Meng Jun
(Shenhua Group Corporation Limited, Beijing 100011)
Redondant PLC est un moyen important pour améliorer la fiabilité des systèmes de contrôle industriel, il a été largement utilisé dans de nombreux domaines comme une technologie de tolérance aux pannes efficace, mais dans des applications pratiques, comment choisir la structure de redondance appropriée en fonction de l'environnement d'application est confronté à la réalité problème. Fiabilité théorie de base, le système unique, 2 unités dans le système redondant parallèle, redondance de vote 3 et 2 prises deux par deux la fiabilité du système PLC redondant et le temps moyen entre pannes (MTBF), et de comparer les différents redondants fiabilité structurelle I MTBF et le changement de la relation entre le taux d'échec des cellules, et l'analyse de la disponibilité de la structure redondante système PLC typique. les résultats de recherche fournissent une base efficace pour la sélection de l'environnement d'application réelle dans la structure redondante.
Le PLC; redondance, la fiabilité, le MTBF, la tolérance de panne, la disponibilité
PLC système (automate programmable) est largement utilisé dans de nombreux domaines clés de l'aérospatiale, militaire, défense, etc., ces zones ont des exigences élevées sur la fiabilité du système de commande basé sur PLC, comment choisir les mesures appropriées pour améliorer la fiabilité du système est devenue une préoccupation la recherche . Compte tenu des systèmes de contrôle utilisés dans divers domaines de plus en plus complexe, plus fonctionnel dans divers domaines des hautes exigences de fiabilité du système, et maintenant le concept du système de contrôle a été important dans le passé à la fonctionnalité, la performance, la fiabilité centrée progressivement transition centrée . les défaillances du système des défauts physiques présents dans la conception du système, la conception est imparfaite, les erreurs logicielles causées par le système est un facteur important de non fiable. La tolérance aux pannes est l'une des principales techniques pour améliorer la fiabilité du système, la technologie peut diagnostiquer automatiquement l'équipement défectueux, et de prendre des mesures appropriées afin d'assurer que l'équipement pour maintenir sa fonction spécifiée, ou sacrifier les performances pour assurer le dispositif continue de fonctionner dans une plage acceptable .
Redondante conçu en tant que représentant des techniques de tolérance aux pannes sont des mesures efficaces pour améliorer la fiabilité du système de contrôle PLC, qui jouent un rôle de plus en plus important dans le domaine des systèmes de missiles modernes, la fabrication d'équipements, le contrôle de l'aérospatiale et le lancement, la production d'énergie, les systèmes de transmission de puissance, les chemins de fer, etc. . Habituellement redondance pour protéger les fonctions du système en ajoutant des composants supplémentaires, en fonction de l'objet de redondance système PLC peut être divisé en une unité centrale de traitement redondants, une redondance de module de communication, entrée redondants et les modules de sortie, la redondance d'alimentation. La redondance matérielle et la redondance logicielle est divisé en deux catégories en fonction de la mise en uvre de la redondance. redondance logicielle PLC pour améliorer la fiabilité de la méthode est un logiciel temps de commutation de veille plus économique redondance ordre de secondes, de sorte que la redondance dans les exigences en temps réel doux des zones plus élevées d'application n'est pas forte. La redondance matérielle est réalisée par un module de redondance particulière, le mécanisme de synchronisation est une synchronisation temporelle multi-processeur ou la synchronisation de cause, parce que la synchronisation courte courte période de temps pour faire en sorte que le mode veille peut atteindre les millisecondes de commutation (aussi grande que plusieurs dizaines de des centaines de millisecondes), le basculement se produit, la commutation de secours peuvent répondre rapidement les données stockées ne sont pas perdues, le cas où le transfert rapide périphérique E / S ne modifie pas l'état du système est grandement pour assurer l'exécution de la production, si important dans le contrôle industriel dOmaiNe largement utilisé, couramment utilisé veille à chaud, 2 sur 3 redondance, quatre mode redondant, prendre 2 par 22 redondance . Comment les applications pratiques en fonction des besoins des différents environnements sur la fiabilité et la disponibilité pour sélectionner le système de redondance PLC approprié mérite d'être explorée, la base de la fiabilité de la théorie de base, en mettant l'accent sur les différents fiabilité du système redondant et MTBF (Mean Time Between échecs) analyser et discuter la fiabilité et MTBF change avec le taux d'échec. Comparaison de l'avant alors que la fiabilité typique du système redondant et la disponibilité dans les mêmes conditions, afin de fournir une base théorique pour la sélection d'une application pratique du système PLC redondant.
Fiabilité du système PLC généralement, la fiabilité, le temps moyen entre pannes MTBF comme caractérisé par le taux de défaillance (Taux d'échec, également connu sous le taux de risque ou taux d'échec).
Désigne le temps moyen en moyenne à une défaillance pendant les heures normales de travail défaillance du système adjacent, est représenté par la MTBF; taux d'échec est un rapport d'un certain temps à une machine de travail, l'insuffisance de pièces ou des systèmes dans une unité de temps continue, avec la posture? (t) représente. La fiabilité désigne la probabilité que le système est normal, avec R (t) sans défaut représente, qui est une fonction prédéterminée du temps t, plus le temps prédéterminé, R (t) est plus petite. Réglage F (t) représente une fonction de distribution d'échec, il y a:
La relation de base entre le taux d'échec et la fiabilité sont:
Dans lequel, f (t) = dF (t) / dt fonction de densité à l'échec.
? Compte tenu de l'échec de la distribution électronique de produits et de contrôle généralement soumis à des paramètres posture distribution exponentielle, nous avons:
Par définition:
Selon la nature de la fiabilité:
MTBF est le temps moyen entre les pannes:
La disponibilité fait référence à la capacité du système lorsque le système est nécessaire à ce moment disponible dans un état normal, est généralement caractérisée par la disponibilité, peuvent être utilisées pour analyser le modèle de Markov pour obtenir .
2 L'analyse de la fiabilité et la disponibilité des différentes structures de redondance
2.1 système redondant parallèle
Lorsque le système de commande est un système de redondance d'attente parallèle, le système est constitué de n unités, dans lequel l'unité maître détermine un système de sortie de données, les cellules restantes pour la redondance, défaut lorsque l'unité principale, dans lequel une unité de sauvegarde à la place de l'unité primaire continue à travail. Diagramme de système redondant parallèle représenté sur la figure 1.
Parallèlement système de commande redondant, chaque unité peut être considérée comme un événement de probabilité indépendante, chaque cellule est pourvue respectivement fiabilité Ri (t), des moyens pour le manque de fiabilité Fi (t), la multiplication par le principe de la redondance parallèle disponible Je système est peu fiable:
Disponible pour obtenir la fiabilité du système redondant parallèle:
Pour les unités en parallèle système de commande redondant 2, est prévu pour chaque unité fiabilité Ri (t) = R (t), l'équation ci-dessus peut être obtenu pour la fiabilité du système:
La liaison de la formule (4) et de formule (11) peut être obtenu:
La liaison de formule (8) et (12) peuvent être obtenues:
A partir de ces résultats, plus la redondance, la fiabilité supérieure correspondante et une plus grande demande sur la ressource matérielle. Chaque fois qu'une cellule est disponible même fiabilité R (t) de 0,9, un système redondant parallèle, par deux des unités de fiabilité 0,99 (augmentation de 0,09), la fiabilité d'un système redondant est composé de trois unités de l'décrite ci-dessus 0,999 (0,009 seulement augmenté la) et dans lesdites ressources système redondantes ont augmenté de 1 et 2 fois. Ces résultats indiquent que la fiabilité n'est pas améliorée augmente de façon linéaire redondance avec une fiabilité accrue pour peser l'application réelle et les besoins d'investissement pour sélectionner la configuration redondante appropriée.
Pour un système redondant typique parallèle, leur disponibilité (en supposant un équivalent posture de l'unité de taux d'échec, le taux d'entretien du sida):
où:
Ainsi? Couper plus grande, une plus grande disponibilité, la disponibilité du système peut être amélioré en général en sélectionnant le taux de défaillance d'un composant ou d'accroître l'efficacité de maintenance.
2.2 redondance du système de vote
structure parallèle redondant peut effectivement améliorer la fiabilité du système, et il y a une application pratique controversée dans les configurations de tolérance aux pannes, comme un système de secours à chaud typique, l'absence d'un arbitre entre la machine d'attente, la sortie est bien ou mal un problème. Assez bien pour résoudre le système redondant de vote ci-dessus des différends fondé sur une pluralité d'unités, peut améliorer considérablement la précision du résultat de la production par la majorité des voix. Une structure typique de n / k système redondant de vote représenté à la figure 2, où n est le nombre d'unités, le nombre de votes pour k, n unités de sortie après n / k sorties décision de vote, unité de vote lorsque le système a n lorsque k et des cellules intactes au-dessus de, pour remplir une fonction prédéterminée, et une défaillance du système sur le nombre d'unités de nk, les résultats de vote de sortie invalide, l'état de sécurité de sortie du système.
Pour le numéro d'unité n, le nombre de voix pour le système redondant de vote k, la fiabilité du système exprimé comme suit:
? Taux de défaillance constant position réglée, la durée de vie moyenne du système:
numéro d'unité typique n = 3, k = le nombre de système redondant de vote du scrutin 2, la fiabilité est la suivante:
Système MTBF est le temps moyen entre les pannes:
Elle est définie en fonction de la disponibilité du système disponible est compris:
Ce qui, MTTF fait référence au MTBF, MTTR est le temps moyen de réparation. Le modèle de Markov montre que deux des trois MTTF système redondant de :
Pris deux par deux 2,3 secondes système redondant
2, pris deux par deux schéma de configuration de système redondant représenté sur la figure 3. Par le système principal, deux lignes de veille, dont l'intérieur de chacune des deux lignes formant une unité arithmétique 2 pour prendre une configuration redondante de vote 2, la sortie de données de la manière redondante parallèle entre deux lignes.
Vu de la Fig. 3, le calcul du système hôte interne signifie que A1, A2, de veille avec l'unité de calcul interne B1, B2 constituent une structure de vote pris typique 22 redondant, en supposant que quatre unités sont la fiabilité R (t), représenté par la formule (4) et de formule (16) peut être calculé en prenant 2 étoiles monophylétique seconde configuration redondante de fiabilité et de fiabilité sont:
La formule (4), la formule (11) et (12) pour dériver la fiabilité globale du système peuvent être obtenues:
Le système peut être obtenu à dériver la formule (8) et (22) le temps moyen de défaillance:
3 Caractéristiques comparées du système redondant différent
La fiabilité et taux d'échec des cellules est directement lié au système redondant, par rapport à un système unique, deux unités de système redondant parallèle, trois système redondant de vote, la fiabilité R 2, pris deux par deux système redondant (t) et MTBF changeant avec le taux d'échec sont présentés sur les figures 4 et 5.
La figure 5 est apparent à partir de. La figure 4, à basse unité de taux de défaillance, un seul la fiabilité du système universel que tout autre système de redondance. 2 unités de la fiabilité des systèmes redondants parallèles sont élevés dans toutes les étapes. Depuis 3 redondance de vote, pris deux par deux deuxième système de protection redondante en la fiabilité du système, en fonction de la sortie du mécanisme de vote garantit l'exactitude, la sécurité, la complexité du système pour améliorer la fiabilité globale du système par ces influencer de manière significative les taux de défaillance, le taux d'échec lorsque l'appareil est faible, la fiabilité du système redondant de vote entre un seul système et un second système redondant parallèle de l'unité, les augmentations de taux de défaillance en tant qu'unité, 3 redondance de vote , pris deux par deux secondes fiabilité du système de redondance est dégradée de façon significative, en particulier lorsque le taux d'échec de cellule supérieur à 0,5 et 0,7 respectivement, la fiabilité du système de vote redondant abaisser encore que la fiabilité d'un système unique.
2 temps moyen entre défaillances MTBF de cellules dans des systèmes redondants parallèles les plus élevées, plus élevées que le temps moyen de défaillance d'un système, plus approprié pour un fonctionnement à long terme pour améliorer la fiabilité du système de contrôle (par exemple, le contrôle du procédé, la fabrication industrielle, etc.). Complexité Effect 3 redondance de vote, pris deux par deux par deux systèmes système de MTBF redondant est inférieure à 2 unités et un système unique de système redondant parallèle, et lorsque l'unité est faible taux d'échec, une configuration redondante dans le vote décrit ci-dessus assurer la fiabilité du système en même temps, d'assurer l'exactitude des données de sortie pour améliorer encore la sécurité du système, plus approprié, tout en assurant la fiabilité du système dans une courte période d'applications en cours d'exécution ont des exigences élevées en matière de sécurité.
Disponibilité des systèmes redondants plus élevés que le système autonome, en même temps, avec le même système de fiabilité, les facteurs de disponibilité du système avec le taux d'entretien, l'efficacité de la maintenance, le taux d'échec et produisent des changements dans la disponibilité des applications pratiques nécessitent des compromis pour le système d'application réelle a besoin de la conception de la disponibilité. Supposons que chacune des unités taux de défaillance équivalent autre système de redondance, réparer la même vitesse, et lorsque le taux d'échec est faible posture, chacun des caractéristiques des systèmes redondants présentés dans le tableau 1.
4 Conclusion
(1) Pour les systèmes redondants, le taux de défaillance de l'unité a un impact significatif sur la fiabilité globale du système, si vous ne pouvez pas garantir la fiabilité de l'unité, la structure redondante afin d'améliorer la fiabilité du système dans son ensemble est très limité, comment concevoir améliorer la fiabilité de l'appareil est toujours le noyau du travail.
(2) la fiabilité et MTBF 2 unités dans le système redondant parallèle par rapport aux autres systèmes des avantages évidents, sont des mesures efficaces pour améliorer la fiabilité du système d'une partie du contrôle de longue durée, mais la protection est faible en l'exactitude des résultats. Lorsque l'appareil est faible taux d'échec, 3 structure redondante de vote, pris deux par deux dans la seconde configuration redondante pour assurer simultanément la fiabilité du système, afin d'assurer la justesse des données de sortie, afin d'améliorer davantage la sécurité du système.
(3) de la même fiabilité du système redondant présentent des taux différents à différents stades de l'insuffisance de l'unité, l'application effective de la nécessité générale de sélectionner un système de redondance adapté en fonction de l'application et les besoins particuliers en matière de fiabilité, la vie et la sécurité moyenne.
la disponibilité du système (4) est une base importante pour assurer que le système est disponible pour satisfaire à la condition dans des conditions particulières d'utilisation, en particulier pour des longues périodes de stockage requises dans une fenêtre de temps en termes de dispositifs de haute disponibilité (contrôle du système, les véhicules de lancement) doivent pensez à choisir des mesures efficaces pour améliorer la disponibilité du système (comme l'amélioration de l'efficacité de la maintenance, réduire le taux de défaillance d'un composant, etc.).
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