TwinCAT Controller Redundancy 产品专访
发表于《P&A International》2022 年 7 月刊上，出版商：www.industr.com，publish-industry Verlag，德国
本次采访由来自 P&A 的 Christian Vilsbeck 与 Jessica Bischoff 主持
控制系统故障会带来严重后果，尤其是在流程工业中。因此必须在一些关键过程中强制使用冗余系统，哪怕它们实施起来通常都很复杂并且价格不菲。倍福 TwinCAT 产品经理 Henning Mersch 博士在接受 P&A 采访时解释了目前如何通过冗余控制技术实现安全最大化。
Mersch 博士，倍福的冗余解决方案不是已经存在了很多年了吗？
是的，没错，但直到现在，我们仍然关注现场总线层面的问题。简单地说，如果控制器和实际的现场总线组件之间的电缆由于断裂、机械损坏或接触不良而不再能够正确传输数据，我们就可以通过 EtherCAT 使用第二条电缆实现冗余通信。现在，我们又更进了一步，让我们的 TwinCAT 控制器本身具有冗余性。如果由于过于恶劣的环境影响、意外的机械应力、甚至是技术缺陷而导致出现故障，第二个控制器可以无缝介入并接管。
能否简要概述一下新的 TwinCAT Controller Redundancy 解决方案的功能？
当然可以！我们的控制器冗余技术基于两个运行有相同程序的控制器。这意味着每一个控制器上都有对方控制器的对称镜像，而且这些镜像必须以绝对同步的方式执行。由于一般无法准确地确定控制器何时以及是否会发生故障，因此，第二个控制器必须始终准备好接管过程控制以及所有重要的当前进程值。这就需要两个控制器之间有一个数据的连接和交互。这是整个市场的一个相当标准的要求，我们的竞争对手依托的也是相同的基础。而我们的解决方案的特别之处在于，我们使用普通的以太网接口，因此无需使用专门的硬件组件实现控制器之间的同步，这与我们的竞争对手很不相同。我们在 TwinCAT 控制器方面取得的技术进步意味着我们的控制器已经标配用于实现实时同步的千兆网络接口。然后是控制器在现场总线层面的通信。为此，每个控制器都配备我们的 CU2508 实时以太网端口扩展模块，并用连接电缆连接这些端口。如果两个控制器之间的数据链路出现故障，我们需要确保每一边都能够确定另一个控制器是否出现故障，或者只是数据链路出现故障。我们通过这两个 CU2508 之间的第二条通信通道进一步实现这一目标，从而能够提供额外的安全保障。从 CU2508 向下连接 EtherCAT 总线耦合器及总线端子模块，在 EtherCAT 总线上还可以实现总线的线缆冗余。
通过以太网同步两个控制器有特殊要求吗？你们已经开发了自己的同步协议来满足这些需求吗？
当然，这是一个独立的协议。它与 EtherCAT 也没有多少共同之处，因为我们在那里要传输的是完全不同的数据。在两个控制器之间的这种横向通信中，不仅要尽可能快地传输过程镜像，而且还要以高度优化的数据包来提供通信服务。这是让另一侧控制器也能再次快速、实时地处理数据的唯一方法。为了通过以太网满足这一要求，我们不得不开发一种新的同步协议。
TwinCAT Controller Redundancy 实际上有一个主系统和辅助系统吗？还是说该解决方案会自动处理这个问题？
客户反馈以及我们自己的经验表明，让客户自己做决定是最有意义的。比如在调试系统等最基本的应用中，可能会有很多不同的情况。一个控制器被定义为控制操作中的主系统，使其成为主动元件，而辅助系统在后台被动发挥作用。在过程控制技术中，常常会为实现控制目的进行常规切换，例如采用冗余设计的泵。而这正是我们的控制器冗余发挥作用的地方。因此，用户可以随时安全地测试出一个关键的故障点，而不会因此引出其他的故障。
你们的 TwinCAT Controller Redundancy 在实际上是完全基于软件的吗？还是必须调整控制器硬件？
是的，这个解决方案是一个货真价实的软件产品，因而 TwinCAT Controller Redundancy 在价格上极具吸引力。但正如我前面提到的，我们使用 CU2508 实时以太网端口扩展模块作为额外的硬件，而这款产品已经存在很长时间了，并不是专为此目的而开发的。
我们现在不仅可以确保控制器之间的冗余，而且还可以确保现场总线层级的冗余。但在出现严重缺陷的情况下，控制器如何与上位系统通信呢？
我们的上层通信接口提供了一个带 TwinCAT Controller Redundancy 的虚拟冗余地址。上位系统总是利用这个接口与正在运行的系统自动通信，而不显示它是主控还是辅控。我们还能够通过两个控制器的真实地址进行寻址。这对于诊断程序来说是必要的，例如，如果他们想要检查冗余解决方案的状态时。另一个新的功能特点是，我们的 TwinCAT 控制器还可以通过两个采用冗余设计的以太网网络，使用并行冗余协议（PRP）与上位系统通信。因此每台工业 PC 都有两个独立的网络接口。因而用户也可以在控制层以上实现冗余，然后自动支持我们的控制器。
最后，对于想要了解倍福冗余解决方案的优势的客户，你想说些什么呢？
倍福基于 PC 的控制系统仍然提供开放性非常强的接口，以及两个控制器之间的保护。与完全封闭的冗余系统不同，倍福解决方案可以在控制器上轻松运行客户程序。因此，我们提供了一个十分特别的控制器冗余解决方案，它让冗余控制更适用于通常的应用，实用性更强。同时，我们的控制器搭载的最新的处理器使得它们的运算能力远远地超过了我们在冗余控制领域的竞争对手。