基于单机容错服务器的控制系统网络架构设计

０ ３ ０ ０ ０ ３ ；２ ． 太原钢铁 （ 集 团） 岚 县 矿 业 有 限
摘 要 ：针 对 目前 企 业 控 制 系统 网 络 架 构 中存 在 的 控 制 站 通 讯 接 口负荷 大 、 易 造 成 数 据 拥 堵 及 双 机 热备 冗 余 服
务 器 有 出现 冗 余 故 障 的 隐 患 等 问题 ，设 计 了 基 于 单 机 容 错 服 务 器 技 术 的 组 合 式 控 制 系 统 网络 架 构 。 实 践 表 明 ， 基 于 单 机 容 错 服 务 器 技 术 的 组 合 式 控 制 系 统 网络 架 构 运 行 稳 定 可 靠 ，具 有 一定 的推 广 价 值 。
诸 多优 势 ：
（ １ ）单 机 容错 服 务 器 的 可用 性 是 ９ ９ ． ９ ９ ９ ９ ／ ６ ， 而 双
机 热备 冗余 服务 器 的可 用性 是 ９ ９ ． ９ 。
ห้องสมุดไป่ตู้
（ ２ ）设 计 上单 机 容 错 服 务 器 的 目标 是 避 免 停 机 ，
而 双机 热备 冗余 服 务器 是减 少停 机 。
（ ３ ）单 机 容错 服务 器 能有 效地 保 护 动态 数 据 不丢 失， 而双 机热 备 只 能保 证 写 入 硬 盘 的数 据 。正 常工 作 状 态下 ， 单 机容 错服 务 器 内的数 据相 互备 份 ， 其 中一组 硬件 发 生故 障 ， 单机 容错 服 务器 仍 能继续 正 常运 行 ， 可
１ 目前各 种 网络 架构 存在 的问题 目前 在包 括 冶金 矿 山等 的工 业 企 业 里 ， 控 制 系统
网络架 构 一般 有 以下几 种 形式 ： 单 层 总线式 对 等 网络 、 单 层环 网 、 双层 总 线式 对 等 网络 、 总线 ＋单 环 网式 双层 网络 、 双层 单 环 网络 、 单 环 ＋双 环 式 双 层 网络 、 双 环 ＋ 双 环 式双 层 网络 等 。这几 种 网络 架构 又 可分 为单层 网 络 架构 和 双层 网络 架 构 两 大 类 。对 于 单 层 网络 架 构 ， 其 弊端 是 ： 控制 站 通 讯 接 口负 荷 大 ， 易造成数据拥堵 ； 总 线上 一 点 中断 可能 导致 一部 分 甚至 全部 设 备通 讯 中 断， 安 全性 差 。对 于双 层 网络架 构 ， 基 本上 都采 用 双机 热备 冗 余服 务 器 ， 双机 热 备 冗 余 服 务 器 采 用 的是 软 件 冗余 技 术 ， 由 ２台完全 相 同 的独立 服务 器组 成 ， 每 台服 务 器分 别安 装 相 同的操 作 系 统 和应 用 软 件 ， 在 ２台服 务 器之 间配 置 串 口通讯 实 现数 据 同步 。尽 管双 机 热备 冗 余服 务器 具 有使 用广 泛 、 技术 成 熟 的优 势 ， 但 它 同时
第 １ 期（ 总第 １ ８ ８期 ）
２ ０ １ ５年 Ｏ ２月
机 械 工 程 与 自 动 化
ＭＥ ＣＨＡＮＩ ＣＡＬ Ｅ ＮＧＩ ＮＥＥ ＲＩ ＮＧ ＆ ＡＵＴＯＭ ＡＴＩ ＯＮ
Ｎ Ｏ． １
Ｆｅ ｂ ．
文章编 号 ： １ ６ ７ ２ — ６ ４ １ ３ （ ２ ０ １ ５ ） ０ １ — ０ ２ ０ ５ — ０ ２
冗余 服 务器 采用 的是 软件 冗 余 技 术 ， 所 以单 机 容 错 服
务器 出故 障的几 率远 远 低 于双机 热备 冗余 服务 器 出故
障 的几 率 。此外 ， 单 机 容 错 服 务 器 采 用 了 锁 步运 行 技
术、 主 动服 务体 系结 构 等一 系列新 技 术 ， 从 而 使得 单机 容错 服 务器 技术 相 对于 双机 热备 冗余 服务 器 技术 具有
出现 冗余 故 障 ， 这 时操 作 站 从 服 务器 读 取 的数 据 和 画
面就会 出现 凌 乱 ， 从 而威 胁 安全 生产 。
息、 各 种指 令都 依 靠控 制 系统 网络 来传 输 ， 控 制系 统 网
络 架构 的设 计 是 自动 控制 系统 设 计 的重要 一环 。 目前
总之 ， 目前 的 网络 架 构 要 么 存 在控 制 站通 讯 接 口 负荷 大 、 易造 成 数据 拥堵 的问题 ， 要 么存在 双 机热 备冗 余 服务 器有 出现冗 余故 障 的隐患 等 问题 。
２ 基 于单 机容 错 服务器 的控 制 系统 网络架构 的设计 ２ ． １ 单机 容错 服务 器技 术的优 势 分析
企 业 的控 制 系统 网 络 架 构 存 在 控 制 站 通 讯 接 口负 荷 大、 易 造成 数 据拥 堵 及 双 机 热 备冗 余 服 务 器有 出现 冗 余 故 障 的隐患 等 问 题 。为 此 ， 设 计 了基 于单 机 容 错 服 务 器 技术 的组 合 式控 制 系统 网络 架 构 ， 以解 决 上述 问
题。
在 自动化 控制 系统 中 ， 最容 易 出现 问题 的是 软件 。 由于单 机容 错 服务 器 采 用 的 是硬 件 冗 余 技 术 ， 并非 由
２台完 全 相 同 的独 立 服 务 器 组 成 ， 而 是 １台具 有 ２套 硬 件组 件 和功 能全 面冗 余 的特殊 计算 机 。而 双机 热备
基 于 单机 容 错 服 务 器 的控 制 系统 网络 架 构 设 计
李 志宏 ， 郎进 平 。 ，杜 迎 喜。 ，陈 若珩 ，刘 雯丽
（ １ ． 山西 太 钢 不锈 钢 股 份 有 限 公 司 自动 化 公 司 ， 山西 太 原
公 司 ， 山 西 太 原 ０ ３ ０ ０ ０ ３ ）
关 键 词 ： 单 机 容 错 ；组 合 ； 网 络 架 构 ；控 制 系统 中图 分 类 号 ：ＴＰ ２ ７ ３ 文献 标 识 码 ：Ｂ
０ 引 言
务器 的操作 系统 或 应 用 软 件 出现 问题 ， 则 服务 器 就 会
控 制 系统 网络 是 自动 控 制 系统 的重 要 组 成 部 分 ， 其 作用 犹 如人 体 的神 经 网络 ， 控 制 系统 的各 种 数 据 信