CC BY
51
УДК 621.454.2
РЕЗЕРВИРОВАННАЯ СИСТЕМА НА БАЗЕ КОНТРОЛЛЕРА SIMATIC S7-400H И ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННОЙ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СТАНЦИЕЙ РАСПРЕДЕЛЕННОГО ВВОДА-ВЫВОДА ET-200M
В. Н. Дущак1, Д. Н. Рудич2*, С. Е. Юленков1 Научный руководитель - С. П. Саханский
1Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
2АО «Красноярский машиностроительный завод» Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 29
E-mail: rdm-m@mail.ru
Представлено описание резервированной системы автоматизации SIMATIC S7 400H, рассматривается резервирование ПЛК и устройств ввода-вывода, нахождение их в горячем резерве для мгновенного перехода в случае отказа основного канала. При этом принципиально дублируются центральный процессор (CPU), блок питания и аппаратура для соединения обоих центральных процессоров.
Ключевые слова: резервирование, резервированная система, контроллер, станция.
RESERVED SYSTEM ON THE SIMATIC S7-400H CONTROLLER AND DECENTRALIZED MULTIFUNCTIONAL STATION OF DISTRIBUTED INPUT / OUTPUT ET-200M
V. N. Duschak1, D. N. Rudich2*, S. E. Yulenkov1 Scientific Supervisor - S. P. Sakhanskiy
1Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
2AO "Krasnoyarsk Machine-Building Plant" 29, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
E-mail: rdm-m@mail.ru
The description of redundant system of automation of SIMATIC S7-400H is provided, reservation of a PLC and the input equipment of an output, finding them in a hot reserve, for the instantaneous transition in case of refusal of the main channel is considered. At the same time the central processor (CPU), power supply unit and an equipment for connection of both central processors are essentially duplicated.
Keywords: reservation, redundant system, controller, station.
Введение. Целью использования систем автоматизации с высоким коэффициентом готовности является сокращение производственных потерь. Чем выше расходы, связанные с остановкой производства, тем более целесообразно использование отказоустойчивой системы. Более высокие, как правило, капитальные затраты на отказоустойчивые системы быстро компенсируются за счет устранения производственных потерь.
Резервирование позволяет создавать системы аварийной сигнализации, противоаварийной защиты, автоматического пожаротушения, контроля и управления взрывоопасными технологическими блоками [1] и другие, относящиеся к уровням безопасности SIL1...SIL3 по стандарту МЭК 615085 [2]. В основе метода резервирования лежит очевидная идея замены отказавшего элемента исправным, находящимся в резерве. Для замены отказавшего элемента достаточно иметь резервный (запасной) элемент на складе. Однако продолжительность ручной замены составляет единицы часов, что для многих систем автоматизации недопустимо долго. Сократить
Секция «Информационно-управляющие системы»
время вынужденного простоя позволяет применение контроллеров и модулей ввода-вывода с разъёмными клеммными соединителями и с возможностью «горячей» замены при условии наличия развитой системы диагностики неисправности [3].
Конструктивные особенности. Рассматриваемая система управления выполнена на базе контроллера SIMATIC S7-400H с резервированной структурой и децентрализованной многофункциональной станции распределенного ввода-вывода SIMATIC ET-200M. Состоит из двух идентичных подсистем, работающих по принципу «ведущий-ведомый». Обе подсистемы связаны оптическими кабелями синхронизации и выполняют одну и ту же программу. Управление процессом осуществляет ведущая подсистема. В случае отказа функции управления безударно переводятся на ведомую подсистему.
Особенности SIMATIC S7-400H. Прозрачное программирование. Программы могут быть написаны на всех доступных для S7-400 языках. Программа, написанная для обычного центрального процессора, может выполняться центральным процессором резервированного контроллера и наоборот. При написании программы учитываются только технологические особенности объекта управления. Вопросы повышения надёжности функционирования системы решаются операционной системой и аппаратной частью контроллера.
Стандартная обработка данных. С точки зрения пользователя в резервированной системе S7-400H есть только один центральный процессор и одна программа. Происходит быстрое безударное переключение с ведущей на ведомую подсистему в течение 30 мс. Во время переключения операционная система S7-400H гарантирует исключение возможности потери данных и запросов на прерывания, а также автоматическая синхронизация после замены одного из центральных процессоров. После замены одного из центральных процессоров предусмотрено выполнение автоматической безударной синхронизации, т. е. с передачей в память включённого в работу процессора всех текущих данных (программы, блоков данных, динамических данных и т. д.) [4].
Переключаемая конфигурация систем ввода-вывода S7-400H. В переключаемой конфигурации модули ввода-вывода подключаются к базовым блокам контроллера через резервированную сеть PROFIBUS DP. Оба центральных процессора контроллера способны обслуживать все модули ввода-вывода, однако управления системой ввода-вывода осуществляется только центральным процессором ведущего базового блока. Все модули ввода-вывода устанавливаются в станциях распределённого ввода-вывода ET 200M, подключаемых к двум линиям связи резервированной сети PROFIBUS DP через интерфейсные модули IM 153-2. В активном состоянии находится линия, подключённая к ведущему базовому блоку контроллера.
Резервирование входных и выходных каналов. Симметричная установка двух одинаковых модулей в станцию ET-200M переключаемой конфигурации системы распределённого ввода-вывода программируемого контроллера S7-400H. Поддержка работы резервированных коммуникационных и функциональных модулей обеспечивается на уровне операционной системы центральных процессоров S7-400H: поддержка функций резервирования и синхронизации работы дублированных коммуникационных процессоров СР 443-1. Резервированные каналы ввода-вывода, поддерживаемые на уровне операционной системы центральных процессоров, могут создаваться только на основе модулей, перечисленных в руководстве по S7-400H [5]. При этом для подключения датчиков и исполнительных устройств применяется приведенная ниже схема (см. рисунок).
Контроллер 81МЛТ1С 87 400Н и децентрализованная многофункциональная станция распределённого ввода-вывода ЕТ 200М: 1 - контроллер 81МЛТ1С 87-400Н; 2 - станция распределённого ввода-вывода ЕТ-200М
Таблица 1
Конфигурация контроллера SIMATIC S7-400H
PS407 Блок питания для контроллера 87-400И 2
СР443-1 Коммуникационный процессор контроллера 87-400И 2
СР417-4 Центральный процессор контроллера 87-400И 2
Конфигурация станции ЕТ-200М Таблица 2
PS307 Блок питания для станции ЕТ-200М 2
IM153-2 Интерфейсный модуль для станции ЕТ-200М 2
1AI...3AI Модуль ввода аналоговый 8-канальный 1
1DI...5DI Модуль ввода дискретный 16-канальный 1
1DO... Модуль вывода дискретный 16-канальный 1
Заключение. Предложенная система обеспечивает: исключение простоев производства, связанных с большими потерями материальных и денежных средств в области нефтеперерабатывающей и химической промышленности, энергетики, сталеплавильных и стекольных заводов, систем водоочистки, фармацевтической, пищевой и автомобильной промышленности.
Библиографические ссылки
1. Денисенко В. В. Выбор аппаратных средств автоматизации опасных промышленных объектов // Современные технологии автоматизации. 2005. 8694 с.
2. МЭК 615085. Функциональная безопасность электрических/ электронных/ программируемых электронных систем, связанных с безопасностью, 1998.
3. Липаев В. В. Надёжность программных средств. М. : Синтег, 1998. 232 с.
4. Электронное руководство «SIMATIC система автоматизации S7-400 H отказоустойчивые системы» [Электронный ресурс]. URL: http://psbprivod.ru/pdf/controllers/S7-400H.pdf (дата обращения: 17.04.2017).
5. Электронное руководство «SIMATIC ET 200M» [Электронный ресурс]. URL: http://ste.ru/siemens/pdf/rus/ET200M_2014.pdf (дата обращения: 18.04.2017).
© Дущак В. Н., Рудич Д. Н., Юленков С. Е., 2017
