CN105681131B - 主备***及其并行输出方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种主备***，互为热备份的A系和B系中的一个作为主系、另一个作为备系；主系通过IO端口从IO设备进行数据采集，进行运算以及二取二表决；主系将表决后的数据报文通过两个通道输出，第一通道由主系通过IO端口直接输出，第二通道先由主系发送给备系、再由备系通过IO端口输出；第二通道中，备系接收到主系发送的数据报文后对接收到的数据报文进行二取二校验和表决，如果校验和表决通过则直接输出，如果校验和表决不通过则不能输出而直接丢弃。本发明还公开了一种主备***的并行输出方法。本发明能降低***对于切换时间的要求，能简化切换设计、降低成本，并有利于实现安全***的热切换。

Description

主备***及其并行输出方法
技术领域
本发明涉及计算机控制领域，特别是涉及一种主备***；本发明还涉及主备***的并行输出方法。
背景技术
在安全控制***设计领域，常见的安全体系架构包括二取二，三取二和二乘二取二等，其中，二乘二取二***因其具有相对较好的RAMS(可靠性，可用性，可维护性，安全性)指标而在各种安全控制***中得到广泛地应用，而二乘二取二***的双系同步和切换机制又是影响此类***RAMS指标的关键因素。因此，采用主备并行输出的***设计方法，有利于简化双系切换设计，提高***的RAMS指标。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种主备***，备系在运行过程中实时接收主系的输出数据，并作为主系的IO同步输出，能降低***对于切换时间的要求，能简化切换设计、降低成本，并有利于实现安全***的热切换。为此，本发明还提供一种主备***的并行输出方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的主备***包括互为热备份的A系和B系。
A系通过IO端口和IO设备进行通信，B系通过IO端口和IO设备进行通信。
A系和B系之间通过实时数据传输通道进行通信。
A系和B系中的一个作为主系、另一个作为备系。
所述主系通过IO端口独立完成从所述IO设备进行数据采集，进行运算以及进行运算结果的二取二表决。
所述主系将表决后的IO输出数据报文通过两个通道输出，第一通道由所述主系通过IO端口直接对所述IO设备输出，第二通道先由所述主系发送给所述备系、再由所述备系通过IO端口对所述IO设备输出。
所述第二通道中，所述备系接收到所述主系发送的IO输出数据报文后对接收到的IO输出数据报文进行二取二校验和表决，如果校验和表决通过则直接输出，如果校验和表决不通过则不能输出而直接丢弃。
进一步的改进是，所述A系和所述B系之间的实时数据传输通道的转发延时要满足主备***对IO端口的响应时间和IO设备自身的性能指标；所述A系和所述B系之间的实时数据传输通道的硬件可靠性要高于IO设备的可靠性指标。
进一步的改进是，所述A系和所述B系之间的实时数据传输通道采用点对点的以太网通信。
进一步的改进是，所述第二通道中，所述备系接收到所述主系发送的IO输出数据报文后还包括对接收到的IO输出数据报文进行安全性检查。
进一步的改进是，所述安全性检查包括：报文顺序，时效性，完整性。
为解决上述技术问题，本发明提供的主备***的并行输出方法包括如下步骤：
步骤一、对***进行初始化，初始化完成后判断A系和B系中的主备系状态，A系和B系中的一个作为主系、另一个作为备系。
步骤二、A系和B系之间建立实时数据传输通道并进行通信。
步骤三、进行并行输出，包括：
所述主系通过IO端口独立完成从所述IO设备进行数据采集，进行运算以及进行运算结果的二取二表决。
所述主系将表决后的IO输出数据报文通过两个通道输出，第一通道由所述主系通过IO端口直接对所述IO设备输出，第二通道先由所述主系发送给所述备系、再由所述备系通过IO端口对所述IO设备输出。
所述第二通道中，所述备系接收到所述主系发送的IO输出数据报文后对接收到的IO输出数据报文进行二取二校验和表决，如果校验和表决通过则直接输出，如果校验和表决不通过则不能输出而直接丢弃。
进一步的改进是，所述A系和所述B系之间的实时数据传输通道的转发延时要满足主备***对IO端口的响应时间和IO设备自身的性能指标；所述A系和所述B系之间的实时数据传输通道的硬件可靠性要高于IO设备的可靠性指标。
进一步的改进是，所述A系和所述B系之间的实时数据传输通道采用点对点的以太网通信。
进一步的改进是，所述第二通道中，所述备系接收到所述主系发送的IO输出数据报文后还包括对接收到的IO输出数据报文进行安全性检查。
进一步的改进是，所述安全性检查包括：报文顺序，时效性，完整性。
本发明主备***采用二乘二取二***并采用并行输出，备系在运行过程中实时接收主系的输出数据，并作为主系的I/O同步输出，通过这种双系并行输出的机制，能降低***对于切换时间的要求，能简化切换设计、降低成本，并有利于实现安全***的热切换，。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是本发明实施例的主备***的拓扑示意图；
图2是本发明实施例的主备***的时序示意图。
具体实施方式
如图1所示，是本发明实施例的主备***的拓扑示意图；本发明实施例主备***包括互为热备份的A系1a和B系1b。
A系1a通过IO端口2a和IO设备4进行通信，B系1b通过IO端口2b和IO设备4进行通信。
A系1a和B系1b之间通过实时数据传输通道进行通信。如图1所示，A系1a和B系1b都采用二取二表决，且都分别包括两个运算装置R1和R2，图1中A系1a的运算装置R1用3a标记、运算装置R2用3b标记，图1中B系1b的运算装置R1用3c标记、运算装置R2用3d标记；A系1a的运算装置R1和R2之间进行***内部实时数据通信，A系1a的运算装置R1和B系1b的运算装置R1都连接到数据线5a，A系1a的运算装置R2和B系1b的运算装置R2都连接到数据线5b，通过数据线5a和5b实现***间的实时数据通信。
如图2所示，是本发明实施例的主备***的时序示意图。A系1a和B系1b中的一个作为主系、另一个作为备系。图2中A主B备表示A系1a为主系，B系1b为备系；B主A备表示B系1b为主系，A系1a为备系。
所述主系通过IO端口独立完成从所述IO设备4进行数据采集，进行运算以及进行运算结果的二取二表决。也即主系的数据采集仅有一个通道即图2中所示的采集通道1。主系中的运算装置R1和R2都进行运算且该运算为安全运算，之后对运算装置R1和R2的运算结构进行二取二表决。
所述主系将表决后的IO输出数据报文通过两个通道输出，第一通道由所述主系通过IO端口直接对所述IO设备4输出，第二通道先由所述主系发送给所述备系、再由所述备系通过IO端口对所述IO设备4输出。图2中第一通道用输出通道1表示，第二通道用输出通道2表示。
所述第二通道中，所述备系接收到所述主系发送的IO输出数据报文后对接收到的IO输出数据报文进行二取二校验和表决，如果校验和表决通过则直接输出，如果校验和表决不通过则不能输出而直接丢弃。所述第二通道中的二取二校验和表决通过备系中的运算装置R1和R2进行，最后通过装置3承载并行输出。
本发明实施例中，由于双机并行输出，主备系间的通信必须采用高可靠性以及高传输效率的通信通道，以确保主备并行输出的过程中，由主备通信带来的转发延时能够满足***对IO端口的响应时间和IO设备4自身的性能指标，比如：主备通信延时过长导致***输出反应时间变长或者由IO控制的外部继电器落下等等；主备通信硬件的可靠性也不能低于IO设备4的可靠性指标，比如：通信通道故障率高于IO设备或者外部继电器等等。较佳为，所述A系1a和所述B系1b之间的实时数据传输通道采用点对点的以太网通信。
所述第二通道中，所述备系接收到所述主系发送的IO输出数据报文后还包括对接收到的IO输出数据报文进行安全性检查。所述安全性检查包括：报文顺序，时效性，完整性等。
现有二乘二取二***中只有主系输出，备系不输出，这样在主备切换过程中，常常会导致外部继电器因为没有输出而落下，常见的解决办法是采用缓放继电器，但这种方法增加了产品成本，并且缓放继电器的性能对切换设计是一种外部约束，此外，有些具体应用场景是无法使用缓放继电器的，比如受限于设备小型化的要求等等。在这种情况下，双系并行输出就是一种很好的选择。本发明实施例的主备***采用双系并行输出方式，能在主备切换过程中，由备系保持一段时间输出，起到缓放继电器的作用，只要该输出保持时间能够满足***安全要求即可，不必考虑外部继电器设备的性能要求，从而可以摆脱切换设计的外部约束，从而能降低***对于切换时间的要求，能简化切换设计、降低产品成本，并有利于实现安全***的热切换。
本发明实施例主备***的并行输出方法包括如下步骤：
步骤一、对***进行初始化，初始化完成后判断A系1a和B系1b中的主备系状态，A系1a和B系1b中的一个作为主系、另一个作为备系。图2中初始化后为A主B备，B主A备通过切换得到。
步骤二、A系1a和B系1b之间建立实时数据传输通道并进行通信。所述A系1a和所述B系1b之间的实时数据传输通道的转发延时要满足主备***对IO端口的响应时间和IO设备4自身的性能指标；所述A系1a和所述B系1b之间的实时数据传输通道的硬件可靠性要高于IO设备4的可靠性指标。本发明实施例中，所述A系1a和所述B系1b之间的实时数据传输通道采用点对点的以太网通信。
步骤三、进行并行输出，包括：
所述主系通过IO端口独立完成从所述IO设备4进行数据采集，进行运算以及进行运算结果的二取二表决。
所述主系将表决后的IO输出数据报文通过两个通道输出，第一通道由所述主系通过IO端口直接对所述IO设备4输出，第二通道先由所述主系发送给所述备系、再由所述备系通过IO端口对所述IO设备4输出。
所述第二通道中，所述备系接收到所述主系发送的IO输出数据报文后对接收到的IO输出数据报文进行二取二校验和表决，如果校验和表决通过则直接输出，如果校验和表决不通过则不能输出而直接丢弃。
所述第二通道中，所述备系接收到所述主系发送的IO输出数据报文后还包括对接收到的IO输出数据报文进行安全性检查。所述安全性检查包括：报文顺序，时效性，完整性等。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种主备***，其特征在于：包括互为热备份的A系和B系；
A系通过IO端口和IO设备进行通信，B系通过IO端口和IO设备进行通信；
A系和B系之间通过实时数据传输通道进行通信；
A系和B系中的一个作为主系、另一个作为备系；
所述主系通过IO端口独立完成从所述IO设备进行数据采集，进行运算以及进行运算结果的二取二表决；
所述主系将表决后的IO输出数据报文通过两个通道输出，第一通道由所述主系通过IO端口直接对所述IO设备输出，第二通道先由所述主系发送给所述备系、再由所述备系通过IO端口对所述IO设备输出；
所述第二通道中，所述备系接收到所述主系发送的IO输出数据报文后对接收到的IO输出数据报文进行二取二校验和表决，如果校验和表决通过则直接输出，如果校验和表决不通过则不能输出而直接丢弃；
主备***采用两个通道输出的双系并行输出方式，能在主备切换过程中，由备系保持一段时间输出，起到缓放继电器的作用，只要备系保持的时间能够满足***安全要求即可，不必考虑外部继电器设备的性能要求。
2.如权利要求1所述的主备***，其特征在于：所述A系和所述B系之间的实时数据传输通道的转发延时要满足主备***对IO端口的响应时间和IO设备自身的性能指标；所述A系和所述B系之间的实时数据传输通道的硬件可靠性要高于IO设备的可靠性指标。
3.如权利要求2所述的主备***，其特征在于：所述A系和所述B系之间的实时数据传输通道采用点对点的以太网通信。
4.如权利要求1所述的主备***，其特征在于：所述第二通道中，所述备系接收到所述主系发送的IO输出数据报文后还包括对接收到的IO输出数据报文进行安全性检查。
5.如权利要求4所述的主备***，其特征在于：所述安全性检查包括：报文顺序，时效性，完整性。
6.一种主备***的并行输出方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、对***进行初始化，初始化完成后判断A系和B系中的主备系状态，A系和B系中的一个作为主系、另一个作为备系；
步骤二、A系和B系之间建立实时数据传输通道并进行通信；
步骤三、进行并行输出，包括：
所述主系通过IO端口独立完成从所述IO设备进行数据采集，进行运算以及进行运算结果的二取二表决；
所述主系将表决后的IO输出数据报文通过两个通道输出，第一通道由所述主系通过IO端口直接对所述IO设备输出，第二通道先由所述主系发送给所述备系、再由所述备系通过IO端口对所述IO设备输出；
所述第二通道中，所述备系接收到所述主系发送的IO输出数据报文后对接收到的IO输出数据报文进行二取二校验和表决，如果校验和表决通过则直接输出，如果校验和表决不通过则不能输出而直接丢弃；
主备***采用两个通道输出的双系并行输出方式，能在主备切换过程中，由备系保持一段时间输出，起到缓放继电器的作用，只要备系保持的时间能够满足***安全要求即可，不必考虑外部继电器设备的性能要求。
7.如权利要求6所述的主备***的并行输出方法，其特征在于：所述A系和所述B系之间的实时数据传输通道的转发延时要满足主备***对IO端口的响应时间和IO设备自身的性能指标；所述A系和所述B系之间的实时数据传输通道的硬件可靠性要高于IO设备的可靠性指标。
8.如权利要求7所述的主备***的并行输出方法，其特征在于：所述A系和所述B系之间的实时数据传输通道采用点对点的以太网通信。
9.如权利要求6所述的主备***的并行输出方法，其特征在于：所述第二通道中，所述备系接收到所述主系发送的IO输出数据报文后还包括对接收到的IO输出数据报文进行安全性检查。
10.如权利要求9所述的主备***的并行输出方法，其特征在于：所述安全性检查包括：报文顺序，时效性，完整性。
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