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1) Introdução

Quando o assunto redundância é discutido, são questões importantes as sincronizações de leituras, tempo de chaveamento entre controladores, continuidade do estado do processo, tipo da solução, custo de implantação e alterações de software necessárias à operação redundante. Essas questões são todas aplicáveis à supervisão, apenas mudando o foco.

Introduzindo o sistema desenvolvido, precisamos apresentar os dois tipos de redundância disponível para equipamentos Siemens. A diferença entre as duas possibilidades envolve equipamentos e softwares que podem ser mais bem analisados em contato direto com a própria fornecedora alemã. Aqui, precisamos apenas ter melhor visão do que foi implantado.


Tipos de redundância

Como mencionado, existem basicamente dois tipos de sistemas redundantes oferecidos pela Siemens, que podem ser chamados "Redundância por Software" e "Hot-StandBy".

A redundância por software consiste basicamente em duas CPUs, rodando com a mesma programação de processo, incrementadas com um software que faz a sincronização entre as variáveis das CPUs. Os sistemas Hot-StandBy da Siemens são sistemas mais complexos que o sistema descrito anteriormente. Normalmente, envolvem além do software, também um conjunto de equipamentos para implementação de redundância, entretanto o custo para essa arquitetura pode tornar-se proibitivo para determinados projetos.

Maiores detalhes sobre essas arquiteturas, equipamentos e custos podem ser conseguidos na Siemens.


2) Solução

A solução adotada e descrita nesse artigo é a primeira, ou seja, a "redundância por software". Os equipamentos e redes utilizadas, assim como as estações E3 presentes no projeto são descritas na figura 2.

Na figura, pode-se notar que todos os nós estão ligados através de uma rede Profibus. Isso é possível porque a CPU S7-315 2DP possui uma porta de comunicação Profibus disponível, além de uma porta MPI utilizada pelo software de redundância das CPUs para sincronizar as variáveis definidas como redundantes.

Em cada uma das estações E3 Server foi utilizada uma placa CP5611, com o software Simatic Net sendo usado com uma licença para rede Profibus DP. A configuração dessa rede pode ser vista no documento "Configuração de redes Siemens", disponível no site da Elipse. As duas estações estão trabalhando isoladamente, sem comunicação entre elas e cada uma possui um endereço de rede.

Os E3 Viewers, que são os pontos de operação do sistema, podem se conectar a qualquer um dos E3 Servers, visto que as estações estão ligadas via rede Ethernet.


Figura 1: Arquitetura Redundante com Siemens e E3


3) Aplicativos desenvolvidos

Foi desenvolvido um aplicativo no E3 para detectar qual CPU está ativa. Para isso, foi utilizado um tag interno e nesse tag dois eventos para detectar o retorno da CPU, um para cada. Não existe priorização na operação e leitura no E3, ou seja, quando uma estação está como mestre, mesmo que a outra entre em operação (isso não ocorrerá, pois foi construída uma garantia de que apenas uma delas estará sinalizada como servidor ativo). Para o caso de o E3 estar sempre no ar é possível trabalhar com qualquer variação nas CPUs, sem problemas, apenas com esse tag que tem dois eventos. Nesses eventos, é possível direcionar cada tag para ler de uma ou outra CPU da rede: isso traz vantagens como:

Manter o número de pontos a serem lidos: evita duplicar os endereços de leitura e escrita do PLC, visto que um mesmo tag pode ler de qualquer controlador da rede;

Tempo de Engenharia: Efetuar as associações entre tags e os pontos onde ele será utilizado, seja em telas ou em históricos e fórmulas, apenas uma vez, leva à diminuição dos riscos de programação, com redução do tempo de desenvolvimento e de testes;

Pelo fato de modificar apenas a parametrização dos tags, o tempo de chaveamento da conexão entre CPUs é minimizado. Além disso, todas as ações necessárias são feitas em um único script.

Para o caso onde ocorre a queda de comunicação do E3 com as CPUs, por exemplo, por manutenção da máquina, e ocorre mudança de controle entre os PLCs, foi desenvolvida uma política interna no programa do PLC, que permite escrita do valor zero nos estados das duas CPUs, sendo que apenas uma delas leva o estado ao valor um (assumido como estado do mestre). A partir desse momento, todo o processo continua baseado nos eventos de detecção de estado das CPUs.

Todos os aplicativos, sejam dos PLCs ou do E3 estão disponíveis para download no site da Elipse Software. Para reproduzir o exemplo, você precisará dos seguintes equipamentos e softwares: