CN102523118A - 一种局域网内多套控制计算机构成的冗余控制系统与方法 - Google Patents

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崔栋刚
徐宝平
刘天
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Abstract

本发明公开了一种局域网内多套控制计算机构成的冗余控制系统与方法。多个站点客户端与多个服务器连接；多个客户端的信息与WINSOCK侦听端连接；侦听端的信息与多个服务器连接；服务器信息与客户端连接。控制方法：首先在系统装置中确定其中客户端为主机客户端；主机同时与多个从客户端连接和通讯，处理各个从机端请求；从机则同步主机中的所有数据，同时作为冗余服务器，当主机丢失或者发生故障时候随机选择一从机充当主机，此时从机会自动进行切换；服务器将分出空间来专门负责与客户端之间通信的线程；数据的同步：主从自动识别和更新从机分布数据。系统结构简单，使用方便，安全可靠性高，多机冗余功能可提高控制和优化的投入率。

Description

一种局域网内多套控制计算机构成的冗余控制系统与方法
技术领域
本发明应用于计算机控制领域，具体涉及一种局域网内多套控制计算机构成的冗余控制系统与方法。
背景技术
在在同一个局域网内由多套相同的控制计算机的网络环境下，每台控制计算机都与相同的DCS（Distributed Control System：分散控制系统）数据服务器通讯，为了避免多台电脑同时修改DCS数据和由于人为或者其他原因造成的某一台控制计算机故障或者停止运行，则通过多机冗余功能来实现切换其他冗余控制计算机运行，保证控制系统能够正常运行。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单，使用方便，安全可靠性高，从机会在主机丢失或者故障的时候自动进行切换的一种局域网内多套控制计算机构成的冗余控制系统。
本发明的另一目的是提供一种系统的控制方法。
为了克服现有技术的不足，本发明的技术方案是这样解决的：一种局域网内多套控制计算机构成的冗余控制系统包括多个控制计算机站点之间的通讯网络，本发明的特殊之处在于第一站点可以做第一客户端或者第一服务器，第二站点可以做第二客户端或者第二服务器，第三站点可以做第三客户端或者第三服务器；
所述第一客户端、第二客户端、第三客户端与服务器上的WINSOCK侦听端请求和建立连接；服务器上的WINSOCK端又分别与第一客户端、第二客户端、第三客户端一一对应连接，进行数据的传输。
一种局域网内多套控制计算机构成的冗余系统的控制方法，按下述步骤进行：
（1）、首先在系统装置中确定其中一个客户端为主客户端（主机），即为服务器，其他客户端为从客户端（从机），主客户端负责与数据服务器通信和控制运算；
（2）、当WINSOCK客户端需要访问服务器的时候，需要和服务器之间建立一个连接，一旦连接建立好了之后，服务器将分出一个WINSOCK空间来专门负责与客户端之间通信的线程，处理之后的一切请求操作；
（3）、同时服务器的WINSOCK侦听端会随时侦听新客户端的连接请求；
（4）、从机同步主机中的所有数据，同时作为服务器的后备，当主机丢失或者发生故障的时候根据网络分布情况，一从机会充当主机，此从机会自动进行切换，其他从机重新于服务器进行连接；
（5）、主机同时与多个从客户端（从机）连接和通讯，周期性处理各个从客户端（从机）的请求；
（6）、数据的同步：从机需要从主机中得到实时的运行数据和参数数据，以及所有从机网络的分布数据；
（7）、主从自动识别：当某一台控制计算机启动时，并不知道自己是主机或者从机，通过自动检索当前网关中的所有主从机，如果网络中没有主机那么自己充当主机，如果主机存在便更新从机分布的数据。
本发明与现有技术相比，结构简单，使用方便，安全可靠性高，从机会在主机丢失或者故障的时候自动进行切换的特点，多机冗余功能可以大大的提高整个控制系统的可靠性和安全性，提高控制和优化的投入率。
附图说明
图1为本发明装置结构示意图；
图2为图1的多线程方法处理原理图；
图3为图1的寻找新客户端程序流程图；
图4为图1的寻找新服务器的连接程序流程图。
具体实施方式
附图为本发明的实施例。
下面结合附图对发明内容作进一步说明：
参照图1、图2所示，一种局域网内多套控制计算机构成的冗余控制系统包括第一站点可以做第一客户端1或者第一服务器6，第二站点可以做第二客户端2或者第二服务器2，第三站点可以做第三客户端3或者第三服务器4；
所述第一客户端1、第二客户端2、第三客户端3与服务器上的WINSOCK侦听端7请求和建立连接；服务器上的WINSOCK端又分别与第一客户端1、第二客户端2、第三客户端3一一对应连接，进行数据的传输。
下面对系统装置的各功能作以下说明：
1）、主从关系
在多台控制计算机中，分为主机和从机两种。其中主机即为服务器，从机即为客户端。主机负责与DCS数据服务器通信和算法的运算；而从机则同步主机中的所有数据，同时作为服务器的后备，当主机丢失或者发生故障的时候充当主机。在一个网络系统中只能有一个主机，可以有很多个从机。
2）、冗余功能
冗余功能通常指的是从机会在主机丢失或者故障的时候自动进行切换。
Figure 2011104280506100002DEST_PATH_IMAGE001
、数据的同步
从机需要从主机中得到事实的运行数据和参数数据，以及所有从机分布的数据，数据同步中的数据，指的是网络分布数据、服务器实时运行数据、设置参数数据。客户端每隔2秒向服务器发出数据同步请求，服务器响应请求打包发送数据，客户端收到导报数据惊醒解包。
其中数据打包主要是因为WINSOCK每次发送或者接受的信息为一个字符串，由于数据众多，把所有数据按照一定的格式转换成一个字符串。接收数据方则把数据按照一定的格式解开，取得所需要的有用数据。
Figure 27859DEST_PATH_IMAGE002
、主从自动识别功能
当电脑的控制系统启动时，并不知道自己是主机或者从机。通过自动检索当前网关中的所有主从机，如果网络中没有主机那么自己充当主机，如果主机存在便更新从机分布的数据。
一种局域网内多套控制计算机构成的冗余系统的控制方法，按下述步骤进行：
1）、首先在系统装置中确定其中一个客户端为主客户端（主机），即为服务器，其他客户端为从客户端（从机），主客户端负责与数据服务器通信和控制运算；
2）、当WINSOCK客户端需要访问服务器的时候，需要和服务器之间建立一个连接，一旦连接建立好了之后，服务器将分出一个WINSOCK空间来专门负责与客户端之间通信的线程，处理之后的一切请求操作；
3）、同时服务器的WINSOCK侦听端会随时侦听新客户端的连接请求；
4）、从机同步主机中的所有数据，同时作为服务器的后备，当主机丢失或者发生故障的时候根据网络分布情况，一从机会充当主机，此从机会自动进行切换，其他从机重新于服务器进行连接；
5）、主机同时与多个从客户端（从机）连接和通讯，周期性处理各个从客户端（从机）的请求；
6）、数据的同步：从机需要从主机中得到实时的运行数据和参数数据，以及所有从机网络的分布数据；
7）、主从自动识别：当某一台控制计算机启动时，并不知道自己是主机或者从机，通过自动检索当前网关中的所有主从机，如果网络中没有主机那么自己充当主机，如果主机存在便更新从机分布的数据。
实施例
1、通讯载体
Windows Sockets是Windows下得到广泛应用的、开放的、支持多种协议的网络编程接口，通信的基础是套接口（Socket）。Winsock提供了访问 TCP网络服务的方便途径。
在TCP协议下，数据传输协议允许创建和维护与远程计算机的连接，连接两台计算机就可彼此进行数据传输；用户数据文报协议 (UDP) 是一个无连接协议，跟 TCP 的操作不同，计算机并不建立连接。
2、网络分布
多机冗余网络分布即指的是在同一个网关内的各个控制计算机之间的通讯结构。构成这个结构的主要成员便是服务器和客户端。
如图1所示，图中有3个控制系统装置站点之间的通讯网络，其中以站点
Figure 2011104280506100002DEST_PATH_IMAGE003
为Winsock服务器，其
Figure 571098DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure 2011104280506100002DEST_PATH_IMAGE005
站点为Winsock客户端。由于需要具备多机冗余的功能，每个站点都应该具有服务器和客户端的功能，当网络中需要服务器出现的时候，网络中的客户端可以充当服务器使用。
3、通讯多线程
对于主机而言，同时有多个从机与其连接和通讯，要一次处理各个从机的请求，就需要多线程的方法来处理。原理图如图2所示：
    在图2种可以看到当WINSOCK客户端需要访问服务器的时候，需要和服务器之间建立一个连接，一旦连接建立好了之后，服务器将分出一个WINSOCK空间来专门负责与客户端之间通信的线程，来处理之后的一切请求操作。同时WINSOCK侦听端随时侦听新客户端的请求。
4、网络检索
网络检索即是控制系统装置判断自己在所处的网络中的状态以及其他MOCS的状态 。在整个网络中，如果有n个控制计算机，其中只会有1个主机，n-1个从机。主机是做服务器，所有的数据和算法都由主机运算，然后让主机的数据与所有从机的数据同步，每一个站点在做从机时都需要寻找主机，然后从主机读取数据。
当在整个网络中有新的控制计算机站点开启时，每个站点的IP地址都应该在一个网关内，同时这个站点需要搜索整个网络的状态。首先是寻找服务器，如果网络中没有服务器，那么自己就充当服务器；当客户端检测到自己与服务器通讯中断时（服务器故障），也要启动网络检索程序，寻找新的客户端。程序流程图如图3、图4所示。
5、冗余功能
   当控制计算机中的系统初次开启时进行网络检索，便会得到网络编号。这个网络编号其实就是服务器分配的与之通讯的WINSOCK的Index编号，同时服务器把当前网络状态编译成连接状态的一维数组（ConnectState），发送给每一个客户端。例如，控制系统装置客户端所对应的WINSOCK编号为3，那么数组中在第三位（ConnectState（2），）便为True；如果控制系统装置客户端关闭，那么就变为False。
   服务器来收集网络中客户端的状态，经过整理下发给每个客户端。当发现服务器与自己通讯中断的时候（服务器故障），那么客户端数组（ConnectState），读取到的第一个为True的位数与自己的编号相对比，如果相同则充当新的服务器，不同则激活网络检索程序，寻找新的服务器并且连接。

Claims (2)

1.一种局域网内多套控制计算机构成的冗余控制系统，该系统包括多个控制站点之间的通讯网络，其特征在于所述第一站点可以做第一客户端（1）或者第一服务器（6），第二站点可以做第二客户端（2）或者第二服务器（5），第三站点可以做第三客户端（3）或者第三服务器（4）；
所述第一客户端（1）、第二客户端（2）、第三客户端（3）与服务器上的WINSOCK侦听端（7）请求和建立连接；服务器上的WINSOCK端又分别与第一客户端（1）、第二客户端（2）、第三客户端（3）一一对应连接，进行数据的传输。
2.一种如权利要求1所述的系统的控制方法，按下述步骤进行：
1）、首先在系统装置中确定其中一个客户端为主客户端（主机），即为服务器，其他客户端为从客户端（从机），主客户端负责与数据服务器通信和控制运算；
2）、当WINSOCK客户端需要访问服务器的时候，需要和服务器之间建立一个连接，一旦连接建立好了之后，服务器将分出一个WINSOCK空间来专门负责与客户端之间通信的线程，处理之后的一切请求操作；
3）、同时服务器的WINSOCK侦听端会随时侦听新客户端的连接请求；
4）、从机同步主机中的所有数据，同时作为服务器的后备，当主机丢失或者发生故障的时候根据网络分布情况，一从机会充当主机，此从机会自动进行切换，其他从机重新于服务器进行连接；
5）、主机同时与多个从客户端（从机）连接和通讯，周期性处理各个从客户端（从机）的请求；
6）、数据的同步：从机需要从主机中得到实时的运行数据和参数数据，以及所有从机网络的分布数据；
7）、主从自动识别：当某一台控制计算机启动时，并不知道自己是主机或者从机，通过自动检索当前网关中的所有主从机，如果网络中没有主机那么自己充当主机，如果主机存在便更新从机分布的数据。
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