How to / Komunikacja przemysłowa

Redundancja w systemie sterowania PLC od firmy BEDROCK Automation

01.09.2020 Producent: Bedrock Automation Zastosowanie: Zakłady przemysłowe, Energetyka, Górnictwo
Wizerunek autora
System sterowania PLC BEDROCK

Innowacyjność systemu sterowania BEDROCK opiera się na wykorzystaniu modułów umieszczonych na elektromagnetycznej magistrali umożliwiającej jednocześnie komunikację między komponentami oraz ich zasilanie. Wśród dostępnych modułów znajdują się te odpowiedzialne za: zasilanie, kontrolę nad procesami, komunikację za pomocą złączy Ethernet lub RS (232, 422, 485) oraz obsługę wejść/wyjść analogowych lub cyfrowych (w tym uwaga – mogą to być moduły uniwersalne – oferujące programową konfigurację każdego z kanałów zarówno jako wejście lub wyjście, analogowe bądź dyskretne).

Poniższy opis powstał, by przybliżyć kwestię redundancji w oparciu o kontrolery BEDROCK (serii SCC) wyposażone w obsługę tej funkcjonalności.

Opis rozwiązania

Jak zostało wspomniane wyżej, redundancja systemu implementowana jest za pomocą dwóch kontrolerów typu SCC montowanych wraz z innymi modułami na magistrali zawierającej dziesięć lub dwadzieścia gniazd montażowych (BMI.10, 20). Wartym podkreślenia jest fakt, że zarówno kontrolery, zasilacze czy moduły I/O mogą znajdywać się na tym samym backplane.

Podstawowym założeniem redundancji w systemach automatyki obsługiwanych za pomocą sterowników PLC jest zapewnienie ciągłości wykonywanego zadania lub procesu w przypadku awarii danego podzespołu. System sterownia firmy BEDROCK oferuje łatwą konfigurację redundancji z wykorzystaniem darmowego środowiska BEDROCK IDE. Proces wdrażania omawianej funkcji nie wymaga umiejętności programowania, lecz sprowadza się do właściwego ustawienia wymaganych opcji.

Zasada działania systemu z dwoma kontrolerami zakłada pracę jednego z nich w trybie aktywnym, natomiast drugiego – w pasywnym. Aktywny kontroler steruje procesem wykonując wcześniej wprowadzony do niego program oraz komunikuje się z urządzeniami zewnętrznymi (np. poprzez serwer OPC UA). Jego pasywny odpowiednik wykonuje taką samą pracę, jednak nie komunikuje się poprzez serwery ani moduły wejść/wyjść. Obydwa komponenty wymieniają natomiast informacje między sobą w trakcie wykonywania zadań. Przy odpowiednio skonfigurowanej redundancji pasywny kontroler przejmie rolę aktywnego, gdy ten zakomunikuje o swojej awarii lub łączność z nim zostanie utracona.

W ogólnym przypadku kontroler w redundantnym systemie może znaleźć się w jednym z czterech stanów. Dwa z nich zostały opisane wyżej i dotyczą sytuacji, w której obydwa moduły są sprawne. W przypadku usterki kontrolera przechodzi on w stan awarii (ang. Faulted), natomiast pozostały pracuje w trybie samodzielnym (ang. Standalone).

Po poprawnie przeprowadzonej konfiguracji system sterowania BEDROCK automatycznie ustali hierarchię pomiędzy istniejącymi kontrolerami. Dzieje się to w usystematyzowany sposób, poprzez poddawanie kontrolerów poszczególnym etapom weryfikacji przy każdym uruchomieniu sterownika. Najważniejsze poziomy weryfikacji zostały wymienione i opisane poniżej.

  • Inicjalizacja systemu – etap polegający na przeprowadzeniu wstępnej diagnostyki każdego z kontrolerów oraz sprawdzeniu poprawności ich certyfikatów.
  • Wyszukiwanie – w tym stanie każdy z dwóch kontrolerów stara się wykryć swojego odpowiednika. Jeśli etap zakończy się sukcesem, przechodzą one do uwierzytelniania. Jeśli nie – może wystąpić sytuacja, w której obydwa kontrolery przejdą w stan awarii, lub jeden z nich zacznie pracę w trybie samodzielnym (najczęściej w przypadku zwykłych aplikacji z pojedynczym elementem kontrolującym proces).
  • Uwierzytelnianie – na tym etapie następuje wzajemna identyfikacja kontrolerów za pomocą certyfikatów BEDROCK oraz (opcjonalnie) certyfikatów X.509 należących do użytkownika. Jeśli uwierzytelnianie przebiegnie poprawnie, kontrolery przechodzą w system pracy „aktywny – pasywny” przyjmując role zgodnie z wprowadzoną konfiguracją. W przypadku niepowodzenia podczas uwierzytelniania, jeden z kontrolerów przechodzi w tryb samodzielny, natomiast pozostały ustawia się w stan awarii.

Jeśli obydwa kontrolery mają przypisaną domyślnie rolę aktywnego, preferowanym aktywnym modułem jest ten, umieszczony w gnieździe nr 2.

Powyższy opis jest uproszczony i ukazuje główną problematykę całego procesu. Pełny schemat przeprowadzania weryfikacji ukazany jest poniżej.

Proces wzajemnego uwierzytelniania modułów CPU w PLC od BEROCK

 

Szczegóły konfiguracji

W omawianym przypadku sterownik BEDROCK składa się z:

  • magistrali BMI.10 – posiadającej 10 gniazd montażowych (nie licząc miejsc dla kontrolerów oraz modułów zasilania),
  • dwóch modułów zasilania SPM,
  • dwóch kontrolerów typu SCC,
  • modułu wejść cyfrowych UDI.10,
  • modułu wyjść cyfrowych UDO.10,
  • modułu uniwersalnych wejść/wyjść UIO.10,
  • modułu komunikacji Ethernet.

Obecność modułu Ethernet pozwala na wygodne połączenie komputera ze kontrolerami. Przewody Ethernet biegnące zarówno od komputera, jak i kontrolerów można doprowadzić do wyżej wspomnianego modułu.

Konfiguracja inicjalizacyjna powinna odbywać się przy braku wykonywania jakiegokolwiek zadania przez obydwa kontrolery.

Pierwszym krokiem w procesie konfiguracji jest sprawdzenie adresów IP kontrolerów (z poziomu BEDROCK IDE) oraz odpowiednie dostosowanie ustawień komunikacji Ethernet komputera. Następnie tworzony jest nowy pusty projekt w środowisku BEDROCK IDE. Pamięci podręczne obydwu kontrolerów są czyszczone oraz do każdego z nich wgrywany jest wyżej wspomniany projekt. Restart całego sterownika kończy działania podejmowane na tym etapie.

 

Kolejna część konfiguracji to ustawienie redundancji. Polega ona na dodaniu do drzewka projektu nowego elementu symbolizującego tę funkcjonalność oraz wypełnieniu odpowiednich pól konfiguracyjnych. Użytkownik definiuje m. in. który  kontroler pełni domyślnie rolę aktywnego lub pasywnego. Ponadto na tym etapie można zaprojektować docelowy program, jaki ma wykonywać sterownik, choć jego późniejsze dodanie również jest możliwe.

Poniższy film obrazuje wyżej opisane kroki, wraz z konfiguracją modułu Ethernet sterownika, pozwalającą na swobodną komunikację kontrolerów po odłączeniu komputera.

Sposób dodania elementów magistrali (BMI.10) w programie BEDROCK IDE odpowiada rzeczywistemu umiejscowieniu modułów sterownika. 

 

Po wykonaniu ostatniej czynności zaprezentowanej na powyższym filmie powinien nastąpić restart sterownika oraz zamknięcie i ponowne otworzenie projektu w BEDROCK IDE.

Efektem końcowym są dwa kontrolery pracujące w systemie redundantnym. Podczas, gdy komputer jest podłączony do modułu Ethernet sterownika (skonfigurowanego na powyższym filmie) możliwe jest ręczne przełączanie trybów pracy kontrolerów z poziomu środowiska BEDROCK IDE. Po usunięciu przewodu Ethernet komputera, możliwa jest też weryfikacja poprawnej komunikacji kontrolerów poprzez odłączanie ich kolejno od modułu Ethernet.

Rezultaty, widoczne w oknie programu BEDROCK IDE, przedstawia poniższy film. Zielony znacznik z literą „A” przy ikonie kontrolera oznacza, że pracuje on w trybie aktywnym. Analogicznie – szary znacznik z literą „P” wskazuje na tryb pasywny.

 

Elmark Automatyka jest dystrybutorem produktów firmy BEDROCK Automation. W razie jakichkolwiek pytań prosimy o kontakt na adres mailowy elmark@elamark.com.pl .

Komentarze