[发明专利]双通道热备系统及实现双通道热备的方法

说明书

技术领域

本发明涉及工业控制技术领域，特别涉及一种双通道热备系统及实现双通道热备的方法。

背景技术

在铁路、电力、钢铁、石化等工业控制领域中，对控制系统的可用性和可靠性有较高的要求。双通道热备系统由于具有较高的可用性和可靠性，同时具备一定的容错能力，便于操作人员进行维护，被广泛地采用。

为了保证双通道热备系统的可用性和可靠性，设计过程中需要着重考虑的问题包括：“主”、“备”通道状态切换，“主”、“备”通道之间状态同步，“主”、“备”通道的一致性校验等。

现有双通道热备的技术方案中，多数系统在双通道之间设置心跳线，依靠软件分别判断对方的状态来实现“主”、“备”状态的预置和切换。这种方式缺少第三方监督，当心跳线出现错误时，可能导致“备”通道误升“主”通道，产生双主状态，影响信息传输与控制，进入不安全状态。

为了解决缺少第三方判决的问题，有的系统设置了切换单元，通过继电器、中小规模数字集成电路组成的简单逻辑电路完成切换逻辑控制，保证在任意时刻，只有一个通道处于主状态。但是这种切换单元的功能仅限于“主”、“备”状态的预置和切换，无法控制两个通道间的同步状态，在对双通道状态的监控中存在盲点，同时如果切换单元缺少冗余设计，一旦切换单元故障，会给整个系统的正常运行带来更大的风险。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：其一，避免双通道出现“双主”或者“双备”的状态；其二，保证两个通道的控制周期同步；其三，提高故障反应时间；其四，满足整个双通道热备系统对于实时性的要求；其五，提高系统的可靠性和可用性；其六，保证主、备状态的无缝切换。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种双通道热备系统，所述系统包括热备状态管理层、应用处理层和数据通信层；所述热备状态管理层包括两个热备管理单元，所述应用处理层包括两个应用处理机，所述数据通信层包括两个通信机；所述热备状态管理层用于控制两个应用处理机主、备状态的设置和切换、监控数据通信层的工作状态，并实现系统的两个通道的控制周期同步，其中，一个热备管理单元控制一个应用处理机，并与其构成该系统的一个通道；所述数据通信层用于接收来自外界的数据，并转发给所述应用处理层。

其中，所述热备状态管理层、应用处理层和数据通信层均连接到高速通信总线上。

其中，两个热备管理单元之间通过互锁/自锁连接总线连接，所述互锁/自锁连接总线用于实现自锁/互锁逻辑，从而选择一个正常工作的通道作为主状态。

其中，两个热备管理单元之间通过同步连接总线连接，所述同步连接总线用于向当前备通道传递当前主通道的同步信号。

其中，热备状态管理层采用冗余硬件设计；两个应用处理机相互冗余，两台通信机也相互冗余，为两个通道共同使用；高速通信总线采用冗余结构。

本发明还提供了一种利用上述系统来实现双通道热备的方法，所述热备状态管理层按照如下方式控制两个应用处理机主、备状态的设置：热备管理单元向对应的应用处理机发送工作模式码来通知其工作模式，其中，所述工作模式码分为工作状态和非工作状态，工作状态包括主、备两种模式，非工作状态包括上电、故障、同步和维护四种模式。

其中，所述热备状态管理层按照如下方式控制两个应用处理机主、备状态的切换：两个热备管理单元之间采用自锁/互锁逻辑选择一个工作正常的通道作为主状态；并且，

在每个控制周期开始时，两个应用处理机从对应的热备管理单元接收工作模式码，并根据接收到的工作模式码来执行主状态或者备状态的流程，完成应用处理流程后，向对应的热备管理单元报告自己的工作状态，热备管理单元根据工作状态信息判断两个应用处理机的工作状态是否正常，当任何一个应用处理机工作异常时，热备管理单元采用自锁/互锁逻辑实现主、备状态的切换，并对工作异常的应用处理机采取冗余策略使其停止工作。

其中，所述热备状态管理层按照如下方式实现两个通道的控制周期同步：热备状态管理层向两个应用处理机输出同步信号，使两个应用处理机处于控制周期同步的工作状态。

其中，所述热备状态管理层实现两个通道的控制周期同步的方式具体为：当前主通道的热备管理单元从两个热备管理单元之间的同步连接总线发出同步信号，当前备通道的热备管理单元从同步连接总线接收该同步信号，从而保证两个热备管理单元处于控制周期同步的工作状态。

其中，热备管理层按照如下方式监控数据通信层的工作状态：