监控组态软件的热备与冗余 点击：1154 | 回复：11
发表于：2006-05-29 13:47:00
楼主
一 概述
在流程行业，很多工艺装置对系统的安全性和容错性要求比较高，比如在石化行业中重要装置的控制站，往往采用双重或三重冗余，用来保证系统安全，由于工艺复杂，需要多个人机监控站来保证系统不间断运行，监控层服务器、客户端、网络都需要进行双重或者多重冗余配置，来保证系统安全性和稳定性，需要监控软件能提供完整冗余解决方案。
目前国内应用的监控组态软件中，只有少量国外软件具备全面冗余解决方案，国产软件厂商中，个别厂家只是实现了基本冗余方式，而在数据吞吐、安全性和容错性上和国外软件还有一定差距。北京三维力控根据多年在流程行业的应用，开发的力控监控组态软件5.0版本可支持设备冗余、控制网络冗余、服务器冗余、管理网络冗余、客户端冗余等多种冗余模式，在数据吞吐、网络切换上得到了很大提高，是国产组态软件中率先对软件容错提供完整支持的产品，使软件在容错方面达到了进口软件的水平，对提高民族装备业的国产化提供了有竞争力的产品。
二 监控软件冗余方式
力控支持的典型冗余方案。整个系统的控制站、监控服务器、客户端、网络都是采用冗余配置，力控软件主从服务器切换时间最小可达2s，极大提高了切换速度。
1. 设备冗余
设备冗余控制方案，一般要求控制站电源、CPU、通信模块都需要进行冗余配置，主从控制器同时连接设备总线来保证数据通信，一般PLC厂家的设备冗余基本都是此类设计方案，上位机监控软件和此类系统通信时，要考虑到当主从控制器发生切换时，监控软件通信要同步切换，来保证从正确的I/O设备获取数据。
力控软件正常时与主控制器进行通信，若主设备损坏或通信出现故障，软件会根据设备故障标识断开与主控制设备的通信，而与从控制设备进行通信连接，保证了系统及时切换，从而也保证了上位机同时及时切换。
2. 监控层服务器冗余
在SCADA系统中，一般意义上的双机冗余是指监控层服务器冗余。服务器冗余方案，服务器冗余是比较广泛的应用模式，根据控制规模的大小也可配置一定的客户端，用来保证操作人员监控、操作的需要，一般小规模的控制系统可不需要配置客户端。
主站和从站的力控软件在独立工作时都能通过控制网络和设备进行通信。在冗余热备模式下，正常工作时只有主站和控制站通信，从站不和控制站通信，从站的数据通过主站进行备份和同步，如果主站出现故障，从站接管主站工作。等主站恢复后，可通过自动或手动方式进行干预来进入热备状态，如果主站和从站都正常，用户可手动把工作从当前站切换到热备站(原来的主站)上。
3. 监控层客户端冗余
力控监控组态软件可组成一个分布式网络结构，不同节点的力控软件可互相通信，可互为服务器和客户端，客户端有标准的C/S网络方式客户端，也有“瘦”客户端，即B/S方式客户端，力控软件的客户端支持服务器冗余方式，当主服务器故障，从服务器接管时，客户端能自动切换到从服务器上。
4. 控制层网络冗余
控制网络冗余是力控软件与控制站通过两条物理链路进行网络连接，控制网络的任意节点均安装两块网卡，可设置在两个网段内，网络分为主网络和从网络，正常时力控软件和控制节点通过主网络通信，当主网络中断时，力控软件判断网络超时后会自动将网络通信切换到从网，在主网络恢复正常时，力控的通信又自动切换到主网线路，系统恢复到正常状况。
5. 监控管理层网络冗余
由力控软件组成的服务器和客户端之间是以太网通信，采用双重网络配置，网络可以是两个网段，服务器和客户端都有两套网络设备，如果其中一套网络出现故障，力控客户端会使用另外一套网络设备继续和服务器保持通信，保证监控网络通信的连续。
6. 服务器、网络冗余
多重冗余方式是指在服务器冗余基础上，增加了网络、客户端冗余，服务器和客户端既可同时工作在同一个网段下，也可在两个网段内，网络冗余和服务器冗余是相互独立又相互联系的，可以只存在网络冗余，也可只存在服务器冗余，也可既有网络冗余又有服务器冗余，力控软件提供3种冗余配置(单独网络冗余，单独服务器冗余，网络冗余＋服务器冗余)，用户可根据不同情况灵活选择。
在网络冗余和服务器冗余都存在的情况下，优先使用服务器冗余，即当某一个网段主站出现故障后，首先切换到该网段从站，如果该网段从站也故障，再启用冗余网络主站通信。
三 软件的数据处理
支持冗余的软件要保证实时数据在两台服务器上同时存储和显示，监控站出现故障后，备用站能接替监控站来工作，并及时通知操作人员处理监控站的故障，当监控站恢复正常后，自动接替备用计算机工作，恢复初始工作状态。
力控软件工作时，主站工作，从站处于热备状态，主站和从站不停地检测对方状态，这个动作被称为“心跳”。为确保心跳检测不出现问题，力控支持多重网络结构，即“心跳”可通过主、从站间多条通信链路进行检测来保证数据备份。
热备服务器周期性向工作服务器发送数据同步请求，工作服务器响应该请求，实现两个服务器之间实时、历史和报警数据同步，同时保证系统时钟同步。
四 结论
力控软件全面冗余解决方案通过多年在流程行业的不断总结应用，已在石化系统的罐区、压缩机控制、燃气输送，在石油系统联合站等装置中得到了广泛应用，其中很多项目都应用在国家的重点工程上，为民族装备制造业水平的提高贡献了自己的力量。 如有需要，发E-mail到 suz@sunwayland.com
在流程行业，很多工艺装置对系统的安全性和容错性要求比较高，比如在石化行业中重要装置的控制站，往往采用双重或三重冗余，用来保证系统安全，由于工艺复杂，需要多个人机监控站来保证系统不间断运行，监控层服务器、客户端、网络都需要进行双重或者多重冗余配置，来保证系统安全性和稳定性，需要监控软件能提供完整冗余解决方案。
目前国内应用的监控组态软件中，只有少量国外软件具备全面冗余解决方案，国产软件厂商中，个别厂家只是实现了基本冗余方式，而在数据吞吐、安全性和容错性上和国外软件还有一定差距。北京三维力控根据多年在流程行业的应用，开发的力控监控组态软件5.0版本可支持设备冗余、控制网络冗余、服务器冗余、管理网络冗余、客户端冗余等多种冗余模式，在数据吞吐、网络切换上得到了很大提高，是国产组态软件中率先对软件容错提供完整支持的产品，使软件在容错方面达到了进口软件的水平，对提高民族装备业的国产化提供了有竞争力的产品。
二 监控软件冗余方式
力控支持的典型冗余方案。整个系统的控制站、监控服务器、客户端、网络都是采用冗余配置，力控软件主从服务器切换时间最小可达2s，极大提高了切换速度。
1. 设备冗余
设备冗余控制方案，一般要求控制站电源、CPU、通信模块都需要进行冗余配置，主从控制器同时连接设备总线来保证数据通信，一般PLC厂家的设备冗余基本都是此类设计方案，上位机监控软件和此类系统通信时，要考虑到当主从控制器发生切换时，监控软件通信要同步切换，来保证从正确的I/O设备获取数据。
力控软件正常时与主控制器进行通信，若主设备损坏或通信出现故障，软件会根据设备故障标识断开与主控制设备的通信，而与从控制设备进行通信连接，保证了系统及时切换，从而也保证了上位机同时及时切换。
2. 监控层服务器冗余
在SCADA系统中，一般意义上的双机冗余是指监控层服务器冗余。服务器冗余方案，服务器冗余是比较广泛的应用模式，根据控制规模的大小也可配置一定的客户端，用来保证操作人员监控、操作的需要，一般小规模的控制系统可不需要配置客户端。
主站和从站的力控软件在独立工作时都能通过控制网络和设备进行通信。在冗余热备模式下，正常工作时只有主站和控制站通信，从站不和控制站通信，从站的数据通过主站进行备份和同步，如果主站出现故障，从站接管主站工作。等主站恢复后，可通过自动或手动方式进行干预来进入热备状态，如果主站和从站都正常，用户可手动把工作从当前站切换到热备站(原来的主站)上。
3. 监控层客户端冗余
力控监控组态软件可组成一个分布式网络结构，不同节点的力控软件可互相通信，可互为服务器和客户端，客户端有标准的C/S网络方式客户端，也有“瘦”客户端，即B/S方式客户端，力控软件的客户端支持服务器冗余方式，当主服务器故障，从服务器接管时，客户端能自动切换到从服务器上。
4. 控制层网络冗余
控制网络冗余是力控软件与控制站通过两条物理链路进行网络连接，控制网络的任意节点均安装两块网卡，可设置在两个网段内，网络分为主网络和从网络，正常时力控软件和控制节点通过主网络通信，当主网络中断时，力控软件判断网络超时后会自动将网络通信切换到从网，在主网络恢复正常时，力控的通信又自动切换到主网线路，系统恢复到正常状况。
5. 监控管理层网络冗余
由力控软件组成的服务器和客户端之间是以太网通信，采用双重网络配置，网络可以是两个网段，服务器和客户端都有两套网络设备，如果其中一套网络出现故障，力控客户端会使用另外一套网络设备继续和服务器保持通信，保证监控网络通信的连续。
6. 服务器、网络冗余
多重冗余方式是指在服务器冗余基础上，增加了网络、客户端冗余，服务器和客户端既可同时工作在同一个网段下，也可在两个网段内，网络冗余和服务器冗余是相互独立又相互联系的，可以只存在网络冗余，也可只存在服务器冗余，也可既有网络冗余又有服务器冗余，力控软件提供3种冗余配置(单独网络冗余，单独服务器冗余，网络冗余＋服务器冗余)，用户可根据不同情况灵活选择。
在网络冗余和服务器冗余都存在的情况下，优先使用服务器冗余，即当某一个网段主站出现故障后，首先切换到该网段从站，如果该网段从站也故障，再启用冗余网络主站通信。
三 软件的数据处理
支持冗余的软件要保证实时数据在两台服务器上同时存储和显示，监控站出现故障后，备用站能接替监控站来工作，并及时通知操作人员处理监控站的故障，当监控站恢复正常后，自动接替备用计算机工作，恢复初始工作状态。
力控软件工作时，主站工作，从站处于热备状态，主站和从站不停地检测对方状态，这个动作被称为“心跳”。为确保心跳检测不出现问题，力控支持多重网络结构，即“心跳”可通过主、从站间多条通信链路进行检测来保证数据备份。
热备服务器周期性向工作服务器发送数据同步请求，工作服务器响应该请求，实现两个服务器之间实时、历史和报警数据同步，同时保证系统时钟同步。
四 结论
力控软件全面冗余解决方案通过多年在流程行业的不断总结应用，已在石化系统的罐区、压缩机控制、燃气输送，在石油系统联合站等装置中得到了广泛应用，其中很多项目都应用在国家的重点工程上，为民族装备制造业水平的提高贡献了自己的力量。 如有需要，发E-mail到 suz@sunwayland.com
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