Symphony系統(tǒng)的冗余問題的研究與改進＊

王青卓，朱小娟，孫 遜

（沈陽工程學院 自動化學院，遼寧 沈陽 110136）

1 分散控制系統(tǒng)概述

分散控制系統(tǒng)是實現(xiàn)對生產(chǎn)中的過程自動控制的主要基礎控制功能。分散控制系統(tǒng)英文為Distributed Control System，簡稱DCS。它以分散控制、集中監(jiān)視操作管理的特點被人們廣泛應用在大型工業(yè)、電力行業(yè)的控制領域。

分散控制系統(tǒng)利用分級的控制結(jié)構，縱向分層、橫向分散的特點。橫向上的各個設備相互協(xié)調(diào)，與同一級（層）的設備之間進行數(shù)據(jù)交換，將信息層層傳輸?shù)讲僮鞴芾砑壊⒔邮芷渲噶钸\行?？v向上每級（層）的設備功能互有差異?，F(xiàn)主要的DCS系統(tǒng)中共有四級（層）網(wǎng)絡結(jié)構，分別是現(xiàn)場級、過程控制級、操作監(jiān)控級、信息管理級。

在現(xiàn)場級中有各類檢測裝置，例如傳感器、執(zhí)行器、記錄儀表及變送器等?，F(xiàn)場級能夠?qū)ιa(chǎn)裝置過程中完成檢測、信號轉(zhuǎn)換及控制量的輸出等。在過程控制級中有各類控制器、智能調(diào)節(jié)器、可編程控制器及現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集等。通過網(wǎng)絡與現(xiàn)場級的裝置進行連接，完成對其控制，已達目的。同時能接收上級的信息指令，并將數(shù)據(jù)進行實時傳輸。

在操作監(jiān)控級中有工程師站、操作員站、監(jiān)控計算機與連接器。通過以上對現(xiàn)場的信息進行監(jiān)測與診斷，實現(xiàn)全系統(tǒng)的集中監(jiān)視與操作，進行控制的組態(tài)、參數(shù)糾正和優(yōu)化的工作，根據(jù)實時狀態(tài)信息判斷計算機的系統(tǒng)軟硬件的性能，進行實時監(jiān)控報警修正。在信息管理級中有上位管理機等具有生產(chǎn)、經(jīng)營管理的計算機。其中管理計算機對全系統(tǒng)實現(xiàn)性能監(jiān)測、運行優(yōu)化、負荷均衡及日常管理的功能，并承擔決策、計劃、行政的職能[1]。

2 Symphony系統(tǒng)冗余化設計

2.1 Symphony系統(tǒng)的概述

Symphony系統(tǒng)是德國ABB集團所屬H&B公司開發(fā)的面向工業(yè)過程控制領域的系統(tǒng)，該系統(tǒng)的硬件制造工藝優(yōu)良，具有優(yōu)越的品質(zhì)，先進的技術，人機操作流暢，直觀簡便、快捷，具有強大的功能體系，性能先進卓越，安全，方便擴展。

Symphony系統(tǒng)的操作控制級運用了先進的軟硬件技術，利用開放式的系統(tǒng)結(jié)構、面向?qū)ο蟮脑O計方法、冗余的系統(tǒng)網(wǎng)絡與全系統(tǒng)的冗余框架。Symphony系統(tǒng)運用特有的分級、分類的網(wǎng)絡通訊結(jié)構，大大降低了負荷率，并保證了數(shù)據(jù)傳輸過程中的安全性、實時性[2]。

冗余化是該系統(tǒng)的一項特別的特征，強調(diào)系統(tǒng)冗余化是從該系統(tǒng)的可靠性方面考慮的，在冗余結(jié)構的任何一路發(fā)生事故或故障時，都會自動切換調(diào)整至另一類備份的結(jié)構繼續(xù)工作，并且會通過故障指示的信號。

2.2 控制網(wǎng)絡的冗余化

控制網(wǎng)絡的冗余化包括：①整個環(huán)路的冗余；②HUC環(huán)內(nèi)的通信模件冗余；③TCL直流供電電源冗余。在系統(tǒng)環(huán)路的設計中，運用閉環(huán)、雙回路、冗余配置的特點，以硬件角度來看，18個HCU的節(jié)點對操作員站所有節(jié)點之間，通過專用的抗干擾同軸電纜進以實現(xiàn)環(huán)路的冗余硬鏈接，利用通信模件對完成冗余控制。

如果系統(tǒng)某一冗余的通信模件對發(fā)生故障，系統(tǒng)會自動將發(fā)生故障的通信模件進行對路旁通，使備份的通信模件對快速投入運行工作，同時信息會被傳送到其他節(jié)點中，進而不影響網(wǎng)絡通信的安全，確保了系統(tǒng)的長期連續(xù)性、高可靠性和可運行的通訊。

2.3 HCU內(nèi)控制裝置的冗余

HCU內(nèi)控制裝置的冗余化包括：①控制總線的冗余；②多功能處理器MFP、BRC100冗余。

Symphony系統(tǒng)的控制總線冗余與多功能處理器冗余體現(xiàn)了系統(tǒng)的控制核心?？刂瓶偩€采用串行通信方式，承擔了網(wǎng)絡與控制器之間的通信，速率可達1 M，帶載32個控制器。多功能處理器進行控制組態(tài)，并且利用子總線與子模件連接實現(xiàn)過程控制的功能，同時完成數(shù)據(jù)交換，連接64個模件控制站，利用冗余鏈實現(xiàn)冗余功能。MFP以1∶1的冗余比例備份安裝，它的冗余方式是在主MFP處于執(zhí)行狀態(tài)時，不斷進行自檢，如果發(fā)現(xiàn)故障或錯誤，立即在顯示面板上顯示故障錯誤碼。

冗余備份的MFP處于熱備跟蹤的方式，在主模件運行時，冗余模件以熱備用的狀態(tài)進行實時等待，并且不斷跟蹤主模件的信息，保證主輔模件系統(tǒng)組態(tài)的一致性。如果主模件處于待機離線的狀態(tài)，備份的模件將無擾切換到主模件運行狀態(tài)。并且通過模件的冗余設計，可以實現(xiàn)在線組態(tài)的檢測和修改，極大提高了可靠性和完整性。

2.4 電源系統(tǒng)的冗余

電源系統(tǒng)的冗余通常采用UPS電源作為系統(tǒng)的供電電源，并且利用1∶1的備份進行冗余配置，使系統(tǒng)保持不間斷地穩(wěn)定運行。電源系統(tǒng)冗余包括：①HCU柜電源的冗余供給；②I/O端子電源的冗余連接。當任意一路發(fā)生中斷時，都會有另一路繼續(xù)保證端子的供電正常運行；任意一個發(fā)生故障，拆下維修過程中，其他端子仍能保證工作的正常運行及供電安全。

2.5 人機系統(tǒng)接口的冗余配置

人機系統(tǒng)接口主要由操作員站、歷史站組成。其中操作員站是環(huán)路上的節(jié)點，采用冗余配置。這些環(huán)路上的操作員站是相互獨立的，如果其中一臺發(fā)生故障，其他的操作員站都可以繼續(xù)運行，并且他們的配置都是相同的。歷史站是操作員站的擴充，起到存儲信息、查看歷史信息的功能，因此歷史站不必采用冗余。

3 冗余化存在的問題及改進

Symphony系統(tǒng)的冗余化已經(jīng)達到十分成熟的地步，但是該系統(tǒng)中局部的冗余設計還應該繼續(xù)改進及完善。

3.1 HCU端子柜的冗余電源

Symphony電源未采用雙路冗余供電的方式，此供電線路采用一條線路連接，一旦這條線路發(fā)生故障，導致電源輸送中斷，那么這個端子柜將故障運行，因此建議采用雙路運行供電的方式。

3.2 HCU模件柜電源轉(zhuǎn)接盒未采用雙路冗余供電

單線路若發(fā)生故障，將造成整個機柜的故障損失，因此在其中應該采用雙路供電的方式[5]。

4 結(jié)語

Symphony系統(tǒng)冗余配置的實現(xiàn)，極大限度提高了整個系統(tǒng)的可靠性與安全性。在提升系統(tǒng)可靠性的同時，不能過度采用冗余配置，這樣會造成資金的過度浪費，同時也不能為節(jié)省資金的開銷而減少冗余配置的利用。

在系統(tǒng)運行中，系統(tǒng)應適度進行冗余的配置，在實際中，盡管是十分可靠的系統(tǒng)，如果沒有進行定期檢查與維護，只在冗余進行提升，那么這個系統(tǒng)終將失去它的可靠性，所以合理地進行冗余化的配置是很有必要的。