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DCS冗余问题的详细介绍

宣布日期：

2021-10-20

冗余技术就是增加多余的设备，以包管系统越发可靠、宁静地事情。冗余的分类要领多种多样，凭据在系统中所处的位置，冗余可分为元件级、部件级和系统级;凭据冗余的水平可分为1:1冗余、 1:2冗余、1:n冗余等多种。在目今元器件可靠性不绝提高的情况下，和其它形式的冗余方法相比，1:1的部件级热冗余是一种有效而又相对简单、配置灵活的冗余技术实现方法，如I/O卡件冗余、电源冗余、主控制器冗余等。因此，目前海内外主流的历程控制系统中大多接纳了这种方法。虽然，在某些局部设计中也有接纳元件级或多种冗余方法组合的乐陈规范。二个部件组成的并联系统(互为冗余)与单部件相比，平均无故障时间是原来的1.5倍。

但它并不是两个部件简单的并联运行，而是需要硬件、软件、通讯等协同事情来实现。将互为冗余的两个部件组成一个有机的整体，通常包括以下多个技术要点：

1)信息同步技术

它是事情、备用部件之间实现无扰动(Bumpless)切换技术的前提，只有按控制实时性要求进行高速有效的信息同步，包管事情、备用部件程序一致地事情，才华实现冗余部件之间的无扰动切换。

在热备用事情方法下，其中一块处于事情状态(事情卡)，实现系统的数据收罗、运算、控制输出、网络通讯等功效;而另一块处于备用状态(备用卡)，它实时跟踪事情卡的内部控制状态(即状态同步)。事情/备用卡件之间的正/负逻辑是互斥的，即一个为事情卡，另一个肯定是备用卡;并且它们之间有冗余控制电路(又称事情/备用控制电路)和信息通讯电路，以协调两块卡件同时并且有序地运行，包管对外输入输出特性的同一性，即关于用户使用而言，可以认为只有一个部件。一般在设计中，事情、备用部件之间通过高速的冗余通讯通道(串行或并行)实现运行状态互检和控制状态的同步(如组态信息、输出阀位、控制参数等)。

2)故障检测技术

为了包管系统在泛起故障时实时将冗余部分投入事情，必须有高精确的在线故障检测技术，实现故障发明、故障定位、故障隔离和故障报警。故障检测包括电源、微处理器、数据通讯链路、数据总线及I/O状态等。其中故障诊断包括故障自诊断和故障互检(事情、备用卡件之间的相互检查)

3) 故障仲裁技术和切换技术

精确实时地发明故障后，还需要实时确定故障的部位、剖析故障的严重性，依赖前文提到的冗余控制电路，对事情、备用故障状态进行剖析、比较和仲裁，以判定是否需要进行事情/备用之间的状态切换�？刂迫ㄇ谢坏饺哂啾赣貌考贡匦氚芸焖佟⒛病⑽奕哦�。当处于事情状态的部件泛起故障(断电、复位、软件故障、硬件故障等)或者事情部件的故障较备用部件严重时，备用部件必须快速地无扰动地接替事情部件的所有控制任务，对现场控制不造成任何影响。同时要求切换时间应为毫秒级，甚至是微秒级，这样就不会因为该部件的故障而造成外部控制工具的失控或检测信息失效等等。另外，还需要尽快通过网络通讯或就地LED显示进行报警，通知用户泛起故障的部件和故障情况，以便进行实时维护。

4)热插拔技术

为了包管容错系统具有高可靠性，必须尽量减少系统的平均修复时间MTBR。要做到这一点，在设计上应努力提高单位的独立性、可修复性、故障可维护性。实现故障部件的在线维护和更换也是冗余技术的重要组成部分，它是实现控制系统故障部件快速修复技术的要害。部件的热插拔功效可以在不中断系统正�？刂乒πУ那榭鱿略黾踊蚋蛔榧�，使系统平稳地运行。

5)故障隔离技术

冗余设计时，必须考虑事情、备用部件之间的故障应该做到尽可能互不影响或影响的概率相当小(0.01%)，即可认为故障是隔离的。这样可以包管：处于备用状态的部件爆发故障时，不会影响冗余事情部件或其他关联部件的正常运行，包管冗余的有效性。

1)主控制卡/器即CPU的冗余

2) 电源系统冗余

3) 网络系统冗余

接纳冗余网卡和冗余网络接口。正常事情时，冗余的两条数据高速通路同时并行运行，自动分摊网络流量，并考虑了负载均衡的冗余设计，使系统网络通信带宽提高。当其中一路故障(网卡损坏或泛起线路故障)时，另一路自动地担负全部通信负载，包管通信的正常进行。

4)冷却系统冗余

利用控制柜内可自动切换的冗余电扇，对电扇和机柜内温度进行实时监测，发明事情电扇故障或柜内温度过高时都会自动报警，并自动启动备用电扇。

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