CN111817939A - 基于工业以太网协议的主站冗余实现系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于工业以太网协议的主站冗余实现系统及方法，该系统中从站、该从站对应的第一主站和第二主站工作于同一个网络中、且第一主站与第二主站能够通过串口进行冗余通讯以保证数据同步。第一主站与从站建立组态连接后，以预设地址与从站进行实时通讯，并且在实时通讯过程中，如果与目标从站的网络状态由在线切换为掉线，则基于该串口向第二主站发送针对目标从站的备用通知。第二主站响应于备用通知，在与目标从站的网络状态为在线的情况下，以预设地址与目标从站进行实时通讯。基于本发明，能够解决PROFINET冗余方案中从站接入冗余拓扑的问题，保证从站与主站通讯的有效性。

Description

基于工业以太网协议的主站冗余实现系统及方法

技术领域

本发明涉及自动化通讯技术领域，更具体地说，涉及一种基于工业以太网协议的主站冗余实现系统及方法。

背景技术

PROFINET技术由PROFIBUS国际组织推出，是基于工业以太网技术的新一代现场总线标准。其提供了一套包括实时通信、分布式自动化、运动控制、网络安全等网络解决方案。PROFINET技术结合了以太网和PROFIBUS技术特点，具有高通讯速率、数字化、快速IO通讯功能、故障诊断等特点。

常见的S1类型PROFINET冗余方案中，从站不支持冗余配置，只能与一个主站建立通讯关系，这就无法保证通讯的有效性。

发明内容

有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种基于工业以太网协议的主站冗余实现系统及方法，技术方案如下：

一种基于工业以太网协议的主站冗余实现系统，所述系统包括：

从站、所述从站对应的第一主站和第二主站，所述第一主站与所述第二主站通过串口进行冗余通讯；

所述第一主站，用于与所述从站建立组态连接；以预设地址与所述从站进行实时通讯；在实时通讯过程中，如果与所述从站中目标从站的网络状态由在线切换为掉线，基于所述串口向所述第二主站发送针对所述目标从站的备用通知；

所述第二主站，用于响应于所述备用通知，在与所述目标从站的网络状态为在线的情况下，以所述预设地址与所述目标从站进行实时通讯。

可选的，所述从站的看门狗时间小于所述第一主站的看门狗时间，所述第一主站的看门狗时间与所述第二主站的看门狗时间相同。

可选的，所述第二主站，还用于：

在执行所述响应于所述第一备用通知之前，通过搜索所述从站确认与所述从站的网络状态。

可选的，所述第一主站，还用于：

将在实时通讯过程中、与所述从站的网络状态记录至从站存活列表中；

相应的，所述基于所述串口向所述第二主站发送针对所述目标从站的备用通知，包括：

将所述从站存活列表中所述目标从站的网络状态由在线变更为掉线，并基于所述串口将变更后的所述从站存活列表同步至所述第二主站。

可选的，所述第一主站还用于：

在执行所述基于所述串口向所述第二主站发送针对所述目标从站的备用通知之后，通过搜索所述目标从站确认与所述目标从站的网络状态。

一种基于工业以太网协议的主站冗余实现方法，应用于所述基于工业以太网协议的主站冗余实现系统中的第一主站，所述方法包括：

与相应的从站建立组态连接；

以预设地址与所述从站进行实时通讯；

在实时通讯过程中，如果与所述从站中目标从站的网络状态由在线切换为掉线，基于与第二主站的串口向所述第二主站发送针对所述目标从站的备用通知，以使所述第二主站能够以所述预设地址与所述目标从站进行实时通讯。

可选的，所述从站的看门狗时间小于所述第一主站的看门狗时间，所述第一主站的看门狗时间与所述第二主站的看门狗时间相同。

可选的，所述方法还包括：

将在实时通讯过程中、与所述从站的网络状态记录至从站存活列表中；

相应的，所述基于与第二主站的串口向所述第二主站发送针对所述目标从站的备用通知，包括：

将所述从站存活列表中所述目标从站的网络状态由在线变更为掉线，并基于所述串口将变更后的所述从站存活列表同步至所述第二主站。

可选的，所述方法还包括：

在执行所述基于与第二主站的串口向所述第二主站发送针对所述目标从站的备用通知之后，通过搜索所述目标从站确认与所述目标从站的网络状态。

一种基于工业以太网协议的主站冗余实现方法，应用于所述基于工业以太网协议的主站冗余实现系统中的第二主站，所述方法包括：

基于与第一主站的串口接收所述第一主站发送的针对目标从站的备用通知，所述目标从站是与所述第一主站建立组态连接的从站中的一个，所述备用通知是所述第一主站在以预设地址与所述目标从站实时通讯过程中、与所述目标从站的网络状态由在线切换为掉线时所发送的；

响应于所述备用通知，在与所述目标从站的网络状态为在线的情况下，以所述预设地址与所述目标从站进行实时通讯。

本发明提供一种基于工业以太网协议的主站冗余实现系统及方法，该系统中从站、该从站对应的第一主站和第二主站工作于同一个网络中、且第一主站与第二主站能够通过串口进行冗余通讯以保证数据同步。第一主站与从站建立组态连接后，以预设地址与从站进行实时通讯，并且在实时通讯过程中，如果与目标从站的网络状态由在线切换为掉线，则基于该串口向第二主站发送针对目标从站的备用通知。第二主站响应于备用通知，在与目标从站的网络状态为在线的情况下，以预设地址与目标从站进行实时通讯。基于本发明，能够解决PROFINET冗余方案中从站接入冗余拓扑的问题，保证从站与主站通讯的有效性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的基于工业以太网协议的主站冗余实现系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的基于工业以太网协议的主站冗余实现方法的方法流程图；

图3为本发明实施例提供的基于工业以太网协议的主站冗余实现方法的另一方法流程图；

图4为本发明实施例提供的基于工业以太网协议的主站冗余实现方法的再一方法流程图；

图5为本发明实施例提供的基于工业以太网协议的主站冗余实现方法的又一方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

PNIO：PROFINET协议的实时通讯。

PNIO MAC：PROFINET实时通讯时的物理地址。

DCP：发现和基本配置协议，用于发现无IP地址节点，然后设置IP地址、默认网关、子网掩码。

ARP：地址解析协议，根据IP地址获取物理地址的TCP/IP协议。

本发明实施例提供一种基于工业以太网协议的主站冗余实现系统，该系统的结构示意图如图1所示，包括：

从站10、从站对应的第一主站20和第二主站30，第一主站20与第二主站30通过串口进行冗余通讯。

本发明实施例中，主站冗余实现系统中从站10的数量为多个。第一主站20与第二主站30可以通过诸如UART的串口进行冗余通讯。对于一个从站10来说，第一主站20和第二主站30中能够与其进行实时通讯的主站为工作主站，相应的，另一主站则为备用主站。

工作主站能够将上端(PC端或者控制器)下发的组态数据、其与从站10的实时通讯数据、以及诊断数据等通过串口同步给备用主站，以保证两端数据同步。当然，如果出现工作主站与备用主站断联的情况，在工作主站与备用主站恢复连接后，一方面工作主站将其断联过程中所产生的数据同步至备用主站，另一方面备用主站也需要将其断联过程中所产生的数据同步至工作主站。

第一主站20，用于与从站10建立组态连接；以预设地址与从站10进行实时通讯；在实时通讯过程中，如果与从站10中目标从站的网络状态由在线切换为掉线，基于串口向第二主站30发送针对目标从站的备用通知。

本申请实施例中，由于S1类型的从站10只支持与一个主站建立通讯关系，因此，由第一主站20与从站10建立组态连接，即第一主站20作为工作主站将上端下发的组态数据发送给从站10进行校验和配置。

此外，预设地址是预先对从站10的唯一组态、IP等参数经过一定算法计算得到的唯一PNIO MAC地址。第一主站20作为工作主站将组态连接报文AR模块中的表征主站实时通讯地址的CMInitiatorMacAdd字段地址替换为该PNIO MAC地址。第一主站20作为工作主站用该PNIO MAC地址作为源地址发送实时输出数据给从站10，而从站10则用该PNIO MAC地址作为目的地址发送实时输入数据给第一主站20。

第一主站20与从站10实时通讯过程中，通过检测从站10发出的实时输入数据来确定与从站10间的网络状态。如果在实时输出数据发出给某一从站10一段时间内未收到该从站10回复的实时输入数据，则第一主站20可以确认与该从站10间的网络状态由在线切换为掉线，即该从站10作为掉线的目标从站。进而，由第一主站20向第二主站30发送用于指示第二主站30作为目标从站的工作主站的备用通知。

在其他一些实施例中，为保证由第一主站20冗余切换到第二主站30的效率，在第一主站20与从站10建立组态连接的同时，第二主站30通过搜索从站10确认与从站10的网络状态。

具体的，由于S1类型的从站10不支持与再与第二主站30建立通讯关系，因此第二主站30可以通过DCP协议在网络中搜索从站10，具体通过广播的方式查找从站10，如果接收到从站10回复后表示搜索到该从站10。进一步，在第一主站20与第二主站30实时通讯过程中，第二主站30在网络中持续通过ARP协议继续搜索从站10确认从站10在线。

此外，在第二主站30通过DCP协议搜索到从站10后，还可以通过DCP协议在网络中查找第一主站20，以确认与第一主站20间的网络正常。

第二主站30，用于响应于备用通知，在与目标从站的网络状态为在线的情况下，以预设地址与目标从站进行实时通讯。

本发明实施例中，第二主站30接收到针对目标从站的备用通知后，开始作为工作主站与目标从站进行实时通讯。在与目标主站的网络状态为在线的情况下，第二主站30作为工作主站继续用上述PNIO MAC地址作为源地址发送实时输出数据给目标从站，而由于第二主站30与第一主站20实时通讯时所采用的地址是一个，因此目标从站可以继续用PNIOMAC地址作为目的地址发送实时输入数据给第二主站30。这就可以解决冗余切换过程前后，主站和目标从站保持原有的通讯关系，而不需要重新组态连接。

在其他一些实施例中，还可以对主站与从站10的看门狗时间进行设置，具体的，从站10的看门狗时间大于第一主站20的看门狗时间，第一主站20的看门狗时间与第二主站30的看门狗时间相同。

本发明实施例中，看门狗时间是指判定断开连接的时间阈值，即超过该时间后即可认为设备断开连接。由于从站10的看门后时间大于两个主站的看门狗时间，因此在第一主站20作为工作主站时确认与目标从站的网络状态由在线切换为掉线后，即可在目标从站与主站的看门狗时间间隔内向第二主站30发送备用通知、并由第二主站30作为工作主站响应该备用通知。保证第一主站20作为工作主站与目标从站通讯断开后，有足够的时间通知第二主站30继续与目标从站继续通讯，在此过程中目标从站则认为通讯未断开。

在其他一些实施例中，第一主站20作为工作主站时，还可以将在实时通讯过程中与从站10的网络状态记录至其从站存活列表中，并通过串口同步至第二主站30；

相应的，在向第二主站30发送备用通知的过程中，可以将从站存活列表中目标从站的网络状态由在线变更为掉线，并基于串口将变更后的从站存活列表同步至第二主站30。

基于此，第二主站30可以对比本次接收到的从站存活列表、以及上次接收到的从站存活列表，来确定目标从站，从而执行与目标从站的网络状态为在线的情况下，以预设地址与目标从站进行实时通讯。

当然，第二主站30作为工作主站时，也可以将实时通讯过程中与从站10的网络状态记录至其从站存活列表中，并通过串口同步至第一主站20；并且，在后续由第二主站30冗余切换至第一主站20时，第二主站30可以按照上述方式向第一主站20发送备用通知。

在其他一些实施例中，第一主站20在向第二主站30发送备用通知后，第一主站20还可以通过搜索目标从站确认与目标从站的网络状态。具体的，第一主站20可以以通过DCP协议在网络中搜索目标从站，如果搜索到该目标从站，在网络中持续通过ARP协议继续搜索目标从站确认目标从站在线。从而保证后续将目标从站由第一主站20冗余切换到第二主站30的效率。

本发明提供的基于工业以太网协议的主站冗余实现系统，该系统中从站、该从站对应的第一主站和第二主站工作于同一个网络中、且第一主站与第二主站能够通过串口进行冗余通讯以保证数据同步。第一主站与从站建立组态连接后，以预设地址与从站进行实时通讯，并且在实时通讯过程中，如果与目标从站的网络状态由在线切换为掉线，则基于该串口向第二主站发送针对目标从站的备用通知。第二主站响应于备用通知，在与目标从站的网络状态为在线的情况下，以预设地址与目标从站进行实时通讯。基于本发明，能够解决PROFINET冗余方案中从站接入冗余拓扑的问题，保证从站与主站通讯的有效性。

基于上述实施例提供的基于工业以太网协议的主站冗余实现系统，本发明实施例还提供一种基于工业以太网协议的主站冗余实现方法，该方法应用于第一主站，该方法的方法流程图如图2所示，包括如下步骤：

S101，与相应的从站建立组态连接。

S102，以预设地址与从站进行实时通讯。

S103，在实时通讯过程中，如果与从站中目标从站的网络状态由在线切换为掉线，基于与第二主站的串口向第二主站发送针对目标从站的备用通知，以使第二主站能够以预设地址与目标从站进行实时通讯。

可选的，从站的看门狗时间大于第一主站的看门狗时间，第一主站的看门狗时间与第二主站的看门狗时间相同。

可选的，上述方法还包括：

将在实时通讯过程中、与从站的网络状态记录至从站存活列表中，并基于串口发送至第二主站；

相应的，基于与第二主站的串口向第二主站发送针对目标从站的备用通知，包括：

将从站存活列表中目标从站的网络状态由在线变更为掉线，并基于串口将变更后的从站存活列表同步至第二主站。

可选的，上述方法还包括以下步骤，方法流程图如图3所示：

S104，通过搜索目标从站确认与目标从站的网络状态。

基于本发明提供的基于工业以太网协议的主站冗余实现方法，第一主站与从站建立组态连接后，以预设地址与从站进行实时通讯，并且在实时通讯过程中，如果与目标从站的网络状态由在线切换为掉线，则基于该串口向第二主站发送针对目标从站的备用通知，以使第二主站响应于备用通知、并在与目标从站的网络状态为在线的情况下，以预设地址与目标从站进行实时通讯。基于本发明，能够解决PROFINET冗余方案中从站接入冗余拓扑的问题，保证从站与主站通讯的有效性。

基于上述实施例提供的基于工业以太网协议的主站冗余实现系统，本发明实施例还提供一种基于工业以太网协议的主站冗余实现方法，该方法应用于第二主站，该方法的方法流程图如图4所示，包括如下步骤：

S201，基于与第一主站的串口接收第一主站发送的针对目标从站的备用通知，目标从站是与第一主站建立组态连接的从站中的一个，备用通知是第一主站在以预设地址与目标从站实时通讯过程中、与目标从站的网络状态由在线切换为掉线时所发送的。

S202，响应于备用通知，在与目标从站的网络状态为在线的情况下，以预设地址与目标从站进行实时通讯。

可选的，从站的看门狗时间大于第一主站的看门狗时间，第一主站的看门狗时间与第二主站的看门狗时间相同。

可选的，上述方法还包括以下步骤，方法流程图如图5所示：

S200，通过搜索从站确认与从站的网络状态。

基于本发明提供的基于工业以太网协议的主站冗余实现方法，第一主站与从站建立组态连接后，以预设地址与从站进行实时通讯，并且在实时通讯过程中，如果与目标从站的网络状态由在线切换为掉线，则基于该串口向第二主站发送针对目标从站的备用通知，以使第二主站响应于备用通知、并在与目标从站的网络状态为在线的情况下，以预设地址与目标从站进行实时通讯。基于本发明，能够解决PROFINET冗余方案中从站接入冗余拓扑的问题，保证从站与主站通讯的有效性。

以上对本发明所提供的一种基于工业以太网协议的主站冗余实现系统及方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素，或者是还包括为这些过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于工业以太网协议的主站冗余实现系统，其特征在于，所述系统包括：

从站、所述从站对应的第一主站和第二主站，所述第一主站与所述第二主站通过串口进行冗余通讯；

所述第一主站，用于与所述从站建立组态连接；以预设地址与所述从站进行实时通讯；在实时通讯过程中，如果与所述从站中目标从站的网络状态由在线切换为掉线，基于所述串口向所述第二主站发送针对所述目标从站的备用通知；

所述第二主站，用于响应于所述备用通知，在与所述目标从站的网络状态为在线的情况下，以所述预设地址与所述目标从站进行实时通讯。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述从站的看门狗时间大于所述第一主站的看门狗时间，所述第一主站的看门狗时间与所述第二主站的看门狗时间相同。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二主站，还用于：

在执行所述响应于所述第一备用通知之前，通过搜索所述从站确认与所述从站的网络状态。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一主站，还用于：

将在实时通讯过程中、与所述从站的网络状态记录至从站存活列表中，并基于所述串口发送至所述第二主站；

相应的，所述基于所述串口向所述第二主站发送针对所述目标从站的备用通知，包括：

将所述从站存活列表中所述目标从站的网络状态由在线变更为掉线，并基于所述串口将变更后的所述从站存活列表同步至所述第二主站。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一主站还用于：

在执行所述基于所述串口向所述第二主站发送针对所述目标从站的备用通知之后，通过搜索所述目标从站确认与所述目标从站的网络状态。

6.一种基于工业以太网协议的主站冗余实现方法，其特征在于，应用于所述基于工业以太网协议的主站冗余实现系统中的第一主站，所述方法包括：

与相应的从站建立组态连接；

以预设地址与所述从站进行实时通讯；

在实时通讯过程中，如果与所述从站中目标从站的网络状态由在线切换为掉线，基于与第二主站的串口向所述第二主站发送针对所述目标从站的备用通知，以使所述第二主站能够以所述预设地址与所述目标从站进行实时通讯。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述从站的看门狗时间大于所述第一主站的看门狗时间，所述第一主站的看门狗时间与所述第二主站的看门狗时间相同。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

将在实时通讯过程中、与所述从站的网络状态记录至从站存活列表中，并基于所述串口发送至所述第二主站；

相应的，所述基于与第二主站的串口向所述第二主站发送针对所述目标从站的备用通知，包括：

将所述从站存活列表中所述目标从站的网络状态由在线变更为掉线，并基于所述串口将变更后的所述从站存活列表同步至所述第二主站。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在执行所述基于与第二主站的串口向所述第二主站发送针对所述目标从站的备用通知之后，通过搜索所述目标从站确认与所述目标从站的网络状态。

10.一种基于工业以太网协议的主站冗余实现方法，其特征在于，应用于所述基于工业以太网协议的主站冗余实现系统中的第二主站，所述方法包括：

基于与第一主站的串口接收所述第一主站发送的针对目标从站的备用通知，所述目标从站是与所述第一主站建立组态连接的从站中的一个，所述备用通知是所述第一主站在以预设地址与所述目标从站实时通讯过程中、与所述目标从站的网络状态由在线切换为掉线时所发送的；

响应于所述备用通知，在与所述目标从站的网络状态为在线的情况下，以所述预设地址与所述目标从站进行实时通讯。

Images