1) Introdução
Algumas questões importantes relativas ao assunto redundância são: 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. Deste modo, este artigo apresentará a solução desenvolvida para a utilização do Elipse E3 com o uma CPU Siemens redundante.
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 melhor analisados em contato direto com a própria fornecedora alemã. Neste artigo, precisamos apenas visualizar o que foi implantado.
Tipos de redundância
Existem basicamente dois tipos de sistemas redundantes oferecidos pela Siemens: Redundância por Software e Hot-StandBy.
A redundância por software consiste basicamente em duas CPUs rodando com a mesma programação de processo, e incrementadas com um software que faz a sincronização entre as variáveis das CPUs. Já os sistemas Hot-StandBy da Siemens são sistemas mais complexos. 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.
Para maiores detalhes sobre essas arquiteturas, equipamentos e custos, contate a Siemens.
2) Solução
Neste artigo, adotaremos a primeira solução descrita acima, ou seja, a redundância por software. Os equipamentos e redes utilizados, assim como as estações E3 presentes no projeto são descritas na figura abaixo.
Nesta figura, é possível notar que todos os nós estão ligados através de uma rede Profibus. Isto acontece 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 cópia de produto para rede Profibus DP. 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 Elipse E3 para detectar qual CPU está ativa. Para isso, foi utilizado um tag interno; nesse tag existem dois eventos que detectam o retorno de cada CPU. Não existe priorização na operação e leitura no Elipse E3, mesmo quando uma estação está em modo mestre, e a outra entra em operação (isso não ocorrerá, pois foi construída uma garantia de que apenas uma delas estará sinalizada como servidor ativo). Caso o Elipse E3 esteja sempre no ar, é possível trabalhar com qualquer variação nas CPUs sem qualquer tipo problemas, utilizando apenas esse tag com dois eventos. Nos eventos, é possível direcionar cada tag para que ele leia uma das CPUs da rede. Isto traz as seguintes vantagens:
- Manutenção do número de pontos a serem lidos: isto evita com que os endereços de leitura e escrita do PLC sejam duplicados, já que um mesmo tag pode ler a partir de qualquer controlador da rede.
- Tempo de Engenharia: ao 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.
Queda de comunicação
Caso ocorra a queda de comunicação do E3 com as CPUs por manutenção da máquina, por exemplo, e a mudança de controle entre os PLCs, uma política interna foi desenvolvida no programa do PLC que permite a 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, o processo como um todo continua baseado nos eventos de detecção de estado das CPUs.
Todos os aplicativos, sejam dos PLCs ou do Elipse E3, estão disponíveis para download no site da Elipse Software. Para reproduzir o exemplo, você precisará dos seguintes equipamentos e softwares:
- E3 Studio, em pelo menos uma máquina com CP5611.
- Software Simatic Net na mesma máquina onde estiver o E3 Server ou Studio.
- Software Step-7 para programação das CPUs.
- Duas CPUs Siemens da família S7-300, tendo pelo menos uma porta MPI ou Profibus.
4) Conclusão
A implementação de sistemas redundantes, tanto na automação como na supervisão, é cada dia mais comum nas especificações de projeto. Dessa maneira, oferecer ferramentas e meios para a implementação dessa característica em projetos novos ou existentes é um diferencial importante para os produtos que atuam nesses mercados.
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