Резервирование плк и устройств ввода-вывода. Резервирование промышленных сетей

Несмотря на существование большого разнообразия ме­тодов резервирования, в промышленной автоматизации по­лучили распространение только два из них: «горячее» резер­вирование замещением (hot standby) и метод голосования (2ооЗ — 2 out of 3 voting. Ioo2 voting и др.). Реже использует­ся «тёплый» резерв (warm standby).

Целью резервирования может быть обеспечение безотказ­ности или обеспечение безопасности. Методы резервирова­ния, используемые для достижения этих двух целей, сущест­венно различаются. Основное различие состоит в том, что для обеспечения безопасности достаточно снизить вероятность только опасных отказов, в то время как для обеспечения без­отказности требуется обеспечить работоспособность системы при всевозможных отказах. Поэтому системы, связанные с безопасностью, получаются проще, чем отказоустойчивые системы, при условии одинаковой наработки до отказа.

Существуют следующие виды систем резервирования:

1. Резервирование замещением

2. Общее и поэлементное резервирование

3. Резервирование модулей ввода и датчиков

4. Резервирование аналоговых модулей ввода и датчиков

5. Резервирование датчиков и модулей ввода дискретных сигналов

6. Резервирование модулей вывода

7. Резервирование аналоговых модулей вывода

8. Резервирование модулей дискретного вывода и нагрузки

9. Резервирование процессорного модуля

10. «Горячее» резервирование замещением

11. Резервирование методом голосования

12. Резервирование источников питания

13. Резервирование промышленных сетей

14. Резервирование сетей PROFIBUS, Modbus, CAN

15. Резервирование промышленных сетей Ethernet

16. Метод физического кольца

17. Полное резервирование сети

18. Резервирование беспроводных сетей

Резервирование промышленных сетей

В состав промышленной сети входят линии связи, комму­таторы, сетевые мосты, маршрутизаторы, сетевые контрол­леры, преобразователи интерфейсов и источники питания. Однако чаше всего резервируются только линии связи как наименее надёжные элементы.Основной характеристикой метода резервирования про­мышленных сетей является длительность перехода на резерв.

Рис. 16. Резервирование методом голосования

Рис. 17. Резервирование промышленной сети с помощью коммутации портов

(У1...УЪ - оконечные устройства, Kj...K3 - модули резервирования сети)

Резервирование сетей PROFIBUS, Modbus, CAN

Р езервирование промышленных сетей выполняется обычно одновременно с ре­зервированием контроллеров). Для этого в каждом ПЛК использу­ют два (реже — три) сетевых порта, к од­ному из них подключают основную про­мышленную сеть, к другому - резервную Каждый контроллер имеет средства контроля работоспособности сети и в случае её отказа переключает свой порт на резервную сеть. В системах с голосованием резервирование выпол­няется проще: исходящий поток сообщений посылается во все сети одновременно, а входящие пото­ки из всех сетей проходят через схему голосования . Для контроллеров, имеющих один сетевой порт и не пред­назначенных для работы в резервированных сетях, выпуска­ются специальные модули резервирования, которые имеют один разъём (М на рис. 17) для подключения к порту оконеч­ного устройства, например ПЛК, и два разъёма (А и В) для подключения к основной и резервной сети (рис. 17). Модули могут работать в многомастерных сетях как с ведущими, так и с ведомыми устройствами. Ведомых устройств, подключа­емых к одному модулю резервирования, может быть не­сколько (У,...У5 на рис. 17). Модуль работает как коммутиру­емый повторитель интерфейса, одновременно контролируя исправность сети. Отказ обнаруживается по первому симво­лу в передаваемом сообщении, и при его появлении модуль переключается на резервный порт.

Основной проблемой резервирования сетей методом заме­щения является обнаружение отказа. Поскольку после отка­за (например, обрыва) сети на некотором участке доставка сообщений к отсоединённой части сети невозможна, обна­ружение отказа должно выполняться каждым участником се­ти автономно. Но это возможно только в многомастерных сетях или в сетях, имеющих специальные аппаратные сред­ства контроля. Протоколы резервирования промышленных сетей являют­ся узкоспециализированными закрытыми разработками фирм-производителей контроллеров и в общедоступной ли­тературе не описаны.

Резервирование промышленных сетей Ethernet

Резервированию в промышленных сетях Ethernet с комму­таторами посвящена серия стандартов IEEE [17, 18]. Однако первоначально они были предназначены только для исклю­чения замкнутых контуров в сетях, поэтому требования к быстродействию алгоритмов учтены не были. В связи с рез­ким ростом спроса на промышленный Ethernet (рост около 50% в год с 2004 г., 1191) возросли требования ко времени пе­реключения на резерв. Поэтому в 2005 году началась работа над новым стандартом IEC 62439 "High Availability Automati­on Networks" («Сети промышленной автоматизации с высо­кой готовностью»), которая была инициирована комитетом IEC по цифровой коммуникации ТС65С.

Основной проблемой при резервировании сетей Ethernet с коммутаторами является устранение замкнутых логических контуров (петель, циклов). Логические петли не допускают­ся потом\, что при их наличии коммуникационные пакеты могли бы вечно путешествовать по сети, ограничивая её пропускную способность.

Существует несколько методов резервирования промыш­ленного Ethernet:

• агрегирование линий связи;

• резервирование на основе протоколов STP и RSTP:

• организация в сети физического кольца;

• полное резервирование всей сети.

Первые два метода стандартизованы, вторые два являются нестандартными разработками фирм-производителей, и многие из них защищены патентами.