控制器冗余提供高性價比的高可用性解決方案

艾默生PACSystems控制產品總監Darrell Halterman解釋了新的高可用性技術如何使PLC、PAC和邊緣控制器的冗余策略更加經濟。

最大化工廠正常運行時間，提高運營效率和增加盈利能力是制造商的基本目標。為了幫助他們實現這些目標，他們越來越多地尋求實現高可用性(HA)技術和系統，以幫助確保持續運行。工業自動化控制器，可以控制一系列關鍵任務設備和應用，提供了一個關鍵的機會。

對新的高可用性技術的需求

長期以來，分布式控制系統一直具有內建的HA功能，因為大型流程工廠依賴它們進行連續運行。然而，在可編程邏輯控制器(PLC)和可編程自動化控制器(PAC)控制的應用中，HA功能只在最關鍵的情況下被使用。

這是因為對于傳統的操作可用性需求，這些控制器的典型故障率是可以接受的，而構建和維護冗余PLC或邊緣控制器架構通常是復雜和昂貴的。因此，備件備份通常是減輕控制器故障的最經濟有效的方法。

PLC、PAC和邊緣控制器現在在工業應用中扮演著越來越重要的角色，包括數據分析和通信方面的關鍵功能。現在，控制器故障可能會嚴重影響整個工廠或操作的正常運行時間和效率，對始終在線控制解決方案的需求正在推動對HA控制體系結構的需求增加。

現代控制器使得在這些系統中輕松、快速地實現HA成為可能，成本并不比傳統的備件模型高多少，同時實現了增加正常運行時間、降低風險和支持更強的網絡安全的好處。

艾默生Pacsystems控制器

例如，在艾默生 PACSystems?RX3i控制器中，兩個成對的控制器通過并行運行、完全同步、實時鎖步執行和訪問相同的I/O來監督系統。因此，控制器不再是單點故障，因為主控制器中的故障導致在毫秒內無顛簸地傳輸到次控制器。這是通過反射存儲器技術實現的，該技術在每次掃描時將必要存儲器的圖像從活動控制器傳輸到其成對的備份控制器。

一流的HA控制解決方案結合了一系列的功能和條件，在具有成本效益和可維護性的解決方案中提供一致的、確定的、可靠的應用控制。

首先，兩個控制器都需要對所有I/O和現場設備具有相同的訪問權限，這可以通過容錯以太網環形網絡實現。

其次，控制器之間需要通過高性能鏈路進行通信，這些鏈路設計用于支持鎖步同步和掃描對掃描，因此備用控制器始終具有與主動控制器相同的數據集。這些鏈路允許在一次PLC掃描中以三毫秒的速度進行控制故障轉移。故障轉移時間是確定的，不會因其他網絡設備或事件的副作用而變化。

第三，雖然兩個控制器可以安裝在同一個位置，但最好將它們在地理上分開，以避免它們都受到常見的局部問題的影響，如停電、火災或洪水。最新的HA解決方案使用專用的控制器到控制器鏈路，并通過光纖支持高達10公里的I/O網絡。

第四，最新的HA解決方案被設計成即使在配對的控制器上安裝不同的軟件或固件版本也能繼續無縫操作。如果控制軟件或固件需要更新以部署新的網絡安全補丁，則可以在運行第二程序時更新主程序，反之亦然，這意味著機器或進程不必關閉。