基于SCADA系统的冗余模型可靠性分析

基于SC A D A 系统的冗余模型可靠性分析
R el i abi l i t y A nal ys i s of R edundant M odelB as ed on SC A D A Sys t em
孙威SU N W ei
(辽宁轨道交通职业学院,沈阳110023)
(G ui daoj i aot ong Pol yt echni c I ns t i t ut e ,Shenyang 110023,Chi na )
摘要:SCA D A 系统冗余配置是长输管道监测保护的常见形式。

本文以可靠性理论为背景,建立了二模冗余系统的可靠度稳定性
模型[1]。

以此模型对实践中的冗余配置系统进行分析比较,无论是串-并联或并-串联组合,系统稳定安全性都增加。

A bs t ract :The r edundantconf i gur at i on ofSCA D A sys t em i s a com m on f or m ofl ong-di st ance pi pel i ne m oni t or i ng and pr ot ect i on.Bas ed on t he r el i abi l i t y t heor y,t hi s paper es t abl i shes t he r el i abi l i t y s t abi l i t y m odel of t he t wo-m odul e r edundant s yst em.Thi s m odel anal yz es and com par es t he r edundantconf i gur at i on s ys t em s i n pr act i ce.W het her i ti s a s er i es -par al l elor a par al l el -ser i es com bi nat i on,t he s t abi l i t y oft he s ys t em i ncr eas es.
关键词:SCA D A ;冗余系统;可靠性K ey w ords :SCA D A ;r edundants ys t em ;r el i abi l i t y 中图分类号:TE832文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2019)05-0146-04
0引言
基于SCA D A 系统的高可靠性需求,系统硬件设备繁多,冗余技术就是系统稳定的关键因素[2]。

本文从现场实践提出二模冗余系统可以提高平均无故障时间M TBF 和故障间隔时间。

1S C A D A 冗余系统配置搭建
输气管道SCA D A 系统包括:站控系统-SCS 、R TU 和
连接通信系统,根据系统大小,具体要求,可设置备用调度中心-D D C 等[3]。

经前期工程运行情况,二期工程的SCS 都采用冗余配置,如图1所示。

LA N 是由连接工业计算机或工作)的PLC 或R TU 构成。

其中,PLC 、R TU 、站控计算机都是冗余配置;LA N 连接到通讯站的通信设备,并与另一个冗余局域网通信[7]。

SCA D A 系统冗余配置是长输管道SCS 硬件组成如表1所示。

二模冗余是基于冗余架构的。

如图2所示。

服务器、通信、控制器等SCS 内系统都实现冗余。

不同于热备份,二模冗余可以执行一样工作或执行不同的项目,使资源更加合理分配。

2可靠性数学模型
假定在时间间隔内,系统可靠得概率,表示为
:
(1)
式中N ———样品数;S ———残留样品数;t ———时间。

反之不可靠度,表示为
:
(2)
式中F ———失效样品数。

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—作者简介:孙威(1986-),男,辽宁沈阳人,讲师,硕士研究生,研究
方向为电气工程及自动化。

图1典型SC S 站SC A D A
配置图
表1SC S 硬件配置
硬件公司型号
PLC ESD R TU 服务器/操作员站串口服务器打印机交换机路由器U PS
A B H oneywel l BB D ELL M O X A H P H i r s chm ann Ci s co 山特
Cont r ol l ogi x 系列Saf et y M anager Cont r ol wave M i r co D el lT5500N Por t5630H P5200M S20系列Ci s co 28112000V A
图2冗余服务器
. All Rights Reserved.
由式(1)和式(2)可知
:
(3
)
(4)
正常状态下,失效率中间曲线部分是常数,用λ表示。

失效率Z (t )可表示
:
(5)将式(4)和式(5)代入(1)并求导,可得到
:
(6)对其两边积分有
:
(7)当t =0时,R (t )=R (0)=1,得到可靠度的表达式
:
(8)当λt很小时,上式可近似为
:
(9)
如果设备的失效率为λi ,一共有n 种设备,则即SCA -
D A 系统的所有设备失效率之和λs 为
:
(10)
系统可靠度的寿命特征也是评判系统可靠度的标准之一。

在可维修范围内,系统的平均寿命M TBF ,表示系统
平均无故障运行时间。

M TBF 可通过积分得到
:
(11)
2.1串联系统的可靠性模型
大型工程系统由多个子系统构成。

假设第i个子系统t时刻的可靠度为R i (t
),如图3所示。

子系统是独立的,则系统的可靠度为R s (t
)为
:(12)
串联可靠性系统与串联电路原理一致,全程不能有故障,所以:
0<R i <1(当t >0时)R s (t )<R i (t
)(i =1,2,3,…n )(13)上述结论得出,串联系统可靠度较低。

当
时,式(12)可以改写为
:
(14)系统的总失效率λs 为
:
(15)
各子系统失效率之和就是λs 。

平均无故障运行时间为
:
(16)
这导致各子系统的可靠度均相等,即
:
(17
)
(18)
从上面可得,串联可靠性系统是非冗余性的系统,任
何一个分系统出错,系统都会失灵[5]。

2.2并联系统的可靠性模型
并联系统中特征是子系统只要一个能满足条件,整个系统就能运行。

并联系统由n 个子系统组成,第i个子系统的可靠度为R i (t
),如图4所示。

并联系统的可靠性模型在于系统稳定。

因此,计算系统的可靠度应从子系统λi 开始。

系统可靠度R s (t
)为:因此,
(19)
综上,当n 个子系统的R i (t
)相等时,即(20)
系统M TBF 比子系统提高
倍。

图3
模块串联可靠性模型
图4n 模并联可靠性框图
. All Rights Reserved.
2.3二模系统可靠性模型2.
3.1串-并联可靠性系统
设该系统第i支路第j环节的模块可靠度为R i j (t ),则该系统的可靠度为
:
(21)
如图5所示,串-并联可靠性系统每个子系统由n 部件串联再并联构成。

如果各模块可靠度相等,即
:
(22)
2.3.2并-串联可靠性系统
并-串联可靠性系统有m *n 个模块。

每个模块是并联
的,n 子系统是串联。

系统可靠度为
:
(23)
如果各模块可靠度相等,即
:
由:(24)
两种组合模式结果:使用相同的模块及模块相同情况下,系统可靠度也异同。

3冗余设计方式
硬件冗余:硬盘冗余,CU P 冗余。

分别用在服务器和用在PLC 。

此冗余基于同一个机器结构中的同一组组件,同时执行相同的工作。

软件冗余:判断结果是否准确后,按预定策略或多数表决的方法,在软件中执行功能或任务。

设计多个程序且功能相同的情况下,随机选择执行。

系统冗余:配置多个相同的系统。

它需要SCA D A 硬件、操作系统、应用软件都为多套。

SCA D A 一般配有两套相同的系统,体现冗余属性。

4应用分析与总结
根据前期比较可得,SCS 系统中各个设备改为冗余配置。

三方设备将现场参数收集到服务器上为冗余配置[1]。

为了保证数据收集和传输,设置的数据服务器也是冗余配置。

操作员工作站是链路冗余[6]。

由于SCS 到D D C 通信线路成本高。

因此,在实际中采用了二模式并-串-并冗余方案[7],图7所示。

图5
串-并联可靠性框图
图6
并-串联可靠性模型
图7
并-串-并冗余方案
图8串-并联系统可靠性
图9
并-串联系统可靠性
. All Rights Reserved.
通过现场实践和对参数的设置,得到实验效果,如图
8和图9所示。

通过冗余算法可靠度得,二模系统不是并-串联系统,也不是的串-并联,因此,在混合系统计算成并-串联或串-并联系统前,通常将混合系统进行分解。

在一定程度上,采用并-串-并冗余设计达到了冗余效果和降低成本。

参考文献:[1]孙威.站控天然气管道SCA D A 系统的改进设计及应用[D ].辽宁工程技术大学,2012.
[2]吴作明.工控组态软件与PLC 应用技术[M ].北京:北京航
空航天大学出版社,2007.
[3]Logi x5550控制器通用程序手册[M ].罗克韦尔自动化公司,2006.
[4]胡永新.大庆-哈尔滨天然气管道工程可行性研究[D ].中国石油大学(华东),2009.
[5]冯立,王良勇,钱晓龙,冗余控制系统的原理及性能优化,仪器仪表学报,2003,24(4):334-336.
[6]何信,孟凡强.冗余方案在长输管道SCA D A 系统中的应用[J ].油气储运,2001(6).
[7]高岚.长输管道SCA D A 系统容错机制[J ].工业控制计算机,2004(8).
0引言
拥有9亿月活跃用户的微信是众多社交A PP 的领跑者,它的每一次功能升级和服务创新,都直接牵动着亿万
用户的使用体验乃至生活方式,也一次次改变着内容生产、创意营销、消费支付等几乎所有的互联网业态。

微信小程序在市场的驱动下应运而生,它无需下载安装,并且自带推广功能,提高了用户的工作效率,大大地方便了用户的生活,此外微信小程序更容易在用户之间传播,有着极高的传播速度,这也是其他产品无法比拟的优势[1]。

基于此,我们将微信小程序的特点与图书馆图书信息相结合,极大的方便了用户的图书检索,节约寻找书本的时间,在拥有检索书本的同时还兼备豆瓣图书信息的搜索,使得用户对图书的内容以及图书作者的详细更加了解,通过分析微信小程序与图书馆服务理念的契合之处,进行了图书馆微信小程序的产品设计。

最终该项目获批国家级大学生创新创业项目。

1系统设计1.1系统功能模块设计主要分为三个模块(图书检索、图书阅览、个人中心)的流程图,其中图书检索和图书检索流程相似,只是搜索的结果集不同,所以在流程图中以图书检索为例,就不赘述图书阅览的流程图了。

在图书检索功能模块下用可以搜索查询自己所需要的图书信息,在网络良好情况下,会给用户返回查询到的图书信息,用户可以通过点击操作继续查看图书的馆藏情况,通过对馆藏情况的了解,用户可以选择是否借阅该本书,极大的方便了读者在不了解图书馆藏情况的找书时间[2]。

具体图书检索的流程框图如图1。

在个人中心模块用户在进入个人中心模块,首先是登录页面,在用户输入了正确的用户名和密码后跳转到个人中心页面,用户在登录之后可以查看自己的个人信息和当前借阅的图书,可以通过登录自己的账号查看应归还日期,避免了用户因为不知道归还图书的日期而超期。

具体的登录框图如图2。

1.2后端架构设计
后端设计主要是api的设计,对于本课题后端架构如
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—基金项目:国家级大学生创新创业项目,编号:201710702035。

作者简介:郑朝元(1997-),男,河南洛阳人,现就读于西安工业
大学,本科生,理学院数学与应用数学专业。

“掌上图书馆”系统的研究与开发
R es earch and D evel opm ent of "H and-hel d L i brary"Sys t em
郑朝元Z H E N G C hao-yuan ;时华SH I H ua ;武俞汝W U Y u-ru ;查文彬Z H A W en-bi n
(西安工业大学理学院,西安710021)
(Col l ege ofSci ence ,X i 'an Technol ogi calU ni ver s i t y ,X i 'an 710021,Chi na )
摘要:近年来小程序的使用场景不断增多,用户使用小程序的时长也逐月增多,小程序的出现大大方便了人们的生活。

为了让同
学们在借阅图书时,在手机端小程序就能了解学校图书馆馆藏信息,快速定位书籍位置,了解书籍简介内容,节省借阅时间,项目组设计并开发了一款“掌上图书馆”小程序。

小程序主要包括图书检索、图书阅览、个人中心三个模块,设计上使用Spr i ngBoot作为主要框架,利用J ava 的H TM L 解析器j soup 爬取小程序所需的数据,对用户登录后进行数据抓取,最后设计小程序的界面并进行测试,检验系统的功能,完成小程序的发布。

A bst ract :I n r ecentyear s,t he us age s cenes ofM i niPr ogr am s have been i ncr eas i ng,and t he dur at i on ofus er s us i ng M i niPr ogr am s has al s o i ncr eas ed m ont h by m ont h.The appear ance of M i ni Pr ogr am s has gr eat l y f aci l i t at ed peopl e's l i ves.I n or der t o under s t and t he s chool l i br ar y col l ect i on i nf or m at i on,qui ckl y l ocat e t he l ocat i on of books ,under s t and t he cont ent s of books ,s ave bor r owi ng t i m e on t he m obi l e phone M i ni Pr ogr am s when t he s t udent bor r ow books ,t he pr oj ect t eam des i gned and devel oped a "hand-hel d l i br ar y"M i ni Pr ogr am s .Thi s M i ni Pr ogr am s m ai nl y i ncl udes t hr ee m odul es :book r et r i eval ,book r eadi ng and per sonal cent er .The des i gn us es Spr i ngBoot as t he m ai n f r am e,and us es J ava's H TM L par s er j soup cr awl s dat a needed by M i ni Pr ogr am s ,and t he dat a i s f et ched af t er t he user l ogs i n.Fi nal l y,we des i gn t he i nt er f ace ofM i niPr ogr am s and t esti t ,ver i f y t he f unct i on oft he s yst em ,and com pl et e t he r el eas e ofM i niPr ogr am s .
关键词:微信小程序;Spr i ngBoot ;解析器K ey w ords :M i niPr ogr am s ;Spr i ngBoot ;Par s er 中图分类号:TP391.3文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2019)05-0149-04
. All Rights Reserved.。