In der modernen industriellen Automatisierung verlassen sich verteilte Steuerungssysteme (DCS) auf Redundanz, um einen unterbrechungsfreien Anlagenbetrieb zu gewährleisten. Redundante Steuerungen übernehmen automatisch, wenn die Hauptsteuerung ausfällt, und sorgen so für Sicherheit und eine konsistente Steuerung. Dieser Artikel erklärt den Mechanismus hinter redundanten Steuerungen und hebt deren Bedeutung in der Fabrikautomatisierung hervor.

Verständnis redundanter Steuerungen in DCS

Redundante Steuerungen werden typischerweise in Feldsteuerstationen (FCS) mit duplexen Prozessorkarten-Konfigurationen eingesetzt. Eine Prozessorkarte arbeitet als aktive (Haupt-) Steuerung, während die andere im Standby-Modus verbleibt. Beide Karten führen Steuerungsberechnungen durch und teilen sich Eingänge und Ausgänge, was einen nahtlosen Betrieb bei Umschaltvorgängen ermöglicht.

Autoreneinblick: Der Einsatz duplexer Prozessorkarten erhöht die Systemzuverlässigkeit, insbesondere in kritischen Anwendungen wie Chemieanlagen, Energieerzeugung und Öl- & Gas-Anlagen.

Wie Prozessorkarten Berechnungen durchführen

Jede Prozessorkarte kann zwei Sub-CPUs enthalten, die gleichzeitig dieselbe Steuerungslogik ausführen. Ein Vergleichsmodul überwacht die Berechnungsergebnisse der Sub-CPUs in jedem Zyklus. Stimmen die Ergebnisse überein, läuft das System normal weiter. Treten Abweichungen auf, stoppt die betroffene Karte, um fehlerhafte Steuerungsaktionen zu verhindern.

Expertenhinweis: Diese Dual-CPU-Architektur ist Standard in hochzuverlässigen DCS-Designs und gewährleistet die Fehlererkennung in der frühesten Phase.

Automatischer Umschaltvorgang auf die Standby-Steuerung

Wenn die aktive Prozessorkarte ausfällt, schaltet das System sofort auf die Standby-Karte um. Dieser Vorgang erfolgt nahtlos und verhindert jegliche Unterbrechung der Überwachung oder Steuerung der Anlage. Alle Echtzeitoperationen, einschließlich PLC-gesteuerter Aktoren, Sensoren und DCS-Regelkreise, laufen ohne Ausfallzeit weiter.

Autoreneinblick: Neben der Vermeidung von Ausfallzeiten schützt der automatische Umschaltvorgang kritische Prozesse und stärkt das Vertrauen der Bediener in die Steuerungssysteme.

Vorteile redundanter Steuerungen in der Industrieautomatisierung

Redundante Steuerungen verbessern die Anlagensicherheit, Systemzuverlässigkeit und Betriebseffizienz. Sie verringern Risiken von Produktionsausfällen, Geräteschäden und Sicherheitsvorfällen. Zudem gewährleistet Redundanz die Einhaltung von Industriestandards wie IEC 61511 für sicherheitsgerichtete Systeme und ISA-95 für Automatisierungsintegration.

Autoreneinblick: Die Investition in redundante Steuerungsarchitekturen ist langfristig kosteneffektiv, insbesondere für wertvolle Anlagen und komplexe Fabrikautomatisierungsprozesse.

Praktische Anwendungen und Lösungsszenarien

• Chemieanlagen: Gewährleistet die kontinuierliche Steuerung kritischer Reaktionen, selbst wenn eine Steuerung ausfällt

• Energieerzeugung: Ermöglicht die unterbrechungsfreie Überwachung und Regelung von Turbinen und Generatoren

• Öl & Gas: Unterstützt sichere Abläufe in entfernten Verarbeitungseinheiten mit hochzuverlässigen PLC/DCS-Systemen

• Intelligente Fertigung: Integriert sich in automatisierte Produktionslinien, um den Durchsatz bei Steuerungsausfällen aufrechtzuerhalten

Autoreneinblick: Redundante Steuerungen werden zunehmend mit modernen industriellen IoT-Plattformen für vorausschauende Wartung und Echtzeitdiagnosen integriert.