浅谈Tricon控制器的三重冗余\容错

[摘 要]自动控制系统的控制器冗余\容错问题越来越受到各个企业的重视,对于现代化企业自动化程度越来越高,对控制系统要求就要更高,其关键是控制器的稳定、准确和安全,所以,控制器冗余\容错就显得特别关键和重要。冗余\容错是Tricon控制器最重要的特性,它可以在线识别瞬态和稳态的故障并进行适当的修正。冗余\容错技术提高了控制器的安全能力和可用性,使过程得到安全控制。现就我厂Tricon控制器三重冗余\容错进行小的分析和说明。

[关键词]控制器三重冗余容错Tricon

[中图分类号]TP273[文献标识码]A[文章编号]1007-9416(2010)03-0108-01

我厂的压缩机控制系统采用的是TRICON的控制系统,Tricon通过三重模件冗余结构(TMR)提供容错能力。此系统由三个安全相同的系统通道组成(电源模件除外,该模件是双重冗余的)。每个系统通道独立地执行控制程序,并与其它两个通道并行工作。硬件表决机制则对所有来自现场的数字式输入和输出进行表决和诊断。模拟输入则进行取中值的处理。

因为每一个分电路都是和其它两个隔离的,任一分电路内的任何一个故障都不会传递给其它两个分电路。如果在一个分电路内有硬件故障发生,该故障的分电路就能被其它两个分电路修复。维修工作,包括拆卸和更换故障有分电路故障的故障模件都可以在Tricon在线情况下进行,而不中断过程控制。系统能自行重新配置而执行完全的TMR控制。

对于各个分电路、各模件和各功能电路的广泛的诊断工作能够及时地探查到运行中的故障,并进行指示或报警。诊断还可以把有关故障的信息存储在系统变量内。在发现有故障时,操作员可以利用诊断信息以修改控制动作,或者指导其维护过程。

1 工作原理

三重模件冗余(TMR)结构保证了设备的容错能力,并且能在元部件出现硬件故障或者来自内部或外部来源的瞬态故障的情况下提供完好的不间断的控制。

每一个I/O模件内都包容有三个独立的分电路。输入模件上的每一分电路读取过程数据并将这些信息传送给它相应的主处理器。三个主处理器通过一个专用的被称作TriBus的高速总线系统通讯。

每扫描一次,主处理器都通过TriBus与其相邻的主处理器进行通讯,达到同步。TriBus表决数字输入数据、比较输出数据、并将模拟输入数据挎贝至各个主处理器。主处理器执行控制程序并把由控制程序所产生的输出送给输出模件。除对输入数据作表决之外,Tricon在离现场最近的输出模件上完成输出数据的表决,使其尽可能地与现场靠近,以便检测出任何错误并予以修复。

对于每个I/O模件,系统可以支持一个可选的热备模件。如果装有备件,在运行中,如主模件发生故障时,备件投入控制。热备位置也被用于系统的在线修理。

2 主处理器模件

Tricon系统包含三个主处理器模件。每个模件控制系统的独立的一路,并与其它两个主处理器并行工作。

每个主处理器上有一个专用的I/O通讯处理器,用以管理在主处理器和I/O模件之间交换的数据。一条三重I/O总线位于机架的背板上,机架间通过I/O总线电缆连接。

当每个输入模件被询问时,I/O总线的相应的一支就把新的输入数据传递给主处理器。输入数据汇成表存入主处理器内,并存入存储器以备用于硬件表决。

主处理器内的每一单个输入表通过TriBus传到其邻近的主处理器。在此传送过程中,完成硬件表决。TriBus利用一直接存储器存取可编程装置而对三个主处理器之间的数据进行同步、传送、表决、以及比较。如果发现不一致,信号在两个表中是一致的,则对第三个表进行修正。由于取样时间差异而造成的差别可用不同的数据图样进行限制。每个主处理器把数据的必要的修正保持在当地存储器内。任何差异都被标识,并在扫描结束时被Tricon的内部故障分析器来判断某一模件是否存在故障。主处理器把修正过的数据送入控制程序。主微处理器和相邻的主处理器模件一起并行执行控制程序。

我厂采用的是#3008型主处理器,用于存放用户编写的控制程序、SOE1数据、I/O数据、诊断、以及通讯缓冲器。外部电源故障时SRAM可完好地保存用户程序和保持性内存接点,时间为至少六个月。

主处理器模件接受双电源供电,电源母线排列在主机架内。一个电源或电源母线出现故障不会影响系统性能。在发生外部二路电源故障时,SRAM由装在主机架的背板上的电池进行保护。Tricon在没有外部电源的情况下,电池能完整地保持程序和保持性变量,至少可保持六个月。

3 总线系统

三条三重总线系统都蚀刻在机架背板上,三条总线为TriBus、I/O总线、及通讯总线。

TriBus包括三条独立的串联的链路,在4Mband下运行。它在每一扫描开始时使各主处理器同步。然后,每个主处理器将它的数据送入它的上游和下游的主处理器。TriBus完成下列三种功能:

――传输模拟的、诊断的、和通讯的数据

――传输和表决数字输入数据

――对上次扫描的输出数据和控制程序存贮器进行数据比较并对不同之处进行标识。

Tricon容错结构的一个重要特征是,每一个MP使用了同一个数据发送器将数据同时送给上游的和下游的主处理器,这样保证了同样上游处理器和下游处理器接收相同的数据。

每个I/O模件通过其对应的端子板接受现场信号或向现场传送数据。机架相邻的物理槽位视作同一个逻辑槽位。第一个位置上放置工作模件,第二位置放置热备I/O模件。端子板通过背板顶部的Elco插头相边连,同时连接工作和热备的I/O模件。所以,这两个模件接收的是相同的来自端子板的信号。

I/O总线可使信息在I/O模件和主处理器之间传送,速率为375K波特。三重化I/O总线沿着背板的底部敷设。I/O总线的每一分电路在一个主处理器与其相应的I/O模件上的相应的分电路间传递信息。I/O总线通过一组三条I/O总线缆在各机架间的延伸。通讯总线在主处理器和通讯模件之间传输信息,其速率为2 M波特。

4 结语

综上所述,企业对自动化控制系统要求越来越高,迫使控制系统功能也变得越来越强大,特别是控制器功能的极大增强,而其最重要的就是系统的冗余、容错功能,它们保证了系统的安全、稳定。