基于TRACE MODE 5.09的控制器自动冗余

单位】　　在本篇文章中，作者将与读者分享自动控制系统中冗余控制器的应用和运转经验，以及独特的软硬件解决方案。
　　
　　如果在控制具有潜在危险性或者价值不菲的工艺流程的时侯，控制器意外失灵，将会出现什么情况，其后果又会怎样呢？在最糟糕的情况下，这会造成巨大的物质损失和环境污染，而操作人员的心情会长时间地受到不良影响。在切尔诺贝利核电站发生的事故及其所引起的生态灾难所造成的影响至今仍然存在。
　　在设计工作中，对于自动控制系统中控制器功能的可靠性的要求是由它们发生工作间断和故障的后果决定的。设计工作是按照俄罗斯国家标准GOST和俄罗斯联邦采矿业和工业监察局所确定的规则完成的。可靠性的提高，需要增加购买备份控制器和实现自动冗余的软件的投入。实现冗余的投入是一次性的。应用了冗余之后所带来的效果会超过此项投入，而且还能长期发挥作用。15年来，在对易燃易爆的化肥生产的控制过程中，我们通过使用带有自动冗余设备ТВСО СМ1634的自动控制系统已经证实了以下特点：
　　1.保证在不间断的生产周期中对工艺流程实现全昼夜的可靠监测和控制；
　　2.由于简化了对整个系统可靠性的维护，实际上，与非冗余的情况相比，用于冗余设备的养护和维修费用减少了；
　　3.提高了自动控制系统的技术使用寿命；
　　4.为进行预防性维护、修理和预防潜在故障检测创造了很好的条件；
　　5.可以达到软件功能的完善和在备用控制器上进行实时调整，同时使之作为自动控制系统中的基本部发挥其作用；
　　6.自动冗余的另一优点在于能够将可靠性低的元件组成一个可靠性高的系统。
　　2000年，通过替换技术老化设备的方法对自动控制系统进行了改造。现在，自动控制系统中使用的是“Tecon”公司的3个现代化的多功能成套控制器。它们是在TRACE MODE 5实时监控器的控制下工作。其中两个控制器在系统中正常运转,　第三个则处于“冷”冗余状态。在其中的一个控制器中集中了控制、管理和保证具有潜在危险性的工艺流程的安全的主要核心软件。经验告诉我们，在5—10年间，这个控制器完全可能由于不同的原因而突然发生工作间断或故障。尽管自动控制系统整体上具有很高的可靠性，实施人员在没有邀请承包单位的情况下，还是独立决定将处于“冷”状态的控制器转换到了支持自动冗余的备份模式下。
　　
　　■冗余结构
　　
　　对用户来说，实现自动控制系统所有功能的全面冗余是十分昂贵的。按元件（按节点）进行冗余则是更加能够接受的方式。在这里，我们使用节点冗余比全面冗余更加有利，因为我们是对自动控制系统中负责生产安全的最主要节点进行冗余。
　　在规定功能状态下，冗余系统的控制器中的一个是主要控制器“Master”(主机)，而另一个是跟随后备控制器“Slave”（从机）。来自于传感器的信息进入两个控制器，但是，只有处于“Master”状态的控制器才能够发出控制工艺流程的输出信号。后备控制器中的输出信号应该是以电子方式封闭，或借助终端继电器截断。在自动冗余结构图（见图1）中，独立判优器完成以下功能：
　　1.在备份控制器中记录电子组件的工作间断和故障，软件的“过载”和与操纵站的网络联系的中断；
　　2.如果基本上记录了故障和工作间断（自动复原性的故障），则向后备控制器发出指令，使其转换状态；
　　3.为了排除虚假磨损，弥补“Master/Slave”状态转换时设定的暂时性延误；
　　4.如果相邻控制器的状态码显示相邻控制器无法工作或不存在，禁止将主控制器转入“Slave”状态。
　　

图1，控制器自动冗余结构图
　　
　　在结构上，它是处于带有时间设定RC电路的微电路K155AG3上的监视定时自动开关。它们由控制器发出的 “回纹”（meandr）型程序信号控制。
　　维修人员具有调整判优器的权限。
　　1.在系统的正常工作过程中，操作员可以通过手动扳倒开关来改变控制器的“Master/Slave”状态；
　　2.在通过扳倒开关对两个控制器加载工程程序时，可以首先设定哪一个为“Master”，哪一个为“Slave”。
　　冗余过程中，控制器的辅助索引开始发挥作用。通过这个索引完成所有冗余功能的基本指令。在这个索引中，可根据01FF端口在控制器输入输出地址范围上的地址存取数据。同时，在 “Slave”状态下，辅助索引的信号不会在控制器上受到硬件封闭。
　　我们放弃了通过控制器和TRACE MODE软件实现冗余的某些其它结构方案，如：
　　1.当向触发器的两个输入口同时输入控制信号时，为了排除静态触发器的不确定状态，未使用额定电缆将用于控制器"Master"/"Slave"状态转换的分布式触发器的二分之一部分连接起来；
　　2.未启动“Watch Dog”，即由硬件控制自动清除处理程序OCTAGON5066的监视定时开关。这是因为，在安装操作系统和工程时，工艺流程不受控制，而这可能导致事故的发生；