一、概述

在流程行業(yè)，很多工藝裝置對(duì)系統(tǒng)的安全性和容錯(cuò)性要求比較高，比如在石化行業(yè)中的重要裝置的控制站往往采用雙重或者三重冗余來(lái)保證系統(tǒng)的安全，由于工藝的復(fù)雜，需要多個(gè)人機(jī)監(jiān)控站來(lái)保證系統(tǒng)的不間斷運(yùn)行，監(jiān)控層的服務(wù)器、客戶端、網(wǎng)絡(luò)都需要進(jìn)行雙重或者多重冗余配置，來(lái)保證系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，需要監(jiān)控軟件能提供完整的冗余解決方案。

目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用的監(jiān)控組態(tài)軟件中，只有少量的國(guó)外軟件具備全面的冗余解決方案，國(guó)產(chǎn)軟件廠商中，個(gè)別的廠家只是實(shí)現(xiàn)的了基本的冗余方式，而在數(shù)據(jù)吞吐、安全性和容錯(cuò)性上和國(guó)外軟件還有一定的差距，北京三維力控根據(jù)多年在流程行業(yè)的應(yīng)用，開(kāi)發(fā)的力控監(jiān)控組態(tài)軟件5.0版本可以支持設(shè)備冗余、控制網(wǎng)絡(luò)冗余、服務(wù)器冗余、管理網(wǎng)絡(luò)冗余、客戶端冗余等多種冗余模式，在數(shù)據(jù)吞吐、網(wǎng)絡(luò)切換上得到了很大的提高，是國(guó)產(chǎn)組態(tài)軟件中率先對(duì)軟件冗錯(cuò)提供完整支持完整的產(chǎn)品,使軟件在容錯(cuò)方面達(dá)到了進(jìn)口軟件的水平,對(duì)提高民族裝備業(yè)的國(guó)產(chǎn)化率提供了有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。

二、監(jiān)控軟件冗余方式

力控支持的典型的冗余方案見(jiàn)下圖：

上圖整個(gè)系統(tǒng)的控制站、監(jiān)控服務(wù)器、客戶端、網(wǎng)絡(luò)都是采用冗余配置，力控軟件主從服務(wù)器的切換時(shí)間最小可以達(dá)到2秒，極大的提高了切換速度。

2．1、設(shè)備冗余

設(shè)備冗余一般要求控制站的電源、CPU、通訊模塊都需要進(jìn)行冗余配置，主從控制器同時(shí)連接設(shè)備總線來(lái)保證數(shù)據(jù)通訊，一般的 PLC廠家的設(shè)備冗余基本都是此類的設(shè)計(jì)方案，上位機(jī)監(jiān)控軟件和此類系統(tǒng)通訊時(shí)，要考慮到當(dāng)主從控制器發(fā)生切換時(shí)，監(jiān)控軟件的通訊要同步切換來(lái)保證從正確的IO設(shè)備獲取數(shù)據(jù)。

設(shè)備冗余控制（圖2）
力控軟件正常時(shí)與主控制器進(jìn)行通訊，若主設(shè)備損壞或者通訊出現(xiàn)故障，軟件會(huì)根據(jù)設(shè)備故障標(biāo)識(shí)斷開(kāi)與主控制設(shè)備的通訊，而與從控制設(shè)備進(jìn)行通訊的連接，保證了系統(tǒng)的及時(shí)切換，從而保證了在設(shè)備切換的同時(shí)，上位機(jī)也同時(shí)做到及時(shí)切換。

2．2、監(jiān)控層服務(wù)器冗余

在SCADA系統(tǒng)中，一般意義上的雙機(jī)冗余是指監(jiān)控層服務(wù)器冗余，服務(wù)器冗余是比較廣泛的應(yīng)用模式，根據(jù)控制規(guī)模的大小也可以配置一定的客戶端來(lái)保證操作人員監(jiān)控、操作的需要，一般的小規(guī)模的控制系統(tǒng)可以不需要配置客戶端。


服務(wù)器冗余（圖3）
主站和從站的力控軟件在獨(dú)立工作時(shí)都能夠通過(guò)控制網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備進(jìn)行通訊。在冗余熱備模式下，正常工作時(shí)只有主站和控制站通訊，從站不和控制站通訊，從站的數(shù)據(jù)通過(guò)主站來(lái)進(jìn)行備份和同步，如果主站出現(xiàn)故障，從站接管主站工作。等主站恢復(fù)之后，可以通過(guò)自動(dòng)或手動(dòng)方式進(jìn)行干預(yù)來(lái)進(jìn)入熱備狀態(tài)，如果主站和從站都正常，用戶可以手動(dòng)地通過(guò)控制標(biāo)志位把工作從當(dāng)前站切換到熱備站（原來(lái)的主站）上。



2．3、監(jiān)控層客戶端冗余

力控監(jiān)控組態(tài)軟件可以組成一個(gè)分布式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，不同節(jié)點(diǎn)的力控可以互相通訊，可以互為服務(wù)器和客戶端，客戶端有標(biāo)準(zhǔn)的C/S網(wǎng)絡(luò)方式客戶端，也有“瘦”客戶端，即B/S方式客戶端，力控軟件的客戶端 支持服務(wù)器冗余方式，即主服務(wù)器因?yàn)楣收希瑥姆?wù)器接管時(shí)，客戶端能自動(dòng)切換到從服務(wù)器上。

2．4、控制層網(wǎng)絡(luò)冗余

控制網(wǎng)絡(luò)冗余是力控軟件與控制站通過(guò)兩條物理鏈路進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的連接，控制網(wǎng)絡(luò)的任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)均安裝兩塊網(wǎng)卡，可以設(shè)置在兩個(gè)網(wǎng)段內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)分為主網(wǎng)絡(luò)和從網(wǎng)絡(luò)，正常時(shí)力控軟件和控制節(jié)點(diǎn)通過(guò)主網(wǎng)絡(luò)通訊，當(dāng)主網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)，力控軟件判斷網(wǎng)絡(luò)超時(shí)后會(huì)自動(dòng)將網(wǎng)絡(luò)通訊切換到從網(wǎng)，在主網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常時(shí)，力控的通訊又自動(dòng)切換到主網(wǎng)線路，系統(tǒng)恢復(fù)到正常狀況。

2．5、監(jiān)控管理層網(wǎng)絡(luò)冗余

由力控軟件組成的服務(wù)器和客戶端之間采用以太網(wǎng)通訊，采用雙重網(wǎng)絡(luò)配置，網(wǎng)絡(luò)可以是2個(gè)網(wǎng)段，服務(wù)器和客戶端都有兩套網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如果其中一套網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，力控客戶端會(huì)使用另外一套網(wǎng)絡(luò)設(shè)備繼續(xù)和服務(wù)器保持通訊，保證監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)通訊的連續(xù)。

2．6、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)冗余

多重冗余方式是指在服務(wù)器冗余的基礎(chǔ)增加了網(wǎng)絡(luò)、客戶端冗余，服務(wù)器和客戶端既可以同時(shí)工作在同一個(gè)網(wǎng)段下，也可以在兩個(gè)網(wǎng)段內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)冗余和服務(wù)器冗余是相互獨(dú)立又相互聯(lián)系的，可以只存在網(wǎng)絡(luò)冗余，也可以只存在服務(wù)器冗余，也可以既有網(wǎng)絡(luò)冗余又有服務(wù)器冗余，力控提供三種冗余配置（單獨(dú)網(wǎng)絡(luò)冗余，單獨(dú)服務(wù)器冗余，網(wǎng)絡(luò)冗余＋服務(wù)器冗余），用戶可以根據(jù)不同情況靈活選擇。

在網(wǎng)絡(luò)冗余和服務(wù)器冗余都存在的情況下，優(yōu)先使用服務(wù)器冗余，也就是說(shuō)，當(dāng)某一個(gè)網(wǎng)段的主站出現(xiàn)故障后首先切換到該網(wǎng)段的從站，如果該網(wǎng)段的從站也故障，再啟用冗余網(wǎng)絡(luò)的主站通訊。

三、軟件的數(shù)據(jù)處理：

支持冗余的軟件要保證實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在兩臺(tái)服務(wù)器上同時(shí)存儲(chǔ)和顯示，監(jiān)控站出現(xiàn)故障后，備用站能夠接替監(jiān)控站來(lái)工作，并且及時(shí)通知操作人員處理監(jiān)控站的故障，當(dāng)監(jiān)控站恢復(fù)正常以后，自動(dòng)接替?zhèn)溆糜?jì)算機(jī)工作，恢復(fù)初始的工作狀態(tài)。

力控軟件工作時(shí)，主站工作，從站處于熱備狀態(tài)，主站和從站不停的檢測(cè)對(duì)方的狀態(tài)，這個(gè)檢測(cè)對(duì)方的動(dòng)作被稱為“心跳”。為確保心跳的檢測(cè)不出現(xiàn)問(wèn)題，力控支持多重網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即“心跳”可以通過(guò)主、從站之間的多條通訊鏈路進(jìn)行檢測(cè)來(lái)保證數(shù)據(jù)備份。

熱備服務(wù)器周期性向工作服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)同步請(qǐng)求，工作服務(wù)器響應(yīng)這些請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)服務(wù)器之間的實(shí)時(shí)、歷史和報(bào)警數(shù)據(jù)同步，同時(shí)保證系統(tǒng)的時(shí)鐘同步。

四、結(jié)論：

力控軟件的全面冗余解決方案通過(guò)多年在流程行業(yè)的不斷總結(jié)應(yīng)用，已經(jīng)在石油、石化、電力的附屬。(end)