TRICONEX 3504E карта ввода триплицированного избыточного аналога

TRICONEX 3504E трехкратно избыточная аналоговая карта ввода

TRICONEX 3504E представляет собой аналоговую карту ввода с трехмодульной избыточностью (TMR). Она является частью ядра Системы безопасности (SIS) и в основном используется для мониторинга и управления критическими промышленными процессами. Принцип ее работы основан на голосовании "200OO3" (три из двух), и за счет избыточного дизайна как аппаратного, так и программного обеспечения достигается высокая доступность и отказоустойчивость. Ниже представлено подробное описание ее принципа работы:

Трехмодульная избыточность (TMR)

TRICONEX 3504E имеет уникальную архитектуру TMR. Каждая карта содержит три независимых канала (A, B, C), и каждый канал имеет собственный процессор, память и схемы ввода-вывода. Эти три канала параллельно обрабатывают одни и те же входные сигналы и постоянно обмениваются данными по внутреннему шине для сравнения в реальном времени:

Распределение входного сигнала: Каждый канал независимо получает один и тот же аналоговый входной сигнал (например, 4-20 мА или 0-10 В).

Обработка данных: Три канала одновременно выполняют выборку, цифровую обработку и обработку входного сигнала.

Механизм голосования: На этапе вывода система проводит голосование "2oo3" по результатам трех каналов - если результаты двух или более каналов совпадают, то это считается действительным выводом. Если есть несоответствие, то будет запущена безопасная реакция.

2. Поток обработки сигнала

2.1 Подготовка входного сигнала

Аналоговый входной сигнал сначала фильтруется, изолируется и усиливается через схему подготовки сигнала, чтобы устранить помехи и соответствовать диапазону входа АЦП (аналого-цифровой преобразователь).

Схемы подготовки сигнала каждого канала работают независимо, чтобы обеспечить, чтобы одиночный сбой не повлиял на другие каналы.

2.2 Аналого-цифровое преобразование (АЦП)

Подготовленный аналоговый сигнал преобразуется в цифровые значения (обычно с разрешением 16 бит или выше) с помощью высокоточного АЦП.

Во время преобразования АЦП каждого канала выполняет выборку независимо, и время выборки синхронизируется или выравнивается с помощью алгоритмов, чтобы обеспечить согласованность данных.

2.3 Цифровая обработка сигнала

Цифровой сигнал поступает в процессоры каждого канала (обычно специальные ASIC или микроконтроллеры) для обработки, такой как линейзация, преобразование инженерных единиц и проверка диапазона.

Процессор одновременно выполняет самодиагностическую программу, чтобы обнаружить аппаратные неисправности в канале (например, сбой АЦП, ошибки памяти и т.д.).

2.4 Сравнение данных и голосование

Результаты обработки трех каналов передаются в блок логики голосования по внутреннему шине связи.

Логика голосования постоянно сравнивает данные трех каналов:

Если они совпадают или ошибка находится в допустимом диапазоне, то выводится это значение.

Если отклонение определенного канала от других двух каналов превышает порог, то определяется неисправность этого канала и он автоматически изолируется (называется "отключение канала").

Даже если один канал выходит из строя, оставшиеся два канала могут по-прежнему нормально работать, чтобы поддерживать работу системы.

3. Механизм обнаружения неисправностей и отказоустойчивости

3.1 Самодиагностика на аппаратном уровне

Каждый канал оснащен множеством самодиагностических схем, чтобы в реальном времени контролировать состояние ключевых компонентов, таких как источник питания, тактовый генератор, АЦП, память и т.д.

Если обнаружена аппаратная неисправность, то сразу же срабатывает сигнал тревоги и система уведомляется о том, чтобы отключить канал.

3.2 Сравнение данных и голосование

Постоянное сравнение данных трех каналов является основным механизмом отказоустойчивости архитектуры TMR. Сравнивая несогласованные результаты, система может быстро определить и изолировать неисправные каналы.

3.3 Безопасная реакция на неисправность

Если неисправность приводит к тому, что система не может поддерживать голосование "200oo3" (например, когда два канала выходят из строя одновременно), то 3504E запускает действия по обеспечению безопасности (например, выводит предварительно установленные значения, отключает управляющий контур или активирует резервную систему), чтобы обеспечить безопасную остановку промышленного процесса.

4. Связь и интеграция системы

Избыточный интерфейс связи: 3504E общается с другими картами TMR (например, процессорными картами и картами вывода) по избыточным шинам (например, Triconnet от TRICONEX или стандартным промышленным шинам), чтобы обеспечить надежность передачи данных.

Синхронизация на уровне системы: Все карты TMR синхронизируются с помощью главного тактового генератора, чтобы обеспечить согласованность времени всей системы безопасности.

Интерфейс настройки и диагностики: Поддерживает настройку, калибровку и онлайн-диагностику с помощью специального программного обеспечения (например, TriStation), и позволяет удаленный мониторинг статуса карты и исторических записей о неисправностях.

5. Сценарии применения

TRICONEX 3504E в основном используется в критических системах управления, которые имеют чрезвычайно высокие требования к безопасности и надежности, например:

Системы аварийной остановки (ESD) в нефтехимической промышленности

Управление и защита газовых турбин

Неключевые не-ядерные цепи системы контроля и управления приборов в атомной энергетике

Безопасный мониторинг крупных генераторов

Обнаружение и контроль утечек в трубопроводной транспортировке