plc, pac和边缘控制器在高可用性时代

高可用性见解

• 高可用性(HA)是制造商实现其效率目标的一种现代方式。传统上，HA被内置到分布式控制系统中，主要用于关键情况，然而，更经常地将HA用于关键功能已被证明具有成本效益并增加正常运行时间。因此，对HA功能的需求不断增加。
• 高可用性解决方案已成为现代控制策略的关键部分。它还消除了周末和夜班加班的需要，因为生产将不再受到白班的影响。它的主要吸引力在于提供快速、确定和一致的故障转移的解决方案。

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随着制造商寻求新的方法来最大限度地提高其运营效率和盈利能力，他们更加重视控制系统技术，以帮助确保连续生产和更高的工厂可用性。传统上，更换故障设备可能被视为停机的合理原因，但在现代制造业中，这通常被认为是不可接受的。高可用性现在对技术和系统的需求越来越大，包括工业自动化控制器，它可以控制一系列关键任务设备和应用。

多年来，HA功能已经被内置到分布式控制系统(DCS)中，因为大型处理工厂依赖于它们进行连续操作，而任何停机时间往往都是昂贵的。但是，在由可编程逻辑控制器(PLC)和可编程自动化控制器(PAC)例如机器和其他设备，HA功能通常只用于最关键的实例。

其中一个主要原因是PLC、PAC和边缘控制器的典型故障率被认为是可以接受的，以满足传统的操作可用性要求。此外，构建和维护冗余PLC或边缘控制器架构通常是复杂和昂贵的。因此，许多组织认为备件备份是减轻控制器故障的最经济有效的方法。

然而，PLC、PAC和边缘控制器在今天扮演着越来越重要的角色，包括数据分析和通信领域的关键功能。以前，控制器故障可能会导致一台机器脱机，而现在，它有可能严重影响整个工厂或操作的正常运行时间和效率。随着关灯制造过程在电子制造、物流或仓储等行业中变得越来越普遍，对永远在线控制解决方案的需求正在推动对高可用性控制体系结构的需求增加。

控制器冗余

借助现代控制器技术，现在可以在这些自动化系统中快速，轻松地实现HA，并且成本大致相当于传统的备件模型。这种新的高可用性方法使组织能够增加工厂的正常运行时间，降低风险并支持更强大的网络安全。

现代PLC、PAC和边缘控制器应该能够使配对控制器通过并行运行、完全同步、实时锁步执行和访问相同的输入/输出(I/O)来监督系统。因此，控制器不再是单点故障，因为主控制器的故障会导致在毫秒内无颠簸地传输到从控制器。这是通过反射存储器技术实现的，该技术在每次扫描时将必要存储器的图像从主动控制器完全传输到配对的备份控制器。

一系列功能和条件被整合到一流的HA控制解决方案中，以具有成本效益和可维护的解决方案提供一致、确定、可靠的应用控制。首先，两个控制器必须对所有I/O和现场设备具有相同的访问权限，这最好通过容错以太网环形网络来实现。与传统的双线网或星形网相比，环形网通常可以用最少的额外材料和努力创建。

其次，控制器之间需要通过高性能链路进行通信，以支持锁步同步，扫描对扫描。这使得备份控制器始终具有与活动控制器相同的数据集。这些链路允许在单个PLC扫描中快至三毫秒的控制故障转移。然而，这些专用同步链接的主要好处是故障转移时间是确定的，不会因为其他网络设备或事件的副作用而发生变化。当其他架构试图通过I/O网络同步两个控制器时，与其他联网设备的交互可能导致控制切换延迟。在最坏的情况下，这些其他体系结构的不确定性故障转移可能会引发额外的系统故障，甚至导致两个冗余控制器完全停止工作。

第三，虽然两个控制器可以安装在同一位置，但最好在地理上将它们分开，以避免两者都受到常见的局部问题的影响，例如停电，火灾或洪水。最新的高可用性解决方案使用专用的控制器到控制器链路，并通过光纤支持距离达10公里的I/O网络。

最后，最新的高可用性解决方案被设计成即使在配对控制器上安装了不同的软件或固件版本，也能继续无缝运行。如果需要更新控制软件或固件以部署新的网络安全补丁，则可以在主控制器运行时更新主控制器，反之亦然，这意味着在进行此关键更新时不需要关闭机器或进程。这可以带来额外的经济效益。用户可以在不停止应用程序的情况下执行日常维护甚至升级活动。那些曾经被下放到夜班和周末轮班的活动，导致了昂贵的加班，因此现在可以在白班进行，而不会损失生产。

高可用性的关键演变

组织不再需要为了获得HA控制体系结构的诸多好处而牺牲性能或成本。现代控制系统冗余架构提供具有快速、确定性和一致故障转移的高可用性解决方案。现在可以最大限度地提高操作可用性，最小化维护成本，从而增加和更快地获得投资回报。由于提高网络安全弹性的额外好处，显然高可用性控制架构已成为现代控制策略的关键演变。

- CFE媒体与技术副主编Morgan Green编辑mgreen@cfemedia.com．

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