Symphony系统的冗余问题的研究与改进＊

2019-11-29王青卓朱小娟

科技与创新 2019年4期

王青卓，朱小娟，孙逊

（沈阳工程学院自动化学院，辽宁沈阳 110136）

1 分散控制系统概述

分散控制系统是实现对生产中的过程自动控制的主要基础控制功能。分散控制系统英文为Distributed Control System，简称DCS。它以分散控制、集中监视操作管理的特点被人们广泛应用在大型工业、电力行业的控制领域。

分散控制系统利用分级的控制结构，纵向分层、横向分散的特点。横向上的各个设备相互协调，与同一级（层）的设备之间进行数据交换，将信息层层传输到操作管理级并接受其指令运行。纵向上每级（层）的设备功能互有差异。现主要的DCS系统中共有四级（层）网络结构，分别是现场级、过程控制级、操作监控级、信息管理级。

在现场级中有各类检测装置，例如传感器、执行器、记录仪表及变送器等。现场级能够对生产装置过程中完成检测、信号转换及控制量的输出等。在过程控制级中有各类控制器、智能调节器、可编程控制器及现场数据采集等。通过网络与现场级的装置进行连接，完成对其控制，已达目的。同时能接收上级的信息指令，并将数据进行实时传输。

在操作监控级中有工程师站、操作员站、监控计算机与连接器。通过以上对现场的信息进行监测与诊断，实现全系统的集中监视与操作，进行控制的组态、参数纠正和优化的工作，根据实时状态信息判断计算机的系统软硬件的性能，进行实时监控报警修正。在信息管理级中有上位管理机等具有生产、经营管理的计算机。其中管理计算机对全系统实现性能监测、运行优化、负荷均衡及日常管理的功能，并承担决策、计划、行政的职能[1]。

2 Symphony系统冗余化设计

2.1 Symphony系统的概述

Symphony系统是德国ABB集团所属H&B公司开发的面向工业过程控制领域的系统，该系统的硬件制造工艺优良，具有优越的品质，先进的技术，人机操作流畅，直观简便、快捷，具有强大的功能体系，性能先进卓越，安全，方便扩展。

Symphony系统的操作控制级运用了先进的软硬件技术，利用开放式的系统结构、面向对象的设计方法、冗余的系统网络与全系统的冗余框架。Symphony系统运用特有的分级、分类的网络通讯结构，大大降低了负荷率，并保证了数据传输过程中的安全性、实时性[2]。

冗余化是该系统的一项特别的特征，强调系统冗余化是从该系统的可靠性方面考虑的，在冗余结构的任何一路发生事故或故障时，都会自动切换调整至另一类备份的结构继续工作，并且会通过故障指示的信号。

2.2 控制网络的冗余化

控制网络的冗余化包括：①整个环路的冗余；②HUC环内的通信模件冗余；③TCL直流供电电源冗余。在系统环路的设计中，运用闭环、双回路、冗余配置的特点，以硬件角度来看，18个HCU的节点对操作员站所有节点之间，通过专用的抗干扰同轴电缆进以实现环路的冗余硬链接，利用通信模件对完成冗余控制。

如果系统某一冗余的通信模件对发生故障，系统会自动将发生故障的通信模件进行对路旁通，使备份的通信模件对快速投入运行工作，同时信息会被传送到其他节点中，进而不影响网络通信的安全，确保了系统的长期连续性、高可靠性和可运行的通讯。

2.3 HCU内控制装置的冗余

HCU内控制装置的冗余化包括：①控制总线的冗余；②多功能处理器MFP、BRC100冗余。

Symphony系统的控制总线冗余与多功能处理器冗余体现了系统的控制核心。控制总线采用串行通信方式，承担了网络与控制器之间的通信，速率可达1 M，带载32个控制器。多功能处理器进行控制组态，并且利用子总线与子模件连接实现过程控制的功能，同时完成数据交换，连接64个模件控制站，利用冗余链实现冗余功能。MFP以1∶1的冗余比例备份安装，它的冗余方式是在主MFP处于执行状态时，不断进行自检，如果发现故障或错误，立即在显示面板上显示故障错误码。

冗余备份的MFP处于热备跟踪的方式，在主模件运行时，冗余模件以热备用的状态进行实时等待，并且不断跟踪主模件的信息，保证主辅模件系统组态的一致性。如果主模件处于待机离线的状态，备份的模件将无扰切换到主模件运行状态。并且通过模件的冗余设计，可以实现在线组态的检测和修改，极大提高了可靠性和完整性。

2.4 电源系统的冗余

电源系统的冗余通常采用UPS电源作为系统的供电电源，并且利用1∶1的备份进行冗余配置，使系统保持不间断地稳定运行。电源系统冗余包括：①HCU柜电源的冗余供给；②I/O端子电源的冗余连接。当任意一路发生中断时，都会有另一路继续保证端子的供电正常运行；任意一个发生故障，拆下维修过程中，其他端子仍能保证工作的正常运行及供电安全。