專利名稱：一種基于wia網(wǎng)絡(luò)的冗余網(wǎng)關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雙網(wǎng)關(guān)互聯(lián)技術(shù)，具體地說明是一種在普通WIA網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上增加一個(gè)網(wǎng)關(guān)作冗余的機(jī)制。
背景技術(shù)：
隨著無線技術(shù)的不斷提高，WIA網(wǎng)絡(luò)已在冶金、石化等領(lǐng)域的監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行了初步應(yīng)用，使用戶以較低的投資和使用成本實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)工業(yè)流程的泛在感知，獲取傳統(tǒng)由于成本原因無法在線監(jiān)測的重要工業(yè)過程數(shù)據(jù)，并以此為基礎(chǔ)實(shí)施優(yōu)化控制，達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量和節(jié)能降耗的目標(biāo)。隨著WIA網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的提高，其應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大，逐步應(yīng)用到工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。因此對(duì)WIA網(wǎng)絡(luò)的安全可靠也有了更高的要求。WIA網(wǎng)絡(luò)是以網(wǎng)關(guān)為中心的集中控制網(wǎng)絡(luò)，是聯(lián)系無線終端設(shè)備與離散控制系統(tǒng)(DCS)的唯一橋梁，現(xiàn)有WIA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。網(wǎng)關(guān)作為網(wǎng)絡(luò)的時(shí)鐘源，是網(wǎng)絡(luò)組建的基礎(chǔ)，同時(shí)也是網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的中心。在網(wǎng)絡(luò)組建過程中，網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)每個(gè)無線終端的資源分配。無線終端直接或間接與網(wǎng)關(guān)同步，并向網(wǎng)關(guān)發(fā)送加入請(qǐng)求，網(wǎng)關(guān)根據(jù)每個(gè)無線終端的鄰居信息，為其分配路徑和資源，并發(fā)送到相關(guān)的無線終端。在網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)過程中，網(wǎng)關(guān)周期檢測每個(gè)在網(wǎng)的無線終端路徑是否發(fā)生故障，對(duì)發(fā)生故障的路徑，網(wǎng)關(guān)回收該路徑的資源，并為無線終端更換新的路徑和資源。從以上過程可以看出，一旦網(wǎng)關(guān)發(fā)生異常，整個(gè)系統(tǒng)將無法運(yùn)行，陷入癱瘓狀態(tài)。對(duì)于工廠的控制系統(tǒng)，無法獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)，可能造成工業(yè)事故。由此可見，無線網(wǎng)關(guān)的好壞直接影響整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性。因此，設(shè)計(jì)具有雙網(wǎng)關(guān)冗余備份的WIA網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)WIA冗余網(wǎng)關(guān)在網(wǎng)絡(luò)中的無縫切換，提高系統(tǒng)可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于為工業(yè)測控應(yīng)用中的無線網(wǎng)絡(luò)提供一種高可靠的無線監(jiān)控系統(tǒng)，采用本發(fā)明可在不影響原網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)冗余網(wǎng)關(guān)，在原網(wǎng)關(guān)發(fā)生故障后，迅速恢復(fù)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，使WIA網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性提高一倍。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是:一種基于WIA網(wǎng)絡(luò)的冗余網(wǎng)關(guān)，包括DCS系統(tǒng):存儲(chǔ)無線終端設(shè)備采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)并做出相應(yīng)控制；主網(wǎng)關(guān)設(shè)備:管理和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，與DCS系統(tǒng)交互，提供網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)之間的接Π ；副網(wǎng)關(guān)設(shè)備:備份主網(wǎng)關(guān)設(shè)備信息，在主網(wǎng)關(guān)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，代替主網(wǎng)關(guān)設(shè)備管理和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)、與DCS系統(tǒng)交互；無線終端設(shè)備:將傳感器或執(zhí)行器接入工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，與主網(wǎng)關(guān)設(shè)備或副網(wǎng)關(guān)設(shè)備無線通信。所述王網(wǎng)關(guān)設(shè)備和副網(wǎng)關(guān)設(shè)備都具有雙網(wǎng)口結(jié)構(gòu)，其中Iv網(wǎng)口用于兩個(gè)網(wǎng)關(guān)之間的信息交互，另一個(gè)網(wǎng)口用于WIA網(wǎng)絡(luò)與有線網(wǎng)絡(luò)的通信接口。所述主網(wǎng)關(guān)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)由上位機(jī)的配置工具直接配置，副網(wǎng)關(guān)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)則由主網(wǎng)關(guān)設(shè)備間接配置。所述主網(wǎng)關(guān)設(shè)備具有3種工作狀態(tài):空閑狀態(tài)、同步狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)，通常處于運(yùn)行狀態(tài)。所述副網(wǎng)關(guān)設(shè)備具有4種工作狀態(tài):空閑狀態(tài)、同步狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)和備份狀態(tài)，通常處于備份狀態(tài)。所述主網(wǎng)關(guān)設(shè)備和副網(wǎng)關(guān)設(shè)備與DCS系統(tǒng)組成Modbus總線結(jié)構(gòu)，通過RS485接口連接，使用Modbus RTU協(xié)議進(jìn)行通信，DCS系統(tǒng)為Modbus主站，兩個(gè)網(wǎng)關(guān)設(shè)備為Modbus從站，且具有各自的Modbus地址。所述DCS系統(tǒng)從網(wǎng)關(guān)定義的寄存器表中，分別獲得主網(wǎng)關(guān)設(shè)備和副網(wǎng)關(guān)設(shè)備的角色、當(dāng)前的工作狀態(tài)、當(dāng)前發(fā)生的告警、以及當(dāng)前的操作行為；所述當(dāng)前發(fā)生的告警包括:與對(duì)方通信失敗；以太網(wǎng)未連接；對(duì)方射頻發(fā)生故障；以太網(wǎng)通信失敗；以太網(wǎng)與射頻通信均失敗；副網(wǎng)關(guān)設(shè)備異常；記錄的操作行為包括:主網(wǎng)關(guān)設(shè)備切換為運(yùn)行狀態(tài)；主網(wǎng)關(guān)設(shè)備切換為同步狀態(tài)；副網(wǎng)關(guān)設(shè)備切換為同步狀態(tài)；副網(wǎng)關(guān)設(shè)備切換為備份狀態(tài)；副網(wǎng)關(guān)設(shè)備切換為運(yùn)行狀態(tài)；有線連接已恢復(fù)。所述副網(wǎng)關(guān)設(shè)備通過以太網(wǎng)方式主動(dòng)監(jiān)測主網(wǎng)關(guān)設(shè)備的異常，周期向主網(wǎng)關(guān)設(shè)備發(fā)送探測數(shù)據(jù)，等待主網(wǎng)關(guān)設(shè)備對(duì)探測數(shù)據(jù)的響應(yīng)，如果連續(xù)數(shù)次未收到主網(wǎng)關(guān)設(shè)備的響應(yīng)，則認(rèn)為主網(wǎng)關(guān)設(shè)備有線異常；所述副網(wǎng)關(guān)設(shè)備通過射頻方式被動(dòng)監(jiān)測主網(wǎng)關(guān)設(shè)備的異常，周期接收主網(wǎng)關(guān)設(shè)備射頻發(fā)出的廣播報(bào)文，如果連續(xù)數(shù)次未收到主網(wǎng)關(guān)設(shè)備的廣播，則認(rèn)為主網(wǎng)關(guān)設(shè)備無線異
堂
巾O所述異常情況包括:當(dāng)副網(wǎng)關(guān)設(shè)備監(jiān)測到主網(wǎng)關(guān)設(shè)備的射頻和以太網(wǎng)均異常，則主動(dòng)切換為運(yùn)行狀態(tài)，代替主網(wǎng)關(guān)設(shè)備維護(hù)網(wǎng)絡(luò)；當(dāng)副網(wǎng)關(guān)設(shè)備監(jiān)測到主網(wǎng)關(guān)設(shè)備的射頻異常，而以太網(wǎng)正常，則副網(wǎng)關(guān)設(shè)備強(qiáng)制主網(wǎng)關(guān)設(shè)備重啟，副網(wǎng)關(guān)設(shè)備則切換為運(yùn)行狀態(tài)，暫時(shí)代替主網(wǎng)關(guān)設(shè)備維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，待主網(wǎng)關(guān)恢復(fù)運(yùn)行后，副網(wǎng)關(guān)設(shè)備仍切換為備份狀態(tài)；當(dāng)副網(wǎng)關(guān)設(shè)備監(jiān)測到主網(wǎng)關(guān)設(shè)備的射頻正常，而以太網(wǎng)異常，則副網(wǎng)關(guān)設(shè)備通知DCS系統(tǒng)主網(wǎng)關(guān)設(shè)備和副網(wǎng)關(guān)的以太網(wǎng)連接故障。所述主網(wǎng)關(guān)設(shè)備通過以太網(wǎng)方式主動(dòng)監(jiān)測副網(wǎng)關(guān)設(shè)備的異常。本發(fā)明提出的冗余網(wǎng)關(guān)機(jī)制，是在充分考慮WIA網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)的前提下提出的，具有網(wǎng)絡(luò)聞可罪性和穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，具體表現(xiàn)在:I采用雙網(wǎng)口的網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)計(jì)，保證兩網(wǎng)關(guān)之間，以及網(wǎng)關(guān)與上位機(jī)控制臺(tái)之間的信息交互準(zhǔn)確高效；2采用副網(wǎng)關(guān)設(shè)備間接配置機(jī)制，一方面保證兩個(gè)網(wǎng)關(guān)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的嚴(yán)格一致；另一方面，避免兩網(wǎng)關(guān)角色的重復(fù)；3采用副網(wǎng)關(guān)設(shè)備有線和無線相結(jié)合的方式檢測主網(wǎng)關(guān)設(shè)備的策略，保證副網(wǎng)關(guān)設(shè)備迅速準(zhǔn)確的判斷主網(wǎng)關(guān)設(shè)備的異常，及時(shí)恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)，減少數(shù)據(jù)信息的丟失；
4采用主網(wǎng)關(guān)設(shè)備有線方式主動(dòng)檢測副網(wǎng)關(guān)設(shè)備的策略，在主網(wǎng)關(guān)設(shè)備正常的情況下，確保副網(wǎng)關(guān)設(shè)備的穩(wěn)定可靠運(yùn)行，保證在主網(wǎng)關(guān)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)可恢復(fù)；5采用Modbus寄存器表策略，通過DCS系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取兩個(gè)網(wǎng)關(guān)的運(yùn)行情況、故障信息，了解兩個(gè)網(wǎng)關(guān)的操作行為，及時(shí)更換發(fā)生故障的網(wǎng)關(guān)，保證網(wǎng)絡(luò)的可靠運(yùn)行。


圖1為單網(wǎng)關(guān)的WIA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；圖2為帶冗余網(wǎng)關(guān)的WIA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；圖3為冗余網(wǎng)關(guān)的配置連接示意圖；圖4為主網(wǎng)關(guān)設(shè)備狀態(tài)圖；圖5為主網(wǎng)關(guān)設(shè)備的工作流程圖；圖6為副網(wǎng)關(guān)設(shè)備的狀態(tài)圖；圖7為副網(wǎng)關(guān)設(shè)備的工作流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。為區(qū)分兩個(gè)網(wǎng)關(guān)的主次以及作用，定義了兩種網(wǎng)關(guān)角色:(I)主網(wǎng)關(guān)設(shè)備:負(fù)責(zé)WIA網(wǎng)絡(luò)的組建和維護(hù)，終端數(shù)據(jù)的收集，與DCS系統(tǒng)的數(shù)
據(jù)交互等。(2)副網(wǎng)關(guān)設(shè)備:負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)備份主網(wǎng)關(guān)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)信息，監(jiān)測主網(wǎng)關(guān)設(shè)備是否正常運(yùn)行，在發(fā)現(xiàn)主網(wǎng)關(guān)設(shè)備異常后，立刻代替主網(wǎng)關(guān)設(shè)備管理和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，與DCS系統(tǒng)交互。為區(qū)分每個(gè)網(wǎng)關(guān)在不同情況下的操作行為，定義了四種狀態(tài):(I)空閑狀態(tài):網(wǎng)關(guān)初始上電，即為空閑狀態(tài)，該狀態(tài)下網(wǎng)關(guān)不做任何網(wǎng)絡(luò)操作，等待確定自己的下一狀態(tài)；(2)同步狀態(tài):網(wǎng)關(guān)監(jiān)聽另一個(gè)處于運(yùn)行狀態(tài)網(wǎng)關(guān)的廣播，以使自己獲取網(wǎng)絡(luò)時(shí)間，同步到網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)網(wǎng)關(guān)處于空閑狀態(tài)時(shí)，發(fā)現(xiàn)已有網(wǎng)關(guān)在運(yùn)行，就會(huì)使自己進(jìn)入同步狀態(tài)；(3)備份狀態(tài):同步完成的副網(wǎng)關(guān)設(shè)備將處于備份狀態(tài)，是副網(wǎng)關(guān)設(shè)備特有的狀態(tài)，即主網(wǎng)關(guān)設(shè)備永遠(yuǎn)不會(huì)處于備份狀態(tài)。處于備份狀態(tài)的副網(wǎng)關(guān)設(shè)備負(fù)責(zé)接收主網(wǎng)關(guān)設(shè)備的備份信息并保存，同時(shí)，監(jiān)測主網(wǎng)關(guān)設(shè)備是否正常運(yùn)行；(4)運(yùn)行狀態(tài):負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的組建和維護(hù)，向備份網(wǎng)關(guān)實(shí)時(shí)更新備份信息，同時(shí)，響應(yīng)DCS系統(tǒng)的Modbus請(qǐng)求命令；本發(fā)明所設(shè)計(jì)的WIA冗余網(wǎng)關(guān)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示，其重點(diǎn)在于兩個(gè)網(wǎng)關(guān)的信息交互、狀態(tài)的切換，以及DCS系統(tǒng)與兩個(gè)網(wǎng)關(guān)的信息交互。系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)配置:在運(yùn)行之前，需對(duì)兩個(gè)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行配置，配置的信息除網(wǎng)絡(luò)參數(shù)外，還需配置Modbus地址映射表，即將兩個(gè)網(wǎng)關(guān)以射頻物理地址為區(qū)分，分別映射為兩個(gè)不同的Modbus地址，DCS系統(tǒng)以此來區(qū)分兩個(gè)網(wǎng)關(guān)的地址。
網(wǎng)關(guān)的配置方法如圖3所示。首先，將網(wǎng)關(guān)I與上位機(jī)通過串口連接，使用配置工具，配置網(wǎng)關(guān)I的所有網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和Modbus地址映射表，并將該網(wǎng)關(guān)配置為主網(wǎng)關(guān)設(shè)備。然后，將網(wǎng)關(guān)2與網(wǎng)關(guān)I通過以太網(wǎng)接口連接，在上位機(jī)的配置界面上點(diǎn)擊“配置網(wǎng)關(guān)2”按鈕，網(wǎng)關(guān)I便將自身的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和Modbus地址映射表完整的配置給網(wǎng)關(guān)2，并配置網(wǎng)關(guān)2的網(wǎng)關(guān)角色為副網(wǎng)關(guān)設(shè)備。主網(wǎng)關(guān)設(shè)備的工作流程:主網(wǎng)關(guān)設(shè)備的狀態(tài)切換如圖4所示。主網(wǎng)關(guān)設(shè)備上電后，即進(jìn)入空閑狀態(tài)，同時(shí)檢測副網(wǎng)關(guān)設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)；如果副網(wǎng)關(guān)設(shè)備正處于備份狀態(tài)或運(yùn)行狀態(tài)，則說明已有網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)行。如果副網(wǎng)關(guān)設(shè)備正處于備份狀態(tài)，則主網(wǎng)關(guān)設(shè)備在空閑狀態(tài)等待副網(wǎng)關(guān)設(shè)備進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，主網(wǎng)關(guān)設(shè)備再切換為同步狀態(tài)。如果副網(wǎng)關(guān)設(shè)備正處于運(yùn)行狀態(tài)，則主網(wǎng)關(guān)設(shè)備直接切換為同步狀態(tài)。在同步狀態(tài)下，主網(wǎng)關(guān)設(shè)備需完成網(wǎng)絡(luò)信息的同步和網(wǎng)絡(luò)時(shí)間的同步。即通過兩網(wǎng)關(guān)的以太網(wǎng)連接，使用UDP協(xié)議，向副網(wǎng)關(guān)設(shè)備請(qǐng)求獲取網(wǎng)絡(luò)管理信息，信息包括:網(wǎng)關(guān)的link表信息、網(wǎng)關(guān)的鄰居表信息、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備表信息、網(wǎng)絡(luò)資源表信息等。在獲取完網(wǎng)絡(luò)信息后，主網(wǎng)關(guān)設(shè)備將通知副網(wǎng)關(guān)設(shè)備切換為備份狀態(tài)，主網(wǎng)關(guān)設(shè)備自身則切換為運(yùn)行狀態(tài)，重新管理和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)。如果主網(wǎng)關(guān)設(shè)備上電后，檢測到副網(wǎng)關(guān)設(shè)備不存在，或副網(wǎng)關(guān)設(shè)備正處于空閑或同步狀態(tài)，說明此時(shí)并沒有網(wǎng)絡(luò)已存在，需組建新的網(wǎng)絡(luò)。因此，主網(wǎng)關(guān)設(shè)備直接切換為運(yùn)行狀態(tài)，以自身的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間和網(wǎng)絡(luò)信息為基礎(chǔ)，開始組建新的網(wǎng)絡(luò)。進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，主網(wǎng)關(guān)設(shè)備開始啟動(dòng)WIA協(xié)議棧，接管對(duì)原有網(wǎng)絡(luò)的管理和維護(hù)，響應(yīng)DCS系統(tǒng)對(duì)每個(gè)無線終端設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的讀取，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)信息或網(wǎng)絡(luò)資源發(fā)生變化時(shí)，及時(shí)發(fā)送給副網(wǎng)關(guān)設(shè)備備份。同時(shí)，周期與副網(wǎng)關(guān)設(shè)備進(jìn)行交互，確保副網(wǎng)關(guān)設(shè)備的正常工作，并向副網(wǎng)關(guān)設(shè)備證明自身的正常運(yùn)行。主網(wǎng)關(guān)設(shè)備的工作流程，見圖5所示。副網(wǎng)關(guān)設(shè)備的工作流程:副網(wǎng)關(guān)設(shè)備的狀態(tài)切換如圖6所示。副網(wǎng)關(guān)設(shè)備上電后，也從空閑狀態(tài)開始，直接進(jìn)入同步狀態(tài)。在同步狀態(tài)下，副網(wǎng)關(guān)設(shè)備通過以太網(wǎng)接口檢測主網(wǎng)關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)通過射頻方式，與主網(wǎng)關(guān)設(shè)備進(jìn)行時(shí)間同步，以檢測主網(wǎng)關(guān)設(shè)備的射頻是否正常。此時(shí)，副網(wǎng)關(guān)設(shè)備可能得出4種結(jié)果:(I)主網(wǎng)關(guān)設(shè)備不存在；(2)主副網(wǎng)關(guān)設(shè)備的以太網(wǎng)未連接；(3)主網(wǎng)關(guān)設(shè)備射頻異常；(4)主網(wǎng)關(guān)設(shè)備已處于運(yùn)行狀態(tài)，且與主網(wǎng)關(guān)設(shè)備的同步成功；前3種情況為異常情況，在第一種情況下，副網(wǎng)關(guān)設(shè)備直接切換為運(yùn)行狀態(tài)，代替主網(wǎng)關(guān)設(shè)備開始組建新的網(wǎng)絡(luò)，并將異常事件和操作行為記錄到Modbus寄存器表中。在第2種和第3中情況下，副網(wǎng)關(guān)設(shè)備停留在同步狀態(tài)，并將異常事件記錄到副網(wǎng)關(guān)設(shè)備的Modbus寄存器表中。在第4中情況下，副網(wǎng)關(guān)設(shè)備將切換為備份狀態(tài)。
在備份狀態(tài)中，副網(wǎng)關(guān)設(shè)備首先從主網(wǎng)關(guān)設(shè)備處獲取當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)信息和資源信息，保存到本地，并接收和保存主網(wǎng)關(guān)設(shè)備動(dòng)態(tài)變化的信息。同時(shí)，副網(wǎng)關(guān)設(shè)備周期通過以太網(wǎng)接口檢測主網(wǎng)關(guān)設(shè)備的健康情況,并通過射頻接口，接收主網(wǎng)關(guān)設(shè)備的廣播，以確保主網(wǎng)關(guān)設(shè)備的射頻正常，同時(shí)與主網(wǎng)關(guān)設(shè)備保持時(shí)間同時(shí)。當(dāng)副網(wǎng)關(guān)設(shè)備通過以太網(wǎng)方式或射頻方式發(fā)現(xiàn)主網(wǎng)關(guān)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，副網(wǎng)關(guān)設(shè)備立刻切換為主網(wǎng)關(guān)設(shè)備。當(dāng)副網(wǎng)關(guān)設(shè)備發(fā)現(xiàn)主網(wǎng)關(guān)設(shè)備的以太網(wǎng)接口故障時(shí)，將該時(shí)間記錄到Modbus寄存器表中，等待操作員處理。當(dāng)副網(wǎng)關(guān)設(shè)備發(fā)現(xiàn)主網(wǎng)關(guān)設(shè)備的射頻接口故障時(shí)，副網(wǎng)關(guān)設(shè)備通過以太網(wǎng)接口強(qiáng)制主網(wǎng)關(guān)設(shè)備復(fù)位重啟，然后副網(wǎng)關(guān)設(shè)備切換到運(yùn)行狀態(tài)，暫時(shí)接替主網(wǎng)關(guān)設(shè)備，繼續(xù)管理和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，直到主網(wǎng)關(guān)設(shè)備恢復(fù)正常，并將此次的異常事件和操作行為記錄到Modbus寄存器表中。當(dāng)副網(wǎng)關(guān)設(shè)備在備份狀態(tài)中，發(fā)現(xiàn)主網(wǎng)關(guān)設(shè)備的有線方式無線方式均故障時(shí)，直接切換為運(yùn)行狀態(tài)，接替主網(wǎng)關(guān)設(shè)備管理和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，直到操作員更換主網(wǎng)關(guān)設(shè)備，并將此次的異常事件和操作行為記錄到Modbus寄存器表中。當(dāng)副網(wǎng)關(guān)設(shè)備在運(yùn)行狀態(tài)中，接到主網(wǎng)關(guān)設(shè)備已恢復(fù)的命令后，立即切換為備份狀態(tài)。副網(wǎng)關(guān)設(shè)備的工作過程見圖7所示。DCS系統(tǒng)與兩個(gè)網(wǎng)關(guān)的通信:DCS系統(tǒng)與兩個(gè)網(wǎng)關(guān)之間使用RS485接口，通過Modbus總線結(jié)構(gòu)，采用Modbus RTU協(xié)議進(jìn)行通信。此前，兩個(gè)網(wǎng)關(guān)中已配置了各自對(duì)應(yīng)的Modbus從站地址,且定義了 Modbus寄存器表，如表I所不。

表I網(wǎng)關(guān)寄存器表
權(quán)利要求
1.一種基于WIA網(wǎng)絡(luò)的冗余網(wǎng)關(guān)，其特征在于，包括 DCS系統(tǒng):存儲(chǔ)無線終端設(shè)備采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)并做出相應(yīng)控制； 主網(wǎng)關(guān)設(shè)備:管理和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，與DCS系統(tǒng)交互，提供網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)之間的接口 ； 副網(wǎng)關(guān)設(shè)備:備份主網(wǎng)關(guān)設(shè)備信息，在主網(wǎng)關(guān)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，代替主網(wǎng)關(guān)設(shè)備管理和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)、與DCS系統(tǒng)交互； 無線終端設(shè)備:將傳感器或執(zhí)行器接入工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，與主網(wǎng)關(guān)設(shè)備或副網(wǎng)關(guān)設(shè)備無線通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于WIA網(wǎng)絡(luò)的冗余網(wǎng)關(guān)，其特征在于，所述主網(wǎng)關(guān)設(shè)備和副網(wǎng)關(guān)設(shè)備都具有雙網(wǎng)口結(jié)構(gòu)，其中一個(gè)網(wǎng)口用于兩個(gè)網(wǎng)關(guān)之間的信息交互，另一個(gè)網(wǎng)口用于WIA網(wǎng)絡(luò)與有線網(wǎng)絡(luò)的通信接口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于WIA網(wǎng)絡(luò)的冗余網(wǎng)關(guān)，其特征在于，所述主網(wǎng)關(guān)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)由上位機(jī)的配置工具直接配置，副網(wǎng)關(guān)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)則由主網(wǎng)關(guān)設(shè)備間接配置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于WIA網(wǎng)絡(luò)的冗余網(wǎng)關(guān)，其特征在于，所述主網(wǎng)關(guān)設(shè)備具有3種工作狀態(tài):空閑狀態(tài)、同步狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài),通常處于運(yùn)行狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基 于WIA網(wǎng)絡(luò)的冗余網(wǎng)關(guān)，其特征在于，所述副網(wǎng)關(guān)設(shè)備具有4種工作狀態(tài):空閑狀態(tài)、同步狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)和備份狀態(tài)，通常處于備份狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于WIA網(wǎng)絡(luò)的冗余網(wǎng)關(guān)，其特征在于，所述主網(wǎng)關(guān)設(shè)備和副網(wǎng)關(guān)設(shè)備與DCS系統(tǒng)組成Modbus總線結(jié)構(gòu)，通過RS485接口連接，使用Modbus RTU協(xié)議進(jìn)行通信，DCS系統(tǒng)為Modbus主站,兩個(gè)網(wǎng)關(guān)設(shè)備為Modbus從站,且具有各自的Modbus地址。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于WIA網(wǎng)絡(luò)的冗余網(wǎng)關(guān)，其特征在于，所述DCS系統(tǒng)從網(wǎng)關(guān)定義的寄存器表中，分別獲得主網(wǎng)關(guān)設(shè)備和副網(wǎng)關(guān)設(shè)備的角色、當(dāng)前的工作狀態(tài)、當(dāng)前發(fā)生的告警、以及當(dāng)前的操作行為； 所述當(dāng)前發(fā)生的告警包括:與對(duì)方通信失??；以太網(wǎng)未連接；對(duì)方射頻發(fā)生故障；以太網(wǎng)通信失敗；以太網(wǎng)與射頻通信均失敗；副網(wǎng)關(guān)設(shè)備異常；記錄的操作行為包括:主網(wǎng)關(guān)設(shè)備切換為運(yùn)行狀態(tài)；主網(wǎng)關(guān)設(shè)備切換為同步狀態(tài)；副網(wǎng)關(guān)設(shè)備切換為同步狀態(tài)；副網(wǎng)關(guān)設(shè)備切換為備份狀態(tài)；副網(wǎng)關(guān)設(shè)備切換為運(yùn)行狀態(tài)；有線連接已恢復(fù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于WIA網(wǎng)絡(luò)的冗余網(wǎng)關(guān)，其特征在于，所述副網(wǎng)關(guān)設(shè)備通過以太網(wǎng)方式主動(dòng)監(jiān)測主網(wǎng)關(guān)設(shè)備的異常，周期向主網(wǎng)關(guān)設(shè)備發(fā)送探測數(shù)據(jù)，等待主網(wǎng)關(guān)設(shè)備對(duì)探測數(shù)據(jù)的響應(yīng)，如果連續(xù)數(shù)次未收到主網(wǎng)關(guān)設(shè)備的響應(yīng)，則認(rèn)為主網(wǎng)關(guān)設(shè)備有線異常； 所述副網(wǎng)關(guān)設(shè)備通過射頻方式被動(dòng)監(jiān)測主網(wǎng)關(guān)設(shè)備的異常，周期接收主網(wǎng)關(guān)設(shè)備射頻發(fā)出的廣播報(bào)文，如果連續(xù)數(shù)次未收到主網(wǎng)關(guān)設(shè)備的廣播，則認(rèn)為主網(wǎng)關(guān)設(shè)備無線異常。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于WIA網(wǎng)絡(luò)的冗余網(wǎng)關(guān)，其特征在于，所述異常情況包括: 當(dāng)副網(wǎng)關(guān)設(shè)備監(jiān)測到主網(wǎng)關(guān)設(shè)備的射頻和以太網(wǎng)均異常，則主動(dòng)切換為運(yùn)行狀態(tài)，代替主網(wǎng)關(guān)設(shè)備維護(hù)網(wǎng)絡(luò)； 當(dāng)副網(wǎng)關(guān)設(shè)備監(jiān)測到主網(wǎng)關(guān)設(shè)備的射頻異常，而以太網(wǎng)正常，則副網(wǎng)關(guān)設(shè)備強(qiáng)制主網(wǎng)關(guān)設(shè)備重啟，副網(wǎng)關(guān)設(shè)備則切換為運(yùn)行狀態(tài)，暫時(shí)代替主網(wǎng)關(guān)設(shè)備維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，待主網(wǎng)關(guān)恢復(fù)運(yùn)行后，副網(wǎng)關(guān)設(shè)備仍切換為備份狀態(tài)； 當(dāng)副網(wǎng)關(guān)設(shè)備監(jiān)測到主網(wǎng)關(guān)設(shè)備的射頻正常，而以太網(wǎng)異常，則副網(wǎng)關(guān)設(shè)備通知DCS系統(tǒng)主網(wǎng)關(guān)設(shè)備和副網(wǎng)關(guān)的以太網(wǎng)連接故障。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于WIA網(wǎng)絡(luò)的冗余網(wǎng)關(guān)，其特征在于，所述主網(wǎng)關(guān)設(shè)備通過以太網(wǎng)方式 主動(dòng)監(jiān)測副網(wǎng)關(guān)設(shè)備的異常。
全文摘要
本發(fā)明涉及雙網(wǎng)關(guān)互聯(lián)技術(shù)，具體地說明是一種在普通WIA網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上增加一個(gè)網(wǎng)關(guān)作冗余的機(jī)制。本發(fā)明包括DCS系統(tǒng)存儲(chǔ)無線終端設(shè)備采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)并做出相應(yīng)控制；主網(wǎng)關(guān)設(shè)備管理和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，與DCS系統(tǒng)交互，提供網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)之間的接口；副網(wǎng)關(guān)設(shè)備備份主網(wǎng)關(guān)設(shè)備信息，在主網(wǎng)關(guān)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，代替主網(wǎng)關(guān)設(shè)備管理和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)、與DCS系統(tǒng)交互；無線終端設(shè)備將傳感器或執(zhí)行器接入工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)，與主網(wǎng)關(guān)設(shè)備或副網(wǎng)關(guān)設(shè)備無線通信。本發(fā)明提出的冗余網(wǎng)關(guān)機(jī)制，在充分考慮WIA網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)的前提下提出，具有網(wǎng)絡(luò)高可靠性和穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04W24/04GK103167543SQ20111042862
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月19日
發(fā)明者肖金超, 張瓊, 趙曉全, 曾鵬, 于海斌, 鄭軍, 楊帆 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所