專利名稱：一種熱備冗余主站的構(gòu)成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱備冗余數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，特別涉及一種采用熱備方式工作的modbus冗余主站的構(gòu)成方法。
背景技術(shù)：
在工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)，modbus作為一種成熟的應(yīng)用協(xié)議受到了廣泛的部署和應(yīng)用。在儀表、傳感器、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)等方面應(yīng)用非常成熟。MODBUS是一個(gè)請(qǐng)求/應(yīng)答協(xié)議，可以在以太網(wǎng)、RS232、RS422、RS485、光纖等線路上實(shí)施。在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)，一般都是由一個(gè)modbus主站，通過(guò)RS232、RS422或者RS485的異步串行總線，連接現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備(從站)。RS232是 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信，而RS422和RS485可以連接多個(gè)設(shè)備，每個(gè)設(shè)備具有獨(dú)立的地址。在自動(dòng)控制中，為了提高系統(tǒng)的可靠性，一般現(xiàn)場(chǎng)都采用冗余的方式來(lái)連接和控制設(shè)備，從而能夠保證在工作主站出現(xiàn)故障、程序運(yùn)行出錯(cuò)、死機(jī)、重起等狀態(tài)下，通過(guò)設(shè)置備用主站及其相應(yīng)流程來(lái)快速、無(wú)縫地將該備用主站切換為工作主站，以此來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種采用熱備方式工作的modbus冗余主站的構(gòu)成方法。所謂的熱備方式，是指采用兩臺(tái)或者兩臺(tái)以上的主站，運(yùn)行相同的程序，在任何時(shí)刻，只有一臺(tái)主站擁有通信鏈路的控制權(quán)，稱為工作主站；其他的主站稱為備用主站。本發(fā)明方法主要適用于熱備冗余數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)(工作主站)發(fā)生故障、程序運(yùn)行出錯(cuò)、死機(jī)、重起等狀態(tài)下，備用主站能夠快速、無(wú)縫切換為工作主站，取得通信鏈路的控制權(quán)。繼而極大地提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下一種熱備冗余主站的構(gòu)成方法，其特征在于，包括以下步驟a.各站采用唯一的ID號(hào)進(jìn)行標(biāo)識(shí)；b.各站按照故障等級(jí)和ID號(hào)排定優(yōu)先級(jí)；對(duì)于具有相同故障等級(jí)的主站，ID號(hào)越大或越小，優(yōu)先級(jí)越高；c.各站通過(guò)互聯(lián)總線，上電后競(jìng)爭(zhēng)工作權(quán)限，搶到工作權(quán)限的為工作主站，其它的為備用王站；d.各工作主站和備用主站間采用高速總線互聯(lián)；e.工作主站通過(guò)互聯(lián)總線更新實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)到各備用主站；工作主站周期性的獲取其它各站的故障等級(jí)，計(jì)算其優(yōu)先級(jí)，并更新到各站；各站按照優(yōu)先級(jí)動(dòng)態(tài)競(jìng)爭(zhēng)工作權(quán)限，當(dāng)工作主站的優(yōu)先級(jí)低于備用主站的優(yōu)先級(jí)時(shí)，當(dāng)前工作主站釋放工作權(quán)限，優(yōu)先級(jí)最高的備用主站切換為工作主站。上述方案中，所述步驟c中所述的競(jìng)爭(zhēng)工作權(quán)限具體為兩個(gè)或兩個(gè)以上的冗余主站上電后進(jìn)入備用主站狀態(tài)，通過(guò)互聯(lián)總線查找工作主站；如果系統(tǒng)中不存在工作主站，則進(jìn)入競(jìng)爭(zhēng)工作主站權(quán)限階段；在競(jìng)爭(zhēng)階段，各站根據(jù)本站的故障等級(jí)和ID號(hào)，計(jì)算各自的優(yōu)先級(jí)，同時(shí)獲取其它各站的有效優(yōu)先級(jí)(上電后優(yōu)先級(jí)被設(shè)定為一個(gè)無(wú)效值)，獲取成功后即可通過(guò)判定最高優(yōu)先級(jí)的方式來(lái)確定工作主站權(quán)限，競(jìng)爭(zhēng)結(jié)束。上述方案中，所述步驟e具體為工作主站周期性獲取備用主站的故障等級(jí)，計(jì)算并設(shè)定各備用主站的優(yōu)先級(jí)，當(dāng)工作主站的故障等級(jí)相比備用主站的故障等級(jí)高時(shí)，工作主站釋放工作權(quán)限，優(yōu)先級(jí)最高的備用主站切換為工作主站；當(dāng)工作主站程序運(yùn)行出錯(cuò)、死機(jī)、重起等故障發(fā)生時(shí)，各備用主站不能收到周期性的優(yōu)先級(jí)設(shè)定信號(hào)，這時(shí)優(yōu)先級(jí)最高的備用主站自動(dòng)切換為工作主站；當(dāng)主站間的互聯(lián)總線從正常變?yōu)楣收蠒r(shí)，工作主站切換權(quán)限為備用主站，優(yōu)先級(jí)最高的 備用主站自動(dòng)切換為工作主站；在互聯(lián)總線修復(fù)之前，不再進(jìn)行任何形式的工作權(quán)限切換。上述方案中，所述各站共享接口模塊或各站擁有獨(dú)立的接口模塊。上述方案中，所述冗余主站為modbus冗余主站。與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明方法具有以下優(yōu)點(diǎn)(I)系統(tǒng)上電后各主站按照ID號(hào)和故障等級(jí)搶占工作權(quán)限，搶到工作權(quán)限的為工作主站，否則為備用主站；(2)工作過(guò)程中，根據(jù)故障等級(jí)和ID號(hào)進(jìn)行工作權(quán)限的動(dòng)態(tài)切換；(3)各主站采用高速數(shù)據(jù)總線互聯(lián)；(4)不需要通過(guò)手動(dòng)設(shè)定各站的主備狀態(tài)，從而在系統(tǒng)同時(shí)上電時(shí)由指定的主站獲取工作權(quán)限。
以下結(jié)合附圖
和具體實(shí)施方式
來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。圖I為冗余系統(tǒng)主站和從站(備用主站)的通信結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例的冗余主站工作流程示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。如圖I所示，本發(fā)明方法所涉及的冗余系統(tǒng)，包含若干通過(guò)互聯(lián)總線104連接的主站101、通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線103連接的從站102。各主站采用完全相同的硬件和軟件，同時(shí)運(yùn)行，任意時(shí)刻系統(tǒng)中只有一個(gè)工作主站。工作主站擁有通信鏈路的所有控制權(quán)，實(shí)時(shí)同步動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)到備用主站；周期性的檢查各備用主站的故障等級(jí)，計(jì)算并設(shè)置各備用主站的優(yōu)先級(jí)；當(dāng)工作主站的故障等級(jí)高于備用主站的故障等級(jí)時(shí)，工作主站交出工作權(quán)限，優(yōu)先級(jí)最高的備用主站獲取工作權(quán)限；當(dāng)工作主站因?yàn)槌绦驁?zhí)行出錯(cuò)、死機(jī)、重起等故障，亦或是互聯(lián)總線故障時(shí)，當(dāng)前工作主站自動(dòng)丟失工作權(quán)限，優(yōu)先級(jí)最高的備用主站獲取工作權(quán)限。以下結(jié)合附圖對(duì)于本發(fā)明的具體實(shí)施作詳細(xì)的說(shuō)明。如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例的冗余主站流程圖，具體流程如下步驟201 :主站上電后進(jìn)入初始化，查詢系統(tǒng)中的工作主站。當(dāng)系統(tǒng)中存在工作主站時(shí)，跳轉(zhuǎn)到步驟203，切換工作權(quán)限為備用主站；當(dāng)查詢不到系統(tǒng)中是否存在工作主站時(shí)，進(jìn)入主站權(quán)限競(jìng)爭(zhēng)階段一步驟202 ；步驟202 :競(jìng)爭(zhēng)工作主站權(quán)限。包括I.根據(jù)ID號(hào)和故障等級(jí)計(jì)算本站的優(yōu)先級(jí)；2.通過(guò)互聯(lián)總線，獲取其它各站的有效優(yōu)先級(jí)；3.根據(jù)獲取到的各站的優(yōu)先級(jí)，判定本站是否優(yōu)先級(jí)最高。最高時(shí)設(shè)定本站為工作主站，否則，設(shè)定本站為備用主站。步驟203 :切換工作權(quán)限。當(dāng)本站為工作主站時(shí)，獲取通信鏈路的控制權(quán)；步驟204 :主站間通信。包括 I.主站之間通過(guò)高速總線互聯(lián)，工作主站同步實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)到備用主站；2.工作主站周期性獲取備用主站的故障等級(jí)，計(jì)算并更新各備用主站的優(yōu)先級(jí)；3.備用主站周期性檢測(cè)工作主站上組態(tài)的更新狀況，保持本站和工作主站上組態(tài)的一致性；步驟205 :故障及優(yōu)先級(jí)判斷。包括I.當(dāng)工作主站的優(yōu)先級(jí)低于備用主站的優(yōu)先級(jí)時(shí)，工作主站釋放工作權(quán)限，進(jìn)入步驟203 ;優(yōu)先級(jí)最高的備用主站獲得工作主站權(quán)限；2.當(dāng)工作主站不能獲取各備用主站的故障等級(jí)時(shí)，工作主站釋放工作權(quán)限，進(jìn)入步驟203 ；3.當(dāng)備用主站不能獲取工作主站的優(yōu)先級(jí)更新包時(shí)，優(yōu)先級(jí)最高的備用主站獲取工作主站權(quán)限。另外，上述本實(shí)施例并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。本發(fā)明適合多種現(xiàn)場(chǎng)總線，不受現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議、通信方式的限制；本發(fā)明針對(duì)主站冗余作具體方法描述，對(duì)于采用通信鏈路進(jìn)行冗余連接的冗余主站構(gòu)成方式都適合。本發(fā)明中所提出的上電競(jìng)爭(zhēng)權(quán)限的方法中，以ID號(hào)作為競(jìng)爭(zhēng)條件的方式，但并非唯一的方式，也沒(méi)有限制必須采用這種方式。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.一種熱備冗余主站的構(gòu)成方法，其特征在于，包括以下步驟 a.各站采用唯一的ID號(hào)進(jìn)行標(biāo)識(shí)； b.各站按照故障等級(jí)和ID號(hào)排定優(yōu)先級(jí)；對(duì)于具有相同故障等級(jí)的主站，ID號(hào)越大或越小，優(yōu)先級(jí)越高； c.各站通過(guò)互聯(lián)總線，上電后競(jìng)爭(zhēng)工作權(quán)限，搶到工作權(quán)限的為工作主站，其它的為備用主站； d.各工作主站和備用主站間采用高速總線互聯(lián)； e.工作主站通過(guò)互聯(lián)總線更新實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)到各備用主站；工作主站周期性的獲取其它各站的故障等級(jí)，計(jì)算其優(yōu)先級(jí)，并更新到各站；各站按照優(yōu)先級(jí)動(dòng)態(tài)競(jìng)爭(zhēng)工作權(quán)限，當(dāng)エ作主站的優(yōu)先級(jí)低于備用主站的優(yōu)先級(jí)時(shí)，當(dāng)前工作主站釋放工作權(quán)限，優(yōu)先級(jí)最高的備用主站切換為工作主站。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的熱備冗余主站的構(gòu)成方法，其特征在于，所述步驟c中所述的競(jìng)爭(zhēng)工作權(quán)限具體為兩個(gè)或兩個(gè)以上的冗余主站上電后進(jìn)入備用主站狀態(tài)，通過(guò)互聯(lián)總線查找工作主站；如果系統(tǒng)中不存在工作主站，則進(jìn)入競(jìng)爭(zhēng)工作主站權(quán)限階段；在競(jìng)爭(zhēng)階段，各站根據(jù)本站的故障等級(jí)和ID號(hào)，計(jì)算各自的優(yōu)先級(jí)，同時(shí)獲取其它各站的有效優(yōu)先級(jí)，獲取成功后即可通過(guò)判定最高優(yōu)先級(jí)的方式來(lái)確定工作主站權(quán)限，競(jìng)爭(zhēng)結(jié)束。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的熱備冗余主站的構(gòu)成方法，其特征在于，所述步驟e具體為工作主站周期性獲取備用主站的故障等級(jí)，計(jì)算并設(shè)定各備用主站的優(yōu)先級(jí)，當(dāng)工作主站的故障等級(jí)相比備用主站的故障等級(jí)高時(shí)，工作主站釋放工作權(quán)限，優(yōu)先級(jí)最高的備用主站切換為工作主站；當(dāng)工作主站程序運(yùn)行出錯(cuò)、死機(jī)、重起等故障發(fā)生時(shí)，各備用主站不能收到周期性的優(yōu)先級(jí)設(shè)定信號(hào)，這時(shí)優(yōu)先級(jí)最高的備用主站自動(dòng)切換為工作主站；當(dāng)主站間的互聯(lián)總線從正常變?yōu)楣收蠒r(shí)，工作主站切換權(quán)限為備用主站，優(yōu)先級(jí)最高的備用主站自動(dòng)切換為工作主站；在互聯(lián)總線修復(fù)之前，不再進(jìn)行任何形式的工作權(quán)限切換。
4.根據(jù)權(quán)利要求I的熱備冗余主站的構(gòu)成方法，其特征在于，所述各站共享接ロ模塊或各站擁有獨(dú)立的接ロ模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求I的熱備冗余主站的構(gòu)成方法，其特征在于，所述冗余主站為modbus冗余主站。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種熱備冗余主站的構(gòu)成方法，包括以下步驟a.各站采用唯一的ID號(hào)進(jìn)行標(biāo)識(shí)；b.各站按照故障等級(jí)和ID號(hào)排定優(yōu)先級(jí)；對(duì)于具有相同故障等級(jí)的主站，ID號(hào)越大或越小，優(yōu)先級(jí)越高；c.各站通過(guò)互聯(lián)總線，上電后競(jìng)爭(zhēng)工作權(quán)限，搶到工作權(quán)限的為工作主站，其它的為備用主站；d.各工作主站和備用主站間采用高速總線互聯(lián)；e.工作主站通過(guò)互聯(lián)總線更新實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)到各備用主站；工作主站周期性的獲取其它各站的故障等級(jí)，計(jì)算其優(yōu)先級(jí)，并更新到各站；各站按照優(yōu)先級(jí)動(dòng)態(tài)競(jìng)爭(zhēng)工作權(quán)限，當(dāng)工作主站的優(yōu)先級(jí)低于備用主站的優(yōu)先級(jí)時(shí)，當(dāng)前工作主站釋放工作權(quán)限，優(yōu)先級(jí)最高的備用主站切換為工作主站。
文檔編號(hào)H04L1/22GK102710402SQ20121016565
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月25日
發(fā)明者周明, 王可中 申請(qǐng)人:周明, 王可中