ریداندنسی در اتوماسیون صنعتی

ریداندنسی (Redundancy) چیست؟

ریداندانسی یا ریداندنسی برای اطمینان از عدم قطعی و پایداری پروسه کنترلی یک سیستم استفاده می شود. در واقع اگر یک سیستم به صورت درست و تخصصی از ریداندنسی استفاده کند در صورت خرابی، قطعی و یا از دسترس خارج شدن یک دستگاه، این اطمینان وجود دارد که خدمات رسانی شما به کاربران قطع نخواهد شد و دستگاه پشتیبان که در سیستم طراحی شده است تا زمانی که مشکل رفع گردید، از فرایند پشتیبانی می کند و کاربر یا بخش های دیگر سیستم به هیچ عنوان متوجه این قطعی نخواهند بود.

ریداندانسی در سیستم های کنترل صنعتی

وجود قابلیت ریداندنسی برای یک سیستم کنترل صنعتی بسیار مفید و کارآمد است و سیستم کنترلی را ایمن و قابل اطمینان می کند. ریداندانسی را بعنوان یک جایگزین می توان در یک سیستم کنترل فرآیند طراحی کرد. همچنین  میتوان سخت افزار و نرم افزار کنترل اضافی را نیز نصب کرد تا در صورت خرابی کنترلر، خطر یا آسیب به تجهیزات کاهش یابد یا به طور کلی صفر شود. به ویژه در تأسیسات حساس، که هزینه‌ی پرداخت شده برای ریداندنسی  به هزینه‌های احتمالی ناشی از وقوع فاجعه می‌ارزد.

 با این وجود، اضافه کردن ریداندنسی یا افزونگی هزینه و پیچیدگی طراحی سیستم را افزایش می­ دهد و همچنین با وجود قطعات الکتریکی و مکانیکی مدرن که نسبت به قبل سطح اطمینان بالاتری دارند، بسیاری از سیستم ­ها برای عملکرد موفق نیازی به افزونگی ندارند. با این حال، اگر شکست ها(Failure)  زیاد باشند بسته به عواقب Fail یا خرابی که ممکن است رخ بدهد و یا مستعد بودن در خراب شدن دستگاه، افزایش قابلیت اطمینان یک سیستم کنترل از طریق ایجاد ریداندانسی یک تصمیم مهم و ایمن است.

یکی از مسائل مهم در این زمینه این است که همه پیشنهادات تولیدکنندگان مختلف یکسان نیستند و انتخاب یک ریداندانسی مناسب در سیستم به عوامل و شرایط مختلف بستگی دارد. همان طور که گفته شد وجود افزونگی های غیر ضروری باعث خواهد شد که هزینه های سازمان یا شرکت شما به طرز بی موردی افزایش پیدا کند.

کنترلرهای امروزی با انعطاف‌پذیری خود طراحی های متنوعی برای افزونگی فراهم می‌کنند و متخصصان در طراحی شبکه می بایست نقاط حساس و استراتژیک موجود در شبکه را شناسایی و برای اطمینان از عدم از دسترس خارج شدن سرویس ها تدابیر لازم را انجام دهند .

به عنوان مثال زمانی که شما دستگاهی در شبکه خود قرار داده اید که به علت پروسس بالا احتمال میدهید عمر کوتاهی داشته باشد میتوانید برای آن یک redundancy و یا همان افزونگی را قرار دهید تا در صورت خرابی و از کار افتادن، دستگاه دیگر به عنوان یک جایگزین برای آن عمل کند.

روش های ریداندنسی

  افزونگی سرد    ( Cold Redundancy)

در تاسیساتی که زمان پاسخ دهی سیستم اهمیت زیادی نداشته باشد و امکان دخالت اپراتور در سیستم وجود داشته باشد، از افزونگی سرد استفاده می شود. شیوه ی عملکرد افزونگی یا ریداندنسی سرد بسیار ساده است به این شکل که یک واحد ثانویه یکسان برای پشتیبانی از واحد اصلی وجود دارد، به عنوان جایگزین در سیستم تعریف شده است و در حالت عادی خاموش می باشد. به صورت معمول این واحد ثانویه سیستم را نظارت نمیکند. در صورت ایجاد خرابی یا قطعی، سیستم اصلی از مدار خارج شده و تاسیسات متوقف می شود تا زمانی که اپراتور به صورت دستی سیستم پشتیبان را وارد مدار کند.

همان طور که مشخص است اشکال طراحی ریداندنسی سرد، این است که زمان مورد نیاز برای قطع سیستم و جایگزینی، بیش تر از حالت آماده به کار گرم است زیرا باید واحد ثانویه، روشن شده و به صورت دستی توسط اپراتور در مدار قرار بگیرد. این مسئله رفع مشکلات همگام‌سازی را چالش ‌برانگیزتر می‌کند و با توجه به مدت زمانی که طول می‌کشد تا واحد آماده به کار روی خط قرار گیرد، به طور معمول با مشکلات بیش تری مواجه خواهد شد.

افزونگی گرم (Warm Redundancy)

در این شیوه ی ریداندنسی دیگر نیازی به دخالت اپراتور وجود ندارد، و مشکل زمان نیز تا حدودی کاهش یافته و زمان خرابی را کوتاه می­ کند، که به نوبه خود سیستم را به سرعت در دسترس قرار می ­دهد، از زمانی که خرابی در واحد ایجاد شود تا زمانی که واحد جایگزین روی خط قرار بگیرد تقریبا چند ثانیه سیستم متوقف می شود.

به این صورت که در ریداندنسی گرم، یک واحد ثانویه تعریف می شود که همواره روشن و در حالت کار (Operational) است. اما ارتباط با فیلد، از طریق ورودی/خروجی‌ها وظیفه ماژول اصلی است و ماژول اصلی داده‌های ورودی را از کارت‌های ورودی می‌خواند و پس از تحلیل و اجرای برنامه بر روی مقادیر فعلی، داده‌های خروجی را تولید می‌کند. این ماژول به طور دوره‌ای، ماژول پشتیبان را بروز رسانی می‌کند و از آخرین مقادیر سیگنال‌ها باخبر می‌سازد از طرفی، ماژول پشتیبان همواره سیستم اصلی را چک میکند و در صورتی خرابی یا قطعی سیستم اصلی، به صورت اتوماتیک جایگزین آن می شود و وظایف واحد اصلی را انجام می‌دهد.

اما ممکن است، لحظه‌ای که ماژول پشتیبان می‌خواهد جای ماژول اصلی را بگیرد، در بازه‌ای از گذر دوره‌ی بروزرسانی باشد که آخرین مقادیر سیگنال‌ها را از واحد اصلی دریافت نکرده باشد. یعنی مقادیر واقعی و آخرین داده ی بروزرسانی شده توسط ماژول اصلی با هم اخلاف داشته باشند، در حالت یک پرش مقادیر ایجاد می شود.

 در زمان جایگزینی سیستم پشتیبان، انتظار یک پرش (Bump) یا یک خاموشی کوتاه مدت در تأسیسات تحت کنترل را داریم. مثلاً ممکن است شیرها، موتورها و سایر دستگاه‌ها برای مدت کوتاهی خاموش شوند، و همچنین سنسورها نتوانند داده‌ای به سیستم کنترل ارسال کنند. بنابراین، طراحی سیستم ریداندنسی گرم برای تاسیساتی مناسب است که پاسخ‌دهی و کارکرد همیشگی سیستم اهمیت بالایی دارد، اما با این حال، خارج شدن سیستم کنترل از مدار برای مدتی کوتاه، قابل قبول باشد.

افزونگی داغ (Hot Redundancy)

برای تاسیساتی که بسیار حساس هستند و تحت هیچ شرایطی نباید حتی لحظه ای سیستم کنترل از مدار خارج شود، از افزونگی داغ استفاده می شود. به این صورت که ساختار سخت‌افزاری، مانند افزونگی گرم طراحی می‌شود. یعنی همواره واحد ثانیویه ی طراحی شده در ریداندنسی روشن است و به محض اینکه خرابی یا قطعی در سیستم اصلی را درک کند، به صورت اتوماتیک جایگزین آن می شود. اما سیستم‌های افزونگی داغ از جایگزینی بدون پرش (Bump-less switchover) پشتیبانی می‌کنند. در این شیوه می‌بایست مکانیزم‌های انتقال داده، ارتباط با سایر سیستم‌ها، بروزرسانی سیستم پشتیبان و اجرای برنامه به نحوی طراحی شده باشد که در لحظه انتقال وظیفه بین ماژول اصلی و پشتیبان، در اجرای هیچ کدام از این مکانیزم‌ها وقفه‌ای نیفتد.

سیستم ریداندنسی در اتوماسیون صنعتی

در پروسه های کنترلی اتوماسیون صنعتی، خطوط تولید که دارای حساسیت بالایی می باشند و توقف خط تولید یا پروسه کنترل سبب خسارت و ایجاد ضایعات می گردد، از سیستم ریداندنسی استفاده می شود. بدین صورت که دو سیستم کنترلی که تحت شرایط خاص به صورت موازی به هم متصل هستند، کل پروسس را کنترل و مانیتور میکنند و به محض بروز خطا برای یکی از کنترلرها، کنترلر Standby ، پروسه را از همان نقطه (نه از ابتدا) بدون وقفه ادامه داده و توقف و تغییر سرعت اجرا در روند انجام کار به وجود نمی‌آید.

شرکت مهندسی میلان الکترونیک آسیا ارائه دهنده ی تمامی خدمات و تجهیزات اتوماسیون صنعتی بوده و شرح این خدمات در صفحه ی اتوماسیون صنعتی میلان آمده است . حتما از این صفحه دیدن فرمایید.

سیستم ریداندنسی زیمنس

در PLC های سری S7-300 , S7-400 Siemens قابلیت ایجاد ریداندسی وجود دارد. ریداندنسی در تجهیزات اینplc  های زیمنس شامل موارد زیر می باشد:

 CPU : در صورت خرابی cpu اصلی، cpu  آماده به کار جایگزین شده و به فرآیند ادامه می‌دهد.

 power suppl: در صورت خرابی یا قطعی منبع تغذیه ی اصلی plc، منبع تغذیه ی پشتیبان که در حالت استند بای قرار دارد، جایگزین شده و برق رسانی را انجام می دهد.

  I/O modules: این ورودی خروجی های پشتیبانی تعریف شده اند که کنترلر از ورودی/خروجی سالم استفاده کند.

البته با توجه به حساسیت پروسه کنترل، ممکن است تنها به ریداندت بودن Power supply, CPU بسنده شده و در پروسه های با حساسیت بیشتر، کارت های ورودی و خروجی نیز به صورت ریداندنت پیش بینی گردند.

در PLC S7-300 ریداندنسی به صورت نرم افزاری انجام می پذیرد. بدین صورت که تجهیزات بر روی Rack نصب شده و توسط نرم افزار سیستم ریداندنسی ایجاد و اجرا می گردد.

در PLC S7-400H که CPU ریداندنت زیمنس می باشد، کل تجهزات به صورت سخت افزاری به هم متصل شده و سیستم ریداندنسی اجرا می گردد.

سوالان متداول: