高可靠性Redundant IO 于电力计费系统应用

　　对于一个小家庭来说，所使用电力是向电力公司购买，是属于消费者的角色，所以计费工作一般是交由电力公司来负责；然而对于一个能生产电力的单位来说，它不仅能生产电力供自己使用外，甚至还可以将多余的电力卖给其他用电单位，只有在生产的电力不足时，才需要向电力公司购买，是属于生产者，因此电力使用量的计算对于供电的单位就显得相当重要，因为这关连到买电的成本及卖电的收益。有一个稳定可靠的电力计费系统除了能降低维护的成本外还能确实掌控用电的状况，而泓格iDCS-8000 系列搭配InduSoft 图控即是一个最佳的解决方案。

　　泓格iDCS-8830 产品为支持Modbus/TCP 及Modbus/UDP 冗余型的模块化远端I/O 系统，此系统最多可支持8 个I/O 插槽并支持单一或双重架构，iDCS-8830 并提供了简易的安装方式，使双重架构下的应用更容易维护，也由于iDCS-8830 模块化及高度稳定的特性，搭配图控直观式的画面呈现，也让整个系统更值得倚赖。

　　硬件上有了iDCS-8830 作为冗余的基础，软件上，InduSoft 本身也能提供冗余机制，也让整个系统多了一层防护。InduSoft 作为一款国际主流的组态软件，其丰富的功能、简易的开发界面，即使是没有程式基础的人也能够快速的上手；在网际网络与智慧型行动装置蓬勃发展的现在，InduSoft 在WEB 与行动装置存取（SMA）的应用上更是走在时代的尖端。

　　                                                                   整体架构

　　                                                                   区域一架构

　　                                                                   区域二架构

　　                                                                   区域三架构

　　系统架构

　　依应用现场分布区域来说，整个系统可分为三大区及一中控室，三个区域分别独立运作，而中控室则将三个区域的电表资料收集回来作资料监控、呈现及各装置状态的显示，包含连线状态、冗余状态、I/O 状态等等。而区域一、二两个区域更是将整个冗余机制发挥的淋漓尽致。

　　由下而上的冗余机制

　　以区域一为例，从电表冗余、控制器冗余、网络冗余至iDCS-8000 AO 输出冗余，各别说明如下：

　　电表冗余

　　每颗电表均具有双回路，可供两个控制器( WP-5239-CE7, InduSoft 主机 ) 同时轮询，而同一电力线会有两颗电表同时量测；当主要电表讯号异常时，冗余电表仍能正常的提供资讯。

　　控制器冗余

　　控制器使用两台WP-5239-CE7， 内建InduSoft 运行版，负责将电表所有电力资讯收集回来，当主要电表讯号异常时，主动切换至冗余电表收集资讯。而当主要、冗余电表连线均异常时，有可能是回路一出现故障，则主要控制器会将控制权转移至冗余控制器( 回路二)，当回路一恢复正常时，控制权便转移回主要控制器。

　　控制器除了向电表索取电力资讯外，还负责将部分电力资料转换成4~20mA 对应值，透过Ethernet 输出至iDCS-8000，由iDCS-8000 输出对应的AO 给DCS 设备。


　　iDCS-8000 AO输出冗余

　　iDCS-8830 是由电源、通讯、I/O 模块以及外接端子板组合而成，电源模块部分主要提供绝佳的隔离电源给iDCS-8830 的所有模块使用，通讯模块为上位机与iDCS-8830 的I/O模块的沟通界面，iDCS-8830 的I/O 模块用来截取或控制现场端的设备，端子板为现场讯号到I/O 模块的配线装置。

　　通讯模块为一对以以太网络所组合而成的通讯界面，并支持工业界最常使用的Modbus/TCP 或 Modbus/UDP 的通讯协议，而I/O 部分可设定为8 片单一或4 对双重运作的功能，让系统建置上更为稳定。在iDCS-8830 上的所有模块都具备热拔插，使得模块在替换上变得极为简易，当模块被设定为双重运作时，因具备热插拔的特性，模块在替换时将不会中断系统运作。

　　InduSoft控制器会侦测iDCS-8000 通讯模块(MCU1、MCU2) 的状态， 当MCU1 通讯异常时，控制器会将AO 资料转送给MCU2，而当MCU1 恢复正常时，则转由MCU1 接收AO 资料。

　　网络冗余

　　RS-405/408 系列是泓格科技针对以太网络通讯冗余需求设计，内建Cyber-Ring 冗余技术的网络交换机; 当网络线路发生故障时，Cyber-Ring 机制能自动侦测故障并且启动冗余路径，确保系统正常运作。RS-405/408 系列能强化电缆(copper) 或光纤(Fiber optic)网络冗余能力，双电源输入能支持电力冗余，警报输出接点能连接警报装置， 在电力发生故障时实时发出警报通知维护单位进行故障排除。免电脑安装设计不仅简化安装程序，也降低安装施工与日后维护的复杂度与费用。

　　Cyber-Ring 是泓格科技研发支持环状架构的网络冗余技术，可以在网络中提供一个冗余路径，一般状况下冗余路径处于休眠状态，讯息不会经过冗余路径，当线路断线或故障发生时 Cyber-Ring 冗余技术会在20ms 内侦测到错误。自动唤醒冗余路径取代故障的线路负责网络讯息传递，避免线路故障造成以太网络通讯中断。

　　在本应用中，区域一有两台RS-405，与区域三的RS-408 形成一个环状网络；区域二也有两台RS-405 与区域三的RS-408 也形成一个环状网络，双环状网络确保中控端的InduSoft 主机在任一段的网络毁损时，也能访问到各区域的InduSoft 控制器。

　　结论

　　在此应用中，从下端电表冗余到中继端InduSoft 控制器冗余再到iDCS-8830 AO 输出冗余，最后搭配RS-405/408 建构的环状网络，确保了整个系统的稳定性，也由于冗余的特性，当部分设备或线路出现故障的情形，可以在不影响系统运作的状态下进行维修与维护，这也省去了传统系统在需要停机维修时可能造成的额外成本。