Фафурин В.А., Терюшов И.Н. Автоматизация технологических процессов и производств

Подождите немного. Документ загружается.

что все критические выходы будут находиться под напряжением в

нормальном состоянии, и все критические входы будут нормально

замкнутыми. Троированная архитектура гарантирует надежность и

обеспечивает безошибочную непрерывную работу при наличии по-

стоянно возникающих ошибок или временных сбоев, как внутренних

компонентов, так и внешних. Каждый модуль ввода-вывода имеет три

независимых сегмента - Legs. Каждое плечо входного модуля

получает данные, и передает эти данные своему главному процессору

А, В, или С. Три главных процессора А, В, и С связаны между собой

высокоскоростной шиной TRJBUS. Контроллер TRICON постоянно

оценивается независимыми экспертными организациями, и постоянно

имеет соответствующие сертификаты.

TOVRhcinland.

Сертификат TUV гарантирует в соответствии со стандартами

DIN функциональность контроллера TRICON в системах для управ-

ления критическими процессами, требующими одновременно и

безопасность, и непрерывность процесса. Контроллер TRICON сер-

тифицирован для использования в процессах 5 и 6 классов безопас-

ности. Сертификаты обычно включаются в приложения к проектной

документации.

Canadian Standards Association.

Сертификат CSA/NRTL/C удостоверяет безопасность контрол-

лера TRICON при его подключении к системе распределения элек-

троэнергии (основная линия) и когда контроллер работает в заданном

температурном диапазоне. Контроллер TRICON не содержит в себе

пожарной опасности, операторы и технический персонал защищены

от поражения электрическим током при прикосновении к корпусу или

модулям. Сертификат CSA подтверждает, что контроллер TRICON

полностью отвечает следующим стандартам:

• CSA Standard C22.2 No. 0-M982 General Requirements -Canadian

Electrical Code, Part II.

• CSA Standard C22.2 No. 142-MI98 7 for Process Control Equip-

ment.

Стандартное оборудование. Модуль главного процессора

(рис. 7.1.36). Система TRICON содержит три модуля главных процес-

соров (Main Processor, или MP). Каждый из них управляет отдельным

каналом системы и функционирует параллельно с двумя другими

главными процессорами.

Рис. 7.1.36

Специальный коммуникационный процессор ввода-вывода на

каждом главном процессоре управляет обменом данными между

главным процессором и модулями ввода-вывода. Утроенная шина

ввода-вывода расположена на задней панели шасси и переходит с

одного шасси на другое через кабели шин ввода-вывода.

После опроса входного модуля новая порция входных данных

поступает на главный процессор через соответствующий канал шины

ввода-вывода. Входные данные от каждого входного модуля соби-

раются в таблицу в главном процессоре, и хранятся в памяти для ис-

пользования в аппаратно-реализованной мажоритарной выборке.

Индивидуальная таблица входных данных каждого главного

процессора передается соседнему главному процессору через шину

TRIBUS. Во время этой передачи происходит аппаратная мажори-

тарная выборка.

TRIBUS использует программируемое устройство с прямым дос-

тупом к памяти для синхронизации, передачи, выборки и сравнения

данных трех главных процессоров. Если обнаружена несогласован-

ность, то преимущество имеет сигнал, одинаковый в двух из трех

таблиц, а в третью таблицу вносится соответствующее исправление.

Однократное несоответствие, вызванное вариациями тактирования

выборки, можно определить сравнением различающихся данных.

Каждый из трех главных процессоров хранит в локальной памяти

данные о необходимых коррекциях. Всякое несовпадение отмечается

флагом, и в конце каждого цикла используется программой встроен-

ного анализатора ошибок для определения того, возникла ли неис-

правность в конкретном модуле.

Главные процессоры помещают эти скорректированные данные

в программу управления. 32-битный главный микропроцессор и ма-

тематический сопроцессор выполняют программу управления парал-

лельно с соседними модулями главных процессоров. Программа

управления генерирует таблицу выходных значений, базирующуюся

на таблице входных значений, в соответствии с правилами, введен-

ными пользователем. Коммуникационный процессор ввода-вывода на

каждом главном процессоре управляет пересылкой выходных данных

в выходные модули через шину ввода-вывода. Используя таблицу

выходных значений, коммуникационный процессор ввода-вывода

создает маленькие таблицы, каждая из которых соответствует

отдельному выходному модулю системы. Каждая таблица передается

соответствующему сегменту выходного модуля через шину ввода-

вывода. Например, главный процессор А передает соответствующую

таблицу в сегмент A (Leg А) каждого выходного модуля через шину

ввода-вывода. Передача выходных данных имеет приоритет перед

обычным сканированием всех модулей ввода-вывода.

Коммуникационный процессор ввода-вывода управляет обменом

данными между главными процессорами и коммуникационными мо-

дулями, используя коммуникационную шину.

Каждый из главных процессоров модели #3006, используемые в

полностью расширяемой системе V9 TRICON, имеют статическое

ОЗУ емкостью 2 мегабайт, а каждый из главных процессоров модели

#3007, используемые только в системах V9 TRICON с одним шасси,

имеют статическое ОЗУ емкостью 1 мегабайт.

Статическое ОЗУ предназначается для программы управления,

записываемой пользователем, данных SOE, данных ввода-вывода,

диагностики и буферов обмена данными. В случае выхода из строя

внешнего источника питания, статическое ОЗУ питается от батарей,

расположенных на задней панели на главном шасси. Батареи под-

держивают целостность программы и сохранность переменных в те-

чение как минимум шести месяцев при отсутствии питания системы

TRICON. Модуль главного процессора питается от дублирующих

блоков питания и шин питания главного шасси. Выход из строя одного

источника питания или одной шины питания не влияет на рабо-

тоспособность системы.

Системы шин и распределение питания. На задней панели

главного шасси имеется три системы утроенных шин: TRIBUS, шина

ввода-вывода, и коммуникационная шина. Шина TRIBUS состоит из

трех независимых последовательных каналов, работающих со скоро-

стью 4 Мбод.

TRIBUS синхронизует главные процессоры в начале цикла. За-

тем каждый главный процессор посылает данные к последующему и

предыдущему главному процессору. Шина TRIBUS выполняет сле-

дующие операции с данными:

• Пересылка аналоговых, диагностических и коммуникацион-

ных данных;

• Пересылка и голосование цифровых входных данных;

• Сравнение данных и выставление флагов при несоответствии

данных предыдущего цикла и памяти программы управления.

Важной отличительной особенностью архитектуры отказоустой-

чивой системы TRICON является использование одного и того же

передатчика для пересылки данных к последующему и предыдущему

главным процессорам. Это обеспечивает прием одних и тех же дан-

ных обоими процессорами.

Замечание:

При рассмотрении архитектуры модулей ввода-вывода необхо-

димо обратить внимание, что модули ввода-вывода ТРОЙНОГО

МОДУЛЬНОГО резервирования не имеют: все три сегмента ввода

или вывода находятся на ОДНОЙ плате. Более того, все модули вво-

да-вывода используют мультиплексирование по 8, 16, 32 и даже 64

точки ввода-вывода.

Модули дискретного ввода. Каждый модуль дискретного ввода

объединяет схемы для трех идентичных сегментов (LEG - нога, опора,

коленце): А, В и С.

Рис. 7.1.37

Несмотря на то, что все три сегмента расположены в одном мо-

дуле, они полностью изолированы друг от друга и функционируют

совершенно независимо. Каждый сегмент обрабатывает сигнал неза-

висимо и обеспечивает полную оптоэлектронную изоляцию между

периферийным устройством и системой TRICON (исключением яв-

ляется 64-точечный входной цифровой модуль высокой плотности

#3504Е, у которого нет изоляции). Неисправность, возникшая в одном

из сегментов, не может распространиться на остальные. Кроме того,

каждая ветвь содержит 8-битный микропроцессор, называемый

процессором ввода-вывода, который обеспечивает коммуникацию с

соответствующим главным процессором.

Каждый из трех входных сегментов асинхронно измеряет вход-

ной сигнал каждой точки подключения полевых устройств, опреде-

ляет их относительные состояния, и помещает их значения в таблицы

входных значений А, В и С.

Регулярный опрос каждой таблицы производится через шину

ввода-вывода при помощи коммуникационного процессора ввода-

вывода, расположенного в соответствующем модуле главного про-

цессора. Например, главный процессор А опрашивает таблицу вход-

ных значений А через шину ввода-вывода А.

Модули дискретного ввода сигналов постоянного тока имеют

самодиагностику для распознания условий "Залипания в состоянии

ВКЛ", когда схема не может сообщить, перешла ли точка из состояния

"ВЫКЛ". Эта особенность очень важна для систем безопасности,

поскольку они обычно построены по принципу обесточивания для

отключения. Поэтому важно знать, что система может определить

состояние "ВЫКЛ" на входе. Для диагностики "Залипания в состоя-

нии ВКЛ" на входе, переключатель внутри входной цепи замыкается,

что дает возможность считывать нулевое входное значение через оп-

тоэлектронную развязку. Пока проводится диагностика, в коммуни-

кационном процессоре ввода-вывода замораживаются последние

считанные данные.

Модули дискретного вывода. Каждый модуль дискретного вы-

вода также содержит выходные цепи трех идентичных изолированных

сегментов (Legs). Каждый сегмент включает в себя микропроцессор

ввода-вывода, который получает свою выходную таблицу от

коммуникационного процессора ввода-вывода из соответствующего

главного процессора. Модули дискретного вывода используют

специальную счетверенную выходную цепь, которая выбирает

конкретный выходной сигнал непосредственно перед его подачей на

нагрузку. Эти цепи выборки основаны на параллельно-

последовательных путях подачи напряжения, если драйверы

сегментов А и В, или сегментов В и С, или сегментов А и С выдают

команду на замыкание ключей - другими словами, производится

мажоритарная выборка 2-из-3 драйверов, находящихся в состоянии

ON (ВКЛ). Учетверенные выходные цепи обеспечивают многократное

резервирование всех критических цепей подачи сигнала, что

гарантирует безопасность и максимальную готовность.

Рис. 7.1.38

В процессе выполнения диагностики (Output Voter Diagnostics -

OVD) состояние каждой выходной точки на короткое время меняется

на противоположное. Петля обратной связи в модуле позволяет каж-

дому из микропроцессоров считывать выходное значение точки, чтобы

определить, имеется ли в выходных цепях скрытая неисправность.

Для устройств, которые не допускают перехода сигнала в про-

тивоположное состояние даже на короткое время, OVD на выходных

модулях может быть запрещено.

Модули дискретного вывода имеют петли обратной связи, как по

напряжению, так и по току, что позволяет обеспечить обнаружение

отказов как при условии подачи питания для отключения, так и при

условии снятия питания для отключения.

Кроме того, модули дискретного вывода проверяют присутствие

полевой нагрузки путем непрерывной проверки целостности цепи.

Любая потеря полевой нагрузки оповещается модулем. Модули дис-

кретного вывода сигналов постоянного напряжения сконструированы

так, чтобы управлять устройствами, которые удерживают точки в

одном и том же состоянии в течение длительного периода времени.

Стратегия OVD для модулей дискретного вывода сигналов по-

стоянного напряжения обеспечивает обнаружение отказов даже в том

случае, когда устанавливаемое состояние точки никогда не из-

меняется. На модулях этого типа в процессе выполнения OVD вы-

ходной сигнал меняет свое состояние, но гарантируется, что это про-

исходит только на время меньше 2.0 миллисекунд (типично 500 мик-

росекунд), что не замечается большинством полевых устройств. На

модулях дискретного вывода сигналов переменного напряжения не-

исправный ключ, указанный процедурой OVD, вызывает переход

выходного сигнала в противоположное состояние на время не больше

половины периода переменного тока. Если обнаруживается неис-

правность, модуль прекращает дальнейшее выполнение OVD.

Для гарантии 100% обнаружения ошибок каждая точка на моду-

лях дискретного вывода сигналов переменного напряжения требует

периодического переключения из состояния ON (BKJI) в OFF (ВЫКЛ)

и наоборот. Все модули дискретного выхода поддерживают горячее

резервирование для замены неисправного модуля в оперативном

режиме, или для непрерывного резервирования активного модуля.

Каждый модуль имеет механический ключ для предотвращения

неправильной установки в сконфигурированное шасси.

Как все модули ввода-вывода, модули дискретного вывода тре-

буют кабельный интерфейс для подключения расположенных на не-

котором расстоянии внешних кроссовых панелей.

Модули аналогового ввода (рис. 7.1.39). Па модуле

аналогового ввода в каждом из трех сегментов производится

асинхронное измерение входных сигналов, и результаты заносятся в

таблицу. Каждая из трех таблиц входных значений передается в

соответствующий главный процессор при помощи соответствующей

шины ввода-вывода.

Таблица входных значений из каждого главного процессора пе-

редается соседним процессорам по шине TRIBUS. Каждый главный

процессор выбирает промежуточное значение, и таблица входных

значений каждого главного процессора корректируется соответст-

вующим образом. В режиме тройного модульного резервирования

программой управления используется то значение из трех, которое

имеет промежуточную величину. В дуплексном режиме используется

среднее, вычисляемое из двух значений.

Рис. 7.1.39

Каждый аналоговый входной модуль автоматически

калибруется с помощью опорных напряжений, считываемых с

мультиплексора. Эти напряжения задают коэффициенты усиления

и смещения, которые требуются для настройки показаний аналого-

цифрового преобразователя.

Терминальные панели. Для подключения полевых устройств к

шасси TRICON высокой плотности можно использовать как постав-

ляемые Triconex узлы подключения, так и изготовить самостоятельно

кабели подключения, которые соответствуют разъемам на панели

TRICON.