プロセス エンジニアは、連続化学反応器の制御システムを指定しています。生成物のバッチ全体を失わずに反応器を停止することはできず、バッチは PLC システム全体よりも価値があります。エンジニアは、CPU 冗長性を備えた ABB PLC を指定します。しかし、発注書を確認すると、実際に冗長性とは何を意味するのかという疑問が生じます。プライマリ CPU に障害が発生するまで、セカンダリ CPU はアイドル状態になりますか?切り替えはどれくらいの速さで行われますか?移行中に出力はどうなるでしょうか?これらは学術的な質問ではありません。その答えによって、その冗長性が本物なのか、それとも単なるマーケティング用語なのかが決まります。でABB PLCシステムの場合、CPU 冗長性は、定義された同期メカニズム、スイッチオーバー時間、および障害モードを備えた特定の技術アーキテクチャです。このアーキテクチャを理解することは、可用性に対してプレミアムを支払っている購入者にとって不可欠です。
このガイドは、重要なアプリケーションの ABB PLC 冗長性を評価する必要がある調達エンジニアおよびシステム インテグレータを対象に書かれています。プライマリ/セカンダリ アーキテクチャ、同期プロセス、スイッチオーバー メカニズム、およびスイッチオーバー中の I/O 処理について説明します。また、サプライヤーの評価基準と岳陽通図電子商務有限公司の工場からの製品パラメータについても説明します。新しいシステムを指定する場合でも、既存のシステムをアップグレードする場合でも、このガイドは、ABB PLC システムで実際にどのような CPU 冗長性が実現されるかを理解するのに役立ちます。
ABB PLC システムの CPU 冗長性とは、2 つの CPU モジュールが並行して動作するように構成され、1 つがプライマリ、もう 1 つがセカンダリとして指定されることを意味します。プライマリ CPU がアクティブ コントローラです。アプリケーション プログラムを実行し、I/O モジュールにデータを書き込み、監視システムと通信します。セカンダリ CPU はアイドル状態ではありません。また、アプリケーション プログラムを実行して I/O を読み取りますが、出力には書き込みません。内部状態がプライマリの状態と一致するように、プライマリから同期データを受信します。プライマリ CPU に障害が発生すると、セカンダリ CPU がプライマリとして引き継ぎ、I/O への書き込みを開始します。このアーキテクチャはホット スタンバイとして知られています。両方の CPU が実行されています。セカンダリはいつでも引き継ぐ準備ができています[引用:1][引用:3]。
冗長性と単純なバックアップの主な違いは、セカンダリ CPU が継続的に同期されることです。これは、障害が発生したときに電源を投入してプログラムをロードする必要があるコールド スペアではありません。これは、プロセスの現在の状態をすでに知っている実行中のシステムです。これは、完全な再起動を行わずにスイッチオーバーを実行でき、中断を最小限に抑えてプロセスを続行できることを意味します。以下の表は、ABB CPU 冗長性の主な特性をまとめたものです。
| 特性 | ABB CPUの冗長性 |
| 建築 | ホットスタンバイ（両CPU稼働） |
| プライマリ CPU の役割 | プログラムの実行、I/Oの読み取り、出力の書き込み |
| セカンダリ CPU の役割 | プログラムの実行、I/Oの読み取り、同期データの受信 |
| 同期 | 重要なデータをプライマリからセカンダリへ継続的に転送 |
| スイッチオーバートリガー | プライマリ CPU の障害、電力損失、または通信障害 |
| 切り替え時間 | 通常はミリ秒の範囲です (アプリケーションに依存します)。 |
| スイッチオーバー中の I/O 処理 | 出力は最後の状態を保持します。入力は引き続き読み取られます |
で岳陽通図電子商取引株式会社、当社の工場は冗長性を備えた ABB PLC システムを供給しています。当社はお客様と協力して、単純な CPU 冗長から、冗長 I/O および通信ネットワークを備えた完全な冗長システムまで、アプリケーションに適切なレベルの冗長性を指定します。当社の技術チームは選択プロセスを支援し、詳細なシステム アーキテクチャ図を提供します。
プライマリ CPU とセカンダリ CPU 間の同期は、冗長性を機能させるメカニズムです。同期がないと、セカンダリ CPU が引き継ぐときにその CPU が古くなり、プロセスが中断されてしまいます。 ABB PLC システムは、2 つの CPU 間の専用の同期接続を使用します。この接続は制御ネットワークや I/O ネットワークから分離されているため、ネットワーク障害が発生した場合でも同期が継続されます。同期データには、タイマーとカウンターの状態、セットポイントと制御変数の値、バンプレス転送に必要な履歴データなど、アプリケーションの重要な内部変数が含まれます。セカンダリ CPU はこのデータを継続的に受信するため、その状態は 1 スキャン サイクル以内にプライマリの状態と一致します[引用:3]。
同期接続はハートビート信号も伝送します。両方の CPU はこの信号を監視して、もう一方の CPU が動作していることを確認します。セカンダリ CPU がプライマリからのハートビートの受信を停止すると、これをプライマリの障害として解釈し、スイッチオーバーを開始します。一部の ABB システムでは、同期リンク障害と CPU 障害を区別するために 2 番目の独立した接続が使用されます。これにより、同期ケーブルの破損によって両方の CPU が同時にプライマリになろうとする状況が防止されます。以下の表は、同期アーキテクチャをまとめたものです。
| 要素 | 関数 | 重要性 |
| 同期リンク | 重要なアプリケーション データをプライマリからセカンダリに転送します | データを損失することなくセカンダリが引き継ぐ準備ができていることを確認します |
| ハートビート信号 | 他のCPUが生きていて動作していることを確認します | 一次障害の迅速な検出が可能 |
| 独立した同期パス | 同期データ用の個別の物理接続 | ネットワーク障害による同期の中断を防止します。 |
| リンク監視 | 同期リンク障害と CPU 障害を検出 | デュアルプライマリの競合を防止します |
当社の工場では、各アプリケーションに適した同期ハードウェアと構成を備えた ABB PLC システムを提供しています。当社は、信頼性の高い冗長性を確立するために必要な同期ケーブル、通信モジュール、構成ガイダンスを提供できます。私たちの目標は、セカンダリ CPU が常に制御を引き継ぐ準備ができていることを保証することです。
スイッチオーバー中の I/O の動作は、冗長性が本当にバンプレスであるかどうかを判断する上で重要な要素です。プライマリ CPU に障害が発生し、セカンダリ CPU が引き継ぐと、短期間、どちらの CPU も出力への書き込みがアクティブに行われなくなります。この期間中の出力の動作は、I/O システムと構成によって異なります。冗長 I/O を備えた ABB AC 800M システムでは、冗長ペアの出力モジュールは両方ともアクティブであり、両方ともコントローラーから同じ値を受け取ります。これは、1 つのモジュールまたは 1 つの CPU に障害が発生しても、他のモジュールは中断することなく出力を駆動し続けることを意味します[引用:2][引用:9]。非冗長 I/O の場合、出力は通常、スイッチオーバー中に最後の状態を保持します。切り替え時間は十分に短いため、ほとんどのプロセスは中断に気づきません。次の表は、スイッチオーバー中の I/O 動作をまとめたものです。
| I/O構成 | スイッチオーバー中の動作 | プロセスへの影響 |
| 冗長 I/O (両方のモジュールがアクティブ) | 中断のない制御。出力フリーズなし | なし (真のバンプレス転送) |
| 非冗長 I/O | 出力は最後の状態を保持します | 一時的なフリーズ (ミリ秒) |
| 冗長通信ネットワーク | トラフィックはセカンダリ ネットワークに切り替わります | 最小限（ネットワーク切り替え） |
岳陽通図電子商取引株式会社 では、お客様が冗長性要件に適した I/O 構成を指定できるようお手伝いします。出力の中断を許容できないアプリケーションの場合は、冗長 CPU に加えて冗長 I/O モジュールを推奨します。短時間のフリーズを許容できるアプリケーションの場合は、冗長 CPU を備えた非冗長 I/O で十分な場合があります。当社の技術チームは、お客様のプロセスに最適な構成についてアドバイスいたします。
ABB PLC システムのスイッチオーバー時間は、プライマリ CPU の障害が検出されてからセカンダリ CPU がプライマリとして引き継ぐまでの時間です。この時間は、長時間の中断を許容できないアプリケーションにとって非常に重要です。 ABB AC 800M システムでは、スイッチオーバー時間は通常ミリ秒の範囲ですが、正確な値はシステム構成とアプリケーションによって異なります。スイッチオーバーは、プライマリ CPU のハードウェア障害、電源喪失、ウォッチドッグ タイムアウト、プライマリと I/O の通信を妨げる通信障害など、いくつかの条件によってトリガーされます。これらの状態のいずれかが検出されると、セカンダリ CPU が直ちにプライマリの役割を引き継ぎ、出力への書き込みを開始します[引用:1][引用:5]。
スイッチオーバーの速度は、障害検出メカニズムと同期状態によって決まります。セカンダリ CPU が完全に同期されている場合、テイクオーバーは数ミリ秒以内に発生します。同期が最新でない場合、セカンダリが安全に引き継ぐ前に追加の手順を実行する必要がある場合があります。このため、高速なスイッチオーバーには継続的な同期が不可欠です。次の表は、スイッチオーバーのトリガーと一般的な時間をまとめたものです。
| トリガー | 検出方法 | 標準的な切り替え時間 |
| プライマリ CPU ハードウェア障害 | ウォッチドッグ、自己診断 | ミリ秒 |
| プライマリ CPU の電力損失 | 心拍喪失 | ミリ秒 |
| 通信障害 | ネットワーク監視 | ミリ秒から数秒 (障害に応じて) |
| 手動切り替え | オペレータコマンド | ミリ秒 |
当社の工場では、テストおよび検証された冗長構成を備えた ABB PLC システムを供給しています。ご検討中の特定のシステムのスイッチオーバー パフォーマンスに関するドキュメントを提供できます。当社のエンジニアリング チームは、スイッチオーバー トリガーの構成とシステムのテストを支援して、可用性要件を満たしていることを確認します。
冗長アプリケーション用の ABB PLC システムのサプライヤーを評価するには、ハードウェアの在庫を確認するだけでは不十分です。サプライヤーは、冗長アーキテクチャ、構成、テストに関する専門知識を持っている必要があります。主な基準は、アプリケーション エンジニアリング能力、構成の専門知識、テストと検証のサポート、およびアフターサービスです。アプリケーションエンジニアリング能力とは、サプライヤーがプロセスを分析し、適切なレベルの冗長性を推奨できることを意味します。構成の専門知識とは、プライマリ/セカンダリの関係、同期、および I/O 処理を正しく構成できることを意味します。テストと検証のサポートは、冗長性が仕様どおりに機能することを実証できることを意味します。アフターサービスとは、スペアパーツやトラブルシューティングを含め、システムのライフサイクル全体にわたってサポートできることを意味します。以下の表は、これらの基準をまとめたものです。
| 評価基準 | 何を探すべきか | なぜそれが重要なのか |
| アプリケーションエンジニアリング | 同様のプロセスでの冗長システムの経験 | アプリケーションに適切な冗長レベルを確保 |
| 構成の専門知識 | 認定された ABB エンジニア、文書化された構成 | 冗長性が設計どおりに機能することを保証します |
| テストと検証 | 工場受入試験、切替試験 | 出荷前に性能を検証 |
| アフターサービス | スペアパーツ、テクニカルサポート、トレーニング | 長期的な信頼性を確保 |
| 実績 | 同様の冗長プロジェクトからの参照 | 能力と信頼性を実証 |
Yueyang Tongtu の工場には、重要なアプリケーション向けの ABB PLC システムに関して豊富な経験があります。当社には、冗長構成とテストを専門とする認定エンジニアのチームがいます。当社では、スイッチオーバーを検証するために、模擬的な一次障害を含む工場受け入れテストを提供しています。また、スペアパーツや技術サポートなどのアフターサポートも提供します。これらの基準に照らして当社を評価し、ABB PLC 冗長アプリケーションのパートナーとして当社を検討してください。
次の表に、CPU 冗長性が設定された ABB PLC システムの主要な製品パラメータを示します。これらのシステムは、ホット スタンバイ動作による完全な CPU 冗長性をサポートする AC 800M コントローラ ファミリに基づいています。当社の工場は、お客様の特定の要件を満たす完全なシステムまたは個別のコンポーネントを供給できます。
| パラメータ | 仕様 | 注意事項 |
| コントローラファミリー | ABB AC 800M | CPUの冗長化をサポート |
| 冗長タイプ | ホットスタンバイ（プライマリ/セカンダリ） | 両方の CPU が並行して実行される |
| CPUモジュール | PM86xシリーズ（冗長化対応） | 処理要件に基づいて選択 |
| 同期 | 専用の同期リンク | 制御ネットワークから分離 |
| 切り替え時間 | ミリ秒 (アプリケーションに依存) | テストされ文書化されている |
| I/Oの冗長性 | オプション (S800 I/O 冗長ペア) | バンプレス搬送用 |
| ネットワークの冗長性 | RNRP (冗長ネットワーク ルーティング プロトコル) | 通信可能状態について |
| 電源の冗長化 | オプション（冗長電源） | 完全なシステム可用性のために |
| エンジニアリングソフトウェア | ABB コントロール ビルダー / 800xA | 設定とプログラミング用 |
| 認証 | CE、UL、SIL (モデルによる) | 応募要件に応じて選ばれました |
当社の工場では、信頼性の高い CPU 冗長性に必要な構成とコンポーネントを備えた ABB PLC システムを提供しています。 CPU モジュール、同期ハードウェア、I/O モジュール、およびネットワーク機器を、完全なシステムまたは個別のコンポーネントとして提供できます。当社のエンジニアリング チームは、システム設計を支援し、検証とメンテナンスに必要な文書を提供します。
質問 1: セカンダリ CPU はプライマリ CPU と同じプログラムを実行しますか?
答え: はい。 ABB PLC ホットスタンバイ冗長システムでは、両方の CPU が同じアプリケーション プログラムを実行します。プライマリ CPU は出力に書き込みますが、セカンダリ CPU はプログラムを実行しますが、入力のみを読み取ります。セカンダリはプライマリから同期データを受信し、その内部状態がプライマリの状態と一致するようにします。これにより、プライマリに障害が発生した場合でも、セカンダリが直ちに引き継ぐことができます。
質問 2: 同期リンクに障害が発生した場合はどうなりますか?
回答: 同期リンクに障害が発生すると、セカンダリ CPU の同期データが失われます。一部の ABB システムでは、同期リンクの障害と CPU の障害を区別するために別の監視接続が使用されます。同期リンクに障害が発生しても、両方の CPU が正常である場合、システムはプライマリ CPU のみで動作し続け、アラームが生成されます。セカンダリ CPU を再びバックアップとして機能させるには、再同期が必要になる場合があります。
質問 3: 既存の ABB PLC システムに CPU の冗長性を追加できますか?
回答: 既存のシステムによって異なります。 AC 800M などの一部の ABB PLC モデルは、元の CPU が冗長性対応で、ラックに 2 番目のモジュール用のスペースがある場合、冗長 CPU モジュールの追加をサポートします。他のモデルはフィールド アップグレードをサポートしていない場合があります。既存のシステムを冗長性にアップグレードできるかどうかを判断するには、ABB システム インテグレータに相談する必要があります。
質問 4: 冗長性が実際に機能していることをテストするにはどうすればよいですか?
回答: 標準的な方法は、主要な CPU 障害をシミュレートする工場受け入れテストを実行することです。これは、プライマリ CPU の電源を切るか、停止するか、通信リンクを切断することによって実行できます。このテストでは、指定された時間内にセカンダリ CPU が引き継ぎ、出力が期待どおりに動作することを検証します。 Yueyang Tongtu E-commerce Co., Ltd. では、冗長システムの工場受け入れテストの一環として切り替えテストを行っています。
質問 5: CPU 冗長性と I/O 冗長性の違いは何ですか?
回答: CPU の冗長性により、コントローラの障害が防止されます。 I/O 冗長性により、入力モジュールまたは出力モジュールの障害から保護されます。システムは、I/O 冗長性がなくても CPU 冗長性を持つことができます。この場合、I/O モジュールに障害が発生すると、CPU が正常であってもプロセスが影響を受ける可能性があります。真のバンプレス冗長性を実現するには、CPU と I/O の両方の冗長性が必要になる場合があります。どちらを選択するかは、プロセスの重要性と中断の許容レベルによって異なります。
ABB PLC システムの CPU 冗長性は、ホット スタンバイ動作を通じて高可用性を提供する特定の技術アーキテクチャです。プライマリ CPU とセカンダリ CPU は並行して実行され、重要なデータが継続的に同期されます。プライマリに障害が発生した場合、セカンダリがミリ秒以内に引き継ぎ、最小限の中断でプロセスが続行されます。バンプレス性のレベルは I/O 構成によって異なります。冗長 I/O は中断のない制御を提供しますが、非冗長 I/O はスイッチオーバー中に最後の状態を保持します。購入者にとって、アプリケーションに適切なレベルの冗長性を指定するには、このアーキテクチャを理解することが不可欠です。 Yueyang Tongtu E-commerce Co., Ltd. の工場には、信頼性の高い冗長性を備えた ABB PLC システムを供給するための専門知識と経験があります。当社は、お客様のシステムが可用性要件を満たしていることを確認するために、アプリケーション エンジニアリング、構成、テスト、およびアフターセールス サポートを提供します。
重要なプロセスに新しい制御システムを指定する場合でも、既存のシステムをアップグレードする場合でも、要件について話し合うために当社までお問い合わせください。システム アーキテクチャの推奨事項、製品仕様、テストに関するドキュメントを提供できます。品質と顧客満足に対する当社の取り組みにより、当社は世界中の産業オートメーションの信頼できるパートナーとなっています。
岳陽通図電子商取引株式会社 まで今すぐお問い合わせくださいABB PLC の冗長性要件について話し合い、プロセスが要求する可用性を当社のシステムがどのように提供できるかを確認してください。
