Explicación General
Arquitecturas posibles
Se trata de una redundancia del tipo ‘Hot Standby’. Éste término hace referencia a un sistema de dos CPUs, una de ellas como Unidad Primaria y la otra como Unidad de Respaldo. El sistema mantiene sincronizada la memoria de ambas CPU mediante una red de alta velocidad, de manera que toda la información necesaria se encuentra replicada en las dos CPUs. Esta rápida basculación garantiza mantener el control en caso de fallo de un componente crítico.
Cuando queremos crear una configuración redundante con los controladores Emerson, tenemos dos opciones:
Sistemas de PACSystems Rx3i montados en bastidor (CPE330)
Requieren módulos Redundancy Memory Xchange (RMX) en cada bastidor.
Los sistemas de redundancia montados en bastidor utilizan un par de módulos RMX para proporcionar una ruta para transferir datos entre las dos CPU redundantes.
Imagen 01. Ejemplo redundancia CPE330 con esclavos Profinet en anillo
Sistemas PACSystems Rx3i Rackless (CPE400 o CPL410)
No utilizan módulos RMX, sino que utilizan sus propios puertos LAN3 integrados para admitir los enlaces de comunicaciones de redundancia necesarios entre el primario y el secundario. LAN3 es un enlace Ethernet punto a punto dedicado y seguro, que no admite ningún equipo adicional.
Imagen 02. Ejemplo redundancia CPE4xx con esclavos Profinet en anillo
Tarjetas RMX128 de intercambio de memoria
Para crear una redundancia 'Hot Standby' en las CPE330 se añaden los módulos RMX (Redundancy Memory Exchange) al Rack con la CPE330.
Estos módulos permiten compartir datos de forma determinista entre controladores en una red de fibra óptica de alta velocidad. Los módulos RMX proporcionan una ruta para transferir datos entre las dos CPU del sistema redundante.
Una ruta de comunicaciones completa consta de un módulo RMX en la unidad primaria, un RMX en la unidad secundaria y dos cables de fibra óptica de alta velocidad que los conectan entre sí. Debe tratarse de un enlace de dos nodos, no se permite que otros nodos de memoria reflectante formen parte de esta red de fibra óptica.
Se recomienda instalar dos links de redundancia por CPU (en total cuatro módulos RMX) para formar un anillo redundante entre las unidades RMX.
Transfer List
En la configuración de la CPU redundante, tenemos una pestaña para configurar la “Transfer List·. Se trata de la lista de transferencia, donde se indica qué zona de memoria van a estar compartiendo las CPUs.
Esto es así tanto en el caso de transferencias gestionadas por tarjetas RMX (redundancia de la CPE330) como de las transferencias por red dedicada LAN3 (redundancia de las CPE4xx).
Para más información sobre la gestión de las transfer list, se puede consultar el apartado 6.4 “Scan Synchronization” del “PACSystems Hot Standby CPU Redundancy User's Manual GFK-2308”
IP redundante
Cada CPU tiene al menos una interfaz Ethernet asignada a una dirección IP propia.
Ésta es utilizada para acceder directamente al controlador.
En caso de estar activa, todo el tráfico de datos de la IP redundante es gestionado por la CPU del par redundado que esté activa en ese momento.
Periferias Profinet en arquitecturas de CPU redundante
Un sistema de redundancia de CPU Hot Standby puede contener dispositivos de E/S PROFINET controlados de forma redundante y simplex (no controlados de forma redundante). Un dispositivo de E/S simplex siempre está controlado por una de las dos unidades (ya sea primaria o secundaria) y siempre será controlado por esa unidad independientemente de si esa unidad está activa o de respaldo.
El controlador PACSystems PROFINET es compatible con el protocolo de redundancia de medios PROFINET (MRP). El controlador PROFINET se puede utilizar como Media Redundancy Manager o Media Redundancy Client en un anillo redundante.
Puesta en marcha
Una vez configurado el hardware en la CPU Primaria, hay que volcar la configuración a la CPU de Respaldo, clicando con botón derecho sobre la CPU primaria y seleccionando la opción del menú de redundancia.
Hay dos opciones de volcado:
“Mirror to secondary hardware configuration”
En este caso, replicamos en la unidad de respaldo la configuración de hardware.
Esto suele hacerse si modificamos algún parámetro de la configuración de la CPU;“Mirror redundant Profinet IO Devices”.
En este caso, replicamos en la unidad de respaldo la configuración de la red Profinet.
Es la opción a utilizar si modificamos alguna característica en la red, como sería añadir un esclavo, o editar la configuración de una tarjeta de salidas analógicas.
Caso práctico redundancia CPE4xx
El siguiente caso práctico ilustra la configuración y programación de un par de CPE400 en esquema de redundancia. Se trata de unos equipos “rackless” especialmente diseñados para este tipo de aplicaciones, aprovechando sus mútliples puertos de conexión y alta capacidad de procesamiento y memoria
El primer paso es crear un proyecto con un target del tipo PacSystems RX3i Rackless.
Para esto hay varias maneras, en la imagen se muestra como se hace partiendo de un proyecto vacío.
Imagen 06.Creación nuevo target en un proyecto vacío
Una vez creado el target, clicamos sobre él para resaltarlo y nos aparece en la ventana Inspector una lista de propiedades configurables. Configuramos la IP del que será nuestro PLC Primario, buscamos la propiedad Enable Redundancy y la ponemos a True.
En este momento se crea automáticamente una configuración de Hardware Secundario
Imagen 07. Llamada al Inspector desde el target del proyecto, para activar la redundancia
Clicando dos veces sobre el apartado “Ethernet” del PLC primario, accedemos a su configuración y asignamos la IP que descargaremos al PLC, así como la IP redundante que compartirán ambos PLC, de cara por ejemplo al SCADA
.
Imagen 08. Config. del interfaz Ethernet del target, en particular los parámetros de redundancia
Al activar la redundancia, se nos habilita una pestaña nueva en la configuración del controlador: Transfer List. Esta es la tabla de direcciones de memoria que compartirán ambos PLCs a través de la LAN dedicada (LAN3). Añadimos todas aquellas que queramos compartir (en el ejemplo de %R1 a %R11).
Imagen 09. Vista de la Transfer List del PLC redundante
Una vez configurada Tranfer List e IP redundante, mediante la opción “Mirror to secondary” accesible de la forma que se ve en la imagen, podemos replicar al secundario dicha configuración.
Imagen 10. Replicación de la configuración al par redundado
Entramos en la configuración del hardware secundario, comprobamos que la IP redundante y la transfer list se ha copiado bien y configuramos el PLC Secundario (IP, etc.).
Imagen 11. Vista de la configuración transmitida al par redundado
Añadimos todos aquellos esclavos Profinet que tengamos en nuestro sistema en el Hardware primario como haríamos en una arquitectura no redundante.
Imagen 12. Añadir esclavos Profinet al Controlador
Se ha de tener en cuenta que en el momento de la instalación es posible que no todos los esclavos soporten la redundancia. Con cada nuevo Firmware aumenta la lista, pero siempre hay que comprobarlo por si acaso como se muestra en la imagen:
Imagen 13. Validación de un esclavo Profinet respecto al hecho de tener controladores redundantes
Una vez configurados los esclavos, con click derecho ? Mirror Profinet
volcamos en el secundario la configuración de E/S del primario.
Imagen 14. Replicación de la configuración, de la red de esclavos Profinet, al par redundado
Desarrollamos la lógica que ejecutarán ambos PLC al mismo tiempo.
En nuestro caso para el ejemplo hemos optado por hacer una señal cosenosoidal a partir de unos grados que aumentan cada segundo. Además, hemos añadido un bloque que nos permite visualizar el estado de la redundancia y hacer switch de manera manual.
Imagen 15. Lógica de control programada en el ejemplo,
incluyendo señales de diagnóstico y control de la redundancia
Dentro de la lógica que ejecutan los controladores, cuando creemos variables que haya que compartir entre ellos, deberemos almacenarlas en memoria de manera consecuente con la “Transfer list” * y asegurarnos de poner las siguientes propiedades a True:
Imagen 16. Detalle de la transferencia, para cada nueva variable que se cree en el programa de control.
Finalmente, descargamos la configuración seleccionando la opción de escribir en ambos controladores.
Imagen 17. Descarga del programa a ambos PLC redundantes.
Caso práctico redundancia CPE330
A grandes rasgos, los pasos a seguir son los mismos que en el caso anterior de las CPE400, con la única diferencia del tipo de CPU elegida, el uso de tarjetas de intercambio de memoria RMX y el conexionado de los cables de red.
