Symphony系統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 分散控制系統概述

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

分散控制系統利用分級的控制結構，縱向分層、橫向分散的特點。橫向上的各個設備相互協調，與同一級（層）的設備之間進行數據交換，將信息層層傳輸到操作管理級并接受其指令運行?？v向上每級（層）的設備功能互有差異。現主要的DCS系統中共有四級（層）網絡結構，分別是現場級、過程控制級、操作監控級、信息管理級。

在現場級中有各類檢測裝置，例如傳感器、執行器、記錄儀表及變送器等?，F場級能夠對生產裝置過程中完成檢測、信號轉換及控制量的輸出等。在過程控制級中有各類控制器、智能調節器、可編程控制器及現場數據采集等。通過網絡與現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，并將數據進行實時傳輸。

在操作監控級中有工程師站、操作員站、監控計算機與連接器。通過以上對現場的信息進行監測與診斷，實現全系統的集中監視與操作，進行控制的組態、參數糾正和優化的工作，根據實時狀態信息判斷計算機的系統軟硬件的性能，進行實時監控報警修正。在信息管理級中有上位管理機等具有生產、經營管理的計算機。其中管理計算機對全系統實現性能監測、運行優化、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系統冗余化設計

2.1 Symphony系統的概述

Symphony系統是德國ABB集團所屬H&B公司開發的面向工業過程控制領域的系統，該系統的硬件制造工藝優良，具有優越的品質，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，利用開放式的系統結構、面向對象的設計方法、冗余的系統網絡與全系統的冗余框架。Symphony系統運用特有的分級、分類的網絡通訊結構，大大降低了負荷率，并保證了數據傳輸過程中的安全性、實時性[2]。

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

2.2 控制網絡的冗余化

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

如果系統某一冗余的通信模件對發生故障，系統會自動將發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點中，進而不影響網絡通信的安全，確保了系統的長期連續性、高可靠性和可運行的通訊。

2.3 HCU內控制裝置的冗余

HCU內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系統的控制總線冗余與多功能處理器冗余體現了系統的控制核心。控制總線采用串行通信方式，承擔了網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，并且利用子總線與子模件連接實現過程控制的功能，同時完成數據交換，連接64個模件控制站，利用冗余鏈實現冗余功能。MFP以1∶1的冗余比例備份安裝，它的冗余方式是在主MFP處于執行狀態時，不斷進行自檢，如果發現故障或錯誤，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，保證主輔模件系統組態的一致性。如果主模件處于待機離線的狀態，備份的模件將無擾切換到主模件運行狀態。并且通過模件的冗余設計，可以實現在線組態的檢測和修改，極大提高了可靠性和完整性。

2.4 電源系統的冗余

電源系統的冗余通常采用UPS電源作為系統的供電電源，并且利用1∶1的備份進行冗余配置，使系統保持不間斷地穩定運行。電源系統冗余包括：①HCU柜電源的冗余供給；②I/O端子電源的冗余連接。當任意一路發生中斷時，都會有另一路繼續保證端子的供電正常運行；任意一個發生故障，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 人機系統接口的冗余配置

人機系統接口主要由操作員站、歷史站組成。其中操作員站是環路上的節點，采用冗余配置。這些環路上的操作員站是相互獨立的，如果其中一臺發生故障，其他的操作員站都可以繼續運行，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系統的冗余化已經達到十分成熟的地步，但是該系統中局部的冗余設計還應該繼續改進及完善。

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模件柜電源轉接盒未采用雙路冗余供電

單線路若發生故障，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 結語

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

在系統運行中，系統應適度進行冗余的配置，在實際中，盡管是十分可靠的系統，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。