Redundanta kontroliera pārslēgšanās laika optimizācija

Ko patiesībā nozīmē pārslēgšanās laiks

Rezervētie kontrolieri darbojas primārā/rezerve pāra režīmā. Primārais kontrolieris izpilda vadības loģiku un vada I/O. Rezerves kontrolieris darbojas karstā rezerves režīmā — tas saņem visus ieejas datus un paralēli izpilda to pašu loģiku, bet nevada izejas. Kad primārais kontrolieris neizdodas, rezerves kontrolieris pārņem izeju vadību. Laika intervāls starp primārā kontroliera kļūmi un rezerves pilnīgu izejas vadības pārņemšanu ir pārslēgšanās laiks.

Honeywell Experion PKS C300 kontrolieriem mērķa pārslēgšanās laiks ir 10 līdz 30 milisekundes drošības funkcijām un 50 līdz 100 ms regulējošai vadībai. Allen-Bradley ControlLogix 1756-L85E gadījumā publicētais pārslēgšanās specifikācijas laiks ir mazāks par 500 ms — taču praksē inženieri bieži novēro 200 ms līdz 2 sekundēm atkarībā no projekta lieluma, tīkla slodzes un pulsa konfigurācijas.

Lēna pārslēgšanās izraisa īslaicīgas izejas sasalšanas vai “triecienus”. Plūsmas vadības cilpā 200 ms izejas sasalšana rada redzamu plūsmas traucējumu. Turbīnas ātruma vadības cilpā 500 ms sasalšana slodzes atslēgšanas laikā var izraisīt pārmērīga ātruma aizsardzības triecienu.

Honeywell Experion PKS C300 pārslēgšanās mehānisms

C300 kontrolieru pāris sazinās pa speciālu Rezervētās Datu Saskarnes (RDI) savienojumu — 100 Mbps Ethernet pieslēgumu atsevišķā fiziskā tīklā no rūpnīcas vadības tīkla. RDI pārraida trīs datu veidus: pulsa signālus, I/O stāvokļa sinhronizāciju un kontroliera stāvokļa karodziņus. C300 sistēmas rezerves akumulators nodrošina, ka rezerves kontrolieris saglabā sinhronizēto stāvokli īsu strāvas pārtraukumu laikā.

C300 RDI pulsa intervāls ir konfigurējams no 5 ms līdz 100 ms. Īsāks intervāls ātrāk konstatē primārā kontroliera kļūmi, bet palielina RDI tīkla trafiku. Noklusējuma rūpnīcas iestatījums ir 20 ms — tas nozīmē, ka rezerves kontrolieris konstatē primārā kļūmi 20 ms laikā pēc pēdējā saņemtā pulsa. Faktiskais pārslēgšanās laiks iekļauj sinhronizācijas pārbaudes laiku (parasti 5 ms) un izejas vadības pārņemšanas laiku (parasti 3 ms), kopā veidojot aptuveni 28 ms pārslēgšanās laiku noklusējuma iestatījumos.

Optimizācijai: samaziniet pulsa intervālu līdz 10 ms drošības kritiskiem kontrolieriem. Tas teorētiski nodrošina aptuveni 18 ms pārslēgšanās laiku. Pārliecinieties, ka RDI kabeļa garums nepārsniedz C300 specifikāciju — 100 metrus starp primāro un rezerves skapjiem. Izmantojiet Category 6 aizsargātu tinumu pāri RDI savienojumam labākai elektromagnētiskajai noturībai. C300 kontroliera akumulatora komplektu jātestē reizi gadā, lai nodrošinātu rezerves barošanas pieejamību pārslēgšanās laikā.

Allen-Bradley ControlLogix rezervācijas regulēšana

ControlLogix rezervācija izmanto speciālu Sistēmas Rezervācijas Moduli (SRM) ar optisko šķiedru savienojumu. Rezervācijas sistēma sinhronizē primāro un rezerves kontrolierus uz uzdevumu līmeņa. Katrs primārā kontroliera uzdevuma pabeigšanas notikums izsauc sinhronizācijas notikumu rezervācijas savienojumā. 1756-RM2K rezervācijas modulis nodrošina uzlabotu sinhronizācijas veiktspēju lieliem projektiem.

Galvenais regulēšanas parametrs ir RPI (Requested Packet Interval) EtherNet/IP rezervācijas ceļā. Noklusējuma RPI ir 20 ms. Samazinot RPI līdz 10 ms, paātrinās stāvokļa sinhronizācija starp kontrolieriem. Tomēr mazāks RPI palielina CPU slodzi abiem kontrolieriem. Ievērojiet šos optimizācijas noteikumus:

• 1. solis: Ierobežojiet primāro periodisko uzdevumu līdz vienam nepārtrauktam uzdevumam ar 50 ms periodu. Izvairieties no vairākiem periodiskiem uzdevumiem — katrs papildu uzdevums rada atsevišķu sinhronizācijas punktu rezervācijas savienojumā.
• 2. solis: Iestatiet visiem digitālajiem I/O moduļiem RPI vērtības uz 50 ms. Ātrāki RPI (5 ms vai 10 ms) atsevišķos moduļos palielina sinhronizācijas trafiku, bet neuzlabo kopējo pārslēgšanās laiku.
• 3. solis: Samaziniet ražoto/patērēto tagu skaitu starp kontrolieriem. Katrs patērētais tags pievieno CIP savienojumu rezervācijas slodzei. Apvienojiet daudztagu datus UDT masīvos, lai samazinātu savienojumu skaitu.
• 4. solis: Uzraugiet kontroliera uzdevumu slodzi, izmantojot Studio 5000 Task Monitor. Ja primārā kontroliera uzdevuma izmantošana pārsniedz 40%, pārslēgšanās laiks pasliktināsies. Mērķējiet uz maksimālu 30% uzdevuma izmantošanu normālos ekspluatācijas apstākļos, lai atstātu rezervi rezervācijas sinhronizācijai.

Piecu soļu pārslēgšanās laika mērīšanas procedūra

Izmēriet faktisko pārslēgšanās laiku uz vietas, izmantojot šo procedūru. Veiciet šo testu plānotas apstādināšanas laikā — nepārbaudiet pārslēgšanos darbībā esošā procesā bez operatora ziņas.

• 1. solis: Pieslēdziet osciloskopu pie digitālās izejas kanāla. Konfigurējiet kontrolieri, lai gan primārais, gan rezerves kontrolieris vadītu DO ar 50% darba cikla kvadrātbumbu 1 Hz frekvencē. Osciloskops parāda nepārtrauktu 1 Hz signālu normālas darbības laikā.
• 2. solis: Izraisiet primārā kontroliera kļūmi, atvienojot tā barošanas avotu. Osciloskopa attēlā pārslēgšanās laikā redzama līnija bez signāla — izmēriet šī pārtraukuma ilgumu, izmantojot osciloskopa kursora funkciju.
• 3. solis: Honeywell C300 gadījumā gaidāmais pārtraukums ir 15 līdz 30 ms. ControlLogix 1756-L85E gadījumā gaidāmais pārtraukums ir 50 līdz 500 ms. Ja mērītais pārtraukums pārsniedz mērķi vairāk nekā par 20%, turpiniet ar 4. soli.
• 4. solis: Pārbaudiet rezervācijas savienojuma veselības indikatorus. C300 gadījumā pārliecinieties, ka RDI savienojuma LED diodes abos kontrolieros deg zaļi. ControlLogix gadījumā pārbaudiet 1756-RM moduļa LED diodes — gan Primārā, gan Sekundārā LED jādeg zaļi. Mirgojošs RDI vai SRM savienojums norāda uz pārtraukumiem komunikācijā, kas pasliktina pārslēgšanās laiku.
• 5. solis: Atjaunojiet primāro barošanu un pārbaudiet beztrieciena pārslēgšanos. Kontrolieris atsāk izeju vadību no pēdējā sinhronizētā stāvokļa. Uzraugiet analogo izeju, vai nav kādas izmaiņas, kas pārsniedz 0,5% no diapazona. Trieciena parādīšanās liecina par nepilnīgu stāvokļa sinhronizāciju iepriekšējās pārslēgšanās laikā.

Nobeigums un ieteikumi darbībām

Rezervēto kontrolieru pārslēgšanās laiks ir projektēšanas parametrs, ko inženieri bieži ignorē pēc sākotnējās nodošanas ekspluatācijā. Honeywell Experion PKS C300 samaziniet RDI pulsa intervālu līdz 10 ms un pārliecinieties, ka RDI kabeļa garums nepārsniedz 100 metrus drošības kritiskām lietojumprogrammām. Allen-Bradley ControlLogix 1756-L85E gadījumā apvienojiet periodiskos uzdevumus vienā nepārtrauktā 50 ms uzdevumā, standartizējiet I/O RPI vērtības uz 50 ms un uzturiet kontroliera uzdevumu izmantošanu zem 30%.

Veiciet osciloskopa testu pēc katras programmatūras atjaunināšanas vai projekta izmaiņām — koda izmaiņas, kas palielina uzdevuma izmantošanu par 5%, var palielināt pārslēgšanās laiku par 30%. Dokumentējiet mērīto pārslēgšanās laiku nodošanas pārskatā un izveidojiet pastāvīgu apkopes darba uzdevumu pārbaudēm reizi gadā rūpnīcas apstādināšanas laikā. Kontrolēts 20 ms pārslēgšanās laiks novērš nekontrolētas procesa traucējumus, kas var izraisīt neplānotus apstādinājumus.

Autors: Čens Hao ir rūpnieciskās automatizācijas inženieris ar vairāk nekā 10 gadu pieredzi PLC, DCS un vadības sistēmās.