Резервирование модулей дискретного вывода и нагрузки

Резервирование модулей дискретного вывода, кабелей и нагрузки обычно выполняется методом голосования. Для этого дискретные выходы соединяются параллельно через диоды (рис. 8.9-а). Диоды используются для предотвращения протекания тока из одного канала в другой. При отказе одного из источников на рис. 8.9-а в виде к. з. на землю и обрыва управление нагрузкой продолжается от второго источника. Однако, если отказом является пробой выходного каскада на шину питания, то отказавший канал блокирует выходное напряжение и оно перестает зависеть от управляющего сигнала. Несмотря на этот недостаток, соединение дискретных выходов по схеме рис. 8.9-а может быть использовано в системах, связанных с безопасностью, если рассмотренный вид отказа резервированной системы не влияет на выполнение функции безопасности. Например, если безопасным состоянием выхода является наличие напряжения (для питания двигателей насосов в системе пожаротушения), рассмотренный отказ не является опасным и не влияет на величину вероятности отказа при наличии запроса.

а)	б)
Рис. 8.10. Резервирование модулей вывода для реализации аварийного отключения и для повышения отказоустойчивости и живучести (б)

Таким образом, параллельное соединение дискретных выходов с целью резервирования может использоваться только в системах аварийного включения нагрузки и не может использоваться в системах аварийного отключения. Вероятность отказа при включении у такой цепи эквивалента дублированной системе, а при отключении - меньше, чем у нерезервированной.

На рис. 8.9-б) показана реализация описанного выше принципа резервирования, выполненная на МОП-транзисторах. Для коммутации мощной нагрузки ключи 1 и 2 могут быть изготовлены в отдельном конструктиве с радиаторами и удалены от модулей дискретного вывода. Маломощные ключи конструктивно входят в состав модулей вывода. При подключении нагрузки к разным источникам питания   и   (как на рис. 8.9-б) необходимо использовать развязывающие диоды, чтобы при одновременно открытых ключах исключить протекание тока из одного источника в другой. Если же использован общий источник питания (как на рис. 8.10-б), то диоды не нужны.

Для резервирования систем аварийного отключения используется последовательное соединение двух выходных каскадов (рис. 8.10-а). При отказе одного из МОП-ключей в виде к. з. нагрузка отключается вторым каналом, т.е. функция отключения в данной системе является дублированной. При необходимости же включить нагрузку достаточно отказа только одного ключа, т.е. функция включения оказывается нерезервированной. Таким образом, рассмотренный каскад может быть использован только в системах аварийного отключения, но не включения.

Для построения системы, в которой резервируется не одна из функций (включения или отключения), но обе одновременно, используется каскад из четырех ключей (рис. 8.10-б) [Mitsubishi]. В нем выход из строя любого выходного каскада или линии связи не приводит к нарушению ни функции включения, ни отключения. Реализация описанной цепи с помощью электромагнитных реле показана на рис. 8.11-а).

На схеме рис. 8.10-б) каждый выходной каскад управляется сигналом   с помощью строенного источника сигнала ( = ). Для повышения надежности сигнал управления   может приходить по резервированной промышленной сети от резервированного ПЛК, как на рис. 8.11-а. Голосование (например, по схеме 2оо3) в случае отказа одной из сетей выполняется непосредственно в модулях вывода.

При использовании горячего дублирования сети и контроллеров методом замещения аналогичная структура может иметь вид, показанный на рис. 8.11-б.

Структуры систем аварийного включения и отключения с дублированной сетью и ПЛК, резервированными по схеме 2оо3, показаны на рис. 8.12. Отметим, что для дублирования ключей на рис. 8.12-б было бы достаточно просто соединить их последовательно, заземлив нижний (по схеме) вывод нагрузки. Однако в этом случае становится возможным опасный отказ, вызванный к. з. верхнего по схеме вывода нагрузки на источник питания. При этом отключение нагрузки оказывается невозможным. Применение второго ключа для размыкания пути тока на землю позволяет исключить такой отказ.

Принцип контроля и диагностики выходных каскадов и линий связи с нагрузкой иллюстрируется рис. 8.13. Он аналогичен использованному в модулях аналогового вывода (см. рис. 8.8-б). Напряжение ( ), пропорциональное току нагрузки, и   преобразуются с помощью АЦП в цифровую форму и передаются в микропроцессор модуля для извлечения диагностической информации.