冗余在自动化领域的应用-WhyIndustrialE.pdf

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1、WhitePaper冗冗冗余余余在在在自自自动动动化化化领领领域域域的的的应应应用用用介绍对很多工业和商业信息备份系统来说，冗余是目前最热门的话题之一。特别是越来越多具有以太网接口的工业设备出现。事实上，随着工业自动化的硬件和软件的快速发展，需要管理员在网络监视和管理方面考虑的最多的就是，不同种类的如何在一个不稳定的环境内备份系统的要求。在这篇文章里，我们将讨论不同种类的冗余方案的恢复要求。保持冗余的软硬件工作在可信赖和最佳的性能下。这种技术所涉及的冗余方案也会被考虑。ò工业自动化领域的以太网冗余应用电源冗余线路冗余网络节点冗余网络冗余全系统冗余ò为工业

2、自动化领域的以太网络构建100％可靠的冗余结构时需要考虑的问题ò选择传输媒介时需要考虑的问题ò总结冗余以太网在工业自动化领域的应用在详细介绍工业自动化领域的控制系统的对冗余的要求之前，我们必须明白在企业骨干网和交换机之间建立双份连接是必要的。当然，在很多设备层还没有任何的冗余应用建立，通常是因为为了节约资金而没有建立冗余，控制不严格和容易发生灾难。在下面的章节中，我们将重点放在自动化控制冗余中最实用、有效和重要的部分。电源冗余和办公自动化“舒适”的环境不同，应用在工业自动化的控制系统必须要经受恶劣环境的考验。因此，对控制系统来说最基础的冗余要求是通讯网络

3、的每一个部分都应该是在电源失效时能够连接到备份电源。电源备份就是当电源失效时能够立即简介到备份电源，将系统停机带来的损失尽可能的减少。PWR1P1DIN-Rail+24VPowerSupplyPage：1/10此外，系统硬件至少应该与非标准的直流电兼容和具有电源反接保护能力。下面我们将有讨论，电源失效时将报警发送给网络管理员的最常用的两种方式——通过e-mail或者继电器输出报警。继电器输出报警当电源输入中的一路失效时，继电器将会立即向管理员发送报警信息。PWR1P1DIN-Rail+24VPowerSupplyRelayOutputPWR2Back-u

4、pPowerSupply通过E-mail发送异常报告当异常的事件被检测到，系统会立即发送一份带有警告信息的E-mail给管理员。.交换机事件端口事件冷启动热启动连接正常电源开/关认证失败连接失败拓扑改变配置改变流量过载Warning..…介质冗余介质冗余，当网络的一部分线路出现故障时能够具有一条备份路径，是自动化应用最基本的要求之一。介质冗余最近技术发展是IEEE802.1D生成树协议（STP,SpanningTreeProtocol），使用在以太网环网中，具有备份路径。在以太网发展的早期，因为以太网网络不允许形成环路，不能建立以太网环Page：2/10

5、网拓扑。此外，在自动化领域使用双星形拓扑构建网络已经是可行并且可靠性也是能够满足要求，但是相对费用要求也比较高。IEEE802.1D做的是，将网络中的一台交换机定义为”rootswitch”，自动把网络中冗余路径的包阻塞掉。当网络中的某条路径从网络中断开时，STP协议能够自动从新调整环网，使用备份路径进行通讯。冗余环网的实际拓扑（具体哪条路径会被闭塞），是由环网中交换机的数目决定的。尽管IEEE802.1DSTP已经解决了以太网拓扑的一些局限，但在一些地方仍然存在着局限，包括回复速度慢、交换机数目限制、VLAN灵敏度，以及连接障碍（带宽小于所有流量）。基

6、于以上原因，IEEE提议了新的冗余协议-802.1WRapidTreeProtocol（RSTP）。IEEE802.1W协议继承了IEEE802.1D的的所有优点，而且提供了更高的性能。IEEE802.1W修正了一些属性，例如RSTP桥的混乱和重复。RSTP能够与STP协议兼容，开始时会有3秒的迁移延迟。RSTP能够降低物理媒介在信号丢失时的收敛时间，因此,许多以太网设备商正在开发的协议根据802.1W在工业自动化中。由Moxa提出最近加入这个协议的MoxaTurbo圆环,。在20个结点与120个设备满负载的情况下，可以在300ms的时间内恢复。Ring

7、MasterRingMasterPage：3/10既然绝大多数对冗余时间要求比较高的应用的要求都是小于1秒，MOXATurboRing的确是一种最好的SpanningTreeAlgorithmsSpanningTreeAlgorithmsFastRedundantRingFastRedundantRing(802.1D/802.1W)(802.1D/802.1W)(MoxaTurboRing)(MoxaTurboRing)00451545153030NetworkRecoveryNetworkRecoveryNetworkRecoveryNetworkR

8、ecovery>10Seconds>10Seconds<0.3Second<0.