CN107992027A - 一种dcs冗余通信模块切换方法 - Google Patents

一种dcs冗余通信模块切换方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及工业级控制***数据通信领域，特别是在确保一模块故障并不影响数据通信的核电控制***中。针对现有核电控制***中传统模块冗余切换引起双主工作的问题，本发明提出一种冗余通信模块切换方法。即在模块故障、对外通信故障的引起的切换的基础上，加入对内通信的备机监听功能。其中模块故障主要引起不能发送心跳信号给冗余模块，对外通信故障指通信链路断链和通信超时，备机监听指由于内部通信机制为主从轮询机制，因此主模块只能有一个模块响应主站(DCS一层控制器)的请求，即备模块处于监听模式，监测主模块是否响应控制器请求。

Description

一种DCS冗余通信模块切换方法
技术领域
本发明涉及工业级控制***数据通信领域，特别是在确保一模块故障并不影响数据通信的核电控制***中。
背景技术
随着DCS控制***在核电控制中应用越来越广泛，高可靠性作为第一要求也越来越被重视。为了达到高可靠性和低失效率相统一的目的，在控制***的设计和应用中通常会采用冗余技术。合理的冗余设计将大大提高***的可靠性和可用性。
冗余DCS***包括网络冗余和模块冗余，其中模块冗余作为冗余DCS***的重要组成部分，包括DCS一层控制器模块、通信模块以及IO模块的冗余，它可以确保现场任何一个模块的故障不影响***的工作，确保现场设备正常运行。
传统的模块冗余设计会存在主备切换容易引起双主同时工作、冗余模块之间不能互传数据等问题，不能很好的解决这些问题，核电控制***可靠性和可用性就不能得到根本的保障。
发明内容
本发明的目的在于提供一种冗余通信模块既能可靠通信又能实现快速冗余切换的方法。
实现本发明目的的技术方案：
一种DCS冗余通信模块切换方法，应用于核电控制***，***机箱的两个通信模块实现模块冗余，在主模块发生模块故障、对外通信故障或对内通信不应答后，备模块切换为主模块，实现与DCS一层控制器通信，提高***的可用性和可靠性；
分别定义两通信模块为模块A和模块B，两模块之间有硬件的互连线，模块A通过互连线发送方波给对方模块B，相应的模块B也发送方波给模块A，该方波信号称为心跳信号；
(1)模块故障包括电源故障、时钟故障、导致模块不能发送方波信号到对方模块的故障；当模块发生模块故障后，该模块会停止发送方波信息给对方模块；
(2)对外通信故障：模块A和模块B对外通信网络采用同发同收的机制；对外通信故障状态包括相应通信链路的断链和通信超时；备模块在每个通信周期内将对外通信状态发送到主模块，主模块比较两个模块的通信状态，这个过程称为通信健康值比较；
(3)对内通信不应答：模块A和模块B对内通信网络采用备机监听机制，主模块与DCS一层控制器通信时，备模块处于监听模式，监听主模块是否应答控制器请求；若主模块连续多次未应答，那么备模块将切换为主模块，相应的主模块切换为备模块，并处于监听模式；
在通信模块设置为冗余模式下，发生冗余切换条件由模块故障、对外通信故障和备机监听主机不应答组成，由这三种切换条件组成切换矩阵。
进一步的，如上所述的一种DCS冗余通信模块切换方法，心跳信息有异常情况下，切换矩阵内容如下：
(1)主机心跳信息异常；主机处于不应答控制器请求状态；备机心跳信息异常；备机处于不应答控制器请求状态；此时，主机确认备机进入不应答状态后，主机进入应答状态；备机确认主机进入不应答状态后，备机进入应答状态；
(2)主机心跳信息异常；主机处于不应答控制器请求状态；备机心跳信息异常；备机处于应答控制器请求状态；此时，备机保持应答控制器请求状态；
(3)主机心跳信息异常；主机处于应答控制器请求状态；备机心跳信息异常；备机处于不应答控制器请求状态；此时，主机保持应答控制器请求状态；
(4)主机心跳信息异常；主机处于应答控制器请求状态；备机心跳信息异常；备机处于应答控制器请求状态；此时，主机保持应答控制器请求状态；
(5)主机心跳信息正常；主机处于不应答控制器请求状态；备机心跳信息异常；备机处于不应答控制器请求状态；此时，主机确认备机进入不应答状态后，主机进入应答状态；备机确认主机进入不应答状态后，备机进入应答状态；
(6)主机心跳信息正常；主机处于不应答控制器请求状态；备机心跳信息异常；备机处于应答控制器请求状态；此时，主备切换，然后由主机应答控制器请求状态；
(7)主机心跳信息正常；主机处于应答控制器请求状态；备机心跳信息异常；备机处于不应答控制器请求状态；此时，主机保持应答控制器请求状态。
进一步的，如上所述的一种DCS冗余通信模块切换方法，心跳信息正常情况下，在通信周期内，健康值信息交换异常，切换矩阵内容如下：
(1)主机健康度信息交换异常；主机处于不应答控制器请求状态；备机健康度信息交换异常；备机处于不应答状态；此时，备机进入不应答控制器请求状态，主机确认备机进入不应答控制器请求状态后，主机进入应答状态；
(2)主机健康度信息交换异常；主机处于不应答控制器请求状态；备机健康度信息交换异常；备机处于应答状态；此时，备机进入不应答控制器请求状态；主机确认备机进入不应答控制器请求状态后，主机进入应答控制器请求状态；
(3)主机健康度信息交换异常；主机处于应答控制器请求状态；备机健康度信息交换异常；备机处于不应答状态；此时，备机进入不应答控制器请求状态
主机确认备机进入不应答控制器请求状态后，主机进入应答控制器请求状态。
进一步的，如上所述的一种DCS冗余通信模块切换方法，心跳信息正常情况下，在通信周期内，健康值信息交换正常，切换矩阵内容如下：
(1)主机处于不应答控制器请求状态；主机通过计算：主机健康度>备机健康度；备机处于不应答控制器请求状态；此时，备机进入不应答控制器请求状态；主机确认备机进入不应答控制器请求状态后，主机进入应答控制器请求状态；
(2)主机处于不应答控制器请求状态；主机通过计算：主机健康度>备机健康度；备机处于应答控制器请求状态；此时，主备切换，主机进入应答控制器请求状态，备机不应答控制器请求状态；
(3)主机处于不应答控制器请求状态；主机通过计算：主机健康度<备机健康度；备机处于不应答控制器请求状态；此时，备机进入不应答控制器请求状态，主机确认备机进入不应答控制器请求状态后，主机进入应答控制器请求状态；
(4)主机处于不应答控制器请求状态；主机通过计算：主机健康度<备机健康度；备机处于应答控制器请求状态；此时，主备不切换，主机保持不应答控制器请求状态，备机保持应答控制器请求状态；
(5)主机处于应答控制器请求状态；主机通过计算：主机健康度>备机健康度；备机处于不应答控制器请求状态；此时，主备不切换，主机保持应答控制器请求状态，备机保持不应答控制器请求状态；
(6)主机处于应答状态；主机通过计算：主机健康度<备机健康度；备机处于不应答控制器请求状态；此时，主备切换，主机进入不应答控制器请求状态，备机进入应答控制器请求状态。
本发明的效果在于：
针对现有核电控制***中传统模块冗余切换引起双主工作的问题，本发明提出一种冗余通信模块切换方法。即在模块故障、对外通信故障的引起的切换的基础上，加入对内通信的备机监听功能。其中模块故障主要引起不能发送心跳信号给冗余模块，对外通信故障指通信链路断链和通信超时，备机监听指由于内部通信机制为主从轮询机制，因此主模块只能有一个模块响应主站(DCS一层控制器)的请求，即备模块处于监听模式，监测主模块是否响应控制器请求。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明所述的一种DCS冗余通信模块切换方法作进一步描述。
本发明应用于核电控制***，***机箱的两个通信模块实现模块冗余，在主模块发生模块故障、对外通信故障或对内通信不应答后，备模块切换为主模块，实现与DCS一层控制器通信，提高***的可用性和可靠性；
分别定义两通信模块为模块A和模块B，两模块之间有硬件的互连线，模块A通过互连线发送方波给对方模块B，相应的模块B也发送方波给模块A，该方波信号称为心跳信号；
(1)模块故障包括电源故障、时钟故障、导致模块不能发送方波信号到对方模块的故障；当模块发生模块故障后，该模块会停止发送方波信息给对方模块；
(2)对外通信故障：模块A和模块B对外通信网络采用同发同收的机制；对外通信故障状态包括相应通信链路的断链和通信超时；备模块在每个通信周期内将对外通信状态发送到主模块，主模块比较两个模块的通信状态，这个过程称为通信健康值比较；
(3)对内通信不应答：模块A和模块B对内通信网络采用备机监听机制，主模块与DCS一层控制器通信时，备模块处于监听模式，监听主模块是否应答控制器请求；若主模块连续多次未应答，那么备模块将切换为主模块，相应的主模块切换为备模块，并处于监听模式；
在通信模块设置为冗余模式下，发生冗余切换条件由模块故障、对外通信故障和备机监听主机不应答组成，由这三种切换条件组成切换矩阵。
切换矩阵内容如下：
心跳信息有异常情况下：
心跳信息正常情况下，在通信周期内，健康值信息交换异常：
心跳信息正常情况下，在通信周期内，健康值信息交换正常：
在模块故障、对外通信故障或备机监听主机不应答的情况下，会进入主备机切换矩阵。其中备机监听的功能能够避免主备切换引起的双主工作的情况，从而既能可用性，又可提高切换的可靠性。

Claims (5)

1.一种DCS冗余通信模块切换方法，应用于核电控制***，其特征在于：***机箱的两个通信模块实现模块冗余，在主模块发生模块故障、对外通信故障或对内通信不应答后，备模块切换为主模块，实现与DCS一层控制器通信，提高***的可用性和可靠性；
分别定义两通信模块为模块A和模块B，两模块之间有硬件的互连线，模块A通过互连线发送方波给对方模块B，相应的模块B也发送方波给模块A，该方波信号称为心跳信号；
(1)模块故障包括电源故障、时钟故障、导致模块不能发送方波信号到对方模块的故障；当模块发生模块故障后，该模块会停止发送方波信息给对方模块；
(2)对外通信故障：模块A和模块B对外通信网络采用同发同收的机制；对外通信故障状态包括相应通信链路的断链和通信超时；备模块在每个通信周期内将对外通信状态发送到主模块，主模块比较两个模块的通信状态，这个过程称为通信健康值比较；
(3)对内通信不应答：模块A和模块B对内通信网络采用备机监听机制，主模块与DCS一层控制器通信时，备模块处于监听模式，监听主模块是否应答控制器请求；若主模块连续多次未应答，那么备模块将切换为主模块，相应的主模块切换为备模块，并处于监听模式；
在通信模块设置为冗余模式下，发生冗余切换条件由模块故障、对外通信故障和备机监听主机不应答组成，由这三种切换条件组成切换矩阵。
2.根据权利要求1所述的一种DCS冗余通信模块切换方法，其特征在于：心跳信息有异常情况下，切换矩阵内容如下：
(1)主机心跳信息异常；主机处于不应答控制器请求状态；备机心跳信息异常；备机处于不应答控制器请求状态；此时，主机确认备机进入不应答状态后，主机进入应答状态；备机确认主机进入不应答状态后，备机进入应答状态；
(2)主机心跳信息异常；主机处于不应答控制器请求状态；备机心跳信息异常；备机处于应答控制器请求状态；此时，备机保持应答控制器请求状态；
(3)主机心跳信息异常；主机处于应答控制器请求状态；备机心跳信息异常；备机处于不应答控制器请求状态；此时，主机保持应答控制器请求状态；
(4)主机心跳信息异常；主机处于应答控制器请求状态；备机心跳信息异常；备机处于应答控制器请求状态；此时，主机保持应答控制器请求状态；
(5)主机心跳信息正常；主机处于不应答控制器请求状态；备机心跳信息异常；备机处于不应答控制器请求状态；此时，主机确认备机进入不应答状态后，主机进入应答状态；备机确认主机进入不应答状态后，备机进入应答状态；
(6)主机心跳信息正常；主机处于不应答控制器请求状态；备机心跳信息异常；备机处于应答控制器请求状态；此时，主备切换，然后由主机应答控制器请求状态；
(7)主机心跳信息正常；主机处于应答控制器请求状态；备机心跳信息异常；备机处于不应答控制器请求状态；此时，主机保持应答控制器请求状态。
3.根据权利要求1所述的一种DCS冗余通信模块切换方法，其特征在于：心跳信息正常情况下，在通信周期内，健康值信息交换异常，切换矩阵内容如下：
(1)主机健康度信息交换异常；主机处于不应答控制器请求状态；备机健康度信息交换异常；备机处于不应答状态；此时，备机进入不应答控制器请求状态，主机确认备机进入不应答控制器请求状态后，主机进入应答状态；
(2)主机健康度信息交换异常；主机处于不应答控制器请求状态；备机健康度信息交换异常；备机处于应答状态；此时，备机进入不应答控制器请求状态；主机确认备机进入不应答控制器请求状态后，主机进入应答控制器请求状态；
(3)主机健康度信息交换异常；主机处于应答控制器请求状态；备机健康度信息交换异常；备机处于不应答状态；此时，备机进入不应答控制器请求状态
主机确认备机进入不应答控制器请求状态后，主机进入应答控制器请求状态。
4.根据权利要求1所述的一种DCS冗余通信模块切换方法，其特征在于：心跳信息正常情况下，在通信周期内，健康值信息交换正常，切换矩阵内容如下：
(1)主机处于不应答控制器请求状态；主机通过计算：主机健康度>备机健康度；备机处于不应答控制器请求状态；此时，备机进入不应答控制器请求状态；主机确认备机进入不应答控制器请求状态后，主机进入应答控制器请求状态；
(2)主机处于不应答控制器请求状态；主机通过计算：主机健康度>备机健康度；备机处于应答控制器请求状态；此时，主备切换，主机进入应答控制器请求状态，备机不应答控制器请求状态；
(3)主机处于不应答控制器请求状态；主机通过计算：主机健康度<备机健康度；备机处于不应答控制器请求状态；此时，备机进入不应答控制器请求状态，主机确认备机进入不应答控制器请求状态后，主机进入应答控制器请求状态；
(4)主机处于不应答控制器请求状态；主机通过计算：主机健康度<备机健康度；备机处于应答控制器请求状态；此时，主备不切换，主机保持不应答控制器请求状态，备机保持应答控制器请求状态；
(5)主机处于应答控制器请求状态；主机通过计算：主机健康度>备机健康度；备机处于不应答控制器请求状态；此时，主备不切换，主机保持应答控制器请求状态，备机保持不应答控制器请求状态；
(6)主机处于应答状态；主机通过计算：主机健康度<备机健康度；备机处于不应答控制器请求状态；此时，主备切换，主机进入不应答控制器请求状态，备机进入应答控制器请求状态。
5.根据权利要求1所述的一种DCS冗余通信模块切换方法，其特征在于：心跳信息有异常情况下，切换矩阵内容如下：
(1)主机心跳信息异常；主机处于不应答控制器请求状态；备机心跳信息异常；备机处于不应答控制器请求状态；此时，主机确认备机进入不应答状态后，主机进入应答状态；备机确认主机进入不应答状态后，备机进入应答状态；
(2)主机心跳信息异常；主机处于不应答控制器请求状态；备机心跳信息异常；备机处于应答控制器请求状态；此时，备机保持应答控制器请求状态；
(3)主机心跳信息异常；主机处于应答控制器请求状态；备机心跳信息异常；备机处于不应答控制器请求状态；此时，主机保持应答控制器请求状态；
(4)主机心跳信息异常；主机处于应答控制器请求状态；备机心跳信息异常；备机处于应答控制器请求状态；此时，主机保持应答控制器请求状态；
(5)主机心跳信息正常；主机处于不应答控制器请求状态；备机心跳信息异常；备机处于不应答控制器请求状态；此时，主机确认备机进入不应答状态后，主机进入应答状态；备机确认主机进入不应答状态后，备机进入应答状态；
(6)主机心跳信息正常；主机处于不应答控制器请求状态；备机心跳信息异常；备机处于应答控制器请求状态；此时，主备切换，然后由主机应答控制器请求状态；
(7)主机心跳信息正常；主机处于应答控制器请求状态；备机心跳信息异常；备机处于不应答控制器请求状态；此时，主机保持应答控制器请求状态；
心跳信息正常情况下，在通信周期内，健康值信息交换异常，切换矩阵内容如下：
(1)主机健康度信息交换异常；主机处于不应答控制器请求状态；备机健康度信息交换异常；备机处于不应答状态；此时，备机进入不应答控制器请求状态，主机确认备机进入不应答控制器请求状态后，主机进入应答状态；
(2)主机健康度信息交换异常；主机处于不应答控制器请求状态；备机健康度信息交换异常；备机处于应答状态；此时，备机进入不应答控制器请求状态；主机确认备机进入不应答控制器请求状态后，主机进入应答控制器请求状态；
(3)主机健康度信息交换异常；主机处于应答控制器请求状态；备机健康度信息交换异常；备机处于不应答状态；此时，备机进入不应答控制器请求状态
主机确认备机进入不应答控制器请求状态后，主机进入应答控制器请求状态；
心跳信息正常情况下，在通信周期内，健康值信息交换正常，切换矩阵内容如下：
(1)主机处于不应答控制器请求状态；主机通过计算：主机健康度>备机健康度；备机处于不应答控制器请求状态；此时，备机进入不应答控制器请求状态；主机确认备机进入不应答控制器请求状态后，主机进入应答控制器请求状态；
(2)主机处于不应答控制器请求状态；主机通过计算：主机健康度>备机健康度；备机处于应答控制器请求状态；此时，主备切换，主机进入应答控制器请求状态，备机不应答控制器请求状态；
(3)主机处于不应答控制器请求状态；主机通过计算：主机健康度<备机健康度；备机处于不应答控制器请求状态；此时，备机进入不应答控制器请求状态，主机确认备机进入不应答控制器请求状态后，主机进入应答控制器请求状态；
(4)主机处于不应答控制器请求状态；主机通过计算：主机健康度<备机健康度；备机处于应答控制器请求状态；此时，主备不切换，主机保持不应答控制器请求状态，备机保持应答控制器请求状态；
(5)主机处于应答控制器请求状态；主机通过计算：主机健康度>备机健康度；备机处于不应答控制器请求状态；此时，主备不切换，主机保持应答控制器请求状态，备机保持不应答控制器请求状态；
(6)主机处于应答状态；主机通过计算：主机健康度<备机健康度；备机处于不应答控制器请求状态；此时，主备切换，主机进入不应答控制器请求状态，备机进入应答控制器请求状态。
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