CHƯƠNG 4 TỔ CHỨC XÂY DỰNG HỆ THỐNG KIỂM CHỨNG LÝ THUYẾT39
C. Kiểm tra điều kiện hoạt động của Primary/ Standby
Trong hệ thống dự phòng bằng phần mềm, việc phát hiện được điều kiện SwitchOver là rất quan trọng. Mỗi khi Primary PLC gặp sự cố thì Primary không thể thông báo cho Standby PLC biết rằng Primary PLC bị lỗi và không thể điều khiển các thiết bị cấp trường. Do đó Standby PLC phải thường xuyên cập nhật trạng thái của Primary PLC thông qua kiểm tra truyền thông và kỹ thuật nhịp tim Heartbeat để biết được CPU của Primary có bị lỗi hay không còn kiểm tra truyền thông để xác định khả năng truyền thông của Primary PLC.
Trước tiên, chúng ta xem xét một cấu trúc tổng quát đơn giản của hệ thống dự phòng PLC. Hai node 1 và node 2 là một đầu dây cùa Ethernet nối từ 2 Redundant PLC tới remote IO. Hai PLC trao đổi dữ liệu thông qua LAN network Ethernet dùng giao thức Profinet.
Hình 4.5: Cấu trúc hệ thống dự phòng PLC
GVHD : TS. Trương Đình Châu
HV : Phan Thanh Hải – MS 13153062 & Hoàng Anh Tú – MS 13153069
Giả thiết 1: CPU của Primary bị lỗi do CPU bị hỏng hoặc bị treo nhưng module giao tiếp và network vẫn hoạt động tốt.
Trong trường hợp này, cách tốt nhất là dùng kỹ thuât Heartbeat nghĩa là khi CPU Primary PLC hoạt động bình thường thì ta sẽ cộng dồn một ô nhớ nào đó như
%MW0 chẳng hạn, cứ sau chu kỳ 10ms sẽ cho tăng giá trị lên 1, đồng thời truyền giá trị đó sang Standby PLC. Tại Standby PLC thì sau 10ms sẽ đọc giá trị này một lần, sau 100ms sẽ kiểm tra giá trị vừa đọc về với giá trị đã lưu trước đó và so sánh.
Nếu như bằng nhau tức CPU Primary gặp sự cố vì thế Standby PLC sẽ đảm nhận vai trò điều khiển hệ thống lúc này, ngược lại nếu hai giá trị so sánh khác nhau tức CPU Primary PLC vẫn đang hoạt động tốt và Standby PLC tiếp tục ở mode Standby. Đến khi Primary được khắc phục thì sau khi đưa vào hệ thống trở lại sẽ tiếp nhận lại quyền điều khiển, còn Standby PLC sẽ trở về mode Standby..
Một số ý kiến cho rằng Standby sẽ chỉ cần đọc các status bit của Primary để biết được tình trạng của CPU Primary. Tuy nhiên, cách này không tổng quát cũng như kém hiệu quả vì không phải dòng PLC nào cũng có thể trả về trạng thái khi bị rơi vào trường hợp bị sự cố.
Từ đây, ta có thể thấy kỹ thuật Heartbeat tuy đơn giản nhưng lại hiểu quả để xác định CPU của Primary có hoạt động tốt hay không. Ngoài ra có một trường hợp nữa không nằm trong giả thuyết này ví dụ như trường hợp muốn tạm thời dừng chương trình của Primary PLC để sửa chữa,…. sẽ chuyển Primary PLC sang chế độ Stop mode, Standby PLC thấy được Primary không điều khiển được hệ thống nên Stanby PLC sẽ đảm nhận quyền điều khiển. Sau khi nâng cấp chương trình cho Primary xong thì Primary PLC được chuyển sang Run mode thì lúc đó Primary sẽ thông báo cho Standby PLC biết rằng Primary PLC đã trở lại điều khiển hệ thống và Standby PLC chuyển về lại chế độ Standby mode. Nhờ vậy mà trong thời gian chỉnh sửa nâng cấp, khắc phục sự cố của Primary PLC thì hệ thống vẫn hoạt động liên tục, không bị gián đoạn.
GVHD : TS. Trương Đình Châu
HV : Phan Thanh Hải – MS 13153062 & Hoàng Anh Tú – MS 13153069
Giả thuyết 2: CPU của Primary không bị lỗi nhưng do module truyền thông của Primary PLC bị lỗi hoặc Ethernet Cable nối từ node 1 tới Primary PLC bị lỗi và vì thế Primary PLC không thể điều khiển được hệ thống.
Đây cũng là điều kiện SwitchOver xảy ra. Điều kiện đủ để Standby PLC đảm nhận quyền điều khiển hệ thống là Standby PLC phải truyền thông được với các thiết bị ngoại vi (cảm biến, biến tần). Khi thỏa mãn hai điều kiện trên Standby PLC sẽ thực hiện update data trong một chu kỳ Master Task của PLC và thực hiện điều khiển hệ thống.
GVHD : TS. Trương Đình Châu
HV : Phan Thanh Hải – MS 13153062 & Hoàng Anh Tú – MS 13153069 Sơ đồ điều kiện SwitchOver:
start
Mode:=Primary
Primary communicate to
Standby?
Update data Run:=True
Read input from remote IO
Execute program
Write output to remote IO
Transfer data to standby PLC
Y PRIMARY PLC
start
Mode:=Standby
Standby communicate to
Primary?
Update data Run:=True
Read input from remote IO
Execute program
Write output to remote IO
Transfer data to Primary PLC STANDBY PLC
Standby commnunicate to
Remote IO?
N
Primary in stop mode
Y Y Mode Primary?
Y
N
N
Y Mode Standby?
N
N
Y
N
Hình 4.6: Giải thuật SwitchOver
GVHD : TS. Trương Đình Châu
HV : Phan Thanh Hải – MS 13153062 & Hoàng Anh Tú – MS 13153069 Giải thuật kiểm tra trạng thái Primary PLC trên Standby PLC:
Heartbeat:=Heartbeat + 1
Primary PLC
10ms Receive:=Hearbeat
Start
Tem=Receive?
Mode:= Standby
Temp:=Receive
Y
N
Standby PLC
10ms
100ms
Hình 4.7: Giải thuật Heartbeat
4.1.3 ĐỒNG BỘ DỮ LIỆU GIỮA PRIMARY PLC VÀ STANDBY PLC Đối với giải pháp PLC Redundancy bằng phần cứng, việc đồng bộ dữ liệu thực hiện bằng một module riêng biệt. Đối với PLC không hỗ trợ giải pháp bằng phần cứng cũng như không hỗ trợ module đồng bộ dữ liệu thì việc đồng bộ dữ liệu được thực hiện bằng cách viết các hàm trao đổi dữ liệu trong chương trình. Tùy mỗi loại PLC, tùy mỗi giao thức truyền thông thì có mỗi hàm truyền thông riêng biệt.
Hình bên dưới thể hiện cấu trúc chương trình trong Primary và Standby PLC.
GVHD : TS. Trương Đình Châu
HV : Phan Thanh Hải – MS 13153062 & Hoàng Anh Tú – MS 13153069
Primary PLC Standby PLC
MASTER TASK MASTER TASK
Read input from remote IO
Execute programe
Write output to remote IO
Transfer data to standby PLC
Primary PLC fault?
Read input from remote IO
Execute programe
Write output to remote IO
Transfer data to Primary PLC
Y N
Hình 4.8: Cấu trúc trong master task
Từ hình vẽ ta thấy, khi Primary PLC đang hoạt động tốt và điều khiển hệ thống, Primary PLC sẽ truyền tất cả các data cần thiết như: %M, %MW, giá trị timer, counter, realtime sang Standby PLC ở cuối chu kỳ master task. Ngược lại khi Primary bị lỗi, thì quá trình truyền ngược lại cũng được thực hiện từ Standby sang Primary. Việc truyền thông thực hiện thông qua các hàm có trong chương trình TIA Portal và Function Block Diagram xây dựng.
GVHD : TS. Trương Đình Châu