PACSystems High Availability
/ wysoka dostępność w systemach automatyki

Dla kogo przeznaczone są systemy wysokiej dostępności PACSystems HA?

Rozwiązania wysokiej dostępności PACSystems HA zostały zaprojektowane z myślą o systemach produkcji ciągłej, wsadowej oraz dyskretnej i z powodzeniem mogą być stosowane w aplikacjach gdzie sterowany proces ma charakter wolno lub szybkozmienny. Znajdują zastosowanie wszędzie tam gdzie nieplanowany przestój oznacza zagrożenie dla życia i zdrowia ludzkiego lub pociąga za sobą duże koszty oraz utratę reputacji firmy w oczach klientów.

Tolerancja przestojów a koszty operacyjne

Bez względu na branże w której działa przedsiębiorstwo, nieplanowany przestój zawsze ma negatywny wpływ na ciągłość produkcji, natomiast konsekwencje mogą być różne. Jeśli przestój oznacza nie tylko niższą jakość, ale i zniszczenie części instalacji lub produkcji, zagrożenie dla ludzi i środowiska, wówczas inwestycja w systemy redundantne jest uzasadniona i znacząco redukuje koszty operacyjne.

Czy potrzebuję systemu wysokiej dostępności PACSystems HA?

Zanim podejmiemy decyzję o wdrożeniu systemu redundancji należy zastanowić się nad potrzebą inwestowania w takie systemy. Po wstępnych analizach w większości przypadków okazuje się, że system taki może spłacić się już po kilku miesiącach od momentu wdrożenia. To co należy przeanalizować w pierwszej kolejności to:

• Jak często pojawiają się nieplanowane przestoje?
• Z czego one wynikają?
• Jaki jest średni czas usunięcia awarii (MTTR)?
• Czy w zakładzie służby odpowiedzialne za utrzymanie ruchu są stale na miejscu, czy w tym celu wykorzystywane są zewnętrzne firmy świadczące takie usługi?
• Jaki jest roczny koszt przestoju? (czas przestojów w ciągu roku x koszt przestoju MTTR na godzinę)
• Czy instalacja jest częścią składową większego procesu? Jaki wpływ na resztę procesu ma wyłączenie zatrzymanie naszej instalacji i jaki koszt to generuje?

Po jakim czasie się spłaca układ redundancji PACSystems HA?

Typowy system wysokiej dostępności wymaga zainwestowania dodatkowych środków na drugą jednostkę centralną, kasetę montażową, zasilacz, moduły do synchronizacji danych oraz moduły komunikacyjne. W zależności od typu aplikacji w której system będzie pracował nakłady poniesione na inwestycję zwrócą się gdy układ zabezpieczy nas już przed pierwszym nieplanowanym przestojem.

Redukcja kosztów podczas modernizacji działających układów do rozwiązań wysokiej dostępności

Systemy podwyższonej dostępności można wdrożyć również w obiektach już pracujących, gdzie do kontroli procesu wykorzystano rozwiązania PACSystems RX3i lub RX7i. Do sterowania wykorzystane zostaną te same urządzenia i ten sam algorytm sterujący. System rozbudowany zostanie jedynie o dodatkowy kontroler oraz moduły pozwalające na synchronizację danych. Konfiguracja układu redundancji wspierana jest przez wizardy dostępne w oprogramowaniu narzędziowym w którym przygotowano program sterujący.

Szkolenia z konfiguracji i programowania PACSystems HA

Każdy system redundancji oferowany jest wraz z kompleksowym szkoleniem zarówno dla integratorów pod kątem wdrożenia i konfiguracji jak i służb utrzymania ruchu w zakresie późniejszej rozbudowy i serwisu. Tylko odpowiednio przeszkolony personel w połączeniu z niezawodnością PACSystems HA dają gwarancję wysokiej dostępności systemu przez cały okres życia instalacji.

Co można redundować w systemie sterowania?

Poziom redundancji uzależniony jest od wymagań obiektu dlatego PACSystems HA pozwala na redundancję na różnych poziomach.

Redundancja jednostek centralnych

Wysoką niezawodność podczas sterowania zapewniają dwie specjalizowane jednostki centralne, z których pierwsza zajmuje się kontrolą procesu, druga równolegle przetwarza dane otrzymane od jednostki głównej. Obie jednostki nieustannie synchronizują ze sobą dane aby w momencie wystąpienia awarii jednostki aktywnej przejęcie sterowania przez jednostkę rezerwową nastąpiło bezuderzeniowo.

Redundancja modułów i magistral komunikacyjnych

Wymiana danych w PACSystems HA bazuje na łączu Ethernet a jej wysoką niezawodność gwarantują redundantne moduły komunikacyjne do warstwy aplikacyjnej oraz do warstwy układów wejść-wyjść. Architektura systemu może być oparta o topologię gwiazdy, magistrali, lub pierścienia i obsługuje redundancję magistral komunikacyjnych w całym systemie. Komunikacja może być realizowana w oparciu o medium elektryczne (skrętka) lub światłowodowe.

Redundancja modułów synchronizujących

Synchronizacja danych pomiędzy kontrolerami realizowana jest niezależnie od jednostek centralnych przy pomocy dedykowanych modułów synchronizujących. Wykorzystywane jest w tym celu łącze światłowodowe, pozwalające wymieniać dane na odległość do 10 km z szybkością 2.12 GHz. Synchronizacja danych realizowana jest dwukrotnie w każdym cyklu pracy kontrolera dzięki czemu przełączanie na moduł rezerwowy realizowany jest w czasie pojedynczych milisekund.

Redundancja zasilaczy systemowych

Każda kaseta systemowa może być wyposażona w redundantne zasilacze systemowe. Dzięki nim dostarczamy nadmiarową moc do zasilania węzła oraz zabezpieczymy system na wypadek uszkodzenia źródeł zasilania.

Redundancja modułów wejść-wyjść

Dla aplikacji w których przewidziano redundancję urządzeń obiektowych PACSystems HA pozwala na redundancję modułów wejść-wyjść.

Automatyczne przełączenie na element zapasowy

Zasada działania systemu redundantnego polega na automatycznym i bezuderzeniowym przełączeniu sterowania na element zapasowy w razie awarii elementu głównego. Jest to możliwe dzięki automatycznej i szybkiej synchronizacji danych pomiędzy kontrolerami. Synchronizacja danych procesowych gwarantuje, przejęcie sterowania w sposób bezuderzeniowy przez kontroler zapasowy i kontynuowanie pracy z dokładanie takimi samymi danymi jakie miał kontroler główny w chwili awaryjnego wyłączenia. Dzięki temu system pracuje bez przerw, spadku jakości oraz wydajności produkcji.

PACSystems PNSR - Redundancja na sieci Profinet

Komunikacja pomiędzy systemem nadrzędnym a układami wejść-wyjść może być oparta o sieć Profinet. Kontrolery sieci Profinet instalowane w stacjach procesowych pozwalają na wymianę danych z szybkością 1Gb, mogą pracować w sieci RING dzięki obsłudze protokołu MRP oraz posiadają wbudowane, redundantne interfejsy miedziane oraz światłowodowe. Dzięki temu architektura systemu jest bardzo prosta i niezawodna gwarantując jednocześnie asynchroniczną komunikację w czasie rzeczywistym. Konfiguracja redundancji wykorzystuje gotowe wizzardy dzięki czemu proces konfiguracji i parametryzacji przebiega bardzo szybko.

Redundancja na sieci Ethernet (EGD)

Wymiana danych w systemie redundancji PACSystems HA może bazować na protokole Ethernet Global Data. W tym przypadku wykorzystywane są moduły do sieci Ethernet, komunikacja ma charakter rozgłoszeniowy a szybkość wymiany danych wynosi 100 Mbps. Taka architektura pracy wymaga od programisty większego zaangażowana a konfigurację systemu daje natomiast możliwość lokalnego sterowania w ramach węzła oddalonego.

Obsługa modułów komunikacyjnych w węzłach wejść-wyjść

System redundancji PACSystems HA pozwala na obsługę modułów komunikacyjnych zainstalowanych w kasetach wejść-wyjść. W węzeł VersaMax I/O (Profinet) oraz RX3i I/O (EGD) możliwa jest obsługa modułów Modbus RTU Master oraz Profibus DP Master. Docelowo taka funkcjonalność pojawi się również w węzłach RX3i I/O PNS (Profinet).

Wysoka wydajności

Kontroler pracujący w układzie rezerwacji PACSystems HA RX3i może sterować instalacjami automatyki obsługującymi kilkadziesiąt tysięcy sygnałów obiektowych. Algorytm sterowania dla takich aplikacji może korzystać z kilkunastu milionów zmiennych dostępnych w programie sterującym, z czego ponad 6 milionów może być synchronizowanych. Kontroler taktowany jest zegarem o częstotliwości 1 GHz i wykonuje program logiczny z prędkością 0.047 ms / 1000 operacji bitowych.

Niezależna od jednostki centralnej synchronizacja danych procesowych ma niewielki wpływ na czas cyklu pracy nawet przy synchronizacji dużej ilości danych pomiędzy kontrolerami. Przekłada się to w bezpośredni sposób na maksymalizację wydajności systemu.