Sistemas de control de procesos de alta. disponibilidad (V8.0) SIMATIC

Transcripción

1 Sistemas de control de procesos de alta disponibilidad (V8.0) Prólogo 1 Principios básicos de la alta disponibilidad 2 SIMATIC Sistema de control de procesos PCS 7 Sistemas de control de procesos de alta disponibilidad (V8.0) Manual de funciones Soluciones de alta disponibilidad en PCS 7 3 Configuración de componentes de alta 4 disponibilidad Sustitución de componentes y modificaciones de la 5 instalación Fallo, conmutación y retorno de componentes de alta 6 disponibilidad Diagnóstico 7 12/2011 A5E

2 Notas jurídicas Notas jurídicas Filosofía en la señalización de advertencias y peligros Este manual contiene las informaciones necesarias para la seguridad personal así como para la prevención de daños materiales. Las informaciones para su seguridad personal están resaltadas con un triángulo de advertencia; las informaciones para evitar únicamente daños materiales no llevan dicho triángulo. De acuerdo al grado de peligro las consignas se representan, de mayor a menor peligro, como sigue. PELIGRO Significa que, si no se adoptan las medidas preventivas adecuadas se producirá la muerte, o bien lesiones corporales graves. ADVERTENCIA Significa que, si no se adoptan las medidas preventivas adecuadas puede producirse la muerte o bien lesiones corporales graves. PRECAUCIÓN con triángulo de advertencia significa que si no se adoptan las medidas preventivas adecuadas, pueden producirse lesiones corporales. PRECAUCIÓN sin triángulo de advertencia significa que si no se adoptan las medidas preventivas adecuadas, pueden producirse daños materiales. ATENCIÓN significa que puede producirse un resultado o estado no deseado si no se respeta la consigna de seguridad correspondiente. Si se dan varios niveles de peligro se usa siempre la consigna de seguridad más estricta en cada caso. Si en una consigna de seguridad con triángulo de advertencia se alarma de posibles daños personales, la misma consigna puede contener también una advertencia sobre posibles daños materiales. Personal cualificado El producto/sistema tratado en esta documentación sólo deberá ser manejado o manipulado por personal cualificado para la tarea encomendada y observando lo indicado en la documentación correspondiente a la misma, particularmente las consignas de seguridad y advertencias en ella incluidas. Debido a su formación y experiencia, el personal cualificado está en condiciones de reconocer riesgos resultantes del manejo o manipulación de dichos productos/sistemas y de evitar posibles peligros. Uso previsto o de los productos de Siemens Considere lo siguiente: ADVERTENCIA Los productos de Siemens sólo deberán usarse para los casos de aplicación previstos en el catálogo y la documentación técnica asociada. De usarse productos y componentes de terceros, éstos deberán haber sido recomendados u homologados por Siemens. El funcionamiento correcto y seguro de los productos exige que su transporte, almacenamiento, instalación, montaje, manejo y mantenimiento hayan sido realizados de forma correcta. Es preciso respetar las condiciones ambientales permitidas. También deberán seguirse las indicaciones y advertencias que figuran en la documentación asociada. Marcas registradas Todos los nombres marcados con son marcas registradas de Siemens AG. Los restantes nombres y designaciones contenidos en el presente documento pueden ser marcas registradas cuya utilización por terceros para sus propios fines puede violar los derechos de sus titulares. Exención de responsabilidad Hemos comprobado la concordancia del contenido de esta publicación con el hardware y el software descritos. Sin embargo, como es imposible excluir desviaciones, no podemos hacernos responsable de la plena concordancia. El contenido de esta publicación se revisa periódicamente; si es necesario, las posibles las correcciones se incluyen en la siguiente edición. Siemens AG Industry Sector Postfach NÜRNBERG ALEMANIA A5E P 07/2012 Sujeto a cambios sin previo aviso Copyright Siemens AG Reservados todos los derechos

3 Índice 1 Prólogo Principios básicos de la alta disponibilidad Motivación para la utilización de sistemas de control de procesos de alta disponibilidad Consideraciones de disponibilidad de toda la instalación Concepto de redundancia PCS Resumen de características del concepto de redundancia PCS Prestaciones en la fase de configuración Características durante la puesta en marcha y el funcionamiento Prestaciones para el servicio técnico y las ampliaciones de la instalación Definición de disponibilidad Definición de los modos de operación Standby Nodos de redundancia Soluciones de alta disponibilidad en PCS Soluciones para la periferia Periferia redundante Periferia conmutada Componentes de la periferia descentralizada Módulos de interfaz redundantes con periferia descentralizada Módulos de entrada/salida redundantes Actuadores y sensores redundantes Soluciones para sistemas de automatización Componentes de hardware del S7-400H Funcionamiento del AS SIMATIC S7-400H Soluciones para la comunicación Componentes de red Bus de terminales de alta disponibilidad Bus de terminales redundante de alta disponibilidad Redundancia mediante modo TEAM Bus de la instalación de alta disponibilidad Bus de la instalación redundante de alta disponibilidad PROFIBUS DP redundante Bus de campo de alta disponibilidad basado en PROFINET Transición de red entre PROFIBUS DP redundante y no redundante Conexión de PROFIBUS PA a PROFIBUS DP PROFIBUS PA redundante Soluciones para la integración de una instalación PCS 7 en un dominio Soluciones para servidores OS...68 Manual de funciones, 12/2011, A5E

4 Índice 3.6 Soluciones para clientes OS Clientes OS adicionales Operabilidad permanente Soluciones para SIMATIC BATCH Soluciones para servidores de Route Control Soluciones para la estación de ingeniería Sincronización horaria Configuración de componentes de alta disponibilidad Creación y ampliación de un proyecto con estaciones preconfiguradas Equipo SIMATIC H Resumen de los pasos de configuración Cómo insertar un equipo SIMATIC H en su proyecto Cómo insertar módulos de sincronización en la CPU H Cómo configurar procesadores de comunicaciones redundantes Cómo ajustar en la CPU el comportamiento de los módulos de entrada/salida en caso de anomalías Enlaces de comunicación Resumen de los pasos de configuración Cómo configurar el modo Team para el bus de terminales redundante de alta disponibilidad Cómo configurar un bus de la instalación de alta disponibilidad Cómo configurar un PROFIBUS DP redundante Cómo configurar un PROFINET de alta disponibilidad Cómo configurar el PROFIBUS PA redundante Periferia descentralizada Resumen de los pasos de configuración Cómo configurar la conexión redundante para la unidad periférica Cómo configurar módulos de entrada/salida redundantes Cómo configurar la redundancia para aparatos de campo HART Cómo configurar el Y-Link Configuración de DP/PA-Link Configuración de señales redundantes Estaciones de operador Resumen de los pasos de configuración Cómo configurar un servidor OS y su servidor partner OS redundante Cómo configurar un servidor de ficheros externo Cómo configurar el Process Historian Cómo configurar el Information Server Cómo configurar un servidor central de ficheros y su servidor partner de ficheros redundante Cómo configurar el servidor central de ficheros Cómo configurar la ruta del proyecto de los servidores OS de destino y OS de reserva Cómo crear un enlace redundante entre OS y AS Cómo configurar la redundancia para servidores OS en la estación de ingeniería Cómo definir la conexión de redundancia para servidores OS Cómo determinar qué programas S7 se desean asignar a qué OS Cómo configurar un cliente OS Manual de funciones, 12/2011, A5E

5 Índice Cómo configurar un cliente OS para una operabilidad permanente Cómo cargar un proyecto SIMATIC PCS 7 en los sistemas de destino Evaluación de las variables de redundancia "@RM_MASTER" con scripts Equipos SIMATIC BATCH Resumen de los pasos de configuración Cómo configurar un servidor de BATCH y su servidor partner de BATCH redundante Cómo configurar un cliente BATCH Cómo ajustar la vigilancia de redundancia de servidores BATCH Cómo configurar la conexión de redundancia para servidores BATCH en la estación de ingeniería Cómo definir la conexión de redundancia para servidores BATCH Cómo cargar los sistemas de destino en SIMATIC BATCH SIMATIC Route Control Stations Resumen de los pasos de configuración Cómo configurar un servidor de Route Control y su servidor partner de Route Control redundante Cómo configurar un cliente de Route Control Cómo crear un enlace redundante entre el servidor de Route Control y AS Cómo definir la conexión de redundancia para servidores de Route Control Cómo ajustar la redundancia de servidores Route Control Cómo cargar los sistemas de destino en SIMATIC Route Control Sustitución de componentes y modificaciones de la instalación Fallo y sustitución de componentes Sustitución de componentes SIMATIC durante el funcionamiento Sustitución de componentes de bus con la instalación en marcha Sustitución de estaciones de operador durante el funcionamiento Sustitución de estaciones BATCH durante el funcionamiento Sustitución de Route Control Stations durante el funcionamiento Modificaciones con la instalación en marcha Fallo, conmutación y retorno de componentes de alta disponibilidad Periferia Fallo de módulos de interfaz redundantes Fallo de los módulos de entrada/salida redundantes Sistema de automatización Fallo de la CPU maestra Fallo de un cable de fibra óptica Comunicación Fallo de componentes de bus redundantes Servidor OS Fallo, conmutación y rearranque de servidores OS redundantes Servidor de BATCH Comportamiento en caso de fallo de los servidores de BATCH Servidor de Route Control Comportamiento en caso de fallo de los servidores de Route Control Clientes OS Comportamiento de conmutación de clientes OS con operabilidad permanente Manual de funciones, 12/2011, A5E

6 Índice 6.8 Clientes BATCH Comportamiento de conmutación de clientes BATCH Clientes Route Control Comportamiento de conmutación de clientes Route Control Guía para la actualización de un OS redundante durante el funcionamiento Introducción Resumen de los pasos que deben ejecutarse Fase 1: Actualización de Server_ Fase 2: Actualización de clientes OS interconectados con Server_ Fase 3: Carga de enlaces, routers y cambios en el AS Fase 4: Actualización de clientes OS que están interconectados con Server_ Fase 5: Actualización de Server_ Guía para la actualización de un servidor de BATCH redundante durante el funcionamiento Actualización del software (migración) Guía para la actualización de un servidor de Route Control redundante durante el funcionamiento Actualización de un servidor de Route Control redundante durante el funcionamiento Diagnóstico Índice alfabético Manual de funciones, 12/2011, A5E

7 Prólogo 1 Finalidad de la documentación La presente documentación ofrece información para el diseño de sistemas de alta disponibilidad con el sistema de control de procesos SIMATIC PCS 7 en relación con los siguientes puntos: Los conceptos de solución básicos Los mecanismos de funcionamiento Las configuraciones más importantes A través de los puntos anteriores se le presentarán las soluciones de disponibilidad de todos los niveles de la automatización (nivel de gestión, nivel de proceso, nivel de campo). Para la información que hace referencia al manejo de los distintos componentes, encontrará referencias en los manuales de cada uno de los productos. Conocimientos básicos necesarios Para comprender la documentación, se requieren conocimientos generales de automatización y conocimientos básicos de PCS 7. Además, se requieren conocimientos sobre el uso de ordenadores o instrumentos similares a PC, como p. ej. unidades de programación, con el sistema operativo Windows. Los manuales de configuración y los Getting Started de PCS 7 contienen los principios básicos de manejo de este sistema. Ámbito de validez de la documentación Esta documentación es válida para el paquete de software Process Control System; SIMATIC PCS 7 DVD a partir de V8.0. SIMATIC PCS 7; Manual Collection La documentación completa de PCS 7 está disponible de forma gratuita y en varios idiomas en MyDocumentationManager como Manual Collection en la página de Internet: ( Manual de funciones, 12/2011, A5E

8 Prólogo Catalogación en el conjunto de la documentación Para más información sobre la alta disponibilidad de los sistemas de control de procesos y el manejo de los distintos componentes de alta disponibilidad, ver la siguiente documentación. La presente documentación forma parte del software PCS 7. Manual Getting Started Sistema de control de procesos PCS 7; parte 1: Principios básicos Manual de configuración Sistema de control de procesos PCS 7; Sistema de ingeniería Manual de configuración Sistema de control de procesos PCS 7; Estación de operador Manual de funciones Sistema de control de procesos PCS 7; Maintenance Station Contenido Creación de proyectos Trabajar con el editor CFC Trabajar con los asistentes de importación y exportación Trabajar con el editor SFC Compilar, cargar y comprobar Trabajar con la estación de operador Principios básicos de PCS 7 Creación de proyectos Configuración del hardware Configuración de las redes Configuración de las conexiones SIMATIC Interconexión de los faceplates Configuración de la estación de operador Compilación de la OS Directivas de montaje Activación de las funciones de mantenimiento (Maintenance) Configuración de la redundancia Adición del servidor OPC Manual de configuración WinCC Getting Started Funcionamiento de WinCC Redundancy Ficheros de usuario Creación de un proyecto de ejemplo "Project_Redundancy_Server" Descripción de los proyectos WinCC Proyecto de servidor Manual WinCC Hardware Options, parte 3: Redundancy Manual Sistema de control de procesos PCS 7; SIMATIC BATCH Diseño de un sistema WinCC redundante Funcionamiento de WinCC Redundancy Configuración del par de servidores OS Guía para configurar un sistema redundante Introducción del servidor en Windows Diseño de un sistema BATCH redundante Configuración del par de servidores BATCH Directivas de montaje 8 Manual de funciones, 12/2011, A5E

9 Prólogo Manual Manual Sistema de control de procesos PCS 7; SIMATIC Route Control Manuales para la actualización del software PCS 7 Manual Sistema de automatización S7-400H, Sistemas de alta disponibilidad Manual Cambios en la instalación durante el funcionamiento mediante CiR Manual Unidad periférica descentralizada ET 200M Manual Unidad periférica descentralizada ET 200iSP Instrucciones de servicio SIMATIC NET; Industrial Ethernet Switches SCALANCE X-200 Instrucciones de servicio SIMATIC NET; Industrial Ethernet Switches SCALANCE X-400 Manual SIMATIC NET Manual Twisted-Pair and Fiber-Optic Networks Contenido Diseño de un sistema Route Control redundante Configuración del par de servidores de Route Control Directivas de montaje Actualización de un proyecto PCS 7 con y sin utilizar nuevas funciones Actualización de una instalación redundante durante el funcionamiento Sistemas de automatización redundantes de SIMATIC Aumento de la disponibilidad Estados del sistema y estados operativos del S7-400H Acoplar y sincronizar Realización de cambios en los sistemas estándar de la instalación durante el funcionamiento Posibilidades de configuración Montaje Cableado Puesta en marcha y diagnóstico Posibilidades de configuración Montaje Cableado Puesta en marcha y diagnóstico Posibilidades de configuración Montaje Cableado Puesta en marcha y diagnóstico Posibilidades de configuración Montaje Cableado Puesta en marcha y diagnóstico Redes con Industrial Ethernet y Fast Ethernet Configuración de redes Componentes pasivos para redes eléctricas y redes ópticas Componentes activos y topologías Manual Repetidores de diagnóstico SIMATIC para PROFIBUS DP Posibilidades de configuración Montaje Cableado Puesta en marcha y diagnóstico Manual de funciones, 12/2011, A5E

10 Prólogo Manual Manual Acoplador DP/PA SIMATIC, DP/PA-Link e Y-Link Documentación PCS 7 - Módulos liberados Contenido Principios básicos de PROFIBUS PA Acoplador DP/PA DP/PA-Link DP/PA-Link en modo redundante en S7-400H Componentes liberados para redundancia en PCS 7 Guía de orientación Este manual se divide en las siguientes áreas temáticas: Principios básicos de la alta disponibilidad en PCS 7 Descripción de las soluciones de alta disponibilidad en PCS 7 Descripción de la configuración de distintos componentes redundantes en PCS 7 Supuestos de fallo y posibilidades de diagnóstico Posibilidades para la valoración cuantitativa de los sistemas de control de procesos de alta disponibilidad Glosario con términos importantes para comprender esta documentación Índice alfabético con pasajes de texto que hacen referencia a palabras clave importantes Cambios respecto a la versión anterior A continuación encontrará un resumen de los cambios más importantes de la documentación respecto a la versión anterior: Utilización del bus de terminales redundante y de alta disponibilidad Encontrará más información al respecto en el apartado "Bus de terminales redundante de alta disponibilidad (Página 50)" Utilización de Process Historian e Information Server para el archivado centralizado Encontrará más información al respecto en la documentación SIMATIC HMI; SIMATIC Process Historian. Convenciones Las denominaciones de los elementos de las interfaces del software se indican en el idioma de la presente documentación. Si ha instalado un MultiLanguage Package para el sistema operativo, tras cambiar de idioma algunos nombres seguirán apareciendo en el idioma básico del sistema operativo, por lo que pueden diferir de los utilizados en la documentación. Glosario de PCS 7 Dentro del software PCS 7 encontrará un glosario de PCS 7 con la definición de los principales términos técnicos usados en la documentación, en el menú de ayuda del SIMATIC Manager (comando de menú Ayuda > Temas de Ayuda > botón "Glosario"). 10 Manual de funciones, 12/2011, A5E

11 Principios básicos de la alta disponibilidad Motivación para la utilización de sistemas de control de procesos de alta disponibilidad Ventajas de los componentes de alta disponibilidad Los sistemas de control de procesos se encargan del control, la vigilancia y la documentación de los procesos de producción y fabricación. El creciente grado de automatización y la necesidad de que estos sistemas sean rentables hacen que la disponibilidad de los sistemas utilizados desempeñe un papel cada vez más importante. Un fallo en el sistema de control o en alguno de los componentes del mismo puede conllevar costosos paros de producción y fabricación. En los procesos técnicos de la industria de procesos no solo deben tenerse en cuenta las caídas de producción debidas a paros, sino también el costoso rearranque de un proceso continuo. Además, puede producirse la pérdida de un lote completo por no haber almacenado los datos de calidad. Si, además, se requiere un modo Proceso sin personal de inspección ni mantenimiento, debe diseñarse un sistema de control de procesos de alta disponibilidad más allá de todos los componentes. Mediante la utilización de componentes de alta disponibilidad en un sistema de control de procesos, se minimiza el riesgo de caídas de producción y otros daños. Los sistemas de control se configuran de forma redundante para garantizar una mayor disponibilidad. Esto significa que todos los componentes implicados en el proceso están repetidos, están en funcionamiento constante y están implicados de forma simultánea en la ejecución de la tarea de control. En caso de fallo general o de fallo de uno de los componentes del sistema de control, los componentes redundantes todavía operativos se encargan de continuar con la tarea de control. El objetivo es conseguir una mejor tolerancia a los fallos o una mayor seguridad de los sistemas de control de procesos. Para usted, como explotador de la instalación, es válido lo siguiente: Cuanto más elevados son los costes de un paro de producción, más a cuenta sale la utilización de un sistema de alta disponibilidad. La inversión que conlleva un sistema de alta disponibilidad, que suele ser más elevada, se compensa rápidamente con la reducción de las caídas de la producción. Manual de funciones, 12/2011, A5E

12 Principios básicos de la alta disponibilidad 2.1 Motivación para la utilización de sistemas de control de procesos de alta disponibilidad Sistema de control de procesos de alta disponibilidad PCS 7 Los componentes del sistema de control de procesos PCS 7 le ofrecen la posibilidad de tener una alta disponibilidad en todos los niveles de la automatización en la forma y con el escalonamiento que usted desee: Estaciones de operador, Maintenance Station, servidor central de ficheros, estaciones BATCH, Route Control Stations (nivel de gestión) Sistema de bus Sistemas de automatización (nivel de proceso) Periferia descentralizada (nivel de campo) La siguiente figura muestra a modo de ejemplo un sistema de control de procesos de alta disponibilidad con componentes PCS Manual de funciones, 12/2011, A5E

13 Principios básicos de la alta disponibilidad 2.1 Motivación para la utilización de sistemas de control de procesos de alta disponibilidad Leyenda de la figura anterior: Nota Los siguientes nombres abreviados se utilizan de forma general dentro de esta documentación. Manual de funciones, 12/2011, A5E

14 Principios básicos de la alta disponibilidad 2.1 Motivación para la utilización de sistemas de control de procesos de alta disponibilidad Nombre abreviado Significado Estación de ingeniería Servidor OS Cliente OS Servidor de BATCH Cliente BATCH Servidor de Route Control Cliente de Route Control Bus de la instalación, bus de terminales S7-400H PS CPU CP IM SM ET 200M Bus de campo Sensor Estación de ingeniería, PC Estación de operador, equipo PC de datos de proyecto en forma de proyecto "WinCC Server" Estación de operador, estación de visualización PC en forma de proyecto "WinCC Client" Estación BATCH, equipo PC de datos de lotes y de receta Estación BATCH, equipo PC de visualización de lotes y creación de recetas Route Control Station, equipo PC de datos de control de ruta Route Control Station, equipo PC de visualización de control de ruta Sistemas de bus para la comunicación mediante Industrial Ethernet en ejecución eléctrica u óptica Sistema de automatización de alta disponibilidad SIMATIC S7, abreviado sistema H Power Supply/fuente de alimentación Central Processing Unit/aparato central Communication Processor/procesador de comunicaciones Interface Module/módulo de interfaz Signal Module/módulo de entrada/salida en ejecución analógica o digital Unidad periférica descentralizada Bus de campo hacia la periferia descentralizada Emisores de señales, sensores 14 Manual de funciones, 12/2011, A5E

15 Principios básicos de la alta disponibilidad 2.2 Consideraciones de disponibilidad de toda la instalación 2.2 Consideraciones de disponibilidad de toda la instalación Introducción Las consideraciones sobre disponibilidad deben realizarse en toda la instalación, de forma global. A partir de la disponibilidad deseada, debe analizarse cada nivel del sistema, cada sistema y cada componente dentro de un mismo nivel. Es importante saber qué importancia tienen para los requisitos de disponibilidad y con qué medidas o con qué solución se puede conseguir la disponibilidad deseada. Evitar tiempos de reparación En muchos procesos técnicos no basta con subsanar el fallo de un componente y continuar con el proceso. La reparación debe realizarse sin interrumpir el proceso de producción continuo. El tiempo de reparación se puede reducir de forma notable mediante la gestión de repuestos in situ. El uso de componentes de alta disponibilidad en un sistema de control de procesos permite resolver cualquier fallo en un sistema o componente durante el funcionamiento. Si durante la reparación de un componente averiado no se produce ningún fallo en el resto de componentes activos (redundantes), las funciones de los componentes se mantienen. La instalación sigue funcionando sin fallos. Evitar cambios no permitidos del flanco de señal Un sistema de reserva con periferia de repuesto conectada no debe causar ningún cambio no permitido del flanco de señal cuando se produce un cambio del estado operativo (conexión o desconexión) o del modo de operación (maestro o esclavo). 2.3 Concepto de redundancia PCS 7 Ventajas del concepto de redundancia PCS 7 Los sistemas de control de procesos de alta disponibilidad se implementan en PCS 7 en todas las fases del ciclo de vida de una instalación y con un coste mínimo: Configuración Puesta en marcha/funcionamiento Servicio Ampliación Manual de funciones, 12/2011, A5E

16 Principios básicos de la alta disponibilidad 2.3 Concepto de redundancia PCS 7 Las principales ventajas de PCS 7 son las siguientes: Hay disponibles soluciones escalables del principio de sistemas modulares PCS 7 para todo el sistema. Ventaja: la disponibilidad puede adaptarse a sus necesidades. Su sistema de control de procesos solo se amplía con los componentes PCS 7 necesarios. Las ampliaciones de hardware para la alta disponibilidad son independientes de la configuración del software. Ventaja: una vez configurado el programa de usuario con PCS 7, no es necesario volver a ajustarlo tras una ampliación de hardware para aumentar la disponibilidad. Solo el hardware ampliado se carga en la CPU mediante adaptaciones de la configuración del hardware. Sistema de automatización de alta disponibilidad S7-400H con CPU (tipos: ver documentación Process Control System PCS 7; Released Modules (Sistema de control de procesos PCS 7; Módulos liberados)), cuyo bastidor se puede posicionar por separado. Ventaja: protección de las CPU separadas y, con ello, aumento de la disponibilidad, p. ej., en caso de incendio o explosión. Los fallos individuales se toleran mediante la utilización de componentes redundantes en el sistema de control de procesos. Ventaja: si falla un componente del sistema de control de procesos, no falla todo el sistema, ya que los componentes redundantes asumen sus tareas y el proceso puede continuar. Cada uno de los fallos de un componente redundante se muestra como un aviso de control de procesos en los clientes OS. Ventaja: se obtiene de forma inmediata información importante sobre el estado de los componentes redundantes y se pueden sustituir los componentes averiados para restablecer la redundancia. Se pueden realizar actualizaciones de software en servidores OS redundantes sin pérdida de datos ni de operabilidad del proceso. 16 Manual de funciones, 12/2011, A5E

17 S o CAL olim oar o CODE 63,29 36,72 +/ Clear ESC Info Enter MEAS ULTRAMAT 6 Principios básicos de la alta disponibilidad 2.3 Concepto de redundancia PCS 7 Resumen del concepto de redundancia PCS 7 PCS 7 ofrece un concepto de redundancia que se extiende por todos los niveles de la automatización de procesos. Manual de funciones, 12/2011, A5E

18 Principios básicos de la alta disponibilidad 2.3 Concepto de redundancia PCS 7 Nota Los textos descriptivos corresponden a los componentes numerados en la figura. Número Descripción 1 Con varios clientes (cliente OS, clientes BATCH, clientes de Route Control) se puede acceder a los datos de un servidor (servidor OS, servidor de BATCH, servidor de Route Control). 2 La comunicación entre las estaciones de manejo (cliente y servidor), así como la comunicación con las estaciones de ingeniería se realiza mediante un bus de terminales redundante y de alta disponibilidad (Industrial Ethernet). El cliente y el servidor están conectados al bus de terminales mediante switches. 3 En caso necesario, los servidores (servidor OS, servidor de BATCH, servidor de Route Control, servidor de mantenimiento, servidor central de ficheros) pueden configurarse de forma redundante. 4 La comunicación de los sistemas de automatización con los servidores OS/Route Control y las estaciones de ingeniería, así como entre ellos, se realiza a través del bus de la instalación, redundante y de alta disponibilidad (Industrial Ethernet). El sistema de automatización, los servidores y la estación de ingeniería están conectados al bus de la instalación mediante switches. 5 Los sistemas de automatización redundantes y de alta disponibilidad S7-400H se conectan al bus de la instalación con un procesador de comunicaciones Ethernet (CP) por cada componente AS. Cada componente AS puede conectarse con varias líneas PROFIBUS DP. Para la conexión se utilizan las interfaces PROFIBUS DP internas o procesadores de comunicaciones adicionales. 6 La conexión redundante al sistema maestro DP se realiza mediante dos IM en cada ET 200M. Conexión equivalente vía PROFINET: encontrará información al respecto en el apartado "Bus de campo de alta disponibilidad basado en PROFINET (Página 59)" 7 Las señales de los sensores/actuadores se pueden evaluar con módulos de entradas/salidas digitales o analógicas. En caso de fallo de uno de los dos módulos redundantes, se evalúa la señal de entrada/salida de los módulos operativos. 8 Pueden conectarse sistemas de bus de campo al PROFIBUS DP redundante. Mediante una transición de red redundante (p. ej., PA Link) se crea el diseño de un bus de campo redundante. Los aparatos de campo están conectados al subsistema (p. ej., PROFIBUS PA) mediante distribuidores de campo AFD activos (con redundancia de anillo/con redundancia de acoplador AFS). 9 Las estaciones PROFIBUS DP no redundantes se pueden conectar a un PROFIBUS DP redundante con un Y-Link. 18 Manual de funciones, 12/2011, A5E

19 Principios básicos de la alta disponibilidad 2.4 Resumen de características del concepto de redundancia PCS 7 Representación de la alta disponibilidad mediante nodos de redundancia Los nodos de redundancia permiten representar de forma clara la alta disponibilidad de un sistema de control de procesos. La siguiente figura muestra a modo de ejemplo introductorio el sistema de control de procesos descrito anteriormente como diagrama de bloques con los distintos nodos de redundancia. 2.4 Resumen de características del concepto de redundancia PCS 7 Introducción La forma más sencilla de aumentar la disponibilidad es la gestión de repuestos in situ, combinada con un servicio rápido de sustitución de los componentes defectuosos. En esta documentación le presentamos soluciones de software y hardware de PCS 7 que van mucho más allá de una gestión de repuestos y un servicio rápidos, orientadas a un "sistema de control de procesos automatizado de alta disponibilidad". Soluciones escalables para todo el sistema disponibles en PCS 7 En PCS 7 las instalaciones están divididas en los siguientes niveles: Nivel de campo Nivel de proceso Nivel de gestión Los componentes de PCS 7 le ofrecen la posibilidad de implementar soluciones de disponibilidad en todos los niveles del sistema de automatización en la forma y con el escalonamiento que usted desee. PCS 7 permite configurar componentes individuales (p. ej., módulos de señales), sistemas complejos (p. ej., sistemas de manejo y visualización) e instalaciones completas de modo que, en caso de fallo de un subcomponente, otros componentes asuman su función de forma automática. Usted decide para qué componentes la instalación requiere de mayor disponibilidad. La siguiente tabla recoge componentes de alta disponibilidad para los tres niveles. Manual de funciones, 12/2011, A5E

20 Principios básicos de la alta disponibilidad 2.4 Resumen de características del concepto de redundancia PCS 7 Nivel de proceso Nivel de gestión Nivel de proceso Nivel de campo Componentes Clientes OS, clientes de mantenimiento, clientes BATCH, clientes de Route Control servidor OS, servidor de mantenimiento, servidor central de ficheros, servidor de BATCH, servidor de Route Control Bus de terminales (Industrial Ethernet) Bus de la instalación (Industrial Ethernet) Sistema de automatización AS 412H, AS 414H, AS 416H, AS 417H Bus de campo PROFIBUS DP, PROFIBUS PA, Sistema de periferia descentralizada ET 200M, ET 200iSP Módulos de periferia descentralizados de la serie S7-300 Aparatos PROFIBUS DP, PROFIBUS PA y HART Principios para aumentar la disponibilidad El aumento de disponibilidad que ofrece PCS 7 se basa en los siguientes principios: Duplicación de un componente Ejemplo: Utilización de módulos de señales duplicados Duplicación de un componente y de un componente de software que, en caso de fallo, realiza una conmutación automática entre componentes activos y pasivos. Ejemplo de componentes redundantes: Una señal se registra con dos módulos de señales y el software de redundancia. Si uno de los módulos falla, no resulta crítico para el funcionamiento de la instalación. Soluciones técnicas para el diseño de componentes que impiden que un subcomponente falle. Ejemplo: diseño de una red en una topología en anillo con un componente como gestor de redundancia. Si una parte del anillo falla (p. ej., debido a un cable defectuoso), la red se mantiene en funcionamiento. 20 Manual de funciones, 12/2011, A5E

21 Principios básicos de la alta disponibilidad 2.5 Prestaciones en la fase de configuración 2.5 Prestaciones en la fase de configuración Prestaciones en la fase de configuración PCS 7 ofrece las siguientes prestaciones en la fase de configuración: Características Prevención de errores gracias a configuración sencilla de los diferentes componentes Conexión sencilla de periferia redundante Las comunicaciones entre los componentes del sistema están configuradas para ser transparentes para las aplicaciones. Significado No se necesitan conocimientos especiales para la configuración de componentes redundantes. Las configuraciones pueden efectuarse como en un sistema estándar. No se necesitan conocimientos especiales sobre módulos de periferia redundantes. La interfaz gráfica de usuario HW Config o NetPro ofrece transparencia para las aplicaciones en la configuración de las comunicaciones. 2.6 Características durante la puesta en marcha y el funcionamiento Características durante la puesta en marcha y el funcionamiento Durante la puesta en marcha y el funcionamiento, PCS 7 ofrece las prestaciones recogidas en la siguiente tabla. En caso de fallo de un componente, el componente redundante disponible permite continuar con el proceso. El manejo y la visualización del proceso no se ven afectados. Además, la fase de puesta en marcha no interrumpe el archivo de datos de proceso. La sustitución de los componentes defectuosos puede realizarse durante el funcionamiento. ATENCIÓN Cuando en un sistema de control de procesos redundante falla un componente, se pierde la alta disponibilidad. En casos puntuales, un nuevo fallo puede causar la avería general del sistema (p. ej., si en un sistema de bus redundante se cortan ambos cables de bus). Para más información, ver el apartado "Nodos de redundancia (Página 25)". Manual de funciones, 12/2011, A5E

22 Principios básicos de la alta disponibilidad 2.6 Características durante la puesta en marcha y el funcionamiento Característica Significado Posibles fallos/posibles causas Tolerancia de un fallo aislado Aseguramiento del funcionamiento ininterrumpido mediante componentes redundantes Continuación del manejo y la visualización del proceso incluso al conmutar el servidor Indicación de la identificación de maestro/standby del servidor OS Protección contra pérdida de datos; registro de datos sin huecos (archivo) Un fallo aislado se tolera porque el proceso continúa gracias al componente redundante de alta disponibilidad. La instalación prosigue con el proceso sin intervención del operador. Si falla un servidor OS, se conmuta al servidor partner redundante configurado. Todos los clientes OS conmutan de forma automática al servidor partner OS activo. Durante el tiempo de conmutación, el proceso puede manejarse y visualizarse a través de los clientes OS. La información de la identificación de maestro/standby del servidor OS se puede consultar y visualizar a través de los clientes OS. Los datos del proyecto se guardan según el intervalo configurado. Error o fallo de servidores y clientes Ejemplos: Fallo del disco duro Fallo del sistema operativo Fallo de conexión Capacidad de almacenamiento del disco duro superada Error o fallo del sistema de automatización Ejemplos: Fallo de la alimentación Fallo de una CPU Error o fallo de comunicación Ejemplos: Rotura de hilo Compatibilidad electromagnética (CEM) Error o fallo de módulos de entradas/salidas centralizadas o descentralizadas Ejemplo: Fallo de un componente Cortocircuito Error en las unidades periféricas descentralizadas Ejemplos: Fallo de la alimentación (PS) Fallo de un módulo de interfaz (IM) Fallo de un componente en cada caso en un sistema de control de procesos de alta disponibilidad Actualización y ampliación de la instalación Fallo del servidor OS Ejemplos: Fallo del sistema operativo Defecto en el disco duro En caso de fallo del servidor OS activo (maestro), la identificación de maestro/standby cambia Fallo del servidor OS, p. ej., debido a un defecto en el disco duro 22 Manual de funciones, 12/2011, A5E

23 Principios básicos de la alta disponibilidad 2.7 Prestaciones para el servicio técnico y las ampliaciones de la instalación Característica Significado Posibles fallos/posibles causas Operabilidad permanente del proceso de control mediante la configuración de un servidor de preferencia para cada cliente OS. El fallo de un subconjunto de los clientes OS debe tolerarse si el otro subconjunto permanece conectado continuamente con el proceso. Una o varias estaciones de manejo del cliente OS fallan, p. ej., por un error de hardware o software. Duración del proceso de conmutación del cliente OS en el servidor OS redundante Sustitución de componentes defectuosos y reconexión con el sistema durante el funcionamiento Después de aceptar un componente defectuoso de nuevo en el sistema, transmisión al mismo del estado actual de la instalación. Actualización y ampliación de una instalación durante el funcionamiento Visualización y documentación El componente averiado puede sustituirse sin afectar al proceso activo y conectarse de nuevo tras el modo en curso. Después, se produce una sincronización de redundancia. Está prevista una sincronización de redundancia para todos los componentes de alta disponibilidad, como p. ej., sincronización de CPU, sincronización del servidor tras un retorno. Los componentes configurados como redundantes se pueden actualizar, ampliar o sustituir durante el funcionamiento. Documentación de la disponibilidad, p. ej., test con posibilidad de impresión basado en el tiempo medio entre los fallos (MTBF). Fallo del cliente OS: p. ej., sistema operativo Fallo del servidor OS: p. ej., tarjeta de red Fallo del bus de la instalación: p. ej., rotura de cable Fallo del equipo central: p. ej., PS, CPU, cable de sincronización, CP, SM Fallo del bus de campo: p. ej., conector de bus PROFIBUS defectuoso Fallo de la unidad periférica descentralizada, p. ej., PS, IM, SM Conexión de un componente redundante tras una avería de la redundancia. Ejemplo: tras sustituir una CPU, arranque del módulo con sincronización de datos posterior en la CPU implicada en el proceso. Carga de versiones de BIOS en equipos PC redundantes Actualización de software de equipos PC redundantes sin utilizar nuevas funciones Visualización y documentación de un posible fallo de un componente con antelación 2.7 Prestaciones para el servicio técnico y las ampliaciones de la instalación Prestaciones para el servicio técnico y las ampliaciones de la instalación PCS 7 ofrece las siguientes prestaciones para el servicio técnico y las ampliaciones de la instalación: Características Asset Management con Maintenance Station Hay integradas posibilidades de diagnóstico en los componentes (p. ej., LED) para una rápida detección de errores in situ. Significado Maintenance Station ofrece información completa para el servicio técnico y el diagnóstico de instalaciones PCS 7. Posibilidad de diagnóstico de un componente sin programadora adicional (PG) Manual de funciones, 12/2011, A5E

24 Principios básicos de la alta disponibilidad 2.8 Definición de disponibilidad Características Servicio técnico rápido a través del Customer Support de Siemens Reparaciones y ampliaciones de componentes (mejoras, cambios y actualizaciones) durante el funcionamiento Significado El personal del servicio técnico tardará entre 2 y 48 horas en llegar, respetando la garantía de disponibilidad. Las reparaciones y ampliaciones de componentes son posibles en un sistema de alta disponibilidad. Los componentes del sistema tienen un diseño redundante, de forma que pueden efectuarse reparaciones y ampliaciones durante el funcionamiento. 2.8 Definición de disponibilidad Definiciones La disponibilidad se define tradicionalmente del siguiente modo: Cociente de MTBF y (MTBF + MTTR) o operatividad/operatividad teórica. Siendo: MTBF = mean time between failure; español: tiempo medio entre dos fallos sin tiempo de reparación MTTR = mean time to repair; español: tiempo medio de reparación Aumento de la disponibilidad básica De acuerdo a esta definición, la disponibilidad básica de un componente o sistema estándar puede lograrse haciendo lo siguiente: Reducción de la frecuencia de fallos Reducción del tiempo de reparación necesario El tiempo de reparación puede reducirse adoptando diversas medidas: Cercanía del servicio técnico Gestión de repuestos Reparación durante el funcionamiento o reparación sin parada Con la "reparación durante el funcionamiento", el tiempo de reparación para la eliminación del fallo de funcionamiento no previsto prácticamente se anula desde la perspectiva del sistema afectado. 24 Manual de funciones, 12/2011, A5E

25 Principios básicos de la alta disponibilidad 2.9 Definición de los modos de operación Standby 2.9 Definición de los modos de operación Standby Introducción La disponibilidad de una instalación puede incrementarse mediante los componentes adicionales disponibles en la instalación (componentes Standby). Estos componentes se diferencian de los componentes implicados activamente en el modo Proceso por el modo de operación. Modos de operación Standby Modo de operación Hot Standby Warm Standby Cold Standby Definición Hot Standby designa el procesamiento paralelo redundante de las señales en los componentes redundantes. Con este procesamiento, todo el sistema puede conmutar a los componentes Standby sin discontinuidades. Warm Standby designa la continuación rápida de la función interrumpida mediante componentes Standby en un punto de reinicio. Cold Standby significa que está disponible un componente del sistema que debe conectarse en caso de fallo. Tras el reinicio, el componente conectado asume la función del componente que ha fallado Nodos de redundancia Funcionalidad Los nodos de redundancia representan la seguridad contra fallos en los sistemas con múltiples componentes. Un nodo de redundancia es independiente si el fallo de un componente dentro del nodo no causa ninguna limitación de fiabilidad en otros nodos ni en todo el sistema. Los diagramas de bloques aclaran la disponibilidad de todo un sistema. En un sistema redundante, puede fallar un componente del nodo de redundancia sin que se vea afectado el funcionamiento de todo el sistema. En la cadena de los nodos de redundancia, el eslabón más débil es el que determina la disponibilidad de todo el sistema. Los siguientes diagramas de bloques sirven de ejemplo para aclarar lo anterior. Manual de funciones, 12/2011, A5E

26 Principios básicos de la alta disponibilidad 2.10 Nodos de redundancia Nodos de redundancia sin fallos La siguiente figura muestra un diagrama de bloques con nodos de redundancia individuales sin fallos. Disponibilidad de un nodo de redundancia a pesar de los fallos Cuando uno de los componentes de un nodo de redundancia falla, no afecta a la funcionalidad de todo el sistema. Fallo total de un nodo de redundancia La siguiente figura muestra todo un sistema que ha dejado de funcionar porque ha fallado el nodo de redundancia "Bus de campo (PROFIBUS DP)". 26 Manual de funciones, 12/2011, A5E

27 Soluciones de alta disponibilidad en PCS Soluciones para la periferia Introducción En este apartado conocerá los sistemas y componentes de la periferia que contribuyen a incrementar la disponibilidad de la instalación. Para ello, utilice en PCS 7 la periferia descentralizada. Periferia descentralizada Se denomina periferia descentralizada a los módulos (módulos de entrada/salida y módulos de función) que se utilizan en una unidad periférica descentralizada con diseño modular, p. ej., ET 200M o ET 200iSP. Los sistemas de periferia descentralizada a menudo están alejadas del bastidor central y situadas en la proximidad inmediata de la instalación. De este modo, se minimizan el esfuerzo de cableado y las cuestiones de CEM. Los enlaces de comunicación entre la CPU del sistema de automatización y la periferia descentralizada se pueden establecer mediante los siguientes tipos de red: PROFIBUS DP PROFINET Además de los sistemas de periferia descentralizada, pertenecen a la periferia descentralizada aparatos de campo como actuadores, sistemas de pesaje, sistemas de control del guardamotor y cualquier otro aparato de campo que se pueda integrar en PCS 7 a través del sistema de bus. La conexión y activación de los aparatos HART se realiza directamente en un ET 200M a través de los módulos correspondientes. Los aparatos HART son actuadores y sensores parametrizables mediante protocolo HART (HART: Highway Addressable Remote Transducer). También se consideran periferia descentralizada los convertidores de bus como DP/PA-Link e Y-Link. Con el DP/PA-Link se puede conectar un sistema de bus subordinado, como PROFIBUS PA, a un PROFIBUS DP redundante. Se puede conectar una AS-Interface mediante módulos maestros AS-Interface (CP) que se utilizan en la unidad periférica descentralizada. De este modo, se pueden conectar fácilmente al PCS 7 sensores y actuadores con una interfaz AS-Interface. Así, PCS 7 integra otros niveles de periferia en un proyecto. Manual de funciones, 12/2011, A5E

28 Soluciones de alta disponibilidad en PCS Soluciones para la periferia Aumento de la disponibilidad Las siguientes posibilidades de instalación permiten aumentar la disponibilidad de la periferia: Periferia redundante (periferia descentralizada) Toda la ruta de señal hasta el sensor/actuador está diseñada de forma redundante. Encontrará más información al respecto en el apartado "Periferia redundante (Página 28)" Periferia conmutada (periferia descentralizada) La vía de comunicación con la periferia (estación) es redundante. El módulo de entrada/salida (SM) para el procesamiento de una señal de proceso solo está disponible una vez. Encontrará más información al respecto en el apartado "Periferia conmutada (Página 30)" Módulos para la periferia descentralizada Nota Los módulos que están liberados para la periferia descentralizada en PCS 7 se indican en la documentación PCS 7 - Released Modules (PCS 7 - Módulos liberados). Tras la instalación de PCS 7, esta documentación estará disponible en el menú de inicio de la estación de ingeniería, en la documentación de SIMATIC de SIEMENS Periferia redundante Periferia redundante Una periferia es redundante cuando los módulos de entrada/salida (SM) para el procesamiento de una señal de proceso están duplicados y ambos módulos centrales pueden acceder a ellos. En caso de fallo de un módulo, el módulo operativo puede procesar una señal de la CPU o de proceso. Toda la ruta de señal hasta el sensor/actuador está diseñada de forma redundante. Nota PCS 7 permite ajustar si los fallos que se producen en las señales registradas de forma redundante afectan a un módulo o a un canal. Para más información, ver los apartados siguientes: Apartado "Módulos de entrada/salida redundantes (Página 34)" Apartado "Fallo de módulos de entrada/salida redundantes (Página 171)" 28 Manual de funciones, 12/2011, A5E