Области применения систем и технологий высокой готовности

Системы и технологии обеспечения высокой готовности (СиТВГ), как правило, входят в состав программно-технических комплексов современных систем производства (ПТК СП) и являются очень важным их структурным компонентом.

В зависимости от числа выполняемых функций и соответственно нагрузки ПТК СП могут иметь различную структуру.

Рассмотрим несколько примеров их отраслевого применения. При этом системы можно разделять по уровню интеграции систем мониторинга и управления СВГ в общую автоматизированную систему управления технологическими процессами предприятия (АСУ ТП). Первым типом систем являються СВГ интегрированные в АСУ ТП и выполняющие по сути роль вычислительного ядра системы. Ко второму типу систем относятся СВГ, обслуживающие самостоятельные производственные единицы (СПЕ – рис.1.8).

Рис. 1.8. Типы СВГ, входящие в состав ПТК СП АСУ ТП и СПЕ

СВГ (ПТК СП) широко используются во многих отраслях промышленности рис.1.9.

Рис.1.9. Применение СВГ (ПТК СП) по отраслям

промышленности

Далее представлены примеры использования СВГ по отраслям промышленности.

Рис.1.10. Центр контроля и управления реактора ВВЭР-1000 АЭС

Рис.1.11. Автоматизированная система управления АЭС

Рис.1.12. Вычислительный комплекс

самолета Boeing 737—500

Рис.1.13. Железнодорожный комплекс

сигнализации и контроля

Рассмотрим применяемые стратегии обеспечения высокой готовности.

Стратегия №1. Стратегия активной отказоустойчивости. Данная стратегия подразумевает наличие программно-аппаратной избыточности и средств реконфигурирования системы, возможность отключения неисправных частей схем и элементов для поддержания системы в работоспособном состоянии. Кроме того, активная отказоусойчивость характеризуется наличием отдельно выделенных систем управления техническим состоянием, а так же наличием средств диагностирования программных средств систем и исправления возможных ошибок программного кода на лету. Такая стратегия должна применяться при построении изолированных систем, доступ к которым значительно ограничен, либо вовсе не возможен. Примерами таких систем, могут служить спутники и спутниковые группировки, беспилотные летательные аппараты и т.д.

Стратегия №2. Стратегия активного ремонта. Эта форма технического обслуживания может быть применима для систем со свободным доступом и не такими высокими требованиями по программно-аппаратной избыточности. При этом требуется оперативная работа персонала по ремонту и контролю состояния системы. Для систем этого типа должен быть предусмотрен режим горячего ремонта и реконфигурирования программного обеспечения. Примерами таких систем могут служить системы контроля энергоблоков АЭС, ТЭС. Ключевой особенностью систем этого типа является необходимость немедленного ремонта после обнаружения неисправности. Даже в случае, когда сама неисправность не является критической и в стационарном режиме не влияет на работу системы. Примером такого отказа может служить отказ системы звуковой сигнализации о переходе в аварийный режим работы системы, либо средств индикации. Отказ такого типа критичен и требует немедленного ремонта. Стратегия №3. Стратегия активного управления отказоустойчивостью. Такие системы имеют встроенные средства самоконтроля и самодиагностирования, позволяют оценить уровень и критичность отказа и спланировать время ремонта без остановки системы. Такой подход позволяет сократить время непланового простоя и соответственно оптимизировать затраты связанные с проведением технического обслуживания и ремонта.

Рассмотрим некоторую обобщенную структуру АСУ предприятия с применением СВГ рисунке 1.14.

Структура состоит из двух уровней: первый - нижний, это уровень сбора и ввода данных. Он состоит из двухкратно- резерверованной промышленной сети GigabitEthernet, шкафов контроля, комутаторов и маршрутизаторов. Между уровнями расположены шлюзы. Второй уровень - это уровень управления и обработки данных. Он включает в себя резерверованную сеть GigabitEthernet, маршрутизаторы, комутаторы, автоматизированные рабочие места администраторов (АРМ А), АРМ управляющего персонала центра контроля (АРМ ЦК). Брандмауерами отделен центр обработки данных (ЦОД). В свою очередь структура ЦОД определяется функциональным предназначением.

Рис.1.14. Обобщенная архитектура АСУ

Рассмотренную структуру можно представить в виде формализованной схемы (рис.1.15). Схема демонстрирует элементы взаимодействия аппаратной и программной компонент.

Представлены модули контроля (МК) и их ОС, которые соединены с коммутаторами нижнего уровня. Коммутаторы верхнего уровня взаимодействуют с ЦК, центром администрирования (ЦА) и ЦОД.

ЦОД построен по схеме каждый с каждым и имеет в своем составе сервера контроля (СК), брандмауэры, основные и резервные центры сбора и хранения данных (СД).

Рис.1.15. Формализованная структура АСУ

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Поясните физический смысл показателя MTBF.

2. Поясните физический смысл показателя MTTR.

3. Определение систем высокой готовности.

4. Основные организации в области стандартизации систем высокой готовности.

5. Определение свойства гарантоспособности и показателей гарантоспособности.

6. Классификация дефектов – причин отказов СВГ.

7. Характеристика уровней HAL.

8. Определение комплексных показателей готовности (коэфициента готовности К_г и коэфициента оперативной готовности К_ог)_.

9. В каких отраслях промышленности применяются СВГ (СиТВГ)?

10. Назовите основные структурные особенности построения СВГ.

11. Опишите стратегию активной отказоустойчивости СВГ.

12. Опишите стратегию активного ремонта СВГ.

13.Опишите стратегию активного управления отказоустойчивостью СВГ.