سیستم‌های اتوماسیون اضافی – نیازها و مزایا

سیستم‌ اتوماسیون اضافی redundant چیست؟

اگر شما یکی از کسانی هستید که به اتوماسیون صنعتی علاقه مند هستید، مطمئناً یک روز در مورد کلمه “Redundancy” شنیدید.

افزونگی در زبان انگلیسی به معنای “وضعیت عدم نیاز یا عدم نیاز یا مفید بودن” است، اما در سیستم‌های اتوماسیون صنعتی، عملکرد مهم و حیاتی برای اجرا دارد.

بنابراین امروز میخواهیم مفهوم افزایش را درک کنیم و چگونه آیا این مفهوم می تواند به ما در ایجاد راه حل بهتری برای اتوماسیون کمک کند.

مفهوم ریداندانت و ریداندانسی چیست؟

ریداندانت یا ریداندنت (Redundant) در لغت به معنای افزونه و زائد است.
ریداندانسی (Redundancy) نیز از همین واژه گرفته شده و همان طور که می دانید، به معنای افزونگی است.

منظور از سیستم‌ اتوماسیون اضافی redundant چیست؟

افزونگی در مورد داشتن مولفه‌های پشتیبان در سیستمی است که می‌تواند در صورت و زمانی که مؤلفه‌های اصلی از کار بیفتد، کنترل را به دست بگیرد.

سیستم‌های اتوماسیون اضافی اساساً از دو عنصر اصلی (Master & slave) تشکیل شده‌اند یا می‌توانیم آنها را (جزء اصلی و جزء ثانویه) بنامیم.

این دو مؤلفه قرار است عملکرد یکسانی را انجام دهند اما اولویت‌هایی دارند.

جزء اصلی مسئول مدیریت عملکرد است و هنگامی که از کار بیفتد، مؤلفه پشتیبان (ثانویه) جای خود را می گیرد تا همان عملکرد را بدون هیچ توقفی انجام دهد.

نیاز به افزونگی در سیستم‌ اتوماسیون اضافی redundant

هدف استفاده از سیستم‌های اتوماسیون اضافی کاهش خطر تلفات تولید است، صرف‌نظر از اینکه ضرر ناشی از یک خطا باشد یا در نتیجه نگهداری کار می کند.

هر چه هزینه‌های وقفه‌ها بیشتر باشد، استفاده از سیستم اضافی ارزشمندتر است.

توجه کنید که:

“هزینه های سرمایه گذاری عموماً بالاتر سیستم های اضافی با اجتناب از زیان تولید، به سرعت بازگردانده می شوند.”

مثال

یک اصطلاح متداول در افزونگی “برآمدگی” است. “برآمدگی” یک وقفه در فرآیند است مانند توقف برنامه ریزی نشده خط، یا خاموش شدن ماشین. هر فرآیند صنعتی از نظر عواقب یک ضربه متفاوت است.

به عنوان مثال:

اگر با “ایستگاه اندازه گیری گاز” که مسئول اندازه گیری دقیق جریان گاز طبیعی است، تصور می کنم که شما قبلاً می دانید که این فرآیند چگونه حیاتی است و باید به عنوان انجام شود. با دقت تا حد امکان.

بنابراین، در صورت هرگونه ارتباط نادرست بین رایانه جریان و ابزار اندازه‌گیری (متر، فرستنده) که برای شما هزینه زیادی دارد زیرا جریان اندازه‌گیری نمی‌شود.

در اینجا در چنین شرایطی، شما باید یک سیستم اضافی متشکل از دو یا حتی سه رایانه جریانی بسازید، همه آنها عملکرد یکسانی دارند (اندازه گیری جریان گاز) بنابراین وقتی یکی از آنها وضعیت “برآمدگی” دارد، دیگری به طور خودکار رایانه جریان شروع به رسیدگی به فرآیند می کند و خوانش ها و داده های اندازه گیری را ذخیره می کند.

سطوح ریداندنسی در سیستم ریداندانت 

ریداندانسی در 4 سطح قابل اعمال است که
رایج ترین آن استفاده همزمان از دو CPU یا به عبارتی سیستم ریداندانت برای cpu کنترلر بوده و
گران ترین آن سیستم ریداندانت برای ورودی ها و خروجی های اتوماسیونی است.

انواع افزونگی (سیستم‌ اتوماسیون اضافی redundant)

در برخی از دسته بندی ها، افزونگی را از نظر سخت افزاری و نرم افزاری نیز طبقه بندی می کنند.

بایستی دقت کنیم که در هر صورت، هنگامی که صحبت از ریداندانسی می شود، حتما منبع تغذیه، CPU و شبکه به صورت افزونه می باشند.

1- افزونگی سخت افزاری (Hardware Redundancy)

اگر ریداندانسی را به صورت سخت افزاری یا به اصطلاح Hot Redundant داشته باشیم،
این قابلیت به انواع خاصی از PLC ها مثل پی ال سی های 400 زیمنس محدود می شود.

مزیت این نوع افزونگی این است که بدون هیچ توقفی در سیستم، سوئیچ یا تغییر را بین هر دو سیستم داریم.

برای ایجاد ریداندانسی سخت افزاری، حداقل به موارد زیر نیاز داریم:

• دو CPU
• چهار ماژول سینک (sync module)
• دو کابل فیبر نوری (sync cable) برای اتصال دو PLC به هم از طریق سینک ماژول
• دو منبع تغذیه
• رک

2- افزونگی نرم افزاری (Software Redundancy) در سیستم ریداندانت

برای افزونگی نرم افزاری، تعدادی فانکشن و دستور در برنامه ای که با آن کار می کنیم وجود دارد و
با استفاده از آن فانکشن ها و دستورات به صورت نرم افزاری یک سیستم ریداندانت داریم.

در این حالت، در صورت خرابی یکی از سیستم ها و نیاز به سیستم دوم، مقداری تاخیر خواهیم داشت.

در پی ال سی های زیمنس، ریداندانسی نرم افزاری برای سری 300 و 400 زیمنس فراهم شده است.

مقایسه انواع افزونگی در کنترل صنعتی با PLC

اگر بخواهیم سیستم ریداندانت سخت افزاری را با نرم افزاری مقایسه کنیم،
اولین نکته آن است که هزینه این کار به روش سخت افزاری، چندین برابر روش نرم افزاری است.

در جدول زیر، این 2 روش را با هم مقایسه می کنیم:

استفاده از ریموت IO برای ریداندانسی ورودی ها و خروجی ها

یکی از جالب ترین قسمت های سیستم ریداندانت در اتوماسیون صنعتی، افزونگی برای ورودی ها و و خروجی ها است.
(البته این کار، هزینه های زیادی را هم دارد)

تصویر بالا، این موضوع را به خوبی نمایش می دهد.

اول از همه دقت کنید که در این سیستم، ریداندانسی را به صورت سخت افزاری اجرا کرده ایم و
هر 5 موردی را که گفتیم برای هر افزونگی سخت افزاری داریم، که در تصویر مشاهده می کنید.

علاوه بر این 5 مورد، چون سیستم ریداندانت را برای ورودی ها و خروجی ها هم در نظر گرفته ایم،
از کابل های پروفی نت برای اتصال بین PLC و ریموت IO ها (ET 200 ها) استفاده کرده ایم.

دقت کنید که سنسورها و ورودی و خروجی ها به این ET 200 ها متصل می شوند.

گره های سیستمی که نیاز به افزونگی دارند

در اینجا برخی از بخش‌های سیستم وجود دارد که باید با افزونگی پوشانده شوند:

• شبکه های فیزیکی
• کارت های رابط شبکه (NIC)
• PLC
• دستگاه های کنترل خروجی
• نرم افزار OPC Server
• سرورهای فیزیکی
• منابع برق/UPS

مزیت اصلی یک سیستم‌ اتوماسیون اضافی redundant

دستیابی به افزونگی نیازمند تلاش زیادی است و ممکن است برخی از سازمان‌ها را از انجام کار اضافی باز دارد.

اما مزایای افزونگی اعتماد کاربران را ایجاد می کند و زیرساخت کلی را قابل اعتمادتر و بهتر از همیشه می کند. اولین مزیتی که یک شبکه اضافی ارائه می‌دهد، تایم آپدیت یا فقدان زمان خرابی است.

یک سیستم که همیشه آماده و آماده به کار است برای بسیاری (اگر نه همه) صنایع مختلف بسیار مهم است. هزینه خرابی به طور متوسط ​​در هر دقیقه ۵۶۰۰ دلار و هر ساعت به طور متوسط ​​​​۳۰۰۰۰۰ دلار برای شرکت هزینه دارد. این عدد حتی می تواند به ۵۴۰۰۰۰ دلار در ساعت برسد.

این حتی به عملیات های حیاتی مانند بیمارستان ها اشاره نمی کند. افزایش سیستم می تواند از خرابی هایی که بسیاری از شرکت ها قادر به پرداخت آن نیستند جلوگیری کند.

و از سوی دیگر، متوجه خواهیم شد که این سیستم ها گران هستند و نوعی پیچیدگی دارند، اما با توجه به مزایای آنها، مطمئناً سیستم کلی مفید است.

مراجع

• سیستم های اتوماسیون S7-400H سیستم های مقاوم به خطا
• Colocation آمریکا
• جعبه ابزار نرم افزار

در صورت هرگونه سوال و نظر با مجموعه پرگاران تماس حاصل فرمایید.

جهت کسب اطلاعات بیشتر اینجا کلیک کنید.