什么叫冗余度的概念，什么叫冗余度

很多朋友对什么叫冗余度的概念，什么叫冗余度不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

冗余是从安全角度考虑的一个额外的量，是保证仪器、设备或某项工作在非正常情况下能正常运行。网络传输的冗余性在数据传输中，由于衰减或干扰，数据编码会突然发生变化。这时候就需要提高数据码的抗干扰能力。这就需要在原二进制码的基础上增加几个二进制码的长度，使对应的数据有一定的冗余，也叫冗余。

简单来说，冗余的概念就是从安全的角度考虑一个额外的量，就是保证仪器、设备或者某项工作在非正常情况下的正常运行。目前，冗余的思想和理论应用于大多数现代产品和工程设计中。在许多医疗单位，药品和卫生材料的库存不足。在紧急情况下，会造成短缺，引起物价上涨，影响社会稳定。

在我们医院，因为所有费用都与经济效益挂钩，医疗设备和其他卫生设备的冗余度不够，只能按照平时的正常运转来设置，甚至有的都没有做到。在紧急情况下，这种设备严重不足。

冗余，通俗地说就是数据的重复。数据集中重复的数据称为数据冗余。在地理信息系统中，数据冗余的计算公式是R=1-(Q/mn)，其中Q是相邻属性值变化的累加，m是行数，n是桥冗余的定义和内涵。

以一座四跨连接钢板桥的破坏过程为例进行研究，发现桥梁局部桥墩破坏桥梁本身后，桥梁仍能稳定10分钟。然而，美国俄亥俄州I-275大桥突然结构倒塌的原因有很多，但都集中在桥梁的冗余上。冗余设计往往导致有结构支撑约束反力的桥梁出现结构自由的现象，也成为超净结构。一般来说，结构设计中多余的结构约束力称为冗余。

冗余约束的存在是保证结构在连接失效或部分约束下整体稳定的重要因素。这说明桥梁冗余是一种承载能力和强度储备，在桥梁部分结构损坏时，桥梁整体结构仍能承受一定的荷载。

冗余技术冗余技术概述：冗余技术就是增加冗余设备，保证系统更加可靠、安全地工作。冗余可以以各种方式分类。冗余按其在系统中的位置可分为组件级、部件级和系统级。根据冗余程度，可分为1:1冗余、1:2冗余、1:n冗余等。

随着元器件可靠性的不断提高，与其他形式的冗余相比，1:1元器件级热冗余是一种有效、相对简单、灵活的冗余技术，如I/O卡冗余、电源冗余、主控制器冗余等。因此，目前国内外主流过程控制系统大多采用这种方法。当然，在一些局部设计中，也有使用组件级或多种冗余方式组合的成功例子。

控制系统冗余设计的目的：系统的运行不受局部故障的影响，故障元件的维修对整个系统的功能实现没有影响，可以实现在线维修，使故障元件得到及时修复。

冗余设计会增加系统设计的难度，冗余配置会增加用户系统的投资。然而，这种投资将带来系统的可靠性，这将提高整个用户系统的平均故障间隔时间(MTBF)和缩短平均故障修复时间(MTTR)。因此，冗余对于应用于重要场合的控制系统是非常必要的。

与单个组件相比，由两个组件(互为冗余)组成的并行系统的平均故障间隔时间为1.5倍。系统的可用性指标可以简单地用两个参数来描述，一个是平均无故障时间(MTBF)，另一个是平均修复时间(MTBR)。系统的可用度可以表示为：系统可用度==MTBF/(MTBF MTBR)当可用度达到99.999%时，系统每年停止服务的时间只有6分钟。冗余现实利用控制系统冗余的关键技术

冗余是一种先进的可靠性设计技术。1:1热冗余，即所谓的双重性，是有效的冗余方式之一，但不是简单的两个部件并行运行，而是需要硬件、软件、通信等多方面的配合。通常包括以下技术点：1)信息同步技术。

这是实现工作部件和备用部件之间无扰切换技术的前提。只有根据实时控制的要求进行高速有效的信息同步，保证工作部件和备用部件协调工作，才能实现冗余部件之间的无扰切换。

在热备模式下，其中一个处于工作状态(工作卡)，实现数据采集、操作、控制输出、网络通信等功能。另一个块处于备用状态(备用卡)，实时跟踪工作卡的内控状态(即状态同步)。

工作/备用卡之间的正/反逻辑是互斥的，即一个是工作卡，另一个必须是备用卡；而且两者之间还有冗余的控制电路(也称工作/备用控制电路)和信息通信电路，以协调两个卡的同时有序运行，保证外部输入输出特性的同一性，即对于用户来说，可以认为只有一个元件。通常，在设计中，工作和备用组件之间使用高速冗余通信通道。

(串行或并行)实现运行状态互检和控制状态同步(如组态信息、输出阀位、控制参数等。).2)故障检测技术

为了保证系统冗余部分在出现故障时能及时投入运行，需要有高精度的在线故障检测技术来实现故障发现、故障定位、故障隔离和故障报警。故障检测包括电源、微处理器、数据通信链路、数据总线和I/O状态。其中，故障诊断包括故障自诊断和故障互检(工作卡和备用卡之间的互检)3)故障仲裁技术和切换技术。

准确及时地发现故障后，需要及时确定故障的位置和分析故障的严重程度，依靠前面提到的冗余控制电路对工作和备用的故障状态进行分析、比较和仲裁，以确定是否需要在工作和备用之间进行状态切换。将控制切换到冗余备件也必须快速、安全且不受干扰。

当工作组件出现故障(电源故障、复位、软件故障、硬件故障等)时。)或者工作部件的故障比备用部件的故障更严重，备用部件必须快速、无扰动地接管工作部件的所有控制任务，对现场控制没有任何影响。同时要求切换时间在毫秒级甚至微秒级，这样外部控制对象才不会因为这个部件的故障而失控或者检测信息失效。

此外，还需要尽快通过网络通讯或本地LED显示屏报警，告知用户故障部件和故障情况，以便及时维修。

4)热插拔技术

为了保证容错系统的高可靠性，需要最小化系统的平均修复时间MTBR。要做到这一点，就要在设计上努力提高机组的独立性、可修复性和故障可维护性。故障元件的在线维护和更换也是冗余技术的重要组成部分，是实现控制系统故障元件快速修复技术的关键。组件的热插拔功能可以在不中断系统正常控制功能的情况下添加或更换组件，使系统能够平稳运行。

5)在故障隔离技术的冗余设计中，必须考虑工作部件和备用部件之间的故障尽量不相互影响或者影响的概率相当小(0.01%)，这样才能认为故障是隔离的。这样可以保证冗余工作部件或其他相关部件在备件失效时不会影响正常工作，保证冗余的有效性。

冗余技术在控制系统中的应用分析通过对控制系统冗余原理和方法的具体分析，可以看出系统的可用性很大程度上取决于那些MTBF值较低的部件，如主控卡、网络、电源、通信转发卡等。系统设计中关键部件的冗余设计可以大大提高系统的可用性。先说中控？JX-300X？举个例子来分析冗余的实现。

SUPCONJX-300X集散控制系统[1]各部件的冗余实现了从电源、主控制器、过程控制网络到I/O卡的冗余。JX-300X DCS采用全智能化、数字化设计，并在此基础上成功实现了上述板卡热插拔、故障诊断、信息同步等技术。该系统采用典型控制系统的三层模型，每层可冗余配置，各层冗余连接。

也就是说，冗余过程控制网络(SCnet)和冗余现场I/O总线(SBUS)是整个系统中高可靠的连接通道，系统中各部件的操作和部件之间的点对点连接可以是冗余的。

根据控制系统中各部件的功能定位不同，具体方法也不同，具体策略有：1)主控制卡冗余。

主控制卡是整个系统的核心控制单元，完成系统的控制任务。冗余技术的所有设计要点在这里都得到了充分的应用。两个冗余主控制卡的软件和硬件是相同的，它们执行相同的系统软件和应用程序。在工作/备用冗余逻辑电路的控制下，其中一个运行在工作状态(工作卡)，另一个运行在备用状态(备用卡)，如图2所示。

工作卡和备用卡之间有共用的冗余逻辑控制电路和专用的高速对等冗余通信通道，还可以通过I/O总线和过程控制网络进行信息交互或故障诊断。冗余主控制卡可以访问I/O和过程控制网络。在待机模式下，主控制卡执行诊断程序，监控工作卡的状态，并通过定期查询工作卡中的数据存储器来接收工作卡发送的实时控制操作信息。

备用处理器可以随时保存最新的控制数据，保证工作和备用的无扰切换，但工作模式下的主控卡对实时过程信息的控制、输出和发布起着决定性的作用(有话语权)。冗余技术的关键是实现信息同步，信息同步的最终目的是实现冗余组件之间的无扰切换。我们将信息同步方法分为“自然同步”和“强制同步”。

两个冗余的主控卡作为一个整体与外界交换信息(网络通信，I/O通信？)，将输入的信息共享到这个整体中，这就是冗余组件的同一性(也称奇点)。工卡对外输出信息时，主动代表整体说话，即冗余协同。一般来说，对于用户和外部控制对象来说，两个互为冗余的部件可以看作一个整体。

为了确保两个互为冗余的卡对外部信息(I/O通信和网络通信)具有同等的访问权限，冗余组件具有相同的通信接口，以确保卡中输入信息的一致性。两个冗余卡具有它们自己的通信信道，因此只要在两个通信信道上同时传输相同的输入信息，两个卡就可以获得相同的信息。这种借助于外部设备的输入信息的同步被称为“自然同步”。

“自然同步”发生在冗余系统和外部设备之间。工作卡主动，代表整体说话，通过冗余通信将各种状态信息传递给备用卡，实现控制任务的同步，称为“强制同步”。“强制同步”通过冗余通信使备用卡的内部控制状态与工作卡保持一致，冗余通信发生在相互冗余的卡之间。根据变量特性的不同，具体的同步方法也不同。

2)供电系统冗余。

电源是整个控制系统正常工作的动力源。一旦电源单元发生故障，往往会中断整个控制系统，造成严重后果。为了使控制系统长期安全、可靠、稳定地运行，首先必须保证稳定的供电。JX-300X DCS采用热插拔冗余电源。正常工作时，每个电源输出一半功率，使每个电源工作在轻载状态，有利于电源的稳定工作。

当其中一台发生故障，短时由另一台接替其工作，并报警。设计为可热插拔的冗余电源，这样系统维护时可以在不影响系统正常运行的情况下更换故障的电源。

3）网络系统冗余。

采用冗余网卡和冗余网络接口。正常工作时，冗余的两条数据高速通路同时并行运行，自动分摊网络流量，并考虑了负载均衡的冗余设计，使系统网络通信带宽提高。当其中一路故障（网卡损坏或出现线路故障）时，另一路自动地承担全部通信负载，保证通信的正常进行。

4）冷却系统冗余。

利用控制柜内可自动切换的冗余风扇，对风扇和机柜内温度进行实时监测，发现工作风扇故障或柜内温度过高时都会自动报警，并自动启动备用风扇。

5）信息冗余。

除了硬件部件的冗余，JX-300X型DCS还采用了信息冗余技术，这也是提高系统可靠性的一个重要手段。信息冗余技术是指在通信过程中或存放组态信息（重要信息）时，利用增加的多余信息位提供检错甚至纠错的能力。该系统中SBUS总线通讯和SCnet控制网络都采用循环冗余码校验（CRC）方法。

而重要组态信息（如系统配置）在主控制卡内的存放采用1：1冗余存放，使重要信息具备故障（出错）自我恢复能力，保证系统运行过程中重要信息的安全性。

通过对以上关键部件的冗余设计，可以保证系统具有很高的可用性。

以上知识分享希望能够帮助到大家！