ES2321634T3 - Sistema de automatizacion redundante que comprende un aparato de automatizacion maestro y otro de reserva. - Google Patents
Sistema de automatizacion redundante que comprende un aparato de automatizacion maestro y otro de reserva. Download PDFInfo
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Abstract
Sistema de automatización redundante (1) para controlar un proceso técnico, que comprende un aparato de automatización maestro (7) y otro de reserva (9), que están diseñados para generar a partir de datos de procesamiento (15) del proceso técnico una reproducción de procesos de salida respectivo con relación a varias señales de salida (17) del sistema de automatización (1), así como un aparato de vigilancia (11) apoyado por ordenador, que está diseñado para establecer una reproducción de procesos comparativos (21) con relación a varias señales de salida del sistema de automatización (1), caracterizado porque el aparato de automatización maestro (7) y el reserva (9) están diseñados para a partir de los datos de procesamiento (15) generar una reproducción de procesos de entrada (18a,b) y el aparato de vigilancia (11) está unido al aparato de automatización maestro (7) y al de reserva (9) mediante un enlace de comunicaciones (5), para transmitir la reproducción de procesos de entrada (18a,b) al aparato de vigilancia (11).
Description
Sistema de automatización redundante que
comprende un aparato de automatización maestro y otro de
reserva.
La invención se refiere a un sistema de
automatización redundante para controlar un proceso técnico.
En muchas aplicaciones industriales se usan
sistemas de automatización para controlar procesos técnicos. Una
avería de estos sistemas de automatización conduce forzosamente a un
fallo del desarrollo técnico del proceso y de este modo, por
ejemplo, a la caída de una producción de bienes o energía.
Para impedir una interrupción del proceso de
producción se conoce, en el marco de los sistemas de automatización,
usar los llamados aparatos de automatización de alta disponibilidad
sobre la base de controles programables en memoria, en donde los
aparatos de automatización están disponibles con ello dos veces y se
dispone de medios para conmutar entre los aparatos de automatización
en caso de fallo.
Las soluciones de automatización de este tipo
exigen una gran inversión en costes, ya que los sistemas conocidos
son muy especializados y técnicamente muy complejos y, de este modo,
también muy caros.
Los fallos, que pueden producirse durante el
control de un proceso técnico con relación a los sistemas de
automatización, afectan por un lado al software de control que se
desarrolla en los aparatos de automatización, pero también a los
componentes de hardware usados.
Con relación a los fallos citados en último
lugar los problemas normalmente no se producen como consecuencia de
una avería total de un aparato de automatización, sino como
consecuencia de fallos estáticos y/o esporádicos de componentes de
hardware aislados de los aparatos de automatización.
Con ello se producen consecutivamente después
con relación al aparato de automatización defectuoso señales de
salida, que aunque están disponibles y de este modo pueden
conectarse teóricamente también al proceso técnico, están afectadas
de fallos.
Los fallos de este tipo pueden ser de naturaleza
provisional, por ejemplo cuando un componente de hardware de un
aparato de automatización sólo presenta durante un breve periodo de
tiempo un fallo casual, por ejemplo causado por un
sobrecalentamiento temporal del componente.
Sin embargo, también puede pensarse en que uno o
más componentes de hardware produzcan a partir de un inicio de
avería señales de salida falseadas de forma duradera.
Si ahora se usan en el caso de un sistema de
automatización redundante dos aparatos de automatización en
paralelo, que presentan señales de salida diferentes entre sí en
forma de una reproducción de proceso correspondiente, prácticamente
sólo en el caso de una avería total de un aparato de automatización
puede identificarse este aparato de forma segura como averiado. En
caso contrario no puede decidirse sin más, en el caso de
reproducciones de proceso diferentes de los aparatos de
automatización de un sistema de automatización redundante, cuál de
las reproducciones de proceso respectivas debe considerarse
defectuosa.
Del prospecto de A.A. Frederickson: "fault
tolerant programmable controllers for safety systems" ISA
Transactions, Instrument Society of America, Pittsburgh, EE.UU.,
tomo 29, nº 2, 1990 páginas 13 a 16, se conoce una disposición de
control que tolera fallos, en la que se alimentan en cada caso datos
de entrada a tres PLCs (programmable logical controllers). Con ello
se diferencia entre sistemas PLC dobles, en los que se abastecen dos
PLCs a través de uno o dos puntos de entrada, y sistemas PLC
triples. En estos últimos se lleva a cabo una decisión dos entre
tres, de tal modo que puede reconocerse un funcionamiento defectuoso
de un único procesador.
De la publicación para información de solicitud
de patente alemana DE 100 64 673 A1 se conoce un mecanismo de
ajuste electromecánico que tolera fallos, en el que un valor de
ajuste es recogido por tres sensores independientes entre sí y se
alimenta, a través de tres buses de datos, separados entre sí a dos
controles y a un control comparador.
De la patente de EE.UU. US 6,424,258 B1 se
conoce un sistema de control de procesos de alta disponibilidad o
redundante con tres unidades de control (PLC 1, PLC 2, PLC 3), en
donde las unidades de control están unidas en cada caso a un sensor
asociado a la respectiva unidad de control y envían señales de
salida a una unidad de seguridad. La unidad de seguridad selecciona
de entre las tres señales mediante decisión por mayoría una señal,
que se retransmite como señal de control (CL).
La invención se ha impuesto por ello la tarea de
indicar un sistema de automatización redundante alternativo del
estado de la técnica, que tenga una estructura sencilla y pueda
materializarse de forma económica.
Se pretende en especial que puedan reconocerse
con seguridad, mediante un sistema de automatización redundante
conforme a la invención, fallos de hardware con relación a uno de
los aparatos de automatización.
\newpage
La tarea es resuelta conforme a la invención
mediante un sistema de automatización redundante para controlar un
proceso técnico, que comprende un aparato de automatización maestro
y otro de reserva, en donde un aparato de vigilancia apoyado por
ordenador está unido tanto al aparato de automatización maestro como
al de reserva, en donde puede transmitirse una reproducción de
procesos de entrada con relación a varios datos de procesamiento
del proceso técnico hasta el aparato de vigilancia, y en donde
mediante el aparato de vigilancia puede establecerse una
reproducción de procesos comparativos con relación a varias señales
de salida del sistema de automatización.
La invención se basa con ello en la idea de que
un reconocimiento de fallos y una asociación de fallos sólo son
posibles de forma segura si, con base en un voto por mayoría, se
toma una decisión clara sobre cuál de los aparatos de
automatización o, dado el caso, el propio aparato de vigilancia son
defectuosos o es defectuoso.
Por ello, en un sistema de automatización
conforme a la invención está previsto un aparato de vigilancia
apoyado por ordenador, separado del aparato de automatización
maestro y de reserva.
Este aparato de vigilancia no está unido
directamente a la llamada periferia de procesamiento, es decir a
los aparatos detectores de entrada y salida del sistema de
automatización; más bien el aparato de automatización obtiene las
señales de entrada con relación al proceso técnico indirectamente
como una llamada reproducción de procesos basada en software,
mediante la cual el aparato de vigilancia está unido a los citados
aparatos de automatización.
La reproducción de procesos de entrada es con
ello fundamentalmente una reproducción, con técnica de software, de
estados de señales de procesamiento en un momento determinado.
Los citados aparatos de automatización están
unidos directamente a la periferia de procesamiento y leen las
señales de procesamiento que allí inciden, para generar a partir de
ello la reproducción de procesos de entrada.
Esta reproducción de procesos de entrada se
transmite después al aparato de vigilancia.
La finalidad de los aparatos de automatización
consiste fundamentalmente en tratar las señales de procesamiento
mediante la citada reproducción de procesos de entrada, por ejemplo
mediante algoritmos de regulación y/o control, y transmitir las
señales de salida con ello generadas a la periferia de
procesamiento, para controlar el proceso
técnico.
técnico.
Si a continuación se produce en el caso de un
sistema de automatización redundante un fallo con relación a un
aparato de automatización, que no conduce a una avería total del
aparato de automatización correspondiente, se diferencian las
señales de salida de los aparatos de automatización y no puede
decidirse sin más, si a continuación deben transmitirse las señales
de salida de uno u otro aparato de automatización sin fallos y a la
periferia de procesamiento.
En el caso del sistema de automatización
conforme a la invención está previsto por ello el aparato de
vigilancia, mediante el cual se establece la reproducción de
procesos comparativos mediante el tratamiento de la reproducción de
procesos de entrada. En consecuencia no sólo se dispone después de
la respectiva reproducción de procesos de salida de los aparatos de
automatización, sino también de la reproducción de procesos
comparativos, para poder decidir sobre la ausencia de fallos del
citado reproductor de procesos.
En el caso de una forma de ejecución preferida
está por ello previsto que, mediante el aparato de vigilancia,
pueda compararse la reproducción de procesos comparativos tanto con
una primera reproducción de procesos con relación a varias señales
de salida del aparato de automatización maestro, como también con
una segunda reproducción de procesos con relación a un número
correspondiente de señales de salida del aparato de automatización
de reserva.
Si a continuación uno de los aparatos citados
está afectado por un fallo, coinciden entre sí los reproductores de
procesos de los otros dos aparatos. La reproducción de procesos
defectuosa debe asociarse de este modo claramente al aparato
defectuoso.
Con preferencia debe decidirse a modo de una
decisión dos de tres, si y dado el caso cuál de los aparatos
trabaja sin fallos.
"Dos de tres" significa en este contexto
que se investiga si por un lado los reproductores de procesos se
diferencian en realidad y, si es éste el caso, cuál de los
reproductores de procesos es diferente a los otros reproductores de
procesos.
En una forma de ejecución especialmente
preferida se ha instalado en los aparatos citados en cada caso el
mismo software de control para generar las señales de salida de
estos aparatos.
En este ejemplo de ejecución es posible una
declaración especialmente segura, sobre cuál de los aparatos trabaja
con fallos, ya que desde un principio pueden descartarse fallos que
podrían estar causados por diferentes programas de software de los
aparatos. Asimismo los aparatos pueden intercambiarse entre sí
funcionalmente y esto no sólo en aspectos parciales.
De forma especialmente preferida el aparato de
automatización maestro, el aparato de automatización de reserva y
el aparato de vigilancia están unidos entre sí mediante un enlace de
comunicaciones rápido, mediante el cual al menos uno de los
reproductores de procesos puede transferirse de uno de los aparatos
a otros de los aparatos dentro de un periodo de tiempo de cómo
máximo 100 ms.
Esto es necesario en aplicaciones complejas, por
ejemplo en el campo de las centrales, para garantizar por un lado
un rápido reconocimiento de fallos y por otro lado, en caso de
fallo, una conmutación rápida y sin sacudidas al aparato de
automatización no averiado.
Un enlace de comunicaciones rápido de este tipo
puede materializarse por ejemplo mediante una ethernet conocida a 1
Gbit/s y/o mediante el uso de los llamados grupos constructivos de
"reflective memory", que transmiten por ejemplo hasta 2,12
Gbit/s.
Las tareas y/o los procesos, que se desarrollan
en los aparatos se sincronizan en una forma de ejecución preferida
mediante al menos una interrupción.
En esta forma de ejecución se garantiza de forma
especialmente segura que los reproductores de procesos generados
por los aparatos estén disponibles casi simultáneamente y se
correspondan en cada caso con la misma reproducción de procesos de
entrada. Los fallos, que podrían producirse a causa de un
tratamiento desplazado en el tiempo de la reproducción de procesos
de entrada y no se refieren a un fallo de un componente de soft- y/o
hardware de un aparato, están prácticamente descartados y evitan
presunciones de fallos relacionadas con esto que pueden llevar a
confusiones.
En otra forma de ejecución preferida puede
vigilarse el enlace entre los aparatos citados mediante una señal
informativa que se transmite periódicamente.
En esta forma de ejecución se tiene en cuenta
además que también puede producirse un fallo en el enlace de
comunicaciones, y no sólo localmente en un aparato.
Uno o varios de los aparatos, con preferencia el
aparato de vigilancia, envían con ello una señal periódica a través
del enlace de comunicaciones, cuya recepción es comprobada
periódicamente al menos por otro de los aparatos.
Si a continuación desaparece la recepción de
esta señal, esto es un indicio fuerte de un fallo en el enlace de
comunicaciones, ya que otros fallos locales de lo aparatos conforme
a la invención se detectan de otro modo y normalmente también con
mayor rapidez.
Los aparatos citados se basan de forma
especialmente preferida en componentes de PC estándar.
Por medio de esto es posible una materialización
muy económica de un sistema de automatización redundante conforme a
la invención, en donde es posible aprovechar el rápido avance del
rendimiento de los componentes de PC estándar citados. Aparte de
esto pueden llevarse a cabo fácilmente la adquisición de repuestos o
la ampliación de los aparatos en componentes adicionales.
Una ventaja común a todas las formas de
ejecución citadas estriba en especial en que el reconocimiento de
fallos es posible con independencia de los componentes de aparatos
usados concretamente; por lo tanto no es necesario utilizar datos
técnicos especiales de los aparatos, por ejemplo que afecten a los
"chip sets" usados para el reconocimiento de fallos. Más bien
el reconocimiento de fallos puede llevarse a cabo con independencia
de los tipos utilizados concretamente de componentes de
aparatos.
Aparte de esto puede aumentarse la
disponibilidad mediante la diversidad de los aparatos y también del
software usado. A continuación se representa con más detalle un
ejemplo de ejecución de la invención. Aquí muestra:
la figura un sistema de automatización
redundante conforme a la invención.
En la figura se ha representado un sistema de
automatización 1 redundante conforme a la invención, que comprende
un aparato de automatización maestro 7 y uno de reserva 9.
A los aparatos citados está asociado un aparato
de vigilancia 11 apoyado por ordenador.
Para un rápido intercambio de datos entre los
aparatos 7, 9, 11 está previsto un enlace de comunicaciones 5.
El sistema de automatización 1 redundante sirve
para controlar un proceso técnico no representado con más
detalle.
A partir del proceso técnico se detectan datos
de procesamiento mediante una periferia de procesamiento 13, que
comprende medios de entrada y salida, y se entregan señales de
salida 17 al proceso. Los datos de procesamiento 15 se llaman por
ejemplo también señales de entrada de procesamiento o señales de
entrada.
La periferia de procesamiento 13 está unida
tanto al aparato de automatización maestro 7 como al aparato de
automatización de reserva 9. No está prevista una unión entre la
periferia de procesamiento 13 y el aparato de vigilancia 11 y
tampoco es necesaria, ya que conforme a la invención los fallos se
detectan mediante una comparación entre reproductores de procesos,
para lo que no es necesario un acoplamiento físico del aparato de
vigilancia 11 a la periferia de procesamiento 13. Una avería de la
periferia de procesamiento 13 conduciría de todas formas
inevitablemente a una avería de todo el sistema de automatización,
por lo que tampoco un acoplamiento directo de la periferia de
procesamiento 13 al aparato de vigilancia 11 cambiaría nada.
Para minimizar también los fallos de este tipo
puede preverse una periferia de procesamiento 13 redundante.
Los datos de procesamiento 15 procedentes del
proceso técnico se archivan en forma de una reproducción de
procesos de entrada 18a, 18b con técnica de software tanto en el
aparato de automatización maestro 7 como en el aparato de
automatización de reserva 9. A través del enlace de comunicaciones 5
se transmite la reproducción de procesos de entrega 18a, 18b también
al aparato de vigilancia 11.
Los datos de procesamiento 15 presentes en los
aparatos 7, 9, 11 en forma de la citada reproducción de procesos de
entrada se tratan a continuación, de forma correspondiente a un
programa de control, en los aparatos 7, 9, 11 y se establecen los
resultados con ello establecidos también como una reproducción de
procesos de salida 19a, 19b del aparato de automatización maestro 7
o del aparato de automatización de reserva 9. La reproducción de
procesos de salida 19a, 19b del aparato que funciona como maestro se
conecta después a la periferia de procesamiento 13, para poner a
disposición las señales de salida actuales 17 para el proceso
técnico.
En consecuencia se establecen las señales de
salida 17, ya se a causa de la reproducción de procesos de salida
19a del aparato de automatización maestro 7 o a causa de la
reproducción de procesos de salida 19b del aparato de
automatización de reserva 9.
Para poder decidir a continuación si uno de los
reproductores de procesos de salida 19a, 19b citados es defectuoso,
está prevista la generación de una reproducción de procesos
comparativos 21 mediante el aparato de vigilancia 11.
Debido a que para el aparato de vigilancia 11 al
igual que para los otros aparatos está disponible la reproducción
de procesos de entrada 18a, 18b, puede establecer de aquí al igual
que los otros aparatos una reproducción de procesos de salida, que
se designa como reproducción de procesos comparativos 21 con
relación al aparato de vigilancia 11, ya que esta reproducción de
procesos no está prevista para conectarse a la periferia de
procesamiento 13, sino exclusivamente con fines comparativos con los
reproductores de procesos de salida 19a, 19b de los aparatos 7,
9.
Los reproductores de procesos de salida 19a, 19b
se transmiten igualmente a través del enlace de comunicaciones 5 al
aparato de vigilancia 11, que a continuación puede determinar si uno
de los reproductores de procesos de salida 19a, 19b y la
reproducción de procesos comparativos 21 se diferencia de los otros
dos reproductores de procesos.
La reproducción de procesos diferente de los
otros dos reproductores de procesos puede asociarse después
claramente a modo de una decisión dos de tres al aparato defectuoso
7, 9, 11, con lo que el fallo está localizado claramente.
Los aparatos 7, 9, 11 comprenden en cada caso
una lógica de conmutación 23, mediante la cual en caso de fallo
puede conectarse la reproducción de procesos de salida 19a, 19b del
aparato sin fallos a la periferia de procesamiento 13.
Los aparatos 7, 9 y 11 se basan con preferencia
en componentes de PC estándar.
Claims (8)
1. Sistema de automatización redundante (1) para
controlar un proceso técnico, que comprende un aparato de
automatización maestro (7) y otro de reserva (9), que están
diseñados para generar a partir de datos de procesamiento (15) del
proceso técnico una reproducción de procesos de salida respectivo
con relación a varias señales de salida (17) del sistema de
automatización (1), así como un aparato de vigilancia (11) apoyado
por ordenador, que está diseñado para establecer una reproducción
de procesos comparativos (21) con relación a varias señales de
salida del sistema de automatización (1), caracterizado
porque el aparato de automatización maestro (7) y el reserva (9)
están diseñados para a partir de los datos de procesamiento (15)
generar una reproducción de procesos de entrada (18a,b) y el
aparato de vigilancia (11) está unido al aparato de automatización
maestro (7) y al de reserva (9) mediante un enlace de
comunicaciones (5), para transmitir la reproducción de procesos de
entrada (18a,b) al aparato de vigilancia (11).
2. Sistema de automatización redundante (1)
según la reivindicación 1, caracterizado porque el aparato de
vigilancia (11) es un medio para comparar la reproducción de
procesos comparativos tanto con una primera reproducción de
procesos (19a) con relación a varias señales de procesamiento del
aparato de automatización maestro (7) como con una segunda
reproducción de procesos (19b) con relación a un número
correspondiente de señales de salida del aparato de automatización
de reserva (9).
3. Sistema de automatización redundante (1)
según la reivindicación 12, caracterizado porque mediante la
comparación a modo de una decisión dos de tres puede decidirse sí y
dado el caso qué aparato de entre el grupo {aparato de
automatización maestro (7), aparato de automatización de reserva
(9), aparato de vigilancia (11)} trabaja sin fallos.
4. Sistema de automatización redundante (1)
según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque
en todos los aparatos del grupo {aparato de automatización maestro
(7), aparato de automatización de reserva (9), aparato de
vigilancia (11)} se ha instalado el mismo software de control para
generar las señales de salida (17).
5. Sistema de automatización redundante (1)
según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque
los aparatos del grupo {aparato de automatización maestro (7),
aparato de automatización de reserva (9), aparato de vigilancia
(11)} están unidos entre sí mediante un rápido enlace de
comunicaciones (5), mediante el cual al menos uno de los
reproductores de procesos (18a, 18b, 19a, 19b) puede transmitirse
desde uno de los aparatos (7, 9, 11) a otro de los aparatos (7, 9,
11) dentro de un periodo de tiempo máximo de 100 ms.
6. Sistema de automatización redundante (1)
según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por al
menos una interrupción como medio para conseguir una sincronización
del desarrollo de tareas y/o procesos en los citados aparatos (7,
9, 11).
7. Sistema de automatización redundante (1)
según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por
una señal informativa que se transmite periódicamente, como medio
para vigilar la unión entre los citados aparatos (7, 9, 11).
8. Sistema de automatización redundante (1)
según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque
los citados aparatos se basan en componentes de PC estándar.
Applications Claiming Priority (2)
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