自控冗余系统是什么意思？

常见的冗余区域，这些区域是用户将软件应用程序集成到自动化系统中时常听到的。

冗余是指系统中的备份组件可以在主要组件发生故障时接管它们的工作。但是备份哪些组件？任何对你的操作至关重要的组件，都可能是一个会阻止整个过程的单点故障。

冗余概念

冗余，是指冗余系統的两个或多个处理器之间要经常比较各自的状态，根据定的规则以决定系统是否工作在正常的状，这种状态比较和系統可靠性的判定也被成为同步。冗余分为工作元余和后备元余。工作冗余是一种两个或以上的单元并行工作的并联模型，平时由各处单元平均负担工作;后备冗余平时只需要一个单元工作，另一个单元冗余的用于待机备用。

储备技术

冗余技术又称储备技术，是指采用备用的硬件或软件参与系统的运行或处于准备状态，一旦系統出现故障，能自动切换，保持系统不间断地正常工作。它利用系统的并联模型来提高系统可靠性的一种手段。

冗余控制

冗余控制，严格来讲是指采用一定或成倍量的设备或元器件的方式组成控制系統来参加控制，当某一设备或元器件发生故障而坏时，它可以通过硬件、软件或人为方式，相互切換作为后备设备或元器件，替代因故障而损的设备或元器件，保持系統正常工作，使控制因意外而导致的停机损失降到最低。

重要性

在自动化控制系的许多领域中，有效性的要求越来越高，尤其是在设备停机代价非常大的企业中，保证控制系统的稳定、可靠、有效运行时非常重要的。可靠性是系统和产品的主要属性之一，是考虑到时间因素的产品质量，对于提高系统的有效性、降低寿命期用和防止产品发生故障具有重要意义。

无论在国内还是国外的自动控制系統有多大区別冗余技术已在控制系统中都被广泛采用。

硬件冗余

运行对生产至关重要的任务的PLC也很常见。其想法是为控制设备提供冗余。通常，这是你的数据收集软件还需要支持冗余的区域。

如果你正在使用OPC服务器软件，并且具有冗余PLC，那么与这些PLC通信的软件必须能够支持该架构。软件需要知道哪个PLC是主PLC，哪个是次级PLC，什么条件会导致故障转移到辅助PLC，以及何时切换回主PLC。

理想情况下，该软件还将为你提供在HMI，SCADA或报警系统中监视和显示OPC服务器与之通信的PLC（主要或次要）的方法。

软件冗余

我们不想在这里停下来让我们的OPC服务器运行的计算机成为单点故障。这意味着我们需要冗余PC上的冗余OPC服务器。为此，我们的OPC客户端能够支持冗余OPC服务器。

支持冗余OPC服务器意味着OPC客户端 - 你的HMI / SCADA系统，报警系统，MES系统或其他系统 - 将需要知道与哪个OPC服务器进行通信。你还需要确定是否希望两个OPC服务器同时轮询你的设备，或者你是否希望一个OPC服务器进行轮询，备份是否处于备用状态而不是轮询。通过管理OPC服务器中项目的活动状态，这是 OPC 客户机在 OPC 主从式架构（OPC客户端到OPC服务器）中的责任，因此有可能实现上述两种情况。

大多数OPC客户端不处理冗余管理的这些细节。一些HMI / SCADA系统支持冗余，但有时它涉及脚本和其他自定义编写的代码。因此，在许多情况下，你需要一个软件来管理和优化与两个OPC服务器的连接。你的OPC客户端与冗余管理软件对话，就好像它是实际的OPC服务器一样。

网络冗余

网络冗余的目标是为了防止通过网络丢失与其他系统的连接。这对你来说是否重要主要取决于你运行的系统类型。独立的HMI与单个PLC通信，直接连接到PLC，否则只能将网络访问作为“不错的”功能，可能不需要冗余。

具有多个操作员站，通过以太网连接的多个PLC，通过以太网连接到驱动器的PLC，多个服务器或系统间通信的系统可能具有严重的冗余要求。如果失去网络连接则意味着你的过程可能会停止和失控，与此相关的成本是不可被接受的，那么你此时将需要拥有一个冗余网络。

这可能涉及冗余网络布线，交换机，可能的环网以及任何其他网络基础设施，以确保即使网络中的一个网络出现故障，网络流量也将始终有效。目标是提供冗余通信路径。

在PC或服务器级别，你可能需要计算机中的冗余网卡（NIC）。这样，如果主NIC失败，则网络流量可以使用备份NIC。

无论你拥有多少冗余，你用于数据收集，记录和报告的软件都需要能够通过故障转移顺利地与你的架构协同工作。网络基础设施的某些部分对计算机和软件是透明的，并且可能不需要软件中的任何特殊功能。通常来说，冗余网络交换机属于此类别。

当你开始在计算机中使用冗余网卡以及具有不同IP地址的冗余网络路径到达同一目标设备时，你的数据收集软件（如OPC服务器软件）可能需要进行设置以了解何时应该将故障转移到备份网络。

组件冗余

我们可以看到人们在冗余系统中实现的一些组件包含但不限于:

《物理网络》、《网络适配器，网卡（NIC）》、《PLC的》  《输入传感器》、《输出控制设备》、《OPC服务器软件》、《物理服务器》、《HMI / SCADA操作员站和服务器》、《电源/ UPS》。

DCS冗余

1、DCS系統模型。

DCS控制系统是控制技术、计算机技术、通信技术及图形显示技术相结合的产物，由系统模型可知，系统分为操作级和过程级，操作级包括工程站、操作员站以及与第三方系或软件扩展的网管站，通过他们实现系统全局范围的操作、监控、归档、记录、趋勢和报警等功能;过程级包括由各种关型控制器组成的过程站以及由它们集成的不同现场总线设备，通常开环控制和闭环控制功能在过程控制器中执行。而且每一级都采用了冗余。

2、现场控制器冗余(AC80F)。

现场控制器由基本单元PM802F、电源SA801F/SD82F、 Ethemeth网卡E1801F/E1802F/E1803F、现场总线接口卡I810F/820F/F1830F以及督种附件组成。控制系統采用2个现场控制器实现控制器1:1冗余，主从控制器之间可无抗切换。每个控制器上都有两个 Ethernet网卡，第一网卡用于连接系统网络( Diginets)而第二网卡之间则可彼此互连以形成专门的冗余通讯链接。一但主控制器故障，从控制器能迅速无地接替工作。

3、现场总线设备网关冗余(C1840)。

配置冗余 Profibus DP模件830实现与O之间的几余通讯。Profibus DP总线通讯速率为12Mbs，条 Profibus DP总线上最多可挂接125个从站。数据通信采用10Mb/s/100Mb/s工业以太网(遵循 TCP/PT协议)，根据现场的实际情況，通信采用冗余总线网方式。

4、电源元余。

控制系統电源用220VAC交流供电系统，有两路彼此独立交流电源输入并具备双回路自动切换功能。

5、輸入输出模块冗余(S800I/O)。

S800是用于过程控制站的分布式I/O，采用模块化设计DIN标导轴式安装，它们通过 Profibusdp现场总线与其所属的控制器通信，具有多种模拟及数字输入输出模件，以及热电阻和热电偶模件。既可以安装在控制室，也可以安装在现场以尽量接近现场变送器和丸行器，从而节电并减少安装用。S800O模块(DI840、DO840、AI845、A843、A0845)支持电源余，支持冗余现场总线。

6、操作员站冗余。

配置7台操作员站，其中炼焦控制室2台、冷鼓控制室2台、化产控制室3台。操作员站在这种安装 ndustriallt Digivis中文版本软件，运行在 Windows2000XP中文系統上，采用11后备情况下，一台操作站或电源发生故，系可切换到后备的操作站;并且可以接 Ethernet(TCPIP协议)局部网络。

对于企业来说，一旦出现故，很难处理，而且损失会很大，为了保证控制系統的可靠性，除了从运行环境条件方面采取抗干扰措施外，采用冗余设计是提高控制系统可靠性的有效措施，采取什么样的冗余处理技术是由控制系统的可靠性和项目成本决定的。

冗余设计

冗余设计又称余度设计技术，是指在系统或设备完成任务起关键作用的地方，增加一套以上完成相同功能的功能通道、工作元件或部件，以保证当该部分出现故障时，系统或设备仍能正常工作，减少系统或者设备的故障概率，提高系统可靠性。

冗余应用

在关键控制系统中，比如卫星控制系统、飞机及机场控制系统、铁路控制系统等，对系统的可靠性有苛刻的要求。在这些系统中，所有组件都要求有冗余设计，包括任何硬件及软件环节，要求任何单点故障不影响系统正常运行，即使是关键节点故障，系统中其他部分也要求具备基本的应急功能。同样的，在数据中心领域，人们对数据中心可靠性的要求也越来越来高，通常采取N+1或者2N的供电架构，空调也可支持双路供电。数据中心第三方认证机构Uptime Tier认证的Tier II等级要求便是部件冗余。

冗余设计的优缺点是什么？

冗余系统因为前期投入巨大，后期的维护成本高，所以在高风险行业应用比较广泛，并非适用于所有场景。了解冗余设计的优缺点，才能根据实际需要进行设计。

优点

1、以现有的系统为依托，不需要任何时间或科研投入，可以立即实现。

2、配置、安装、使用简单，无需额外的培训、设计等。

3、使用冗余系统，理论上来讲，系统的故障率可以接近为零。

缺点

1、使用冗余系统就代表该系统臃肿，不简洁。

2、投入成本巨大，需要购买额外的系统，以及增加该系统后的后期维护成本等。

3、完全独立的系统并不存在，所以冗余系统最大的缺点在于，相互独立的配置之间会互相影响（尤其是依靠人的冗余系统），可靠性相对理论计算会大幅度下降。

碰撞后果

失败，碰撞和后果的要点

冗余的目标是消除单点故障，并为你的过程提供可靠的正常运行时间。在考虑你的冗余需求时，你应该检查整个系统，并了解任何一个部分失败后的后果。非计划停机的一些主要后果是以生产能力的损失，生产废料以及工人和设施安全等因素来衡量。这些因素的业务成本越高，冗余对于最大化系统生产至关重要的可能性就越大。

你可以在冗余上花费的数量没有限制，但所有决策都必须考虑在没有冗余系统的情况下失败的代价。

冗余中的常见术语是“碰撞”。“碰撞”是指过程中断，例如计划外停机，机器停机。每个工业过程在碰撞的后果方面都是不同的。如果你处于连续钢板生产过程中，输入原材料流量恒定，连续钢板输出，下游机器将钢材切割成不同尺寸，你可以想象任何一个部件的停工都会造成多么大的破坏！

连续过程通常会使用累加器来缓冲一定数量的产品以允许短暂停止或暂停，但即便是那些只能走到这一步。在纸张生产中，其涉及将湿纸浆连续进料到以极高速度移动的幅材上，超过几百毫秒的碰撞可能都是不被接受的。你的生产过程可以承受的“碰撞”越短，那么你的自动化系统中的冗余就越重要。

影响冗余要求的另一个因素是：如果生产过程停止，重新启动生产过程需要多长时间。在关闭后，有一些连续的过程可能需要数小时甚至数天才能重新启动。重启的时间越长，冗余就越重要。

同样，过程关闭的要求也很重要。化学品和炼油的过程无法做到以无序方式关闭而不会造成灾难性后果。通过这些系统，你将找到专业供应商，他们制造三重冗余安全关闭系统，具有三重冗余输入和输出，以及复杂的三分之二投票方案，以确保无论如何都能使该过程有序地降低！从逻辑上讲，在完全冗余的系统中是没有单点故障的。每个硬件或软件组件都需要是冗余的，或者根据需要支持冗余架构。

作为控制工程师，你的工作是寻找适合你流程的冗余级别，然后确定最有可能导致故障的系统组件，并且这些组件需要多少冗余才能达到预期的系统可靠性水平。