TRACE MODE 6: отказоустойчивость и резервирование

Надежность является одним из важнейших требований к системам АСУ ТП. TRACE MODE 6 спроектирована с целью обеспечения максимальной надежности АСУ ТП. Она обладает системой защиты от ошибок проектирования и встроенной системой горячего резервирования всех уровней АСУ ТП - от отдельного датчика до сервера архива масштаба предприятия.

Горячее резервирование большинства компонентов АСУ ТП полностью автоматизировано и пользователю не требуется писать никаких специальных алгоритмов.

В инструментальной системе TRACE MODE узлы с горячим резервированием создаются крайне просто - в один щелчок мыши.  

Рассмотрим средства обеспечения надежности АСУ ТП с использованием горячего резервирования в SCADA TRACE MODE и Micro TRACE MODE более подробно.

Горячее резервирование УСО и коммуникаций в SCADA TRACE MODE

Система горячего резервирования SCADA TRACE MODE позволяет диагностировать достоверность (качество) сигналов, поступающих с датчиков, и резервировать их. В случае обрыва связи с датчиками, обладающими цифровыми интерфейсами, для всех поступающих с них сигналов, будет зафиксирована аппаратная недостоверность. Признаки аппаратной и программной достоверности передаются в каналах TRACE MODE вместе с измеренным значением как один из атрибутов канала и могут быть использованы в алгоритмах. 

Горячее резервирование отдельных сигналов или их групп (платы УСО, например) осуществляется в SCADA TRACE MODE без каких-либо ограничений. Таким образом, в SCADA TRACE MODE можно создавать системы, позволяющие диагностировать первичные приборы в процессе эксплуатации и осуществлять резервирование, повышающее надежность АСУ ТП.

Коммуникационные интерфейсы в АСУ ТП на базе SCADA TRACE MODE можно резервировать таким образом, что в случае разрыва сети, отказа адаптера или коммутатора, обмен данными переключится на резервный. А в случае полного отказа сети - на последовательный порт.

Нижеприведенный учебный фильм демонстрирует как перевести сетевой обмен между узлами SCADA TRACE MODE на последовательный интерфейс в случае отказа сетевого адаптера или коммутатора.

 Проект, показанный в учебном фильме можно скачать здесь.

SCADA TRACE MODE позволяет осуществлять горячее резервирование обмена по последовательным портам и обеспечивать защиту от обрыва линий связи с контроллерами и устройствами удаленного ввода/вывода.

Пример реазизации функции горячего резервирования последовательных портов при обмене данными по протоколу DCON показан в учебном фильме: 

Проект, показанный в учебном фильме можно скачать здесь (профессиональный формат).

В SCADA TRACE MODE поддерживаются функции горячего резервирования контроллеров (ПЛК). В проекте TRACE MODE любую пару ПЛК можно обозначить как, находящуюся в горячем резерве. В этом случае система автоматически отслеживает работоспособность главного ПЛК, а в случае его отказа быстро переходит на резервный для обеспечения надежной работы АСУ ТП. 

Нижеприведенный учебный фильм демонстрирует настройку операторского интерфейса при подключении к паре ПЛК Mitsubishi Melsec FX3U, находящихся в состоянии горячего резерва.  

Проект (в профессиональной версии), разработка которого показана в учебном фильме, можно скачать здесь.

Еще одни пример реазизации функции резервирования при обмене данными с устройствами – измерителем ТМ 5103Д (НПП ЭЛЕМЕР), цифровым термометром ИРТ 5922 (НПП ЭЛЕМЕР) и измерителями-регуляторами ТРМ138 и ТРМ251(ОВЕН), подключенными к Ethernet-серверу последовательных интерфейсов NPort 6450 (MOXA) к двум ПК – ПК1 и ПК2 с МРВ TRACE MODE под ОС WINDOWS 10 показан в следующем учебном фильме (это резервирование "лайт" без использования DoubleForce МРВ+): 

Проект, показанный в учебном фильме можно скачать здесь (базовый и профессиональный формат).

Обеспечение надежности сетевого обмена в SCADA TRACE MODE 

В SCADA TRACE MODE 6 также существуют способы повышения надежности АСУ ТП без использования горячего резервирования. Прежде всего, это два механизма корректного восстановления после сбоя обмена данными между серверами и контроллерами (ПЛК) под управлением TRACE MODE: "досылка от" и "чтение с". 

Опция "досылка от" обеспечивает посылку всех управляющих значений в восстановленный узел, независимо от того, когда они последний раз изменялись. "Чтение с" инициирует внеочередной прием всех входных каналов из восстановленного узла. Таким образом, обеспечивается актуальность текущих данных на всех узлах АСУ ТП сразу после восстановления связи между ними. Обе этих функции могут применяться как для повышения надежности обмена между двумя серверами, так и для надежности обмена сервера с ПЛК, и даже для обеспечения надежности обмена двух SOFTLOGIC-контроллеров между собой.

Еще одно средство повышения надежности АСУ ТП - технология дампа системы - файла сохранения текущих значений всех каналов данного узла. В этот файл с заданным периодом сохраняются все данные реального времени, которые могут быть подчитаны сервером при перезагрузке в качестве начальных значений каналов. Таким образом, перегрузка основного сервера практически не снизит надежность работы медленных контуров управления и регулирования.

Нижеприведенный учебный фильм демонстрирует технологию обеспечения безударного рестарта системы после отказов.

Проект, показанный в учебном фильме можно скачать здесь.

TRACE MODE® 6 обладает развитыми технологиями обеспечения предотвращения потерь данных при обмене по сети в условиях высокой нестабильности соединения. Данные, передаваемый по протоколу iNET при разрыве соединения буфферизируются, а затем при восстановлении соединения досылаются до адресата с записью в СПАД-архив.  

Данный учебный фильм демонстрирует настройку помехозащищенного сетевого обмена в распределенной АСУ ТП на базе SCADA TRACE MODE 6.10.

Проект, показанный в учебном фильме можно скачать здесь.

Резервирование и надежность контроллеров c Micro TRACE MODE

TRACE MODE® 6 обеспечивает горячее резервирование контроллеров, запрограммированных в Micro TRACE MODE. Этот тип резервирования применяется, как правило, для обеспечения надежности АСУ ТП на опасных производствах. Алгоритмы резервирования контроллеров могут гибко настраиваться пользователем и корректироваться в соответствии с требованиями и конфигурацией конкретной АСУ ТП. По умолчанию в TRACE MODE® реализованы следующие виды горячего резервирования ПЛК:

• автопостроение базы каналов резервного SOFTLOGIC-контроллера;
• резервирование контроллеров в АСУ ТП: переключение потоков данных на резервный контроллер в реальном времени в случае отказа основного;
• синхронизация данных реального времени между основным и резервным контроллером.

Технологии горячего резервирования TRACE MODE обеспечивают быстрое (4 - 100 ms) переключение контроллеров на резерв. Нижеприведенный учебный фильм демонстрирует настройку подобного быстрого горячего резерва контроллеров с Micro TRACE MODE по методу DIDO.

Проект, показанный в учебном фильме можно скачать здесь.

Повышение надежности АСУ ТП методом горячего резервирования контроллеров не исключает резервирования датчиков, при этом вопрос резервирования датчиков решается индивидуально по каждому сигналу. Пользователь сам может определить, будет ли каждый из резервированных контроллеров получать данные по данному технологическому параметру со своего датчика, либо один датчик будет служить источником информации для обоих контроллеров. 

Система обеспечения надежности TRACE MODE® 6 включает также поддержку аппаратного Watch Dog таймера, который позволяет автоматически перезагрузить контроллер или промышленный ПК.

Работа всех контроллеров в АСУ ТП осуществляется независимо. I-NET - стандартный сетевой протокол TRACE MODE обеспечивает надежность и отказоустойчивость АСУ ТП, поэтому выход из строя одного узла - контроллера или компьютера - не приводит к перегрузке сети из-за постоянных запросов к неисправному устройству.

Если вместо Микро TRACE MODE используется другая система программирования контроллеров (ПЛК), то надежность АСУ ТП обеспечивается следующим образом: признак аппаратный достоверности сигнала формируется непосредственно в SCADA-системе TRACE MODE 6 как индикатор наличия связи с PLC. Если сам PLC или OPC-сервер поддерживает контроль качества сигналов, то этот флаг качества может быть введен в систему отдельным каналом TRACE MODE, на основе которого может быть сформирована программная недостоверность основного канала. Это позволяет реализовывать однотипные алгоритмы резервирования отдельных сигналов и их групп как в контроллерах, так и в отказоустойчивых серверах SCADA системы TRACE MODE 6.

Резервирование серверов SCADA TRACE MODE

Интегрированная SOFTLOGIC-SCADA/HMI система TRACE MODE 6 обладает развитыми средствами горячего резервирования. Функции горячего резервирования TRACE MODE высокоавтоматизированы и легки в применении.

Надежность и отказоустойчивость распределенных АСУ ПТ обеспечивается методом горячего резервирования серверов - мониторов реального времени и серверов архива. В SCADA системе TRACE MODE® 6 реализованы функции автоматического дублирования серверов:

• процедура автопостроения для автоматического создания базы каналов резервных узлов в инструментальной системе TRACE MODE® 6;
• автоматическая синхронизация данных реального времени между основным и резервным серверами;
• автоматическое переключение потоков данных на резервный сервер TRACE MODE® 6 в случае отказа основного;
• автоматическое определение статуса сервера "основной" или "резервный" при старте системы и автоматическое разрешение конфликтов статуса при восстановлении основного сервера после сбоя;
• протоколирование всех сбоев и переключений на резервные серверы.

Нижеприведенный видеоурок демонстрирует разработку небольшого проекта резервированной АСУ ТП на основе DoubleForce МРВ TRACE MODE, запускаемого на двух ПК, с функциями автоматической синхронизации данных реального времени, вычислительных процедур, СПАД-архива и отчета тревог.

 Проект, показанный в учебном фильме можно скачать здесь.

Система резервирования и обеспечения надежности SCADA TRACE MODE содержит множество тонких настроек, связанных с обширным опытом эксплуатации в реальных проектах. К таким функциям, в частности, относится механизм разрешения конфликтов статуса резервированных МРВ при работе с одним комплектом УСО см. учебный фильм.

Надежность и резервирование клиентов в клиент-серверных АСУ ТП

Общеизвестно, что слабым местом клиент-серверной архитектуры является зависимость работоспособности всей АСУ ТП от состояния сервера (так как в случае отказа сервера все связанные с ним клиенты перестают получать данные).

SCADA TRACE MODE 6 легко решает эту проблему, предоставляя современную технологию повышения надежности клиент-серверных АСУ ТП путем резервирования серверов с автоматическим переключением клиентских ПК на резервный сервер, в случае отказа основного. В случае отказа сервера, клиент SCADA TRACE MODE сам диагностирует неисправность и автоматически переходит на резервный источник данных, а в случае отказа и этого сервера - на его следующий резерв.

Поэтому проблема надежности клиент-серверных АСУ ТП на основе TRACE MODE не существует - технологический процесс в всегда под контролем.

Безусловно, построение надежной отказоустойчивой АСУ ТП с функциями горячего резервирования серверов, контроллеров и датчиков является сложной задачей, но на помощь разработчику всегда приходит технология автопостроения и мощные средства отладки TRACE MODE 6.