第22章 冗余系统.docx

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第22章冗余系统

第二十二章冗余系统

组态王提供全面的冗余功能，能够有效地减少数据丢失的可能，增加了系统的可靠性，方便了系统维护。

组态王提供三重意义上的冗余功能，即双设备冗余、双机热备和双网络冗余。

本章将分三节分别详细讲述这三种冗余方式的特点和实现方法。

22.1双设备冗余

22.1.1双设备冗余概述

双设备冗余,是指设备对设备的冗余，即两台相同的设备之间的相互冗余。

对于用户比较重要的数据采集系统，用户可以用两个完全一样的设备同时采集数据，并与组态王通讯。

系统结构示意如图22.1：

图22.1双设备冗余示意图

正常情况下，主设备与从设备同时采集数据，但组态王只与主设备通讯，若主设备通讯出现故障，组态王将自动断开与主设备的连接，与从设备建立连接，从设备由热备状态转入运行状态，组态王从从设备中采集数据。

此后，组态王一边与从设备通讯，一边监视主设备的状态，当主设备恢复正常后，组态王自动停止与从设备的通讯，与主设备建立连接，进行通讯，从设备又处于热备状态。

这样就要求从设备与主设备应完全一样，即两台设备要完全处于热备状态。

而且组态王中在定义该设备的IO变量时，只能定义变量与主设备建立连接，而从设备无需定义变量，完全是对主设备的冗余。

22.1.2双设备冗余的功能

具体地说双设备冗余主要是实现数据的不间断采集。

由于采用了设备冗余，因此一旦主设备通讯出现中断，从设备可以迅速将采集到的数据传给主设备继续与组态王进行通讯，从而保持数据的完整性。

22.1.3双设备冗余的设置

22.1.3.1双设备冗余设置的步骤

双设备冗余定义的步骤大致为：

◆从设备定义

◆主设备定义

◆变量定义（主设备）

双设备冗余设置一般先定义从设备，然后再定义主设备，定义主设备时可将已定义的设备定义为从设备。

也可以同时将两个设备都定义，然后再指定住、从设备。

22.1.3.2从设备定义

从设备的设置与一般的I/O设备设置方法相同，工程人员根据设备配置向导就可以完成从设备的配置，具体设置方法请参见“第六章IO设备管理”。

例如在COM1口上定义一个逻辑名为“从设备7018”的Nudam7018模块设备，如图22.2：

图22.2定义好的从设备——从设备7018

22.1.3.3主设备定义

主设备的设置与一般的I/O设备设置方法也大致相同，工程人员根据设备配置向导就可以完成主设备的配置，具体设置方法请参见“第六章IO设备管理”。

图22.3指定主设备的冗余设备

唯一不同的是，在“设备配置向导——逻辑名称”页中，需要指定主设备的冗余设备的逻辑名称，如图22.3所示，选中“指定冗余设备”选项，“冗余设备逻辑名：

”列表框就会变为可见，可从下拉列表中选出刚刚定义的设备“从设备7018”作为该设备冗余设备。

另外，对组态王来说，两个冗余的设备实际上是独立的两个设备。

因此设备的地址不同。

注意：

程人员给要配置的主设备指定一个与从设备不同的逻辑名称。

例如:

在COM2口上定义一个逻辑名为“主设备7018”的Nudam7018模块做为主设备，设备配置信息总结界面如图22.4：

图22.4定义好的主设备——主设备7018

22.1.3.4变量定义

工程人员在数据词典中定义变量，必须要和主设备相连接，从设备不能定义任何变量。

关于IO变量的定义请参见“第五章变量定义和管理”。

22.1.4双设备冗余的使用

运行系统启动后，可以从组态王信息窗中看到设备初始化信息，和当主设备出现故障时，切换到从设备的提示信息。

如：

系统判断到主设备出现故障，直接启动从设备，实现了数据的不间断采集，保证了数据的完整性。

22.2双机热备

双机热备其构造思想是主机和从机通过TCP/IP网络连接，正常情况下主机处于工作状态，从机处于监视状态，一旦从机发现主机异常，从机将会在很短的时间之内代替主机，完全实现主机的功能。

例如，IO服务器的热备机将进行数据采集，报警服务器的冗余机将产生报警信息并负责将报警信息传送给客户端，历史记录服务器的冗余机将存储历史数据并负责将历史数据传送给客户端。

当主机修复,重新启动后，从机检测到了主机的恢复，会自动将主机丢失的历史数据拷贝给主机，同时，将实时数据和报警缓冲区中的报警信息传递给主机，然后从机将重新处于监视状态。

这样即使是发生了事故,系统也能保存一个相对完整的数据库、报警信息和历史数据等。

22.2.1双机热备的功能

组态王的双机热备主要实现以下功能：

Ø实时数据的冗余

Ø历史数据的冗余

Ø报警信息的冗余

Ø用户登录列表的冗余

组态王提供了系统变量“$双机热备状态”变量来表征主从机的状态。

在主机上，该变量的值为正数，在从机上，该变量的值为负数。

在使用双机热备之前，应先进行双机热备的配置。

注意：

组态王实现双机热备时，主机与从机的组态王工程文件应该完全一致。

22.2.2双机热备实现的原理

如图22.5所示，为双机热备的系统结构图。

双机热备主要是实时数据、报警信息和变量历史记录的热备。

主从机都正常工作时,主机从设备采集数据，并产生报警和事件信息。

从机通过网络从主机获取实时数据和报警信息，而不会从设备读取或自己产生报警信息。

主从机都各自记录变量历史数据。

同时，从机通过网络监听主机，从机与主机之间的监听采取请求与应答的方式，从机以一定的时间间隔（查询间隔）向主机发出请求，主机应答表示工作正常，主机如果没有作出应答，从机将切断与主机的网络数据传输，转入活动状态，改由下位设备获取数据，并产生报警和事件信息。

此后，从机还会定时监听主机状态，一旦主机恢复，就切换到热备状态。

通过这种方式实现了热备。

当主机正常运行，从机后启动时，主机先将实时数据和当前报警缓冲区中的报警和事件信息发送到从机上，完成实时数据的热备份。

然后主从机同步，暂停变量历史数据记录，从机从主机上将所缺的历史记录文件通过网络拷贝到本地，完成历史数据的热备份。

这时可以在主从机组态王信息窗中看到提示信息“开始备份历史数据”和“停止备份历史数据”。

历史数据文件备份完成后，主从机转入正常工作状态。

当从机正常运行，主机后启动时，从机先将实时数据和当前报警缓冲区中的报警和事件信息发送到主机上，完成实时数据的热备份。

然后主从机同步，暂停变量历史数据记录，主机从从机上将所缺的历史记录文件通过网络拷贝到本地，完成历史数据的热备份。

这时也可以在主从机的组态王信息窗中看到提示信息“开始备份历史数据”和“停止备份历史数据”。

历史数据文件备份完成后，主从机转入正常工作状态。

双机热备历史数据热备的结构图如图22.6所示。

双机热备中，需要各台计算机保持时钟一致，这里就牵扯到校时服务器的概念，一般的设置是将主机和从机都设置为校时服务器，主机工作时主机采取广播的方式以一定的时间间隔向各台机器发送校时桢，保持网络时钟的统一。

而当主机失效时，从机将代替主机成为网络的校时服务器。

包括“校时信息”，“主机失效与恢复信息”，“从机升为主机与恢复信息”都会在组态王信息窗口中显示。

图22.5单机版双机热备系统结构

图22.6历史数据冗余

22.2.3网络工程的冗余

对于网络工程，即整个工程的所有功能分别由专用服务器来完成时，可以根据系统的重要性来决定对哪些服务器采取冗余，例如对于实时数据采集非常重要，而历史数据和报警信息不是很重要的系统来说，可以只对IO服务器设置冗余，如果历史数据和报警信息也同样重要的话，则需要分别设置IO服务器、历史记录服务器和报警服务器的冗余机。

下面将详细介绍其冗余的实现。

网络结构示意如图22.7:

图22.7IO、报警、历史记录服务器的冗余

在这种网络结构和冗余结构中，实时数据的冗余由IO服务器主机和IO服务器从机来完成，实时数据的冗余与单机版工程的实时数据冗余相同；历史数据的冗余由历史记录服务器主机和历史记录服务器从机来完成；报警信息的冗余由报警服务器主机和报警服务器从机来完成。

对报警服务器和历史记录服务器的冗余来说，从机没有监视状态，即报警服务器从机和历史记录服务器从机与它们的主机一样，同时从IO服务器上取数据，在报警服务器从机上同样生成报警信息，并在报警服务器主机停止工作时，向客户机传送报警信息；在历史记录服务器上同样存储历史记录，并在历史记录服务器主机停止工作时，向客户机传送历史数据。

对于客户端来说，只需要指定其IO服务器、报警服务器和历史记录服务器的主机，当这些主机出现故障时，客户端会自动转为与相应的从机通讯。

22.2.4双机热备配置

双机热备配置的三个要素

◆主机网络配置。

◆从机网络配置。

◆变量“$双机热备状态”的使用。

22.2.4.1主机网络配置

第一步：

在主机上选择组态王工程浏览器中的“网络配置”项，双击该项，弹出如图22.8所示“网络配置”对话框，选择“连网”模式，在“本机节点名”处键入本机名称或IP地址。

在双机热备一栏中，选择“使用双机热备”选项，后面的“本站为主站”和“本站为从站”选项变为有效。

选择“本站为主站”。

图22.8主机网络配置

第二步：

在“从站点”后的编辑框中输入从站的名称或IP地址。

在“从站历史数据库路径”一栏中键入从机保存历史数据的完整路径，该路径的定义格式采用UNC格式。

该路径在从机上应该提供共享，这里添加的路径也是通过网络可以看到的有效路径。

“网络参数”的设置请参见“第23章网络功能”。

第三步：

节点类型设置，在“网络配置”中单击“节点类型”属性页，如图22.9：

图22.9校时服务器设置

按照实际情况选择本站点的类型（请参见第二十一章网络功能），一般如果是是单机，各选项都要选择。

选择“本机是校时服务器”，同时输入“校时间隔”，表示本机发送校时信息的时间间隔。

默认为1800毫秒。

单击“确定”，完成了双机热备中主机的基本配置。

22.2.4.2从机网络配置

第一步：

在从机上选择组态王工程浏览器中的“网络配置”项，双击该项，弹出“网络配置”对话框，如图22.10。

选择“连网”模式，在“本机节点名”处键入从机名称或IP地址，在双机热备一栏中，选择“使用双机热备”选项。

其后面的“本机为主站”和“本机为从站”选项变为有效，选择“本站为从机”。

此时“查询频率”编辑框变为有效。

图22.10从机网络配置

第二步：

在“主站名称”处键入主站名称或IP地址。

在“主站历史数据库路径”处键入主机保存历史数据的完整路径，该路径的定义格式采用UNC格式。

该路径在主机上应该提供共享，这里添加的路径也是通过网络可以看到的有效路径。

第三步：

在“查询频率”处输入从机监听主机的时间间隔。

如图22.10，缺省为15000毫秒。

单击“确定”，完成了双机热备中从机的基本配置。

22.2.4.3双机热备状态变量的使用

系统变量“$双机热备状态”变量用来表征主从机的状态。

在主机上，该变量的值为正数，在从机上，该变量的值为负数。

主机状态监控：

在主机的组态王工程中，可通过变量“$双机热备状态”对主机进行监控。

变量“$双机热备状态”有以下几种状态：

◆$双机热备状态=1，此时主机状态正常。

◆$双机热备状态=2，此时主机状态异常，主机将停止工作，并不再响应从机的查询。

从机状态监控：

在从机的组态王工程中，可通过变量“$双机热备状态”对从机进行监控。

变量“$双机热备状态”有以下几种状态：

Ø$双机热备状态=-1，此时从机检测到主机状态正常。

Ø$双机热备状态=-2，此时从机检测到主机状态异常，主机工作异常，从机代替主机成为主站。

手动状态切换

特殊情况下，可以通过强制$双机热备状态，实现主，从机之间的手动切换。

Ø主机切换到从机：

强制主机的$双机热备状态为2，主机停止工作，并停止响应从机查询，从机认为主机故障，启动工作，此时主机将没有任何工作，同时主机的数据也将不再变化。

当强制主机的$双机热备状态为1后，又能实现从机向主机的切换,

22.3双网络冗余

双网络冗余实现了组态王系统间两条物理网络的连接，以防单一网络系统中网络出现故障则所有站点瘫痪的弊端。

对于网络的任意一个站点均安装两块网卡，并分别设置在两个网段内。

当主网线路中断时，组态王网络通讯自动切换到从网，并由从网监视主网线路状态，在主网线路恢复正常时，组态王通讯自动切换到主网线路，系统恢复到正常状况。

系统结构示意图如图22.11:

图22.11双网络冗余示意图

如图示，粗线表示主网，细线表示从网。

A表示主网网卡，B表示从网网卡。

在网络上的任意一台机器均需要安装两个网卡，并且这两块网卡分别设置在两个网段内，例如，A网卡的IP地址均设置为100.100.100.*，最后一位数字各台机器不相同，子码掩码为：

255.255.255.0；B网卡的IP地址均设置为200.200.200.*，最后一位数字各台机器不相同，子码掩码为：

255.255.255.0，这样就构造了两个以太网，各个站点将通过相同网段的网卡进行通讯。

22.3.1双网络冗余配置

22.3.1.1网卡的配置

下面以“数据采集站”为例详细介绍双网络冗余的配置。

由于每个站点均配置有两块网卡，因此需要设置两块网卡的IP地址，从计算机的“控制面板”中双击网络图标，进入“配置”，选中TCP/IP协议，单击属性，弹出对话框如如图22.12：

图22.12设置网卡的IP地址

在适配器下的列表框中会自动列出两个网卡，选中主网网卡，在IP地址栏中指定IP地址为：

100.100.100.1，子网掩码为：

255.255.255.0，默认网关可先不设置。

然后从适配器下的列表框中选中从网网卡，在IP地址栏中指定IP地址为：

200.200.200.1，子网掩码为：

255.255.255.0，默认网关可先不设置。

对于网络的其他每个站点都这样设置，例如“报警数据站”，网卡1的IP地址为100.100.100.2，子网掩码为255.255.255.0，网卡2的IP地址为：

200.200.200.2，子网掩码为255.255.255.0。

22.3.1.2组态王网络配置

在“数据采集站”上，选择组态王工程浏览器中的“网络配置”项，双击该项，弹出如图22.13所示对话框，选择“连网”，在“本机节点名”处键入本机名称，例如“数据采集站”，或者是本机的主网网卡的IP地址，例如“100.100.100.1”，在备份网卡中输入网卡2的IP地址，例如“200.200.200.1”。

对于网络上的其他每个站点都这样设置，例如“报警数据站”，本机节点名为“报警数据站”，或者输入IP地址“100.100.100.2”，备份网卡输入“200.200.200.2”。

注意：

只有在构造了局域网的条件下，“本机节点名”中输入机器名才有效，否则只能用IP地址，并且在有备份网卡的情况下，“本机节点名”只能是主网网卡的IP地址。

图22.13设置网络参数

当主网出现故障时，将切换到从网通讯；当一个站点由于一个网卡或一段网线出现故障，而与其他站点的网络通讯出现故障时，它的备份网卡将切换到工作状态，例如“数据采集站”的A网卡出现故障时，它的B网卡将与“报警数据站”等网络上的其他站点通过从网进行通讯。

当主网线路恢复正常时，从网将通讯的主动权交回主网，网络通讯进入正常状态，网络上的各个站点通过主网进行通讯。

对于双设备、双机和双网络冗余这三种冗余方式，设计者可综合运用，可以同时采取三种冗余方式或采取其中的任意一种或两种。

采用冗余后，系统运行时将更加稳定、可靠，对各种情况都能应付自如。