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？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:

《物理網(wǎng)絡(luò)》

《網(wǎng)絡(luò)適配器，網(wǎng)卡（NIC）》

《PLC的》

《輸入傳感器》

《輸出控制設(shè)備》

《OPC服務(wù)器軟件》

《物理服務(wù)器》

《HMI / SCADA操作員站和服務(wù)器》

《電源/ UPS》

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?；瘜W(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。

常見(jiàn)的冗余區(qū)域，這些區(qū)域是用戶將軟件應(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，備份是否處于備用狀態(tài)而不是輪詢。通過(guò)管理OPC服務(wù)器中項(xiàng)目的活動(dòng)狀態(tài)，這是 OPC 客戶機(jī)在 OPC 主從式架構(gòu)（OPC客戶端到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客戶端與冗余管理軟件對(duì)話，就好像它是實(shí)際的OPC服務(wù)器一樣。