Alta disponibilità nei sistemi di controllo di processo

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1 Alta disponibilità nei sistemi di controllo di processo Simone Cerizza Commercial Engineer Process Italian Region

2 Agenda 1. Concetto di alta disponibilità 2. Offerta RA Ridondanza I/O Ridondanza controllore Ridondanza server Rete ad alta disponibilità 3. Demo 2

3 Introduzione al concetto di alta disponibilità Per alta disponibilità si intende l'implementazione di un sistema che assicura un determinato grado di continuità operativa in un intervallo predefinito. (Periodo della missione) Le tecniche di alta disponibilità sono utilizzate per Modificare un sistema in funzione Ridurre le interruzioni pianificate 2. Evitare interruzioni impreviste La disponibilità è misurabile Reppresentata come una % Nota comunemente come numero di nove L'alta disponibilità va oltre la ridondanza! 3 3

4 Perché è importante l'alta disponibilità? Per proteggere il personale dell'impianto Per proteggere la qualità di produzione e prodotto Per proteggere le macchine e gli asset critici Per proteggere l'ambiente e la comunità circostante 4

5 PlantPAx sfrutta l'affidabilità di ControlLogix nel sistema core Disponibilità % Tempo di fermo possibile ogni anno 99% 3,65 giorni 99,9% 8,76 ore 99,99% 52,6 minuti 99,999% 5,26 minuti 99,9999% 30 secondi ControlLogix standard Ridondante ControLogix Disponibilità Se un disp. Ha lavorato ore senza guastarsi ed il tempo di riparazione è 8 ore: 50000/50008= = % è il valore di disponibilità La disponibilità è misurabile come una %: A = MTTF / MTTF+MTTR 5

6 IEC 61508: Significato Numerico Disponibilità Il significato numerico di disponibilità è: Disp Tempo di ripar. (ore) Tempo di disponib. (ore) 99% % % % Un dispositivo che ha una disponibilità del 99.99% significa che potrebbe guastarsi ogni 10 anni con un tempo di riparazione di 8.8ore. e comunque il parametro principale x valutare la disponibilità di un dispositivo è il MTTF = tempo medio al guasto funzionale Copyright 2008 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.

7 Dove serve la disponibilità per gli utenti? Disponibilità 7

8 Agenda 1. Concetto di alta disponibilità 2. Offerta RA Ridondanza I/O Ridondanza controllore Ridondanza server Rete ad alta disponibilità 3. Demo 8

9 1715 Funzioni I/O ridondanti Alimentatore ridondante Backplane I/O con tre slot Backplane adattatore con due slot Gruppi di terminazione ridondanti Porte DLR Schede Ethernet ridondanti Moduli d'uscita ridondanti Diagnostica eccellente Intelligenza nativa del dispositivo: monitora il proprio stato generale con la diagnostica interna Vantaggio: segnala eventuali problemi per consentire l'intervento prima che essi siano causa di tempo di fermo Moduli d'ingresso ridondanti Modulo ingresso discreto 24 VCC Modulo uscita discreto 24 VCC Modulo di ingresso analogico da 4 a 20 ma Modulo di uscita analogico da 4 a 20 ma Collegamenti alimentatore ridondante 24 VCC 9

10 Trasparenza 1715 I moduli si presentano come singoli moduli per facilità di utilizzo, ma sono completamente ridondanti Configurazione dei moduli da RSLogix

11 Ridondanza ControlLogix Struttura a doppio chassis Ridondanza completa Corrispondenza di entrambi GLI chassis Trasparente Chassis primario/secondario Scambio indirizzi IP Facilità di utilizzo Nessun codice speciale Carico incrociato automatico Da gestire come uno chassis Utilizza hardware standard 1756 Fino a: 2 controllori 7 moduli di comunicazione 11

12 Descrizione della ridondanza CLX Principio di funzionamento L'applicazione dal processore primario è automaticamente caricata nel processore secondario Le modifiche ai dati sono inviate al processore secondario alla fine di ogni programma. Il controllore secondario è sincronizzato con il primario mediante punti di sincronizzazione in ogni punto di carico incrociato. Il sistema è del tipo a funzione flottante di master. Ogni chassis ha la possibilità di essere primario Chassis primario Chassis secondario 1756-RM2 12

13 Descrizione della ridondanza CLX Attivazione della ridondanza Proprietà del controllore Nuova finestra di dialogo controllore 13

14 Soluzione di ridondanza FTView SE Offre una disponibilità del sistema più elevata passando automaticamente il controllo a un computer host secondario se il computer primario (o software server) non è più disponibile o non risponde Rapidità nel rilevamento dei guasti e nel ripristino. Guasti rilevati (eventualmente notificati agli operatori) in meno di 5 secondi (tipici) Recovery (ripristino) completo in meno di 30 secondi (tipici) Tutti i tipi di server in un sistema FTView supportano la ridondanza: Server HMI FactoryTalk Site Edition Server FactoryTalk Alarms and Events Server dati (RSLinx Enterprise o server dati OPC) 14

15 Soluzione di ridondanza FT View SE Semplice da realizzare. Non è richiesta alcuna programmazione della ridondanza. Le commutazioni sono automatiche agli operatori non sono richieste azioni. Il ritorno del controllo è automatico (selezionando l'opzione) Compatibile con prodotti standard Non è necessario acquistare versioni speciali del software o un'opzione di ridondanza aggiuntiva. Non è necessario acquistare altre licenze per la soluzione di ridondanza per il server HMI. 15

16 Soluzione server per allarmi ed eventi ad alta disponibilità Due configurazioni di ridondanza separate Allarmi basati su dispositivo da RSLinx Enterprise Allarmi basati su tag dal server allarmi basati su tag Sincronizzazione automatica tra server allarmi primario e secondario Modifiche on-line supportate Unica configurazione per lo storico degli allarmi I server allarmi primario e secondario, se attivi, registrano singolarmente gli allarmi nello stesso database. 16

17 Protocolli di resilienza e topologie ridondanti livello 2 Stella ridondante Flex Link Stack di switch Cisco Catalyst 3750 StackWise Anello Resilient Ethernet Protocol (REP, protocollo Ethernet resiliente) Cisco Catalyst 3750 StackWise Stack di switch Stella/Lineare Cisco Catalyst 3750 StackWise Stack di switch Cisco Catalyst 2955 HMI HMI Controllore HMI HMI Controllori Controllori Controllori, servoazionamenti e I/O distribuiti Zona cella/area Zona cella/area Controllori, servoazionamenti e I/O distribuiti Zona cella/area Controllori, servoazionamenti e I/O distribuiti Zona cella/area Stella ridondante Anello Lineare Requisiti di cablaggio Semplicità di configurazione Costi di implementazione Larghezza di banda Ridondanza e convergenza Interruzione durante l'aggiornamento di rete Pronto per la convergenza di rete Prestazioni e TCO di rete complessivi Migliore OK Peggiore 17

18 Protocolli di resilienza di rete La selezione dipende dall'applicazione Protocollo di resilienza Fornitori combinati Anello Stella ridondante Convergenza di rete > 250 ms Convergenza di rete ms Convergenza di rete 1-3 ms Livello 3 Livello 2 STP (802.1D) X X X X RSTP (802.1w) X X X X X MSTP (802.1s) X X X X X rpvst+ X X X X REP X X X EtherChannel (LACP 802.3ad) X X X X Flex Link X X X DLR (IEC e ODVA) X X X X StackWise X X X X X HSRP X X X X GLBP X X X X VRRP (IETF RFC 3768) X X X X X 18

19 Architettura di rete I/O ad alta disponibilità Cosa: Topologia ad anello DLR Perché: Architettura di rete ad elevata disponibilità. In grado di tollerare un singolo guasto ai mezzi trasmissivi Non sono richiesti switch gestiti Ripristino rapido fino a 3 ms per il caso peggiore di una rete ad anello con 50 nodi 19

20 Protocolli di resilienza e topologie ridondanti Esempio rappresentativo Produzione - VLAN Telecamera IP - VLAN Collegamento di accesso livello 2 Interswitch Link livello 2/802.1Q dorsale HMI Catalyst 3750 StackWise Stack di switch VLAN 103 Stratix 8000/8300REP/MSTP Telecamera VLAN 43 Zona industriale Livello 3 Zone cella/area Livelli 0 2 Convertitore di frequenza Controllore di sicurezza I/O Controllore Controllore Controllore I/O Telecam VLAN 103 VLAN era 43 Sono accettabili tutti I/O di i protocolli I/O commerciali a condizione I/O che sicurezza Servo soddisfino i requisiti applicativi azionamento HMI I/O VLAN 104 I/O HMI Convertitore di frequenza 20

21 Agenda 1. Concetto di alta disponibilità 2. Offerta RA Ridondanza I/O Ridondanza controllore Ridondanza server Rete ad alta disponibilità 3. Demo 21

22 Demo finale 22

23 Punto iniziale PASS Server dati Server HMI Server A&E EWS/OWS 23

24 Passo 1 PASS Server dati Server HMI Server A&E EWS/OWS Aggiunta di I/O e DLR rid. 24

25 Passo 2 PASS Server dati Server HMI Server A&E EWS/OWS Aggiunta del controllore ridondante 25

26 Passo 3 PASS Server dati Server HMI Server A&E EWS/OWS Aggiunta dell'anello REP Anello 26

27 Passo 4 PASS (dir.) Server dati Server HMI Server A&E EWS/OWS Aggiunta del server ridondante 27

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