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一种双环网链路的冗余系统

申请号 CN202311830745.6 申请日 2023-12-27 公开(公告)号 CN117908438A 公开(公告)日 2024-04-19
申请人 南京科远智慧科技集团股份有限公司; 发明人 吴道锋; 刘涛; 朱高阳; 徐冲;
摘要 本 发明 提供了一种双环网链路的冗余系统,包括主 机架 和N个扩展机架,N取值为自然数;所述主机架包括 控制器 A、控制器B、CPU模 块 底座A、CPU模块底座B、N个第一I/O模块和N个第一I/O模块底座;所述CPU模块底座A位于主机架首端;所述CPU模块底座A与CPU模块底座B相连,所述CPU模块底座B与N个第一I/O模块底座依次级联;所述控制器A与CPU模块底座A相连,所述控制器B与CPU模块底座B相连,所述第N个第一I/O模块与第N个第一I/O模块底座相连;本发明所配置为双控制器双环形冗余网络和单控制器环形冗余网络,提高了系统可靠性,解决了控制器、通信模块故障后通信中断问题。
权利要求

1.一种双环网链路的冗余系统,其特征在于,包括主机架和N个扩展机架,N取值为自然数;
所述主机架包括控制器A、控制器B、CPU模底座A、CPU模块底座B、N个第一I/O模块和N个第一I/O模块底座;所述CPU模块底座A位于主机架首端;所述CPU模块底座A与CPU模块底座B相连,所述CPU模块底座B与N个第一I/O模块底座依次级联;
所述控制器A与CPU模块底座A相连,所述控制器B与CPU模块底座B相连,所述第N个第一I/O模块与第N个第一I/O模块底座相连;
第N个扩展机架包括通信模块AN、通信模块BN、通信模块底座AN、通信模块底座BN、N个第二I/O模块和N个第二I/O模块底座;所述通信模块底座AN位于第N个扩展机架首端;所述通信模块底座AN与通信模块底座BN相连,所述通信模块底座BN与N个第二I/O模块底座依次级联;
所述通信模块AN与所述通信模块底座AN相连,所述通信模块BN与通信模块底座BN相连,所述第N个第二I/O模块与第N个第一I/O模块底座相连;
所述控制器A与扩展机架连接形成第一环网链路,所述控制器B与扩展机架连接形成第二环网链路。
2.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述控制器A与控制器B组成控制器冗余,所述通信模块AN、通信模块BN组成通信模块冗余,所述第一环网链路与第二环网链路组成环网冗余。
3.如权利要求2所述的系统,其特征在于,所述通信模块AN、通信模块BN、第一I/O模块、第二I/O模块的通信方式为M‑LVDS通讯。
4.如权利要求3所述的系统,其特征在于,所述通信模块AN、通信模块BN结构相同,均包括处理器、诊断电路、第一通信切断电路和第二通信切断电路;所述诊断电路、第一通信切断电路和第二通信切断电路均与处理器相连;
所述通信模块底座包括第一通信恢复电路和第二通信恢复电路;
所述第一通信切断电路和第二通信切断电路结构相同,均包括单刀双掷常开继电器;
所述第一通信恢复电路和第二通信恢复电路结构相同,均包括单刀双掷常闭继电器。
5.如权利要求4所述的系统,其特征在于,所述通信模块AN、通信模块BN、第一I/O模块、第二I/O模块具有热拔插功能。
6.如权利要求5所述的系统,其特征在于,所述控制器A与控制器B通过CPU模块底座的M‑LVDS通讯电路与主机架第一I/O模块和扩展机架第二I/O模块通信,所获信息由控制器A与控制器B互相传输;单个控制器故障时,由未故障控制器保持系统正常运行,从而实现控制器冗余。
7.如权利要求6所述的系统,其特征在于,在网络冗余方面,所述控制器A包括两个通信单元C1和C2;所述控制器B包括两个通信单元C3和C4;
扩展机架中的两个通信模块结构相同,均包含有两个通信单元,记为第一通信单元和第二通信单元;
所述控制器A的通信单元C1与通信模块A1的第一通信单元相连,通信模块A1的第二通信单元与通信模块B1的第一通信单元相连,以此类推,最后通信模块AN的第一通信单元与控制器A的通信单元C2相连,形成第一环网链路;
所述控制器B的通信单元C3与通信模块B1的第一通信单元相连,通信模块B1的第二通信单元与通信模块B2的第一通信单元相连,以此类推,最后通信模块BN的第二通信单元与控制器B的第通信单元C4相连,形成第二环网链路;至此组成双环网冗余系统。
8.如权利要求7所述的系统,其特征在于,在通信模块冗余方面,所述通信模块通过通信模块底座,经过M‑LVDS通讯电路实现I\O模块状态信息的互传,在一个通信模块故障时,由另一个通信模块接手通信链路,实现通信模块的冗余。

说明书全文

一种双环网链路的冗余系统

技术领域

[0001] 本发明涉及工业自动化领域,具体涉及一种双环网链路的冗余系统。

背景技术

[0002] 在工业自动化领域,由于单控制器与被控设备组成的单一链路具有结构简单,成本较低的优点,使其得到了广泛的应用,但随着工业的不断发展,对控制系统的可靠性与稳定性要求越来越高,单链路控制系统已无法满足要求。因此冗余成为了提高系统可靠性的最有效的技术之一,常见的冗余方法为控制器冗余、网络冗余等,控制器冗余指系统的控制单元由多个相同的控制器组成,该系统在单个控制器故障的情况下,其余正常工作的控制器可保证系统的稳定运行。网络冗余指网络的双环网架构,该系统在一路环网出现故障的情况下,另一路环网保证系统通信正常。但这些冗余方案只能应对单一故障,在面对多种类型故障时不能保证系统的安全,而且该冗余方案不支持冗余模的热拔插,无法即插即用,导致在进行系统维护时,影响系统的正常运行。

发明内容

[0003] 发明目的:本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足,提供一种双环网链路的冗余系统。该系统不仅实现了控制器冗余与网络冗余,而且系统中每一个扩展机架的通信模块均进行了冗余设计,避免控制系统在面对多个不同层次故障时停止运行,并且通信模块与I/O模块均支持热拔插,在系统维护时可由冗余模块保证系统的正常运行,在系统维护结束后可在不影响系统运行的情况下重新恢复冗余系统,大大提高了控制器系统的稳定性与可靠性。
[0004] 为实现上述内容,本发明的技术方案如下所示:
[0005] 本发明系统包括主机架和N个扩展机架,N取值为自然数;
[0006] 所述主机架包括控制器A、控制器B、CPU模块底座A、CPU模块底座B、N个第一I/O模块和N个第一I/O模块底座;所述CPU模块底座A位于主机架首端;所述CPU模块底座A与CPU模块底座B相连,所述CPU模块底座B与N个第一I/O模块底座依次级联;
[0007] 所述控制器A与CPU模块底座A相连,所述控制器B与CPU模块底座B相连,所述第N个第一I/O模块与第N个第一I/O模块底座相连;
[0008] 第N个扩展机架包括通信模块AN、通信模块BN、通信模块底座AN、通信模块底座BN、N个第二I/O模块和N个第二I/O模块底座;所述通信模块底座AN位于第N个扩展机架首端;所述通信模块底座AN与通信模块底座BN相连,所述通信模块底座BN与N个第二I/O模块底座依次级联;
[0009] 所述通信模块AN与所述通信模块底座AN相连,所述通信模块BN与通信模块底座BN相连,所述第N个第二I/O模块与第N个第一I/O模块底座相连;
[0010] 所述控制器A与扩展机架连接形成第一环网链路,所述控制器B与扩展机架连接形成第二环网链路。
[0011] 所述控制器A与控制器B组成控制器冗余,所述通信模块AN、通信模块BN组成通信模块冗余,所述第一环网链路与第二环网链路组成环网冗余。
[0012] 所述通信模块AN、通信模块BN、第一I/O模块、第二I/O模块的通信方式为M‑LVDS通讯。
[0013] 所述通信模块AN、通信模块BN结构相同,均包括处理器、诊断电路、第一通信切断电路和第二通信切断电路;所述诊断电路、第一通信切断电路和第二通信切断电路均与处理器相连;
[0014] 所述通信模块底座包括第一通信恢复电路和第二通信恢复电路;
[0015] 所述第一通信切断电路和第二通信切断电路结构相同,均包括单刀双掷常开继电器;
[0016] 所述第一通信恢复电路和第二通信恢复电路结构相同,均包括单刀双掷常闭继电器。
[0017] 所述通信模块AN、通信模块BN、第一I/O模块、第二I/O模块具有热拔插功能。
[0018] 所述控制器A与控制器B通过CPU模块底座的M‑LVDS通讯电路与主机架第一I/O模块和扩展机架第二I/O模块通信,所获信息由控制器A与控制器B互相传输;单个控制器故障时,由未故障控制器保持系统正常运行,从而实现控制器冗余。
[0019] 在网络冗余方面,所述控制器A包括两个通信单元C1和C2;所述控制器B包括两个通信单元C3和C4;
[0020] 扩展机架中的两个通信模块结构相同,均包含有两个通信单元,记为第一通信单元和第二通信单元;
[0021] 所述控制器A的通信单元C1与通信模块A1的第一通信单元相连,通信模块A1的第二通信单元与通信模块B1的第一通信单元相连,以此类推,最后通信模块AN的第一通信单元与控制器A的通信单元C2相连,形成第一环网链路;
[0022] 所述控制器B的通信单元C3与通信模块B1的第一通信单元相连,通信模块B1的第二通信单元与通信模块B2的第一通信单元相连,以此类推,最后通信模块BN的第二通信单元与控制器B的第通信单元C4相连,形成第二环网链路;至此组成双环网冗余系统。
[0023] 在通信模块冗余方面,所述通信模块通过通信模块底座,经过M‑LVDS通讯电路实现I\O模块状态信息的互传,在一个通信模块故障时,由另一个通信模块接手通信链路,实现通信模块的冗余。
[0024] 与现有的技术方案对比,本发明具有如下有益效果:
[0025] 本发明提供的双环网链路的冗余方法及系统,本系统具备双环网链路的网路冗余系统,使所述系统在一条环网链路发生故障时,另一条环网维持系统的正常通信。同时主机架配备有两个控制器,形成了控制器冗余系统,并且扩展机架也配备有两个通信模块,形成了通信模块冗余系统,解决了控制器、通信模块故障后通信中断的问题,该系统的通信模块、I/O模块采用M‑LVDS通讯方式,使得通信模块、I/O模块均支持热拔插,解决了系统维护时影响系统支持运行的问题,大大提高了系统的可靠性与稳定性。附图说明
[0026] 下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明,本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
[0027] 图1所述双环网链路冗余方法及系统的结构示意图。
[0028] 图2所述通信模块与通信模块底座内部结构示意图。
[0029] 图3所述通信切断电路内部结构示意图。
[0030] 图4所述通信恢复电路内部结构示意图。

具体实施方式

[0031] 本发明提供的双环网链路冗余系统包括主机架、N个扩展机架、控制器A、控制器B、CPU模块底座、N个第一I/O模块、N个第一I/O模块底座、通信模块A、通信模块B、通信模块底座、N个第二I/O模块和N个第二I/O模块底座,N取值为自然数。所述系统的冗余设计包括控制器冗余、环网冗余、通信模块冗余,并且所述系统的通信模块、第一I/O模块、第二I/O模块均支持热拔插。系统的整体架构如图1所示,下面对控制器冗余与环网冗余一一说明。
[0032] 首先针对控制器冗余,所述主机架包括控制器A与控制器B,控制器A与控制器B通过CPU模块底座的M‑LVDS通讯电路与主机架第一I/O模块和扩展机架第二I/O模块通信,所获信息由控制器A与控制器B互相传输。单个控制器故障时,由未故障控制器保持系统正常运行,从而实现控制器冗余。
[0033] 在网络冗余方面,控制器包括两个通信单元C1和C2,第N个扩展机架包括通信模块AN、通信模块BN,所述通信模块包括两个通信单元C1和C2。每个通信单元均组成两条通信链路,具体而言,所述主机架控制器A的通信单元C1与扩展机架通信模块A1的通信单元C1相连,通信模块A1的通信单元C2与通信模块A2的通信单元C1相连,以此类推,最后扩展机架通信模块An的通信单元C2与主机架控制器A的通信单元C2相连,形成第一环网链路。
[0034] 所述主机架控制器B的通信单元C3与扩展机架通信模块B1的通信单元C3相连,通信模块B1的通信单元C4与通信模块B2的通信单元C4相连,以此类推,最后扩展机架通信模块Bn的通信单元C4与主机架控制器B的通信单元C4相连,形成第二环网链路。至此组成双环网冗余系统,扩展机架通信模块故障后不影响环网通信,不会发生环网故障后通信中断的问题。
[0035] 在通信模块冗余方面,所述扩展机架包括通信模块A、通信模块B和通信模块底座,所述通信模块通过通信模块底座,经过M‑LVDS通信链路实现I\O模块状态信息的互传,在一个通信模块故障时,可由另一个通信模块接手其通信链路,实现通信模块的冗余。
[0036] 所述通信模块内部结构包括处理器、诊断电路、通信切断电路1和通信切断电路2。所述通信模块底座内部结构包括通信恢复电路1和通信恢复电路2。通信切断电路包括单刀双掷常开继电器,通信恢复电路包括单刀双掷常闭继电器。所述通信模块与通信模块底座内部结构示意图如图2所示。所述通信切断电路内部结构示意图如图3所示,所述通信恢复电路内部结构示意图如图4所示。
[0037] 系统正常工作时通信模块诊断电路对获取的信息不断判断,一旦发生通信故障,由通信切断电路将通信链路切断,避免影响后续扩展机架通信,此时所述系统通信由其余环网链路进行,当诊断电路判断通信故障消除时,由通信恢复电路将通信链路恢复。提高了系统的可靠性。
[0038] 在热拔插设计方面,所述通信模块与I\O模块采用M‑LVDS的通信方式,其通过底座模块的M‑LVDS链路连接到总线中,在脱离、进入总线时通过通信切断电路或通信恢复电路使其不会影响系统的正常运行。
[0039] 本发明提供了一种双环网链路的冗余系统,具体实现该技术方案的方法和途径很多,以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
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