的環(huán)網(wǎng)以及任何其他網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，以確保即使網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，網(wǎng)絡(luò)流量也將始終有效。目標(biāo)是提供冗余通信路徑。 在PC或服務(wù)器級(jí)別，你可能需要計(jì)算機(jī)中的冗余網(wǎng)卡（NIC）。這樣，如果主NIC失敗，則網(wǎng)絡(luò)流量可以使用備份NIC。 無(wú)論你擁有多少冗余，你用于數(shù)據(jù)收集，記錄和報(bào)告的軟件都需要能夠通過(guò)故障轉(zhuǎn)移順利地與你的架構(gòu)協(xié)同工作。網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的某些部分對(duì)計(jì)算機(jī)和軟件是透明的，并且可能不需要軟件中的任何特殊功能。通常來(lái)說(shuō)，冗余網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)屬于此類(lèi)別。
當(dāng)你開(kāi)始在計(jì)算機(jī)中使用冗余網(wǎng)卡以及具有不同IP地址的冗余網(wǎng)絡(luò)路徑到達(dá)同一目標(biāo)設(shè)備時(shí)，你的數(shù)據(jù)收集軟件（如OPC服務(wù)器軟件）可能需要進(jìn)行設(shè)置以了解何時(shí)應(yīng)該將故障轉(zhuǎn)移到備份網(wǎng)絡(luò)。 控制硬件冗余運(yùn)行對(duì)生產(chǎn)至關(guān)重要的任務(wù)的PLC也很常見(jiàn)。其想法是為控制設(shè)備提供冗余。通常，這是你的數(shù)據(jù)收集軟件還需要支持冗余的區(qū)域。 如果你正在使用OPC服務(wù)器軟件，并且具有冗余PLC，那么與這些PLC通信的軟件必須能夠支持該架構(gòu)。軟件需要知道哪個(gè)PLC是主PLC，哪個(gè)是次級(jí)PLC，什么條件會(huì)導(dǎo)致故障轉(zhuǎn)移到輔助PLC，以及何時(shí)切換回主PLC。 理想情況下，該軟件還將為你提供在HMI，SCADA或報(bào)警系統(tǒng)中監(jiān)視和顯示OPC服務(wù)器與之通信的PLC（主要或次要）的方法。
軟件和IT硬件系統(tǒng)冗余我們不想在這里停下來(lái)讓我們的OPC服務(wù)器運(yùn)行的計(jì)算機(jī)成為單點(diǎn)故障。這意味著我們需要冗余PC上的冗余OPC服務(wù)器。為此，我們的OPC客戶(hù)端能夠支持冗余OPC服務(wù)器。 支持冗余OPC服務(wù)器意味著OPC客戶(hù)端 - 你的HMI / SCADA系統(tǒng)，報(bào)警系統(tǒng)，MES系統(tǒng)或其他系統(tǒng) - 將需要知道與哪個(gè)OPC服務(wù)器進(jìn)行通信。你還需要確定是否希望兩個(gè)OPC服務(wù)器同時(shí)輪詢(xún)你的設(shè)備，或者你是否希望一個(gè)OPC服務(wù)器進(jìn)行輪詢(xún)，備份是否處于備用狀態(tài)而不是輪詢(xún)。通過(guò)管理OPC服務(wù)器中項(xiàng)目的活動(dòng)狀態(tài)，這是 OPC 客戶(hù)機(jī)在 OPC 主從式架構(gòu)（OPC客戶(hù)端到OPC服務(wù)器）中的責(zé)任，因此有可能實(shí)現(xiàn)上述兩種情況。 大多數(shù)OPC客戶(hù)端不處理冗余管理的這些細(xì)節(jié)。一些HMI / SCADA系統(tǒng)支持冗余，但有時(shí)它涉及腳本和其他自定義編寫(xiě)的代碼。因此，在許多情況下，你需要一個(gè)軟件來(lái)管理和優(yōu)化與兩個(gè)OPC服務(wù)器的連接。你的OPC客戶(hù)端與冗余管理軟件對(duì)話(huà)，就好像它是實(shí)際的OPC服務(wù)器一樣。 顯然，有很多與這些配置相關(guān)的細(xì)節(jié)超出了我這篇文章所能涵蓋的范圍。冗余可以很簡(jiǎn)單，也可以根據(jù)你的業(yè)務(wù)需求迅速變得復(fù)雜。去仔細(xì)考慮，了解你的業(yè)務(wù)需求，并了解你當(dāng)前的應(yīng)用程序在冗余方面可以處理和不能處理的內(nèi)容是非常重要的。
目前有現(xiàn)成的軟件應(yīng)用程序，如TOP Server，可以幫助你管理冗余要求。 |
|
|
