Veri satın alma sistemleri (DAS) endüstriyel izleme, bilimsel araştırma ve otomatik süreç kontrolünin arka kemiğidir. Sıcaklık, basınç, vibrasyon ve gerilim gibi fiziksel fenomenleri analiz ve karar verme için dijital verilere dönüştürür. Görev-kritik ortamlarda - Nükleer enerji santrallerinden ve farmasötik üretimden hava kirliliğine kadar ayarlamalar - tek bir başarısızlık noktası felaket veri kaybına, güvenli çalışma koşullarına veya uzun süreli operasyonel bir şekilde satın alma sistemi ile çalışır.

Data Acquisition Systems'de Reddancy anlamak

Reddans, bir DAS bağlamında, kritik bileşenleri veya işlevleri ortaya çıkarmak anlamına gelir, böylece sistem çalışmaya devam edebilir - veya en azından mükemmel şekilde başarısız olur - bir bileşen başarısız olduğunda, hedef tek başarısızlık noktalarının ortadan kaldırılması ve veri bütünlüğü, süreklilik ve kullanılabilirliklerin korunmasıdır.

Donanım Reddancy

Donanım reddanttsitesi, sensörler, sinyal koşullayıcıları, analog-dijital dönüştürücüler (ADC), kontrolörler, güç malzemeleri ve depolama cihazları gibi fiziksel bileşenleri tanımlar. Common configurations şunları içerir:

  • [FONT:0]N + Reddans:[Dönetici:[Dönetici:[Dönetici: 0) Bir ekstra bileşen minimum gerekli sayıda eklenmiştir (örneğin, sadece ikisine ihtiyaç duyan bir sistem için üç güç kaynağı).Eğer herhangi biri başarısız olursa, kalan tam yük tedarik etmeye devam eder.
  • [FONT:0)Hot Standby:[Dönetici:[Dönetici:0) Bir ikincil birim birincil ile paralel olarak çalışır.
  • [FONT:0]Cold Standby:[Dönetici:[Dönetici:0) Bir yedek parça çevrimdışı tutulur ve sadece bir başarısızlık tespit edildiğinde etkinleştirilir. Bu yaklaşım daha az pahalı ama başarısız sırasında kısa bir gecikme sunar.
  • [0]Sensor Voting (Triple modüler Reddancy): [Dönetici:2|Dönetici: 3 ) Sistem çıktılarını karşılaştırır ve kartpostalların herhangi bir kısmını döndürür.Bu teknik, havacılık ve nükleer araçlamada yaygın olarak kullanılır.

Doğru donanım seviyesini kırmızıdan çıkarma sistemi, ölçümün kritikliğine bağlıdır, ekipmandaki Başarısızlık (MTBF) ve bütçe kısıtlamaları arasında zaman zaman çizelgesine bağlı olabilir. Örneğin, kimyasal bir reaktördeki sıcaklık izleme sistemi birincil güvenlik sensörü için üç redüpsiyonunu haklı çıkarabilir, ancak bir non-kritik akış sayacı sadece rafta yedek bir birim gerektirebilir.

Data Redundancy and Storage Reliability

Data redüpcy, DAS tarafından yakalanan değerli ölçümlerin, bir depolama cihazının başarısız olup olmadığını kaybetmediğini garanti eder: Strategies şunları içerir:

  • [FONT=0)RAID Yapıları: [Dönetici: [Dönetici:0) RAID 1 (mirroring) aynı verileri aynı anda iki veya daha fazla diske aynı şekilde yazar.If one disk başarısız olursa, sistem aynadan işletime devam eder. RAID 5 veya 6, performans ve hata toleransının parity striptiz yoluyla denge sağlar.
  • [FONT:0)Local ve Uzaktan Data Duplication: Eleştirel veri akışları ikincil yerel bir sürücüye kopyalanır (örneğin, bir SSD) ve aynı zamanda uzaktan sunucuya veya bulut yedeklemeye iletilir. Bu, fiziksel hasara karşı koruma sağlar, hırsızlığı veya site çapında güç kaybına karşı korur.
  • [FONT:0) Redplacet Logging:[Dönetici:[Dönetici:0) Endüstri DAS genellikle iki bağımsız loggerya veri yazar.Eğer bir logger başarısız olursa, ikinci kesintisiz devam eder. Bu, uçuş veri kayıtları ve sürekli emisyon izleme sistemleri (CEMS).

Data redundancy ayrıca veri bütünlüğü için hesaplanmalıdır. Kontroller ve döngüsel reddant kontroller (CRC) depolama verilerinin bozulduğunu doğrulama.Daha fazla bilgi depolama en iyi uygulamalar için, [[Gücretme depolama kılavuzuna bakınız[Dönetici:0).

Network Redundancycy

dağıtılmış veri satın alma sistemleri, birden fazla sensör ve kontrolör bir ağ üzerinden iletişim kurar. Tek bir kablo molası veya geçiş başarısızlığı tüm bir bölgeyi izole edebilir. Network redundancy bu riski azaltır:

  • [FONT=0) Çok sayıda fiziksel Yollar:[Dönetici:[Dönetici:0) İki veya daha bağımsız kablo rotalarını kullanarak (örneğin, telli Ethernet ve fiber optik optik) aynı uç noktaları birbirine bağlamak için.Eğer bir yol şiddetliyse, trafik reroutes otomatik olarak.
  • [FONT=0) Redplacet Anahtarlar ve Yönlendiriciler: [Döneticiler: [Döneticiler ve Ağlar: [Döneticileri Linkleri Üstolojide Hızlı Spanning Ağacı Protokolü (RSTP) veya Media Reddancy Protokolü (MRP) gibi protokolleri kullanarak yapılandırıldı.
  • [[Dönetici:0)Wireless Backup Links:[Dönetici:[Dönetici:0) Uzak veya mobil DAS'de, bir hücresel veya uydu bağlantı birincil tel bağlantı başarısız olduğunda bir yedekleme olarak hizmet edebilir.
  • [FONT:0)Protocol-Level Redcy: [DLR) veya Net ile Kontrollü Kontrollü Kontrollü EtherNet/IP gibi endüstriyel Ethernet protokolleri kullanarak sorunsuz bir şekilde başarısız için Media Redplacecy ile birlikte.

Ağ reddant özellikle SCADA (Superviz Control and Data Acquisition) sistemlerinde yüzlerce uzaktan terminal biriminden gerçek zamanlı veriler (RTUs) kesinti olmadan merkezi kontrol odasına ulaşmak gerekir.

Veri Edinme Sistemlerinde Başarısız Güvenli Özellikler

Başarısız güvenli bir sistem, bir başarısızlıkın güvenli sonuçlara yol açmamasını sağlamak için tasarlanmıştır. öngörülemeyen bir şekilde çalışmaya devam etmek yerine, sistem önceden tanımlanmış güvenli bir duruma geçişleri. Başarısız güvenli özellikler personel, ekipman ve veri bütünlüğü korur.

Otomatik Shutdown ve Acil Durgun

Kritik bir hata tespit edildiğinde - güvenli parametreler dışında bir sensör okuması gibi, bir kontrol cihazı zamanlaması veya iletişim kaybı - sistem otomatik olarak güvenli bir kapatma başlatmalıdır. Bu, motorlar, kapatma veya program tarafından kontrol edilmesi gereken bir süre içerir; eğer program tarafından yapılan kapanış mantığı zorlanmalıdır (örneğin, sabit bir şekilde).

Alarm Bildirim ve Annunciation

Başarısız güvenli sistemler operatörleri derhal uyarmalıdır. Alarmlar tabakalanmalıdır:

  • [FONT:0]Visual Alarmlar: [Döntgenler: [Döntgenler: [Düzücükler, HMI pop-upları ve statü ekranları.
  • [FONT:0]Sürekli Alarmlar: [Döntgenler: [Düzücüler, boynuzlar veya ses duyuruları.
  • [FONT:0]Remote Bildirimleri:[Dönder:[Dönder: 1 ) E-postalar, SMS veya otomatik telefon adreslerini site personeline çağırır.
  • [FONT:0)Logging:[Dönetici:[Döneticiler) Tüm alarmlar, post-event analizi için zamansız ve depolanmalıdır.

ISA-18.2 veya EEMUA-191 gibi alarm yönetimi standartları, nüans alarmlarını önceliklendirme ve bastırma yoluyla alarm yorgunluktan kaçınmak için çerçeveler sağlar.

Grace Degradasyon

Her başarısızlık tam bir sistem kapanmasını garanti etmez. Graceful deme, DAS'in güvenliği korumak için azaltılmış bir kapasitede çalışmaya devam etmesini sağlar. Örneğin:

  • Üç tane kırmızı sıcaklık sensörü başarısız olursa, sistem kalan iki ve logların ortalamasını yükselten durumu kullanır.
  • Yüksek bant genişliği veri bağlantısı azalırsa, bağlantı restore olana kadar yerel logger buffers verileri yerel olarak geri alır.
  • Bir güç tedarik modülü başarısız olursa, kalan modüller tüm sensörleri destekleyemeyecek, bu nedenle sistem temel ölçümlere öncelik verir ve kritik olmayan kanallara devre dışı bırakabilir.

Zenginleştirmenin uygulanması, sistem tasarımı sırasında tanımlanmış dikkatli risk analizi ve açık önceliklendirme kuralları gerektirir.

Watchdog Timers ve Heartbeat Watch

Bir saatdog zamanılayıcı (WDT) bir sistem sıfırlayıcı veya güvenli bir eylemdir. Birçok mikro denetim ve PLC'nin temel kontrol döngüsünde uygulanması gerekir. Uygulama periyodik olarak zamanlayıcıları veya kaza kontrolleri azaltırsa, zamanlayıcılar sonlanır ve sistem sıfırlanır veya başarısız olur. Birçok mikro denetimler ve PLC'ler ve PLC'ler inşa edilmiş sistemlerde, bir kalp mesajı birincil ve başarısız kontrolörler arasında gönderilir; eğer başarısız kontroller birkaç kalp atışları kaybederse, bu birçok sıcak-standart mimarinin temelidir.

Data Validation and Error Düzeltme

Başarısız güvenli özellikler donanımla sınırlı değildir - ayrıca gelen verileri kontrol veya oturum için kullanılmadan önce doğrulamayı sağlayan yazılım kontrolleri de içerir. Common teknikleri:

  • [FONT:0)Range Checks:[Dönetici:[Dönetici:0)[Dönetici:0)[Dönetici:[Dönemli))) Reject okumalar fiziksel olarak makul sınırların dışında düşen sınırların (örneğin, 300 °C sıcaklık).
  • [FONT:0)Rate-of-Change Checks:) Bayrak, fiziksel olarak mümkün olandan daha hızlı bir şekilde değiştiği için, bir sensör hatası veya kablolama sorunu gösterebilir.
  • [FONT=0)Cross-Channel Geçerlilik:) Bir hoşgörünün ötesinde farklıysa, sistem bayrakları bir tutarsızlıktır.
  • [FONT:0)Error-Correcting Codes (ECC):[[Dönetici: 1) hafıza ve iletişim protokollerinde tek-bit hataları tespit etmek ve doğrulamak için kullanılır.

Endüstriyel enstrümantasyonda daha fazla bilgi için, [[GÖRT:0)Omega Mühendislik veri satın alma sistemi tasarımına kılavuzdur[Dön 1: 1).

Red dışı ve Başarısız Güvenli DAS için Tasarım

Sağlam bir DAS inşa telin çekilmesinden uzun süre başlar. Başarısız mod ve etkiler analizi (FMEA), mimarlık seçimi ve yaşam döngüsü planlaması içeren sistematik bir yaklaşım gerektirir.

Başarısızlık Modu ve Etkileri Analizi (FMEA)

FMEA, bir bileşen veya alt sistem tüm olası yollarını tanımlamak için yapılandırılmış bir yöntemdir ve her başarısızlık modunda, mühendisler bir ciddiyet, olay ve algılama derecelendirmesi atarlar. Sonuçlar, kırmızıdan ve güvenli özellikler en çok ihtiyaç duyulan noktaları belirlemek için yapılandırılır. Örneğin, bir FMEA en yüksek risk olduğunu ortaya çıkarabilir, N + konfigürasyonunun eklenmesini talep edebilir.

Reddanış Mimari Seçici

Ticaretle her biri birkaç klasik mimari vardır:

  • [FONT:0]1+1 (Duplex) Redplace:[Dönetici:[Dönetici: 1 ) İki aynı birim, aktif, bir tane standby. Simple but doubles Hardware cost. used for critical denetleyicis and data loggers.
  • [FONT=0)2-of-3 Voting (TMR): ), çoğunluk oylaması ile üç birim yüksek hata toleransı sağlar, ancak üç maliyet. güvenlik destekli sistemlerde ortak (SIL 3).
  • [FONT:0]M-of-N Redplacecy:[Dönetici: [Dönetici:0)[0][FONTD:0)[0)M-of-N Redplacecy:[FONT:0) Daha genel olarak: Sistem en az N birimlerinden M'nin işlevsel olduğu sürece çalışır. Örneğin, dört pompadan üçü akış tutmak için çalışmalıdır.
  • [FONT=0)Cold vs. Hot Standby: Hot standby sürekli güç ve iletişim bant genişliği gerektirir ancak yakın zamanda başarısız olur. Cold standby daha ucuzdur ancak bir gecikme sunar ve müdahale gerektirir.

Seçim gerekli kullanılabilirlik, güvenlik bütünlüğü seviyesine (SIL) ve bütçeye bağlıdır.

Power System Redundancy

Güç, DAS. Red dışı güç tedarik birimlerinde en yaygın tek başarısızlık noktasıdır (PSUs) diyot OR-ing veya yük paylaşımı devreleri sistemi getirmeden tek bir PSU başarısızlığını engelleyebilir. [...]Dönemli Güç Malzemeleri (UPS)) [Dönderliklerin erken uyarısını sağlarken, jeneratörler uzatılır.

Çevre ve Fiziksel Koruma

Reddanış, bir sel, ateş veya sismik olay hem birincil hem de yedekleme anlamına gelir. Reddant bileşenlerinin fiziksel ayrılması önemlidir:

  • Farklı muhafazalarda veya hatta ayrı odalarda kritik veri loggerları yerleştirin.
  • Farklı fiziksel yollar aracılığıyla kırmızı ağ kablolarını rotalayın (örneğin, yeraltı vs.)
  • Sert ortamlardaki devre tahtalarında korozyona dayanıklı konektörler ve uygun kaplama kullanın.
  • Tüm I/O hatlarında yükselen koruyucuları ve izolasyon bariyerlerini, yıldırım veya zemin döngüsü zararını propagating'den engellemek için yükleyin.

Sert endüstriyel ortamlar için, [[Ücretsiz ortamlardaki veri satın alma üzerine temellog cihazlara bakınız).

Red dışı ve Başarısız Güvenli Özelliklerin Test ve Bakım

Hiç test edilmemiş bir reddant sistemi, reddant değil - teorik bir korumadır. Düzenli test, başarısızların işe yaradığını ve bu alarmların doğru şekilde tetiklendiğini gösterir.

Planlanan Başarısızlık Drills

Bireysel bileşenlerin program süresi (örneğin, birincil kontrolöre yapıştırın) devre dışı davranışı gözlemlemek için. Sistem, standby'ye sorunsuz bir şekilde geçişli ve testten sonra, manuel geri çekilme sonuçları ve eşleri ayarlamak gerekir.

Yerleşik-In Self-Test (BIST)

Modern DAS bileşenleri genellikle BIST'i işletme sırasında ve periyodik olarak çalıştırıyor. Örneğin, kırmızıdant güç tedariki, çıktı düzenlemesini test edebilir ve herhangi bir sürüklenebilir. Akıllı bir sensör, iç referans gerilimi kontrol eden bir teşhis döngüsü çalıştırabilir. BIST sonuçları merkezileştirilmelidir.

Firmaware ve Software Updates

Reddanış mantığı genellikle bir bilgisayarda uygulanır. Güncellemeler üretici tarafından serbest bırakılırsa, üretim sistemleri üzerinde dağıtımdan önce bir ortamda test edilmelidir.Denemesel mantık genellikle bir anda uygulanmaz) koruma sistemi kullanılabilirliği.

Bakım Logs ve Lifecycle Management

Her red dışı bileşeninin sonlu bir hizmet ömrü vardır. MTBF verileri ve bileşenleri proaktif olarak yerine getirir - özellikle de elektrik malzemeleri ve bataryalarda UPS birimlerinde elektroliz. belgelenmiş kırmızı testlerle iyi bir şekilde kullanılabilirliği ve daha az planlanmamış kesintiler olacaktır.

Red dışı ve Başarısız Güvenli Uygulamanın Pratik Örnekleri

Örnek 1: Uzaktan Çevre İzleme İstasyonu

Uzak bir dağ yerinde bir hava istasyonu, bir DAS'yi günlük sıcaklık, nem, rüzgar hızı ve güneş radyasyonu kullanır. İstasyon güneş paneli ve batarya tarafından kullanılmaktadır.

  • İki bağımsız sıcaklık sensörü (PT100 RTDs) farklı yüksekliklerde.
  • birincil uydu bağlantı başarısız olduğunda etkinleştiren bir yedekleme hücresi modem.
  • Verilerde çift 720 kart – bir kart başarısız olursa, veriler ikinciye devam eder.
  • Battery gerilimi izleme, düşük güç başarısız bir şekilde tetikler ve olmayan ölçümler (örneğin, güneş radyasyonu) batarya ömrünü uzatacak şekilde güvenli bir mod.

Örnek 2: Sürekli İlaç Toplantı Süreci

Bir farmasötik bitki, düzenlenmiş bir DAS. Güvenlik gereksinimleri kullanarak aktif malzemeleri birleştirir SIL 2 uyumluluk. Sistem dahil eder:

  • Triple modüler redüpsi (2oo3), reaksiyon gemisinde kritik baskı ve sıcaklık sensörleri için.
  • Sıcak standby ile Reddant PLCs - yedekleme birincil başarısız olursa 50 ms içinde devralır.
  • Acil kapanma sert halılar ve açık ve ilaçlar eğer reaktör sıcaklığı güvenli bir limite ulaşırsa veya DAS ile iletişim 200 m'den fazla kaybedilir.
  • Alarm escalation: önce yerel boynuz, sonra sayfacılar denetçiyi değiştirmek için ve 2 dakika içinde kabul edilmezse, otomatik bitki yöneticisi çağrısı.

Örnek 3: Türbin için Yüksek Hızlı Titreşim İzleme

Bir güç nesli bitkisinde, yüksek hızlı bir DAS (10 kHz kanal başına) bir gaz türbininde vibrasyonlar taşıyan monitörler. İzleme kaybı felaket bıçağı başarısızlığına yol açabilir. Redundancy:

  • Her taşımada iki bağımsız hız ölçer (kendi sinyal durumu ve ADC ile).
  • Bir halka ağı kullanarak bir determinist başarısız olan çift redüpt data concentrators with a deterministic failover using a ring network.
  • Ana DAS ünitesinde RAID 1 SSD depolama ve ayrı bir ağ üzerinden bir tarihçi sunucusuna paralel bir yaz.
  • DAS kalp atış pullarını bir saniyeden fazla için türbin kontrol sistemine göndermeyi durdurursa bir alarmı tetikliyor.

En İyi Uygulama Özetleri

Sonuç olarak, burada, yedekli ve başarısız güvenli özellikleri bir veri satın alma sistemine dahil etmek için en iyi uygulamalar seti:

  • [FONT:0) Kapsamlı bir başarısızlık mod analizi (FMEA)[Dönemli bir başarısızlıkla ilgili olarak, herhangi bir reddans programı seçmeden önce en kritik tek başarısızlık noktaları tespit etmek için.
  • [FONT:0) Bir tabakalı yaklaşımı kullanın: Donanımı, verileri birleştirir ve aynı anda birden fazla başarısızlık senaryosunu kapsamak için geri yükleme.
  • [FONT:0) Tüm başarısız güvenli eylemleri “yaralamak için enerjik” olarak tasarlayın). Bu nedenle, güç kaybı sistemi bir süre içinde terk etmek yerine güvenli bir duruma yönlendirir.
  • [FONT:0) Yalnızca kapsamlı testlerden sonra otomatik yük devretme () yedekin dengesizliğe giriş yapmadan yükyü varsayabilmesini sağlamak için.
  • [FONT:0) Asla tek bir alarm yolunda güvenmeyin[Dönetici:0)[Dönemli, görsel ve uzaktan bildirimleri bağımsız olarak geri alın.
  • [FONT:0)Physically ayrı redt bileşenleri[DÜT:1] çevresel afetlere karşı korumak için.
  • [FONT:0) Düzenli devre dışı tatbikatları[[Dönetici: 1) ve onları operatör eğitiminde içerir.
  • [FONT:0) Kırmızı alt sistemlerin sağlığını ([Dönetici: 1)) (örneğin, güç tedarik gerilimi, batarya şarjı, disk verileri plazması) ve proaktif olarak yaşlanma parçaları yerini alır.
  • [FONT:0) Tüm red dışı ve güvenli mantığı bir sistem tasarım kılavuzunda sorun giderme ve gelecekteki yükseltmelere yardımcı olmak için.

Bu uygulamaları takip ederek, mühendisler yalnızca verileri güvenilir bir şekilde toplayan veri satın alma sistemleri inşa edebilir, ancak aynı zamanda gerçek dünya sanayi ve bilimsel ortamlarda meydana gelen kaçınılmaz başarısızlıklara da dayanabilirler.Rektör ve başarısız tasarım, güvenlik riskleri azaltılabilir ve veri bütünlüğü sağlar - sistem gerçekten.