Sistemas de Control Hot Standby

Los Sistemas de Control Hot Standby son aquellos equipos PLC/PAC/DCS que se requieren en los procesos productivos de alta disponibilidad. Los sistemas tolerantes a fallos como este cuestan una mayor cantidad de dinero que los normales, pero se justifica completamente ante eventos de falla en la cual el tiempo detenido conlleva a una perdida en dinero mucho mayor.

Para ello los fabricantes han diseñado soluciones que consisten en hardware redundante para que en caso de fallar el sistema principal comience la ejecución el sistema secundario.

Existen distintos tipos de redundancia, estas pueden ser:

  • En el procesador
  • Para Fuentes de poder
  • Con módulos de I/O
  • Para módulos de Comunicación.

Dependiendo la necesidad del proceso, la redundancia puede tener uno o mas de estos componentes nombrados previamente.

Redundancia de Procesador

Esta redundancia consiste en tener dos o mas CPUs, montadas en el mismo o distinto rack local. Marcas como Schneider y Siemens disponen de este tipo de redundancia. Rockwell también lo dispone, así como también múltiples controladores dentro del mismo rack.

La imagen siguiente hace mención a un ePAC de la familia M580 que son redundantes, separados en racks para cada procesador. La conexión entre ambos dispositivos es mediante un cable Ethernet punto a punto entre ambos PLC.

CPU encerradas en rojo

En este segundo caso, se ve el par redundante dispuesto en cada rack (son dos). La unión entre ambos controladores es mediante un cable de fibra óptica.

CPUs unidas por cable de fibra óptica

 

Redundancia de Fuentes de Poder

Este tipo de redundancia consiste en la capacidad que tiene la familia de PLC/DCS/PAC en combinar dos o mas fuentes en el mismo rack donde se encuentra montada la CPU.

En el caso de Schneider con su plataforma M580, esto se logra gracias a un Backplane con posibilidad de agregar dos fuentes de poder

Backplane para Fuente Redundante para M580

En el caso de Rockwell con su Plataforma ControlLogix, esto lo logran mediante un adaptador que añade al chasis a su izquierda.

Fuente Redundante en ControlLogix con Adaptador en rack

 

Redundancia de Módulos de I/O

Dependiendo de la familia de PLC/PAC/DCS, también existe redundancia de entradas y salidas. El que discierne de que camino tomar al llegar a terreno es un dispositivo selector que tiene la lógica para escoger el canal bueno del malo.

En las siguientes tres imágenes se presenta un caso para la plataforma Siemens S7-400H.  Para esta familia y en condiciones normales ambos módulos redundantes funcionan a la vez. En caso de falla uno de los módulos deja de funcionar, para dar paso al que esta funcionando correctamente.

1.- Cada módulo se encuentra en rack redundantes separados conectados en un bus de campo Profibus Redundante

2.- Cada módulo se encuentra en rack redundantes en una red Profibus sin redundancia

3.- Ambos módulos se encuentran en el mismo rack

Redundancia de Módulos de Comunicación

En casos en que exista doble rack de CPU Hot Standby también se requieren de módulos de comunicaciones con la electrónica para entrar en caso de que el rack redundante haya fallado.

Existen varias formas de conexión y estas dependen del tipo de protocolo utilizado.

Existen varios tipos de formas de hacer una topología redundante en los que se aplican los conceptos anteriormente mencionados.

  • Conexion Tipo Bus
  • Conexión Tipo Anillo
Topología Hot Standby

Es así como se dispone de dos racks, cada uno con su alimentación, CPU, Cabecera de racks remotos y comunicaciones, dispuestos en el mismo orden, y con un sistema de alta velocidad que permite saber el estado de su par. El tipo de medio de conexión entre ambos racks espejos suele ser por ethernet, ya sea vía fibra óptica o cobre.

Estos racks unen sus conexiones a los racks remotos y solo uno de los racks principales se encuentra activo, mientras que el otro monitorea el estado de salud y espera para entrar en acción, siendo una especie de carrera de 100mtrs planos pasando la posta (control de los racks remotos) de un corredor a otro.

A continuación se presentan los siguientes ejemplos

En la plataforma ControlLogix se tiene un anillo para la interconexion entre dispositivos mediante protocolo Ethernet/IP. En caso de que se corte alguno de los cables estos equipos hacen uso de las ventajas de la tecnología Ethernet para completar la ruta hacia los PLCs por el tramo que esta funcionando correctamente.

La siguiente es la topología Redundante en la familia ControlLogix. Tipo anillo. Protocolo anillo en una red de control Ethernet/IP

Para la plataforma ControlLogix, se utiliza el bus de campo ControlNet para la interconexion de dispositivos. Dado a que existen los canales A y B, y ante la falla en uno de estos las tramas de comunicación serán solicitadas por el canal que se encuentre bueno.

 

Red Redundante en plataforma ControlLogix, mediante topología bus, Protocolo ControlNet

 

Para la plataforma Schneider Quantum con su solucion QEIO y mediante el protocolo Ethernet/IP, tambien ofrece un troncal en forma de anillo (en color verde) el cual llega a cada switch que a su vez disponibiliza la informacion de campo. En caso de que se rompa el anillo, esta topología sabe rápidamente por donde transferir la información hacia los PLCs Quantum Redundantes.

Topologia de CPU Redundante y ademas en diversos medios de comunicación.
Palabras finales

El tiempo de respuesta es fundamental y su impacto tendrá más significancia dependiendo de la velocidad del proceso. Esta etapa es el detalle fino que determina y justifica la decisión entre un sistema y otro.

Esta es una pincelada para introducir a quienes no tienen mucha experiencia en el tema. No he mencionado los módulos intrínsecamente seguros, por ejemplo. Eso será motivo de otros artículos.

 

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