[发明专利]冗余设计的自动化系统

说明书

本发明涉及冗余设计的自动化系统，还涉及用于运行冗余设计的自动化系统的方法，该系统具有第一子系统、第二子系统和第三子系统，其中在自动化系统的子系统中各自实施流程程序，流程程序能在运行时环境中执行以履行自动化任务，并且其中在自动化系统的子系统中各自实施数据存储器，其中流程程序具有至少一个第一子程序和第二子程序，并且其中数据存储器各自具有至少一个第一子存储器和第二子存储器，其中第一子程序和第一子存储器利用第一同步时钟脉冲在第一子系统与第二子系统之间同步，并且第二子程序和第二子存储器利用第二同步时钟脉冲在第一子系统与第三子系统之间同步，其中第一同步时钟脉冲和第二同步时钟脉冲彼此不同。

技术领域

本发明涉及一种具有第一、第二和第三子系统的冗余设计的自动化系统。本发明还涉及一种用于运行冗余设计的自动化系统的方法。

背景技术

在自动化领域中对高可用性的解决方案(H系统)有更多要求，该解决方案适用于将技术设备的可能出现的停工时间减小到最小。首先，在特定的重要领域、例如电厂或化学设施中通常冗余地设计在那里使用的控制技术，以便在系统故障时能够保障设备的安全运行。相应在这些情况下也完全或至少部分冗余地构造外围组件和网络。

冗余的控制系统由两个一致的单独控制系统组成。“一致”在此表示，这些控制系统具有相同的能力并且通常还在其上运行有版本相同的软件，这不仅涉及内部软件(固件)，还涉及与控制设备相关的应用程序。在此还涉及系统冗余，因为除了一致的程序之外还使数据周期性地并且完全地在两个子系统之间同步。

开发这种高可用性的解决方案有很高的成本，其中，在自动化领域中通常采用的H系统的特性在于，两个或多个子系统以自动化装置或计算机系统的形式经由同步连接相互耦联。原则上，两个子系统能够可读和/或可写地访问与该H系统连接的外围单元。两个子系统之一在有关连接到系统上的外围设备方面占是主导的。这意味着，对外围单元的输出或用于这些外围单元的输出信息仅由两个子系统之一处理，其作为主机工作或者接管主机功能。为了使两个子系统能够同步运行，它们经由同步连接以规律的间隔进行同步。在有关同步的频率和其范围方面能够区分不同设计(温备用、热备用)。

从2011年出版的西门子目录ST7的第6章中已知了冗余的、由两个子系统组成的自动化系统，其设置用于提高待控制的设备的可用性。该自动化系统通常被同步并且确保了这些子系统之一的故障不影响要控制的过程，因为其它子系统能够执行其相应的控制程序的相应部分的实施或处理或者该控制程序的相应部分的实施或处理。

从EP 0 907 912 B1中已知了用于由两个子系统构建的自动化系统的同步方法。该同步方法基于两个子系统的时间同步的耦合，其中，在用于设置排列的合适的程序点处，两个子系统等待其它相应参与者的回复并且随后才各自时间同步地继续其程序处理。

在EP 2 657 797 A1中公开了用于运行冗余的自动化系统的方法，其包含同步方法。

在已知的系统中确定两个作为冗余伙伴的子系统的对应，以在这两个子系统之一故障时使另一个子系统必须独自(单独)并且因此非高可用性地运行，直到损坏的系统由一致的系统替代。一致在此表示硬件和固件都必须一致。

从确定的对应中得出两个问题：

1.在损坏的情况下，整个系统在维修时间仅单独运行并且因此不能提供针对另外的故障的保护。该时间能够相对较长，因为首先必须从库存(好情况)或由供货商(坏情况)供应并且安装替换装置。此外必须保障的是，替换装置的硬件和固件版本总体允许直接更换。

2.虽然在有计划的改建的情况下直接提供替换件，但还是在此引起时间上明显更短的单独运行。必要的版本一致性规则在此同样适用。

临时单独运行的第一个问题在具有完全系统冗余的高可用性的控制系统中是不可解的，然而被容忍，因为在有单独错误时确保了整个系统不完全出故障。仅在有所谓的双重错误时不再能够保障运行。

有关第二个问题已知各种解决途径：