双机备份实现方案

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人机界面双机备份实现方案（转发自winnterswiming的blog）

带图的原文 http://www.ednchina.com/blog/winterswimer/2615/message.aspx

       双机备份是工业上实现数据的连续采集和数据安全的一种重要手段，工程上实现双机备份有比较多的可选的方案，现在讨论使用组态App现有构件，如何快速的实现功能比较强大的双机备份方案。

1              人机界面双机备份方案的适用范围在中小型的工程项目中，对数据的实时采集和数据的保存有比较高的要求。但是，由于工程规模的限制，无法投入巨大的资金采购专业的双机备份硬件和解决方案。所以，经常使用人机界面 + PLC控制的模式。大家可以通过嵌入式组态App，实现比较完全的双机备份功能。

在各个现场的工作站中，对数据的保存有比较高的要求，而现场的条件又无法使用很高档的双机备份方案，并且现场的工作站比较多，如果全部都使用专业的双机备份方案的话，工程成本就会很高。为了既能实现对数据的保存性要、又要实现成本控制原则。用户一般会寻求折中的方法实现类似的“假双机备份”方案，那么使用上位机组态App实现的人机界面双机备份将会是他们很好的选择。

1.1              实现人机界面双机备份的基本硬件要求
人机界面双机备份，顾名思义是通过两台人机界面实现数据、资料的备份。那么一般的工业现场会使用人机界面双机备份来进行什么样的工作呢。

实际上，人们对人机界面双机备份的一般要求是：实现采集到的实时数据能够在两台计算机上同时存储。在其中一台计算机（一般都是实际采集数据的计算机）失效以后，希翼备用的计算机能够接替采集计算机进行数据的采集和存储，并且发出告警信号，通知监视人员处理采集计算机的故障。当采集计算机恢复正常以后，自动接替备用计算机工作，恢复初始的工作状态。假如有需求，还希翼在备份计算机接替工作时期的存储数据能够恢复到采集计算机上，真正实现数据的连续备份。

对于工业现场的用户要求，大家有了明确的认识以后，对实现人机界面双机备份的硬件也就会有了一定的雏形。

首先，对备用机器能够在采集计算机出现问题以后接替采集计算机的全部工作，那么备用计算机就应该具备有采集计算机上的全部硬件设备，至少是所有的信号接口。在信号处理能力上，备份计算机应该有和采集计算机同等的处理能力。这些要求的实现就是说，备份计算机必须是尽量和采集计算机使用相同的配置，双份的外部采集设备（至少双份的采集接口）。并且两台计算机之间能够实时的通讯，以达到实时检测相互间工作状态的要求。这就要求，两台计算机间有能够相互通讯的物理条件通讯线路，并且这个通讯线路是独立于现场信号线路的专用检测“心跳”线路。

其次，对于影响计算机使用的条件，两台计算机又要求尽量的独立，把同一不良因素对两台计算机的影响减少到最小。那么在情况允许的条件下，尽量的使用分离的独立电源，使用功能相似，但是不是同一生产厂家生产的板卡和硬盘、CPU等硬件。不过在组合配置之前请测试两种不同配置的稳定性和兼容性问题。

在满足上述要求后的现场硬件条件下，大家可以放心的进行App上的人机界面双机备份的实现了。

2              实现双机备份的App基本要求使用嵌入式组态App实现人机界面双机备份是一个比较简单而又令人兴奋的事情。很显然，在人机界面双机备份的两台计算机上必须都要安装有相同版本号（最好是这样）；在两台计算机上使用的工程组态文件是同一工程组态文件的采集机版本和备份机版本。技术预备

         “心跳”技术它们通过100M网卡和100M网线连接在一起，网线采用跳线方式，即主机一端的8根网线中的1、2、3、6分别对应辅机一端的3、6、1、2，双机之间以TCP/IP协议进行点对点数据通讯，以心跳信息技术进行相互监测。





































           图1.1    为  心跳检测技术

心跳信息技术：顾名思义，就象检测人的心跳一样，定时检测一个全局变量是否在变化，如果在规定的时间片段内没有变化，就判定对方死亡的一种方法。上图显示了辅机感知主机的心跳情况。

主机和辅机之间进行通讯，主机程序设置全局变量AutoIncrease，它每隔1秒自动增加1（如果超过100000，则清零，从头开始），并且发送到辅机。辅机程序设置3个全局变量（旧值OldValue，新值NewValue和累计相同次数计数器mNum）。辅机收到主机发来的心跳数据并把它赋给NewValue，辅机的定时程序每隔1秒启动一次，判断OldValue是否等于NewValue，如果相同，累计相同次数计数器mNum自增1，否则mNum清零，并且令OldValue等于NewValue。接着判断mNum是否大于5，如果是，说明主机已有5秒钟没有向辅机发送心跳数据AutoIncrease，这就证明主机出了故障（可能是死机、重起系统、退出计量系统等），从而辅机判断主机死亡，接着程序触发辅机接替主机的工作。如果mNum小于5，说明主机正常，辅机可以照常运行。

3              实现双机备份的几种可选方案的实现过程3.1              单一现场站实现双机备份






                         图1.2   双机备份系统典型模型
单一的现场工作站负责采集现场信号，并且完成对现场设备的控制，完成采集数据的存储，后期处理，报表的打印，数据的提取功能。采集站本身就是一个完备的用户终端，是控制系统的最高机构。在这样的现场环境下实现双机备份，就是对采集计算机的数据和功能的备份。

                 

3.2              单一现场站服务器实现人机界面双机备份
采集计算机实现的功能同第一中方案中的功能一致，而备份计算机在实现对采集计算机的数据和功能上的备份功能。对备份计算机来说，在正常工作状态下，它只负责接收从采集计算机上发过来的数据；在采集计算机失效的情况下，备份计算机在接替采集计算机工作。由于在采集计算机失效的情况，备份计算机完成了两台计算机的全部工作，所以请尽快恢复采集计算机的工作，避免备份计算机走向崩溃。

3.3              多采集站与服务器之间实现人机界面双机备份
在这种现场使用的情况下，现场的计算机只是负责采集现场的数据，再通过TCP/IP或485或电话线、微波、无线电台把采集到的，并且初步处理过的数据发送到中心控制处的服务器上，由服务器把所有采集上来的数据进行加工处理，提供同一的存储、显示、报表和打印，并且为外部浏览提供服务。

多机的备份就可以分为采集计算机的备份和服务器的备份。采集计算机的备份机是一台可以提供和采集计算机功能一致，并且能和采集计算机通讯的备份机。服务器的备份机和服务器功能一致，也能提供数据的加工处理、存储、显示和报表打印的功能（不过在现场的要求提供如此复杂的人机界面双机备份方案的话，那么工程使用的费用就会加倍）。








                                图1.3

4              备份的实现对于嵌入式组态App实现人机界面双机备份的技术关键是在网络设备中的网络子设备中。网络子设备里面的网络数据同步的网络属性中，提供了一个叫做网络工作状态对象的属性值。通过把网络工作状态的值赋予一个实时数据库中的变量，大家只要判断变量的值就可以得出网络的通讯状态。

网络子设备必须挂在通讯的父设备上，通讯的父设备是一种概念。它是计算机上各种物理的通讯接口的概括，为数据传送和计算机对数据的处理提供了一个通道和工具。

网络父设备对应到具体的物理接口可以是：

计算机通用的RS-232C串行通讯接口

实现网络联结的基本体系TCP/IP网络接口

工业上最常见的RS-485/RS-422接口

最容易实现，也是最通用的MODEM+电话线的通讯接口

可以实现移动通讯的无线电台通讯接口

对应的网络子设备可以挂接到现成任何可提供的网络父设备上。

完成对网络设备的设置就已经把人机界面双机备份硬件部分完成了.

         App上，备份计算机和采集计算机使用大部分相同的组态工程文件，组态工程文件上备份计算机和采集计算机不同之处在于设备组态。由于备份计算机具有和采集计算机相同的外部设备接口，在备份计算机的设备组态窗口中，使用和采集计算机相同的设备组态。即添加相同的设备，连接相同的变量，只是在设备的初始状态处设置为停止，并且外部设备工作与否必须和网络通讯状态联系起来，当备份计算机检测到采集计算机没有响应，或是连接两台计算机的通讯线路故障，便会启动挂接在备份计算机上的外部设备，进行数据的采集工作。而由于备份计算机拥有与采集计算机相同的组态文件，对数据的反映和数据的处理是相同的。这样保证了数据处理的连续性。

在两台计算机通讯恢复正常后，网络通讯状态变量回到正常的值，受网络通讯状态控制的外部设备接口的工作状态恢复为停止。这样，采集计算机就将接替备份计算机的工作，恢复正常的采集工作。