|
Modulární redundantní systémy zajišťují flexibilní i spolehlivé řízení
Genius Modular Redundancy (GMR) je řešení od firmy GE Fanuc, které modulárním způsobem kombinuje její standardní produkty do jednoduchých anebo redundantních zdvojených a ztrojených konfigurací, vhodných pro bezpečnostní aplikace. Řešení GMR odpovídají normě IEC-61508 a jsou certifikovány pro úroveň SIL 1-3.
Značku GMR je přitom vhodné vnímat především jako technické řešení než jako konkrétní produkt. Řešení bezpečnostní aplikace na základě GMR totiž nespočívá v použití speciálních produktů, ale ve zkonfigurování standardních produktů prověřených praxí, které samy o sobě mají obrovské množství instalací. Při výrobě a vývoji těchto produktů používá firma GE Fanuc, součást společnosti General Electric, systém kvality známý jako Six Sigma.
Řešení GMR využívají jedinečné vlastnosti firemní průmyslové sběrnice Genius a vstupně-výstupní moduly řady Genius I/O, a to zejména robustnost, rozsáhlé možnosti diagnostiky a předávání pověření k vysílání zpráv systémem token ring a rozesílání zpráv formou broadcast. Systémy mohou pracovat v aplikacích s klidovým stavem v logické 0 nebo logické 1.
Jednou z klíčových výhod řešení GMR je jeho flexibilita, umožňující optimalizovat stupeň redundance aplikovaný na každý prvek systému a také kombinovat kritické a nekritické části systému. Samotné řešení GMR se skládá ze tří základních bloků: vstupů, řídicích stanic (procesorových jednotek – CPU) a výstupů.
Vstupní subsystém
Lze použít jednoduché, zdvojené i ztrojené (simplex, duplex, triplex) binární a analogové vstupy (obr. 1). Hodnoty veličin na vstupech do kteréhokoliv systému Genius jsou vysílány na sběrnice, kde je čtou všechny připojené CPU. V trojitém systému je každý ze tří vstupních bloků připojen k jiné sběrnici. Všechny sběrnice jsou připojeny ke všem CPU. Vestavěné vnitřní testovací funkce (autotest) umožňují každý kanál každého vstupního bloku podrobovat testům na poruchy, které jsou typicky skryté.
Procesorový subsystém
GMR podporuje konfigurace s jednoduchým, zdvojeným a ztrojeným uspořádáním CPU (obr. 2). To znamená až tři CPU propojené mezi sebou a současně se vstupním a výstupním subsystémem prostřednictvím tří oddělených sběrnic Genius. Každá CPU je umístěna v jiné přístrojové vaně s vlastním napájením. Toto fyzické a elektrické oddělení je důležité pro zajištění požadované velké integrity řízení a celého bezpečnostního systému.
Procesorové jednotky obdrží vysílané (broadcast) hodnoty vstupů přímo přes řadiče sběrnice Genius, umístěné v téže vaně jako CPU. Potom každý z procesorů uskuteční předem definovaný způsob volby (1 z 1, 1 ze 2, 2 ze 2, 2 ze 3) vstupních dat a s vybranými daty provede výpočet. Výsledné údaje jsou předány do tabulek udržovaných v paměti CPU a odtud do až tří řadičů sběrnice Genius a dále do výstupních bloků.
Výstupní subsystém
Výstupy se vybírají ve výstupních modulech. Podle způsobu zapojení modulů mohou být výstupy jednoduché (simplex), bezpečné při poruše (fail-safe), odolávající poruše (fault-tolerant) anebo kombinované (fail-safe a fault-tolerant). V úplně ztrojeném systému binárních výstupů (tzv. zapojení do H) obdrží každý blok výstupní data od všech tří CPU. Výstupní blok potom pro každý kanál vybere z příchozích dat podle zadané strategie (např. 2 ze 3) a určí výslednou hodnotu výstupu.
Situaci ukazuje obr. 3, kde bloky A a B zajišťují připojení 24 V (source blocks) a bloky C a D připojení 0 V (sink blocks). V běžném provozním stavu je výstupní zátěž připojena čtyřmi napájecími cestami, a to:
– A-zátěž-C,
– A-zátěž-D,
– B-zátěž-C,
– B-zátěž-D.
Na pracovní režim zátěže nemá vliv odstranění, výpadek ani nesprávná volba některé z napájecích cest. Vliv nemá ani chybné sepnutí nebo rozepnutí kteréhokoliv ze čtyř výstupních modulů. Pracovní režim zátěže je v každém případě správně a bezpečně nastaven podle pokynu daného řídicím systémem. Tak jako u vstupního subsystému, i zde umožňují vnitřní testovací funkce kontrolovat schopnost každého bloku přejít do jiného stavu, jakmile to bude požadováno.
Příklady aplikací
Britannia
Pro vrtnou plošinu Britannia, těžící zemní plyn v britském sektoru Severního moře, byla přijata koncepce jednotného hardwaru. Úplný bezpečnostní a řídicí systém vrtné plošiny se skládá ze 38 programovatelných automatů firmy GE Fanuc v různých sestavách a ze systému SCADA Cimplicity HMI téže firmy, jako operátorského rozhraní. Případné bezpečné přerušení procesu těžby obstarává řešení GMR se zdvojenými vstupy, procesory a výstupy. Všechny programovatelné automaty na plošině jsou Series 90-70 nebo Series 90-30 s jednotným programováním, konfigurováním, činností a náhradními díly. Systém byl navržen, sestaven a uveden do provozu firmou Silvertech.
Sines
Rekonstruovaná uhelná elektrárna v Portugalsku v maximální míře využívá pružnost řešení GMR. Každý ze čtyř bloků elektrárny má šest nezávislých systémů řízení hořáků a k připojení instalovaných provozních přístrojů slouží pět dvojitých a jedno trojité řešení GMR. Pro optimalizaci chodu a údržby je ve všech systémech použit stejný hardware a jednotlivá řešení se liší pouze stupněm redundance. Systém navrhla a realizovala firma Rolls-Royce Industrial Control.
Shaffer
Řešení GMR je použito také pro systém prevence výbuchu na vrtné plošině pro těžbu ropy a zemního plynu Shaffer. Systém zajišťuje komunikaci mezi řídicími systémy nad hladinou a senzory a akčními členy na mořském dně, s cílem předcházet „výbuchům“ v krizových situacích při vrtání a těžbě. V této aplikaci komunikují bloky sběrnice Genius, uložené v pouzdrech na dně, s programovatelnými automaty nad hladinou. Návrh a realizace systému uspořádaného jako trojité řešení GMR jsou dílem britské firmy Silvertech.
Závěr
Řešení GMR nabízí robustní a současně flexibilní platformu pro bezpečnostní a ochranné systémy. Ze zásady používá standardní produkty v definovaných konfiguracích navržených tak, aby splňovaly požadavky řízené aplikace na spolehlivost a dostupnost řízení. Řešení GMR lze používat v aplikacích, kde zákazník vyžaduje kombinaci plně trojitého, zdvojeného i jednoduše provedeného hardwaru v několika, nebo dokonce i v jednom bezpečnostním a řídicím systému.
Ing. Jan Koudelka, GE Fanuc Automation ČR s. r. o.
GE Fanuc Automation ČR s. r. o.
www.gefanuc.cz
|