监控组态软件的热备与冗余

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，比如在石化行业中的重要装置的控制站往往采用双重或者三重冗余来保证系统的安全，由于工艺的复杂，需要多个人机监控站来保证系统的不间断运行，监控层的服务器、客户端、网络都需要进行双重或者多重冗余配置，来保证系统的安全性和稳定性，需要监控软件能提供完整的冗余解决方案。
　　目前在国内应用的监控组态软件中，只有少量的国外软件具备全面的冗余解决方案，国产软件厂商中，个别的厂家只是实现的了基本的冗余方式，而在数据吞吐、安全性和容错性上和国外软件还有一定的差距，北京三维力控科技有限公司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版本可以支持设备冗余、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的提高，是国产组态软件中率先对软件冗错提供完整支持完整的产品,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率提供了有竞争力的产品。
　　
　　二、监控软件冗余方式
　　力控支持的典型的冗余方案见下图：
　　

　　上图整个系统的控制站、监控服务器、客户端、网络都是采用冗余配置，力控®软件主从服务器的切换时间最小可以达到2秒，极大的提高了切换速度。
　　2．1、设备冗余
　　设备冗余一般要求控制站的电源、CPU、通讯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讯，一般的 PLC厂家的设备冗余基本都是此类的设计方案，上位机监控软件和此类系统通讯时，要考虑到当主从控制器发生切换时，监控软件的通讯要同步切换来保证从正确的IO设备获取数据。
　　
设备冗余控制（图2）
　　力控®软件正常时与主控制器进行通讯，若主设备损坏或者通讯出现故障，软件会根据设备故障标识断开与主控制设备的通讯，而与从控制设备进行通讯的连接，保证了系统的及时切换 ，从而保证了在设备切换的同时，上位机也同时做到及时切换。
　　2．2、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，服务器冗余是比较广泛的应用模式，根据控制规模的大小也可以配置一定的客户端来保证操作人员监控、操作的需要，一般的小规模的控制系统可以不需要配置客户端。
　　
服务器冗余（图3）
　　主站和从站的力控®软件在独立工作时都能够通过控制网络和设备进行通讯。在冗余热备模式下，正常工作时只有主站和控制站通讯，从站不和控制站通讯，从站的数据通过主站来进行备份和同步，如果主站出现故障，从站接管主站工作。等主站恢复之后，可以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，用户可以手动地通过控制标志位把工作从当前站切换到热备站（原来的主站）上。
　　
　　2．3、监控层客户端冗余
　　力控®监控组态软件可以组成一个分布式的网络结构，不同节点的力控可以互相通讯，可以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，即主服务器因为故障，从服务器接管时，客户端能自动切换到从服务器上。
　　
　　2．4、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的连接，控制网络的任意一个节点均安装两块网卡，可以设置在两个网段内，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讯，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讯切换到从网，在主网络恢复正常时，力控的通讯又自动切换到主网线路，系统恢复到正常状况。
　　

　　2．5、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采用以太网通讯，采用双重网络配置，网络可以是2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讯，保证监控网络通讯的连续。
　　2．6、服务器、网络冗余
　　多重冗余方式是指在服务器冗余的基础增加了网络、客户端冗余，服务器和客户端既可以同时工作在同一个网段下，也可以在两个网段内，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，也可以只存在服务器冗余，也可以既有网络冗余又有服务器冗余，力控提供三种冗余配置（单独网络冗余，单独服务器冗余，网络冗余＋服务器冗余），用户可以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，也就是说，当某一个网段的主站出现故障后首先切换到该网段的从站，如果该网段的从站也故障，再启用冗余网络的主站通讯。
　　
　　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，备用站能够接替监控站来工作，并且及时通知操作人员处理监控站的故障，当监控站恢复正常以后，自动接替备用计算机工作，恢复初始的工作状态。
　　力控®软件工作时，主站工作，从站处于热备状态，主站和从站不停的检测对方的状态，这个检测对方的动作被称为“心跳”。为确保心跳的检测不出现问题，力控支持多重网络结构，即“心跳”可以通过主、从站之间的多条通讯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，工作服务器响应这些请求，实现两个服务器之间的实时、历史和报警数据同步，同时保证系统的时钟同步。
　　
　　四、结论：
　　力控®软件的全面冗余解决方案通过多年在流程行业的不断总结应用，已经在石油、石化、电力的附属装置上得到了广泛应用，在石化系统的罐区、压缩机控制、燃气输送，在石油系统的联合站上等装置上得到了广泛的应用，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。