Applikative Controllerredundanz (ACR) von WAGO
Schiffe ohne Besatzung statt Seefahrerromantik? Initiativen für „autonomous ships“ forcieren diese Entwicklung. Doch der Weg vom Maschinenraum, der heute maximal 24 Stunden ohne direkten Eingriff fahren darf, bis zum autonomen Schiff, das bis zu sechs Wochen ohne menschlichen Eingriff in die Anlage betrieben werden soll, ist noch lang. WAGOs Redundanzkonzept für Steuerungen verkürzt diese Strecke – und bietet eine Lösung, um auftretende Fehler im Automatisierungssystem zu kompensieren und den weiteren Betrieb des technischen Systems sicherzustellen.
Die größte Herausforderung im Zuge der zunehmenden Autonomisierung der Schifffahrt: das System Schiff so zuverlässig zu machen, das Eingriffe von außen nicht erforderlich sind. Erreicht werden kann dies über einen höheren Anteil standardisierter Komponenten an Bord – sowie über eine hohe Verfügbarkeit für sicherheitsrelevante Systeme mittels Redundanz. Um die Zuverlässigkeit des Automatisierungssystems sicherzustellen, muss neben der SPS auch die Spannungsversorgung und das Kommunikationsmedium – z. B. ETHERNET – die Verfügbarkeitsanforderungen des technischen Systems erfüllen. WAGO stellt seinen Kunden in der Schiffstechnik mit dem applikativen Redundanzkonzept für Steuerungen eine einfache wie wirtschaftliche Lösung zur Verfügung.
Als Programmierumgebung für die Steuerungen wird das Engineering-Tool e!COCKPIT von WAGO verwendet. Die Multi-Knoten-Programmierumgebung kann das SPS-Programm sehr einfach in beide SPS senden. Um die applikative Controllerredundanz nutzen zu können, muss eine Softwarebibliothek mit den notwendigen Synchronisationsfunktionen in die Master-SPS eingebunden werden. Die Bibliothek bietet die Möglichkeit, Unterknoten mittels eines Dual-LANs redundant einzubinden. Die Unterknoten, auch Smartkoppler genannt, müssen dabei nicht programmiert, sondern lediglich von einer SD-Karte gebootet und über einen integrierten Webserver konfiguriert werden. Die Analogeingangs-/-ausgangsmodule und Digitaleingangs-/-ausgangsmodule werden automatisch vom Smartkoppler erkannt, ebenso automatisch wird den übergeordneten Master- SPS das Prozessabbild zur Verfügung gestellt. Die Master-SPS können via Modbus-TCP-Protokoll mit übergeordneten SCADA-Systemen kommunizieren. Die redundante Ankopplung geschieht über zwei getrennten Netzwerke.
Der Aufbau der Lösung entspricht einem SPOF-toleranten (Ein-Fehler-Toleranz) System, sodass ein auftretender Fehler wie der Ausfall der Spannungsversorgung, der LAN-Verbindung, Switches oder Steuerung immer kompensiert werden kann. Die Verdopplung der ETHERNET-Topologie und die redundante Nachrichtenübertragung ermöglichen eine stoßfreie Umschaltung bei einem Fehler in einem Netzwerk. Die typischen Umschaltzeiten nach Ausfall einer SPS liegen bei der Verwendung typischer Alarm- und Monitoring-Systeme innerhalb der Anforderungen der DNV GL.
Text: Norman Südekum
Foto: WAGO
Doppelt abgesichert auf allen Weltmeeren
Das WAGO Redundanzkonzept für Steuerungen bietet insbesondere Kunden aus der Offshore-Branche durch die Verwendung eigensicherer Module und einer Übertragung der wichtigsten Nebenvariablen im HART-Protokoll echte Vorteile.
