今天，很多工程師對(duì)DCS和PLC的CPU冗余、電源冗余、輸入/輸出模塊冗余、甚至網(wǎng)絡(luò)冗余已經(jīng)有所了解了，它們位于自動(dòng)化系統(tǒng)的1層(Level 1)，見下圖，現(xiàn)在我們來討論一下2層和以上部分的冗余問題。這些部分包括：監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集(SCADA)、制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)和企業(yè)資源計(jì)劃(ERP)等系統(tǒng)。
工業(yè)自動(dòng)化需要高等級(jí)的可靠性，這個(gè)需求擴(kuò)展到計(jì)算硬件和軟件--也具有高可用性。在低層系統(tǒng)，組件使用高可用性設(shè)計(jì)，諸如嵌入式控制器，已經(jīng)有多年的歷史。但今天的人們期望自動(dòng)化系統(tǒng)能執(zhí)行更多的任務(wù)-諸如與后端數(shù)據(jù)庫交換信息-成為不斷集成和智能架構(gòu)的一部分。
比如一家汽車生產(chǎn)商，在安裝安全氣囊時(shí)，需要記錄每個(gè)裝配螺釘?shù)霓D(zhuǎn)矩值，并把這個(gè)信息發(fā)送到公司的數(shù)據(jù)庫。如果這個(gè)數(shù)據(jù)在制造過程中變得不靠譜，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)引起失效，后果會(huì)非常嚴(yán)重。為了在制造過程中找出不能滿足規(guī)范的原因，工廠可能不得不停止生產(chǎn)線，請(qǐng)相關(guān)技術(shù)人員查找問題所在。對(duì)于某些流程行業(yè)，諸如制藥行業(yè)，糟糕的數(shù)據(jù)可能意味著一整批已經(jīng)生產(chǎn)的產(chǎn)品必須廢棄。
因?yàn)樽詣?dòng)化系統(tǒng)要做很多的事情，所以系統(tǒng)變得非常復(fù)雜。公司必須經(jīng)常對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估，發(fā)現(xiàn)問題所在，找出提高效率方法，在計(jì)算架構(gòu)中建立高可靠性和高可用性的冗余是減少停機(jī)時(shí)間、提高整體生產(chǎn)率的方法之一。
建立高可用性
為了找到在一個(gè)系統(tǒng)中需要的冗余點(diǎn)，最好從有軟件環(huán)境的高層開始。考查高層子系統(tǒng)，諸如數(shù)據(jù)庫和管控臺(tái)，對(duì)需要高可用性的地方進(jìn)行優(yōu)先排序。如果一個(gè)特定的子系統(tǒng)需要連續(xù)的信息更新，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)對(duì)這個(gè)子系統(tǒng)而言，應(yīng)該具有高可用屬性。相反，管控臺(tái)為操作員提供人機(jī)界面，能夠與現(xiàn)場(chǎng)信息互動(dòng)，反應(yīng)速度不是很快，所以不需要最高的可用性。
下一步是對(duì)多個(gè)子系統(tǒng)制定不同可用性等級(jí)的策略。如果某個(gè)數(shù)據(jù)庫必須要高可用性，并且由多個(gè)服務(wù)器支持，功能怎樣分布到各服務(wù)器-特別是如果其中的一臺(tái)失效了怎么辦?這些都是策略要考慮的問題。對(duì)服務(wù)器實(shí)施高可用性有幾種可選方法，包括軟件和硬件的解決方案。
在軟件領(lǐng)域，市場(chǎng)銷售的操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫很多都包含了群件功能，這意味著在集群機(jī)器中，能夠?qū)崿F(xiàn)從失效節(jié)點(diǎn)到不同節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)切換。很多虛擬化產(chǎn)品也具有這樣的切換能力，這個(gè)功能能使企業(yè)快速啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，執(zhí)行備份解決方案，自動(dòng)調(diào)出新的虛擬實(shí)例，這是在配置時(shí)事先要完成的特定角色。
虛擬化允許不同類型的軟件棧使用統(tǒng)一的方法管理，這在老子系統(tǒng)和新子系統(tǒng)需要共存的情況下，是非常適合的。當(dāng)失效發(fā)生時(shí)，同類系統(tǒng)的單一應(yīng)用框架能夠把需要的預(yù)備應(yīng)用切到一個(gè)新服務(wù)器上。
這些解決方案的每個(gè)性能都不一樣，差別巨大。一個(gè)全部冗余的硬件集群方案僅需要1秒或2秒完成切換，而由一個(gè)應(yīng)用容器檢查到問題，然后轉(zhuǎn)移至一個(gè)新服務(wù)器可能需要30秒。選擇方案是否能滿足響應(yīng)要求在設(shè)計(jì)階段是非常關(guān)鍵的，因?yàn)橐淖円粋€(gè)冗余的架構(gòu)層，可能需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)重新設(shè)計(jì)一次。
要注意的是，在集群的子系統(tǒng)內(nèi)操作時(shí)，需要堅(jiān)持一些原則，諸如最小化狀態(tài)和無擾動(dòng)切換。有可能的話，使服務(wù)中的狀態(tài)信息最小化，并存放在公共存儲(chǔ)器中。對(duì)于不能完全轉(zhuǎn)移到公共存儲(chǔ)器的信息，非易失性存儲(chǔ)結(jié)合一種復(fù)制策略，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)失效的影響最小化。
當(dāng)一個(gè)托管數(shù)據(jù)庫實(shí)例系統(tǒng)停機(jī)時(shí)，他可能處于最后交易的一半寫狀態(tài)。當(dāng)新節(jié)點(diǎn)接入后，方案應(yīng)設(shè)計(jì)成能夠滾動(dòng)返回操作，已交易部分應(yīng)避免重復(fù)輸入，不然會(huì)使記錄的不正確率增高。錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的影響可能是災(zāi)難性的。如果不能找到制藥生產(chǎn)過程的正確歷史，制造商可能不得不召回一整批次產(chǎn)品，價(jià)值可能有幾百萬美元。
配置硬件冗余
