[發明專利]雙通道熱備系統及實現雙通道熱備的方法

有效

• 申請號: 201010235370.5
• 申請日: 2010-07-22
• 公開（公告）號: CN101917283A
• 公開（公告）日: 2010-12-15
• 發明（設計）人: 唐濤;馬連川;王悉;袁彬彬
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24;H04L1/22
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王朋飛

技術領域

本發明涉及工業控制技術領域，特別涉及一種雙通道熱備系統及實現雙通道熱備的方法。

背景技術

在鐵路、電力、鋼鐵、石化等工業控制領域中，對控制系統的可用性和可靠性有較高的要求。雙通道熱備系統由于具有較高的可用性和可靠性，同時具備一定的容錯能力，便于操作人員進行維護，被廣泛地采用。

為了保證雙通道熱備系統的可用性和可靠性，設計過程中需要著重考慮的問題包括：“主”、“備”通道狀態切換，“主”、“備”通道之間狀態同步，“主”、“備”通道的一致性校驗等。

現有雙通道熱備的技術方案中，多數系統在雙通道之間設置心跳線，依靠軟件分別判斷對方的狀態來實現“主”、“備”狀態的預置和切換。這種方式缺少第三方監督，當心跳線出現錯誤時，可能導致“備”通道誤升“主”通道，產生雙主狀態，影響信息傳輸與控制，進入不安全狀態。

為了解決缺少第三方判決的問題，有的系統設置了切換單元，通過繼電器、中小規模數字集成電路組成的簡單邏輯電路完成切換邏輯控制，保證在任意時刻，只有一個通道處于主狀態。但是這種切換單元的功能僅限于“主”、“備”狀態的預置和切換，無法控制兩個通道間的同步狀態，在對雙通道狀態的監控中存在盲點，同時如果切換單元缺少冗余設計，一旦切換單元故障，會給整個系統的正常運行帶來更大的風險。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是：其一，避免雙通道出現“雙主”或者“雙備”的狀態；其二，保證兩個通道的控制周期同步；其三，提高故障反應時間；其四，滿足整個雙通道熱備系統對于實時性的要求；其五，提高系統的可靠性和可用性；其六，保證主、備狀態的無縫切換。

(二)技術方案

為解決上述技術問題，本發明提供了一種雙通道熱備系統，所述系統包括熱備狀態管理層、應用處理層和數據通信層；所述熱備狀態管理層包括兩個熱備管理單元，所述應用處理層包括兩個應用處理機，所述數據通信層包括兩個通信機；所述熱備狀態管理層用于控制兩個應用處理機主、備狀態的設置和切換、監控數據通信層的工作狀態，并實現系統的兩個通道的控制周期同步，其中，一個熱備管理單元控制一個應用處理機，并與其構成該系統的一個通道；所述數據通信層用于接收來自外界的數據，并轉發給所述應用處理層。

其中，所述熱備狀態管理層、應用處理層和數據通信層均連接到高速通信總線上。

其中，兩個熱備管理單元之間通過互鎖/自鎖連接總線連接，所述互鎖/自鎖連接總線用于實現自鎖/互鎖邏輯，從而選擇一個正常工作的通道作為主狀態。

其中，兩個熱備管理單元之間通過同步連接總線連接，所述同步連接總線用于向當前備通道傳遞當前主通道的同步信號。

其中，熱備狀態管理層采用冗余硬件設計；兩個應用處理機相互冗余，兩臺通信機也相互冗余，為兩個通道共同使用；高速通信總線采用冗余結構。

本發明還提供了一種利用上述系統來實現雙通道熱備的方法，所述熱備狀態管理層按照如下方式控制兩個應用處理機主、備狀態的設置：熱備管理單元向對應的應用處理機發送工作模式碼來通知其工作模式，其中，所述工作模式碼分為工作狀態和非工作狀態，工作狀態包括主、備兩種模式，非工作狀態包括上電、故障、同步和維護四種模式。

其中，所述熱備狀態管理層按照如下方式控制兩個應用處理機主、備狀態的切換：兩個熱備管理單元之間采用自鎖/互鎖邏輯選擇一個工作正常的通道作為主狀態；并且，

在每個控制周期開始時，兩個應用處理機從對應的熱備管理單元接收工作模式碼，并根據接收到的工作模式碼來執行主狀態或者備狀態的流程，完成應用處理流程后，向對應的熱備管理單元報告自己的工作狀態，熱備管理單元根據工作狀態信息判斷兩個應用處理機的工作狀態是否正常，當任何一個應用處理機工作異常時，熱備管理單元采用自鎖/互鎖邏輯實現主、備狀態的切換，并對工作異常的應用處理機采取冗余策略使其停止工作。

其中，所述熱備狀態管理層按照如下方式實現兩個通道的控制周期同步：熱備狀態管理層向兩個應用處理機輸出同步信號，使兩個應用處理機處于控制周期同步的工作狀態。

其中，所述熱備狀態管理層實現兩個通道的控制周期同步的方式具體為：當前主通道的熱備管理單元從兩個熱備管理單元之間的同步連接總線發出同步信號，當前備通道的熱備管理單元從同步連接總線接收該同步信號，從而保證兩個熱備管理單元處于控制周期同步的工作狀態。

其中，熱備管理層按照如下方式監控數據通信層的工作狀態：