{ "@context": "https://schema.org", "@type": "BreadcrumbList", "itemListElement": [ { "@type": "ListItem", "position": 1, "name": "Strona startowa", "item": "https://www.wago.com/pl" }, { "@type": "ListItem", "position": 2, "name": "Redundancja - zwiększona niezawodność działania układów sterowania i monitoringu.", "item": "https://www.wago.com/pl/redundancja-zwiekszona-niezawodnosc" } ] }

Tematy 28 kwietnia 2022

Redundancja, czyli zwiększona niezawodność działania układów sterowania i monitoringu

Redundancja to nadmiarowość. W układach automatyki stosujemy ją ze względu na bezpieczeństwo, koszty związane z potencjalną awarią albo organizację/zarządzanie sposobami jej usunięcia

Omówienie zagadnienia redundancji chyba najlepiej rozpocząć od pokuszenia się o definicję. Za Wikipedią „Redundancja (łac. redundantia „powódź, nadmiar, zbytek”) – nadmiarowość w stosunku do tego, co konieczne lub zwykłe. Określenie może odnosić się zarówno do nadmiaru zbędnego lub szkodliwego, niecelowo zużywającego zasoby, jak i do pożądanego zabezpieczenia na wypadek uszkodzenia części systemu.”
Dla projektanta, wykonawcy i użytkownika systemów automatyki będzie bardziej przydatne sformułowanie, że redundancja to dodatkowa instalacja techniczna (identyczna, co do zasobów sprzętowych i funkcjonalności w stosunku do instalacji podstawowej), która przy normalnych warunkach pracy (bez awarii) jest nadmiarowa wobec tego, co jest wymagane do poprawnej pracy układu automatyki.

Dlaczego stosujemy redundancję:

Zwiększamy bezpieczeństwo funkcjonowania instalacji
Ograniczamy koszty awarii
Optymalizujemy proces zarządania awarią

Powody stosowania redundancji układów automatyki

Skoro redundancja to nadmiarowość, w stosunku do tego co jest potrzebne żeby nasz system pracował prawidłowo, to po co w ogóle ją stosować?

Powody, w pewnym uproszczeniu, można podzielić na 3 kategorie:

bezpieczeństwo – gdy w wyniku awarii pojedynczego elementu układu automatyki może dojść do sytuacji zagrożenia ludzi – np. w krytycznych instalacjach przemysłowych,
koszty – gdy w wyniku takiej awarii może dojść do zniszczenia zasobów sprzętowych lub gdy zatrzymanie lub ponowne uruchomienie instalacji jest drogie – np. w elektrowniach lub zakładach chemicznych,
organizacja – gdy chcemy optymalnie zarządzać sposobem usunięcia awarii w sytuacji ograniczonych zasobów (czasu, wykfalifikowanego personelu, szybko dostępnych części zamiennych, itp.) – np. na statkach, w zdalnej infrastrukturze przemysłowej – wiatraki, przepompownie, oczyszczalnie ścieków).

Podsumowując, redundancję stosujemy wtedy, gdy chcemy zabezpieczyć się przed potencjalnie wysokokosztowymi skutkami awarii pojedynczych elementów automatyki lub po prostu ochronić ludzi i/lub zasoby sprzętowe.

W niektórych instalacjach przemysłowych zastosowanie redundancji regulują przepisy. Np. dla elementów automatyki zastosowanych w instalacjach morskich wymagane są certyfikaty/dopuszczenia DNV GL, które w zasadach klasyfikacji dla statków (w części DNVGL-RU-Ship-Pt.4Ch.9 “Control Systems”, pkt 1.3.1) definiują, że “zintegrowany system powinien być zaprojektowany z wystarczającą redundancją i/lub segregacją, aby zapobiec utracie podstawowych funkcji lub wielu głównych funkcji w przypadku pojedynczej awarii” (tłumaczenie własne autora).
W powyższym dokumencie odnajdziemy także szczegółowe wymagania dotyczące czasu reakcji tych instalacji.

Rodzaje redundancji – obszary zastosowań

Redundancja może dotyczyć różnych części systemu automatyki.

Redundancja zasilania

Zasilanie jest to obszar, w którym najczęściej występują awarie. Szczególnie wrażliwe na uszkodzenia są przetworniki/zasilacze. Dlatego bardzo popularne (i stosunkowo niedrogie) jest zastosowanie w tym przypadku redundancji polegającej na wykorzystaniu dwóch urządzeń, z których każdy może „udźwignąć” zasilanie całego układu w przypadku awarii drugiego.

Dla właściwej skuteczności tego rozwiązania trzeba zwrócić uwagę na szczegóły. Połączenie po stronie wtórnej obu zasilaczy wymaga zastosowania specjalnego układu, który odetnie, w razie awarii, uszkodzoną jednostkę – najlepiej sprawdzają się dedykowane dla tego celu moduły redundancyjne. Przy zastosowaniu standardowych zasilaczy (w trakcie normalnej pracy) musimy liczyć się z nierównomiernym obciążeniem obu jednostek (wystarczy minimalna różnica w napięciu po stronie wtórej zasilaczy). Jeżeli chcemy żeby obie jednostki „zużywały się” w tym samym tempie musimy zastosować rozwiązania zaprojektowane do takiej pracy.

Najbardziej skuteczne podtrzymanie zasilania opiera się na wykorzystaniu różnych źródeł podpiętych po stronach pierwotnych zasilaczy i/lub zastosowanie dodatkowych modułów UPS z osobnymi akumulatorami.

Redundancja komunikacji/sieci komunikacyjnej

Kolejnym „krytycznym” obszarem układów automatyki jest komunikacja i sieci komunikacyjne. Zastosowanie tu redundancji podnosi na wyższy poziom zapewnienie pewności i stabilności przesyłu danych. W tym przypadku chcemy ochronić się przed awarią elementów infrastruktury sieciowej i/lub uszkodzeń okablowania.

Zadanie możemy rozwiązać na bazie 2 różnych topologii sieciowych.

W strukturze Dual-LAN (ilustracja po lewej stronie poniżej) funkcjonują równolegle 2 osobne sieci komunikacyjne. W uproszczeniu – komunikacją „zarządza” sterownik, który aktywuje tylko jedną linię. Druga jest aktywowana po wystąpieniu awarii na pierwszej. To rozwiązanie charakteryzuje się dużą ilością przewodów sieciowych, ale także możliwością zastosowania standardowych (niezarządzalnych) switchy. Dużym ograniczeniem w tym przypadku jest maksymalna odległość pomiędzy 2 urządzeniami w sieci Ethernet – 100m (np. od switcha do najbardziej oddalonego elementu).

W strukturze Single-LAN (ilustracja po prawej stronie poniżej) sieć komunikacyjna jest skonfigurowana w oparciu o topologię ringu. Do każdego urządzenia mamy dostęp z „dwóch stron”. W sytuacji wystąpienia awarii lub uszkodzenia przewodu komunikacja jest przełączana i kontynuowana w drugim kierunku. Takie rozwiązanie pozwala budować sieci na większe odległości – nawet krotności minimalnych odległości pomiędzy dwoma urządzeniami i dodatkowo oszczędza ilość przewodów sieciowych. Komunikacją zarządzają switche zarządzalne. Od ich możliwości zależy rodzaj zastosowanego ringu i co za tym idzie szybkości przełączania kierunku komunikacji.

Dla obu tych sposobów do redundancji komunikacji możemy się przymierzyć tylko w przypadku, jeżeli nasze urządzenia zdalne posiadają podwójne karty sieciowe.