CN112506037A - 一种基于异构多样性的冗余系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种基于异构多样性的冗余系统，包括主机笼、扩展机笼、多个卡件和信息传输设备，主机笼和扩展机笼内设置有若干个槽位，各卡件配置在槽位中，信息传输设备分别与主机笼和扩展机笼中的各卡件连接，用于实现各卡件之间的信息交互。应用以上技术方案，配置在槽位中的各卡件中的信息可以直接汇总到信息传输设备，并且在信息传输设备中进行所有卡件的信息交互，因此各卡件所在槽位无需相邻，且各卡件无需配置在同一个机笼中，满足了冗余卡件在不同的物理空间中的要求，避免了共因失效，提高了系统的可靠性。

Description

一种基于异构多样性的冗余系统
技术领域
本申请涉及自动化控制技术领域，特别是涉及一种基于异构多样性的冗余系统。
背景技术
控制系统的冗余技术一般采取两套或两套以上相同、相对独立配置的设计，以提高整个控制系统的可用性，减少因控制系统的随机失效带来的计划外的停车，进而导致生产暂停、造成损失。
现有的两重化冗余和三重化冗余都是物理槽位相邻，通过两个/三个槽位之间的物理链路实现冗余及信息交互，一旦前期的设计完成之后，冗余卡件的相对位置固定，即：只有指定的两个/三个卡件之间可以互为冗余关系，且这两个/三个卡件均配置在同一个机笼中，无法满足冗余卡件在不同的物理空间中的要求，可能会导致共因失效，系统的可靠性很低。
鉴于上述现有技术，寻求一种可靠性高的冗余系统是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种基于异构多样性的冗余系统，各卡件无需配置在同一个机笼中，满足了冗余卡件在不同的物理空间中的要求，避免了共因失效，提高了系统的可靠性。
为解决上述技术问题，本申请提供一种基于异构多样性的冗余系统，包括：主机笼、扩展机笼、多个卡件和信息传输设备，所述主机笼和所述扩展机笼内设置有若干个槽位，各所述卡件配置于所述槽位；
所述信息传输设备分别与所述主机笼和所述扩展机笼中的各所述卡件连接，用于实现各所述卡件之间的信息交互。
优选地，所述信息传输设备包括信息交换设备和多个信息转发设备；
所述信息转发设备与所述主机笼和所述扩展机笼对应，分别与所述主机笼中的所述卡件、以及所述扩展机笼中的所述卡件连接；
所述信息交换设备与各所述信息转发设备连接，以实现所述主机笼中的所述卡件与所述扩展机笼中的所述卡件之间的信息交互。
优选地，所述信息转发设备与所述卡件通过数据总线连接。
优选地，所述各所述卡件之间的信息交互具体为：各所述卡件的状态信息和各所述卡件中的过程数据之间的交互。
优选地，所述状态信息包括：卡件状态、主备状态和升主使能。
优选地，所述过程数据包括：各所述卡件采集到的温度数据和/或湿度数据和/或电压数据。
优选地，所述信息转发设备具体为集线器。
优选地，所述信息交换设备具体为交换机。
优选地，所述主机笼的机笼背板具体包括多个相邻的底座，各所述卡件配置于同一个底座，所述数据总线的速率不大于3Mbps。
优选地，所述卡件的数量大于三个。
本申请所提供的基于异构多样性的冗余系统，包括主机笼、扩展机笼、多个卡件和信息传输设备，主机笼和扩展机笼内设置有若干个槽位，各卡件配置在槽位中，信息传输设备分别与主机笼和扩展机笼中的各卡件连接，用于实现各卡件之间的信息交互。应用以上技术方案，配置在槽位中的各卡件中的信息可以直接汇总到信息传输设备，并且在信息传输设备中进行所有卡件的信息交互，因此各卡件所在槽位无需相邻，且各卡件无需配置在同一个机笼中，满足了冗余卡件在不同的物理空间中的要求，避免了共因失效，提高了系统的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请提供的一种基于异构多样性的冗余系统的结构示意图；
图2为本申请提供的另一种基于异构多样性的冗余系统的结构示意图；
图3为本申请提供的一种两重化冗余系统的逻辑关系示意图；
图4本申请提供的另一种基于异构多样性的冗余系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护范围。
本申请的核心是提供一种基于异构多样性的冗余系统，各卡件无需配置在同一个机笼中，满足了冗余卡件在不同的物理空间中的要求，避免了共因失效，提高了系统的可靠性。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。
图1为本申请提供的一种基于异构多样性的冗余系统的结构示意图。下面对图1所示的冗余系统的结构进行说明。
本申请实施例所提供的基于异构多样性的冗余系统，包括：主机笼1#、扩展机笼M#、多个卡件和信息传输设备N，主机笼1#和扩展机笼M#内设置有若干个槽位，各卡件配置于槽位；
信息传输设备N分别与主机笼1#和扩展机笼M#中的各卡件连接，用于实现各卡件之间的信息交互。
考虑到在传统的冗余系统结构中，冗余槽位固定，不论是否配置为冗余，总的槽位数已经固定，即：即使配置为非冗余，冗余槽位必须预留，以便后期根据现场工艺的调整需要增加冗余时无法增加卡件。此外，这些卡件均配置在同一个机笼中，可能会因为中控室断电等共同原因集体失效。
为解决以上问题，如图1所示，本申请所提供的主机笼1#包括Cage1_1#、Cage1_2#...Cage1_N#等多个槽位，扩展机笼M#包括CageM_1#、CageM_2#、…CageM_N#等多个槽位，冗余系统所需要的卡件1、卡件2、…卡件n等冗余组件随机配置在主机笼1#和扩展机笼M#的槽位中。需要说明的是，本申请对于扩展机笼M#的数量不作限定，在实际应用中，可以根据生产需求自行配置所需扩展机笼M#的数量，信息传输设备N连接在主机笼1#和扩展机笼M#之间，与主机笼1#和扩展机笼M#中的各卡件连接，获取卡件中的信息，实现各卡件之间的信息交互。
可以理解的是，本申请对于信息传输设备N的具体结构不作限定，只要实现主机笼1#和扩展机笼M#之间的数据传输即可，实际应用中，可以是交换机，也可以是其他的定制的协议转换器。本实施例中，卡件以主处理单元和输入输出单元为例进行说明，在其它实施例中，还可以是别的冗余组件。
需要说明的是，本申请所提供的基于异构多样性的冗余系统，可以根据不同应用场景下现场设备信号的关键程度，选择非冗余配置、两重化冗余配置、三重化冗余配置，在前期的配置中，可以紧凑排列，在整个系统投运之后，如果工艺升级，需要针对非冗余配置的信号进行冗余配置，可以任意选择前期空余的槽位即可。从而增加了系统槽位的使用率以及后期的灵活度。
本申请所提供的基于异构多样性的冗余系统，包括主机笼、扩展机笼、多个卡件和信息传输设备，主机笼和扩展机笼内设置有若干个槽位，各卡件配置在槽位中，信息传输设备分别与主机笼和扩展机笼中的各卡件连接，用于实现各卡件之间的信息交互。应用以上技术方案，配置在槽位中的各卡件中的信息可以直接汇总到信息传输设备，并且在信息传输设备中进行所有卡件的信息交互，因此各卡件所在槽位无需相邻，且各卡件无需配置在同一个机笼中，满足了冗余卡件在不同的物理空间中的要求，避免了共因失效，提高了系统的可靠性。
考虑到实际使用过程中，主机笼1#和扩展机笼M#的地理位置可能比较远，如果仅通过在主机笼1#和扩展机笼M#之间设置一个信息传输设备N来进行数据交互，可能会导致数据传输速率慢，甚至在传输过程中数据丢失的问题。
在上述实施例的基础上，作为一种优选地实施例，信息传输设备N包括信息交换设备和多个信息转发设备；
信息转发设备与主机笼1#和扩展机笼M#对应，分别与主机笼1#中的卡件、以及扩展机笼M#中的卡件连接；
信息交换设备与各信息转发设备连接，以实现主机笼1#中的卡件与扩展机笼M#中的卡件之间的信息交互。
图2为本申请提供的另一种基于异构多样性的冗余系统的结构示意图。如图2所示，信息转发设备具体为集线器，信息交换设备具体为交换机。具体地，信息转发设备与卡件通过数据总线连接。由于本申请中的集线器应用于冗余系统，因此下述说明中以冗余集线器为例进行说明。主机笼1#中的冗余集线器C1与主机笼1#中的各卡件连接，扩展机笼M#中的冗余集线器CM与扩展机笼M#中的各卡件连接，冗余集线器C1和冗余集线器CM主要用于通讯速率转换，主机笼1#和扩展机笼M#内的数据总线速率一般为12Mbps，由于主机笼1#和扩展机笼M#的机笼背板上的总线不直接对外，且两个机笼可能相距甚远，为了保障机笼间的高实时性，通过冗余集线器C1和冗余集线器CM，提供对外的1000M以太网接口和光纤通讯接口，避免了总线外接电缆无法提高背板总线速率的限制，背板总线的物理层可以提高至100Mbps。
本申请所提供的基于异构多样性的冗余系统，通过数据总线、信息交换设备和信息转发设备之间的配合来完成卡件之间的数据交互，相对于现有技术中只用普通的印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)连线而言，提高了数据传输的速率，具有很高的实时性。
进一步地，各卡件之间的信息交互具体为：各卡件的状态信息和各卡件中的过程数据之间的交互。
其中，状态信息包括：卡件状态、主备状态和升主使能；过程数据包括：各卡件采集到的温度数据和/或湿度数据和/或电压数据。
图3为本申请提供的一种两重化冗余系统的逻辑关系示意图。如图3所示，将两重化冗余系统的两个卡件分别定义为A机和B机，module_status定义为卡件状态信号，enable定义为升主使能信号。module_status＝1的含义为：该卡件状态正常，module_status＝0的含义为：该卡件状态异常；enable＝1的含义为：该卡件具备升主的能力，enable＝0的含义为：该卡件不具备升主的能力。图3中两个卡件之间的冗余仅仅是冗余状态信息的交换，没有冗余卡件关键的过程数据的冗余交换。因此，当A机和B机均为输入输出单元时，还需要借助主处理单元，主处理单元获取到A机和B机中的数据后，根据A机和B机的状态进行主备切换。
考虑到上述问题，本申请中各卡件之间的信息交互除各卡件的状态信息之外，还包括各卡件中的过程数据之间的交互，由于各个冗余组件之间的关键数据具备实时冗余，因此，在冗余切换时，可以使用实时冗余的关键数据进行无扰切换，可以在不需要借助于主处理单元的情况下，由输入/输出单元根据冗余的关键数据进行表决，提高输入/输出数据的可靠性、安全性。例如，若各卡件用于采集温度信号，在正常情况下，采集回来是经数模(Analog-to-Digital Convert，AD)转换之后的数字量，具体数值不全为0，若某个卡件采集的数据为全0，则表示数据不正常，该卡件故障，由于各个卡件可以互相发送数据，则其工作正常的卡件可以将故障卡件去掉，在正常的卡件中切换主备卡件。
本实施例所提供的基于异构多样性的冗余系统，冗余数据除了冗余状态信息之外，还包含关键的过程数据，以进行无扰切换和数据表决，进一步提高了冗余的实时性。
具体地，如图2所示，上述实施例中的各卡件配置于槽位，具体为：
各主处理单元配置于主机笼1#内，各输入输出单元分别配置于主机笼1#和扩展机笼M#内，各输入输出单元所在的槽位不相邻。
在具体实施中，针对要求机笼冗余的应用场景，通过配置冗余集线器C1和冗余集线器CM，可以在主机笼1#和扩展机笼M#中任意选择两个槽位或者三个槽位实现两重化冗余或者三重化冗余。比如：选择Cage1_4#、CageM_6#、CageM_N#。同理，主处理单元A1、主处理单元A2、主处理单元A3可以使用Cage1_1#、CageM_2#、CageM_6#组成一组冗余“主处理单元”。
本实施例中，各卡件配置于槽位，具体为：
各主处理单元和各输入输出单元均配置于主机笼1#内。
在具体实施中，针对小规模，或者不要求机笼冗余的应用场景，可以在机笼内部配置两重化/三重化冗余，具体为：主处理单元A1、主处理单元A2、主处理单元A3可以使用Cage1_1#、Cage1_2#、Cage1_3#组成一组冗余“主处理单元”。相邻的槽位Cage1_4#、Cage1_5#、Cage1_6#可以组成一组冗余的“输入/输出单元”；不相邻的Cage1_4#、Cage1_6#、Cage1_N#也可以组成一组冗余的“输入/输出单元”。
在上述实施例的基础上，本申请还提供一种基于底座的分布式结构，图4本申请提供的另一种基于异构多样性的冗余系统的结构示意图，如图4所示，主机笼1#的机笼背板具体包括多个相邻的底座，各所述卡件配置于同一个底座，所述数据总线的速率不大于3Mbps。
需要说明的是，如果使用底座，同一个底座一般只安装2-3个卡件，一套冗余系统可能需要很多底座，如果都采用上述实施例中的集线器连接，成本很高，因此，两个底座之间一般就采用电缆直接连接，一旦采用电缆连接，就需要使用连接器，高速总线使用连接器并使用电缆后，总线的速率就不能太高了。太高的速率就会因为信号反射、外部的电磁干扰导致传输的信号质量变差，因此，基于底座的分布式结构与基于机笼/背板集中式结构的主要差异在于：总线的速率不大于3Mbps，因此，该结构适用于小规模、分布式布局的应用场景。
主机笼1#的机笼背板具体包括主控单元底座A#、输入输出单元底座11#、…输入输出单元底座1N#、输入输出单元底座M1#、输入输出单元底座M2#、…输入输出单元底座MN#等
针对不要求底座冗余的应用场景，可以在同一个底座内部配置两重化/三重化冗余；具体为：同一个底座上的输入输出单元底座11#中的输入/输出单元B1、输入/输出单元B2、输入/输出单元B3实现两重化/三重化冗余组成一组冗余的“输入/输出单元”；不在同一个底座间配置两重化/三重化冗余，具体为：输入输出单元底座11#中的输入/输出单元B1、输入输出单元底座M1#中的输入/输出单元B2、输入输出单元底座MN#中的输入/输出单元B3组成一组冗余的“输入/输出单元”。
本申请所提供的基于异构多样性的冗余系统，对于流程工业自动化、工厂自动化、机械控制自动化等多种自动化应用场景，对应不同的应用需求，一套冗余系统满足多种自动化应用场景对冗余功能的要求，提高了用户体验。
上述实施例中，卡件的数量一般为2-3个，本实施例中，卡件的数量大于三个，可以在主机笼1#和扩展机笼M#中任意选择多个槽位实现多重冗余，进一步提高冗余系统的可靠性。
以上对本申请所提供的基于异构多样性的冗余系统进行了详细介绍。说明书中各个实施例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。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。
还需要说明的是，在本说明书中，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、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、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。

Claims (10)

1.一种基于异构多样性的冗余系统，其特征在于，包括：主机笼、扩展机笼、多个卡件和信息传输设备，所述主机笼和所述扩展机笼内设置有若干个槽位，各所述卡件配置于所述槽位；
所述信息传输设备分别与所述主机笼和所述扩展机笼中的各所述卡件连接，用于实现各所述卡件之间的信息交互。
2.如权利要求1所述的基于异构多样性的冗余系统，其特征在于，所述信息传输设备包括信息交换设备和多个信息转发设备；
所述信息转发设备与所述主机笼和所述扩展机笼对应，分别与所述主机笼中的所述卡件、以及所述扩展机笼中的所述卡件连接；
所述信息交换设备与各所述信息转发设备连接，以实现所述主机笼中的所述卡件与所述扩展机笼中的所述卡件之间的信息交互。
3.如权利要求2所述的基于异构多样性的冗余系统，其特征在于，所述信息转发设备与所述卡件通过数据总线连接。
4.如权利要求1至3任一项所述的基于异构多样性的冗余系统，其特征在于，所述各所述卡件之间的信息交互具体为：各所述卡件的状态信息和各所述卡件中的过程数据之间的交互。
5.如权利要求4所述的基于异构多样性的冗余系统，其特征在于，所述状态信息包括：卡件状态、主备状态和升主使能。
6.如权利要求4所述的基于异构多样性的冗余系统，其特征在于，所述过程数据包括：各所述卡件采集到的温度数据和/或湿度数据和/或电压数据。
7.如权利要求2所述的基于异构多样性的冗余系统，其特征在于，所述信息转发设备具体为集线器。
8.如权利要求2所述的基于异构多样性的冗余系统，其特征在于，所述信息交换设备具体为交换机。
9.如权利要求3所述的基于异构多样性的冗余系统，其特征在于，所述主机笼的机笼背板具体包括多个相邻的底座，各所述卡件配置于同一个底座，所述数据总线的速率不大于3Mbps。
10.如权利要求1所述的基于异构多样性的冗余系统，其特征在于，所述卡件的数量大于三个。
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