CN102124450A - 用于过程控制服务器的同步化的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

描述用于同步化存储在过程控制系统的冗余服务器中的数据的方法。该冗余服务器包括与多个应用通信的活动服务器和至少一个待用服务器。该方法包括在预定时间生成存储在多个活动服务器存储器位置中的信息的存储器快照。存储在该多个活动服务器存储器位置中的信息包括多个应用的应用操作数据并且该存储器快照包括数据结构，其包括存储在该多个活动服务器存储器位置中的信息的副本。该方法还包括将存储器快照从活动服务器传输到至少一个待用服务器，并且将存储器快照存储在至少一个待用服务器。

Description

用于过程控制服务器的同步化的方法和系统
技术领域
本公开的领域大体上涉及过程控制系统，并且更具体地涉及用于在过程控制系统中冗余服务器之间的数据同步化的系统和方法。
背景技术
至少一些已知的过程控制网络包括多个经由局域网(LAN)连接到冗余监控与数据采集(SCADA)服务器的人机界面(HMI)客户端。一个SCADA服务器作为活动服务器处于控制之下同时至少一个其他SCADA服务器处于待用模式。将SCADA服务器之间的数据同步化。至少一些已知的过程控制网络包括经由LAN连接到SCADA服务器的多个远程终端单元(RTU)和或过程逻辑控制器(PLC)。该SCADA服务器分析接收的数据并且基于存储的期望操作条件数据库提供操作指令给RTU/PLC。
一些已知的过程控制网络包括冗余SCADA服务器以便提供增加的操作可靠性。冗余方案的问题之一是例如由于向活动SCADA服务器而不是向备用服务器提供用户更新，因此每个SCADA服务器可不存储相同的操作数据。在故障的情况下，使用备用SCADA服务器可导致基于过时的存储操作数据的过程控制。
发明内容
在一个方面，提供用于将存储在过程控制系统的冗余服务器中的数据同步化的方法。该冗余服务器包括与多个应用(application)通信的活动服务器和至少一个待用服务器。该方法包括在预定时间生成存储在多个活动服务器存储器位置中的信息的存储器快照。存储在该多个活动服务器存储器位置中的信息包括多个应用的应用操作数据并且该存储器快照包括数据结构，数据结构包括存储在该多个活动服务器存储器位置中的信息的副本。该方法还包括将存储器快照从活动服务器传输到该至少一个待用服务器，并且将存储器快照存储在该至少一个待用服务器。
在另一个方面，提供过程控制服务器系统。该过程控制服务器系统包括通信上耦合于网络的多个人机界面(HMI)客户端。该服务器系统还包括通信上耦合于该网络的第一服务器。该第一服务器配置成作为网络上的待用服务器操作。该第一服务器包括用于在多个存储器位置中存储信息的待用存储器，其中该存储器位置配置成存储应用操作信息。该服务器系统还包括通信上耦合于该网络的第二服务器。该第二服务器包括活动存储器。该第二服务器配置成作为该网络上的活动服务器来操作并且在该活动存储器内的多个存储器位置中存储应用操作信息。该第二服务器还配置成生成存储在该多个存储器位置中的信息的存储器快照。该存储器快照包括在预定时间存储在该多个存储器位置中的信息的副本。该第二服务器还配置成传输该存储器快照到第一服务器以使待用存储器和活动存储器同步化。
在再另一个方面，提供过程控制服务器。该过程控制服务器配置成在网络上与至少一个人机界面(HMI)客户端通信，作为网络上的活动服务器来操作，并且在多个活动服务器存储器位置中存储多个应用的应用操作信息。该过程控制服务器还配置成生成该应用操作信息的存储器快照，其中该存储器快照包括在预定时间存储在该多个活动服务器存储器位置中的信息的副本。该过程控制服务器还配置成传输该存储器快照到至少一个待用服务器以使存储在多个待用服务器存储器位置中的信息和存储在多个活动服务器存储器位置中的信息同步化。
附图说明
图1是示范性过程控制服务器系统的示意图。
图2是用于将存储在过程控制系统的冗余服务器中的数据同步化的示范性方法的流程图。
具体实施方式
下列详细说明通过示例并且不通过限制方式来图示本发明的实施例。设想到了本发明对于工业、商业和住宅应用中的冗余控制系统具有普遍应用。
如本文使用的，以单数列举的并且具有单词“一”在前的元件或步骤应该理解为不排除复数个元件或步骤，除非这样的排除明确地记载。此外，对本发明的“一个实施例”的提及不意在解释为排除也包含记载的特征的另外的实施例的存在。
图1是示范性过程控制服务器系统100的示意框图。在示范性实施例中，过程控制服务器系统100包括第一服务器112和第二服务器114。该第一服务器112配置成作为系统100内的待用服务器来操作并且将在本文中称为待用服务器112。该第一服务器114配置成在服务器系统100内作为活动服务器来操作并且将在本文中称为活动服务器114。尽管图示为包括活动服务器114和待用服务器112，服务器系统100可包括任何数量的待用服务器，其具有如本文描述的功能。活动服务器114包括处理器120和存储器122。相似地，待用服务器112包括处理器124和存储器126。在该示范性实施例中，服务器112和114是监控与数据采集(SCADA)服务器，然而，服务器112和114可以是任何类型的服务器，其允许服务器系统100具有如本文描述的功能。
在该示范性实施例中，活动服务器114和待用服务器112经由网络130耦合。网络130还耦合多个人机界面(HMI)到服务器系统100。在该示范性实施例中，第一HMI 140、第二HMI 142和第三HMI 144耦合于网络130。HMI 140、142和144向操作者显示来自活动服务器114的数据。HMI 140、142和144还便于发送数据给活动服务器114，这由操作者来输入。在示范性实施例中，由活动服务器114发送给HMI 140、142和144的数据基于存储在存储器122中的数据和由活动服务器114接收的操作信息。
存储器122包括多个存储器位置，例如存储器位置150、152和154。在该示范性实施例中，存储器位置150、152和154存储实时数据库和其他应用数据，其可包括HMI 140、142和144中的每个的操作指令。该操作指令可包括但不限于包括过程指令、警报信息和驱动器信息。存储在存储器位置150、152和154中的数据可由操作者经由活动服务器114、待用服务器112、HMI140、142、144或任何其他输入装置(其允许数据被修改或输入到存储器位置150、152和154中)更新。
在一些示例中，存储在存储器位置150中的数据由应用170使用，存储在存储器位置152中的数据由应用172使用，并且存储在存储器位置154中的数据包括应用174的期望操作特性。
在该示范性实施例中，待用服务器112是冗余服务器，其基本上便于服务器系统100在活动服务器114故障的情况下的不中断的操作。在活动服务器114故障的情况下，待用服务器112成为服务器系统100的活动服务器。存储在待用服务器112的存储器126中的数据包括可由应用182使用的存储器位置180。存储在存储器位置184中的数据可由应用186使用，并且存储在存储器位置188中的数据可由应用190使用。在该示范性实施例中，应用182与应用170大致上相同，所不同的是应用182被包括在待用服务器112内以及应用170被包括在活动服务器114内。相似地，应用186与应用172大致上相同，并且应用190与应用174大致上相同。
为了使得服务器系统100提供大致上不中断的操作，待用服务器存储器126包括与活动服务器存储器122大致上相同的数据将是有利的。更具体地，存储器位置180包括与存储器位置150大致上相同的数据，存储器位置184包括与存储器位置152大致上相同的数据，并且存储器位置188包括与存储器位置154大致上相同的数据，这将是有利的。
为了便于存储器122和126的同步化，活动服务器114生成存储在存储器位置150、152和154中的信息的存储器快照。在该示范性实施例中，该存储器快照是包含存储在存储器位置150、152和154中的每个中的信息的副本的数据结构。因为存储在存储器位置150、152和154中的信息是可变的，(例如，可由操作者编辑)，该存储器快照包括在预定时间或在与事件发生关联的时间时存储在存储器位置150、152和154中的信息。
在该示范性实施例中，活动服务器114将该存储器快照转换成网络分组(network packet)以用于经由网络130传输到待用服务器112。在一些其他实施例中，该网络分组经由单独的网络192而非网络130传递到待用服务器112。该网络分组在待用服务器112被接收并且重编成存储器快照的副本，其与从活动服务器114发送的存储器快照大致上相同。在该示范性实施例中，用户数据报协议(UDP)用作网络分组传输的协议。在一些其他的实施例中，使用互联网协议套(TCP/IP)，然而，可使用用于在网络上传输数据的任何其他协议。
在一些实施例中，待用服务器112执行从活动服务器114接收的网络分组的验证以确保在待用服务器112接收的存储器快照的完整性。待用服务器112从该存储器快照中提取应用182、186和190中的每个的操作指令。该提取的操作指令然后存储在存储器位置180、184和188中。在该示范性实施例中，存储器位置180存储与生成该存储器快照时存储在存储器位置150中的信息大致上相似的信息，存储器位置184存储与生成该存储器快照时存储在存储器位置152中的信息大致上相似的信息，并且存储器位置188存储与生成该存储器快照时存储在存储器位置154中的信息大致上相似的信息。
在该示范性实施例中，存储器快照在预定时间间隔或在事件发生时生成。为了便于存储器位置150、152、154、180、184和188的基本连续的同步化，在一些实施例中，存储器快照每五十毫秒生成一次。在其他示例中，存储器快照在每五毫秒一次至每十秒一次之间进行生成。上文描述的时间间隔仅提供为示例，并且可使用任何时间间隔，其使服务器系统100能够起本文描述的功能。在一些示例中，存储器快照在由过程控制服务器系统100的操作者指示的时间生成。
图2是用于将存储在过程控制系统的冗余服务器(例如服务器系统100的服务器112和114(在图1中示出))中的信息同步化的示范性方法的流程图200。该示范性方法包括在预定时间或在预定的时间间隔生成210存储在活动服务器的多个存储器位置中的信息的存储器快照。存储在该多个活动服务器存储器位置中的信息可包括实时数据库、警报信息和多个应用的其他应用操作数据，例如应用170、172和174(在图1中示出)。生成步骤210包括在预定时间记录存储在活动服务器存储器位置中的信息的副本。例如，生成步骤210包括记录多个应用中的第一应用的过程数据、警报数据和驱动器数据中的至少一个，以及记录该多个应用中的第二应用的过程数据、警报数据和驱动器数据中的至少一个。
在预定时间生成210活动服务器的多个存储器位置的存储器快照可包括以预定时间间隔记录存储器快照。例如，该存储器快照可以在从每五毫秒一次至每十秒一次的范围中生成。然而，该存储器快照可以在允许如本文描述的冗余服务器操作的任何时间间隔生成。在一些示例中，该存储器快照在事件发生时生成。一旦活动服务器接收事件发生的指示，则生成存储器快照。
该示范性方法还包括从活动服务器传输220服务器快照到至少一个待用服务器。在该示范性实施例中，传输步骤220包括将存储器快照转换成网络分组以用于传输。将存储器快照转换成网络分组以用于传输的步骤包括确定将活动服务器耦合于待用服务器的网络类型并且将网络协议和分组大小中的至少一个与该网络类型匹配。例如，如果活动服务器114和待用服务器112耦合于能够传输三十二位分组的网络130，活动服务器114配置成将存储器快照转换成三十二位分组。在另一个示例中，网络130可能够传输六十四千字节分组并且活动服务器114将存储器快照转换成六十四千字节分组以用于传输到待用服务器112。
该示范性方法还包括在至少一个待用服务器存储230该存储器快照。存储步骤230包括在该至少一个待用服务器接收网络分组并且在该至少一个待用服务器由网络分组重编存储器快照。存储步骤230还包括从存储器快照中提取多个应用的应用操作数据并且在适当的存储器位置中存储应用操作数据。在一些示范性实施例中，在该至少一个待用服务器由网络分组重编存储器快照的步骤进一步包括验证接收的存储器快照的完整性。
如本文使用的术语处理器指中央处理单元、微处理器、微控制器、精简指令集电路(RISC)、专用集成电路(ASIC)、逻辑电路和能够执行本文描述的功能的任何其他电路或处理器。
如本文使用的，术语“软件”和“固件”是可互换的，并且包括存储在存储器(包括RAM存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器和非易失性的RAM(NVRAM)存储器)中用于由处理器120和124来执行的任何计算机程序。上文的存储器类型仅仅是示范性的，因此对于可用于存储计算机程序的存储器类型不是限制性的。
如基于前面的说明书将意识到的，公开的上文描述的实施例可使用计算机编程或工程技术实现，其包括计算机软件、固件、硬件或其的任何组合或子集，其中技术效果是使存储在活动服务器数据库和至少一个待用服务器数据库中的数据同步化以便于过程控制系统的大致上不中断的操作，其中该大致上不中断的操作包括操作待用服务器，其包括最新的应用操作信息。任何这样的所得程序(具有计算机可读代码部件)可体现或提供在一个或多个计算机可读介质内，由此根据该公开的论述实施例来制作计算机程序产品，即制造物件。该计算机可读介质可以是例如但不限于固定(硬)驱动器、软盘、光盘、磁带、例如只读存储器(ROM)等半导体存储器和/或任何传输/接收介质，例如互联网或其他通信网络或链路。包含计算机代码的制造物件可通过直接从一个介质执行代码、通过将代码从一个介质复制到另一个介质或通过在网络上传输代码而制作和/或使用。
用于过程控制系统中冗余服务器的同步化的方法和系统的上文描述的实施例提供成本有效并且可靠的装置以用于便于甚至在活动服务器故障的情况下的该过程控制系统的大致上不中断的操作。更具体地，本文描述的方法和系统便于确保待用服务器包括与在故障时存储在活动服务器中的数据大致上相同的数据。此外，本文描述的方法和系统便于确保由过程控制系统控制的应用的操作中的极少中断。
该书面描述使用包括最佳模式的示例以公开本发明，并且还使本领域内任何技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统并且执行任何包含的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域内技术人员想起的其他示例。这样的其他示例如果它们具有不与权利要求的书面语言不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的书面语言无实质区别的等同结构元件则规定在权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种用于将存储在过程控制系统的冗余服务器中的数据同步化的方法，所述冗余服务器包括与多个应用通信的活动服务器和至少一个待用服务器，所述方法包括：
在预定时间生成存储在多个活动服务器存储器位置中的信息的存储器快照，其中存储在所述多个活动服务器存储器位置中的信息包括所述多个应用的应用操作数据，并且其中所述存储器快照包括数据结构，其包括存储在所述多个活动服务器存储器位置中的信息的副本；
将所述存储器快照从所述活动服务器传输到所述至少一个待用服务器；以及
将所述存储器快照存储在所述至少一个待用服务器。
2.如权利要求1所述的方法，其中将所述存储器快照存储在所述至少一个待用服务器的步骤进一步包括在所述至少一个待用服务器从所述存储器快照提取所述多个应用的应用操作数据。
3.如权利要求1所述的方法，其中生成存储器快照包括在所述预定时间记录存储在所述活动服务器存储器位置中的应用操作信息。
4.如权利要求3所述的方法，其中记录应用操作信息的步骤包括：
记录所述多个应用中的第一应用的过程数据、警报数据和驱动器数据中的至少一个；以及
记录所述多个应用中的第二应用的过程数据、警报数据和驱动器数据中的至少一个。
5.如权利要求1所述的方法，其中在所述预定时间生成所述存储器快照的步骤包括在对应于事件发生的时间和在预定时间间隔的一个或多个记录所述存储器快照。
6.如权利要求5所述的方法，其中在预定时间间隔生成所述存储器快照的步骤包括在从每十毫秒一次至每十秒一次的范围中生成所述存储器快照。
7.如权利要求1所述的方法，其中将所述存储器快照从所述活动服务器传输到至少一个待用服务器包括：
将所述存储器快照转换成网络分组用于传输；
将所述网络分组从所述活动服务器传输到所述至少一个待用服务器；
在所述至少一个待用服务器接收所述网络分组；以及
在所述至少一个待用服务器由所述网络分组重编所述存储器快照。
8.如权利要求7所述的方法，其中将所述存储器快照转换成网络分组用于传输的步骤包括：
确定将所述活动服务器耦合于所述至少一个待用服务器的网络类型；以及
将网络协议和分组大小中的至少一个与所述网络类型匹配。
9.如权利要求7所述的方法，其中在所述至少一个待用服务器由所述网络分组重编所述存储器快照的步骤进一步包括验证所接收的存储器快照的完整性。
10.一种过程控制服务器系统，包括
通信上耦合于网络的多个人机界面(HMI)客户端；
通信上耦合于所述网络的第一服务器，所述第一服务器配置成作为所述网络上的待用服务器操作，所述第一服务器包括用于在多个存储器位置中存储信息的待用存储器，所述存储器位置配置成存储应用操作信息；以及
通信上耦合于所述网络的第二服务器，所述第二服务器包括活动存储器，所述第二服务器配置成：
作为所述网络上的活动服务器操作；
在所述活动存储器内的多个存储器位置中存储应用操作信息；
生成存储在所述多个存储器位置中的信息的存储器快照，其中所述存储器快照包括在预定时间存储在所述多个存储器位置中的信息的副本；以及
传输所述存储器快照到所述第一服务器以使所述待用存储器和所述活动存储器同步化。
11.如权利要求10所述的系统，其中所述第二服务器进一步配置成将所述存储器快照转换成网络分组用于传输。
12.如权利要求11所述的系统，其中所述第二服务器进一步配置成：
确定将所述第二服务器耦合于所述第一服务器的网络类型；以及
将网络协议和分组大小中的至少一个与所述网络类型匹配。
13.如权利要求11所述的系统，其中所述第一服务器配置成：
接收所述网络分组；以及
由所述网络分组重编所述存储器快照。
14.如权利要求13所述的系统，其中所述第一服务器进一步配置成验证所述接收的存储器快照的完整性。
15.如权利要求13所述的系统，其中所述第一服务器进一步配置成从所述接收的存储器快照提取所述多个应用的应用操作信息。
16.如权利要求10所述的系统，其中所述第二服务器进一步配置成：
记录所述至少一个设施应用中的第一应用的过程数据、警报数据和驱动器数据中的至少一个；以及
记录所述至少一个设施应用中的第二应用的过程数据、警报数据和驱动器数据中的至少一个。
17.如权利要求10所述的系统，其中所述第二服务器进一步配置成在预定时间间隔生成所述存储器快照。
18.如权利要求17所述的系统，其中所述预定时间间隔包括在从每毫秒十次至每十秒一次的范围中生成所述存储器快照。
19.一种过程控制服务器，配置成：
在网络上与至少一个人机界面(HMI)客户端通信；
作为所述网络上的活动服务器操作；
在多个活动服务器存储器位置中存储多个应用的应用操作信息；
生成所述应用操作信息的存储器快照，其中所述存储器快照包括在预定时间存储在所述多个活动服务器存储器位置中的信息的副本；以及
传输所述存储器快照到至少一个待用服务器以使存储在多个待用服务器存储器位置中的信息和存储在所述多个活动服务器存储器位置中的所述信息同步化。
20.如权利要求19所述的过程控制服务器，进一步配置成将所述存储器快照转换成网络分组用于传输。
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