冗余系统
双机冗余系统通常包括几个层次,即硬件冗余、操作系统冗余、应用系统
双机冗余系统通常包括几个层次，即：硬件冗余、操作系统冗余、应用系统冗余。
我们的解决方案指的是应用系统冗余，具体说就是控制系统软件的冗余。
而控制系统软件的冗余又包含两个方面的内容，即驱动程序的冗余和S CAD A软件的冗余。
驱动程序的冗余主要是指驱动程序的热备方式。
热备方式通常包括驱动程序的两种扫描方式，即两个驱动程序同时扫描同时接收或者只有一个驱动程序进行扫描。
通常情况下，两个驱动程序同时扫描同时接收是不被采用的，主要是因为驱动程序和控制设备之间信道的限制，还有就是很难保证上行、下行数据的同步。
所以我们建议采用第二种扫描方式，这样就必须在两个驱动程序之间建立主备关系。
任意时刻个只有一个驱动程序进行扫描，也就是主驱动程序，而备驱动程序只进行接收，这样即可以保证上行扫描数据的一致性，也可以保证下行控制数据的唯一性。
S CAD A软件的冗余主要包括：实时数据同步、历史数据同步、报警同步、控制输出的唯一性等几个方面。
也就是说主S CAD A是监视和控制的唯一的数据源，网络上所有的MMI （人机界面工作站）都必须通过主S CAD A进行监视和控制；备S CAD A必须保证同主S CAD A的数据同步。
这里实时数据的同步主要依靠驱动程序数据的同步来实现；历史数据的同步，可以通过建立独立的历史数据服务器来实现，也可以通过在S CAD A节点上建立历史数据恢复的功能来实现。
现有的组态软件大多不具备这些功能，因此S CAD A冗余的实现除了依赖组态软件本身提供的功能外，还有额外的工作要做。
驱动程序有主备，S CAD A软件有主备，都存在切换的问题；但是驱动程序的切换和S CAD A软件的切换必须同步，否则数据的唯一性和可靠性没有任何保障。
所以驱动程序和S CAD A软件之间必须建立联系用来协调各自的状态，保证不出现混乱。
只有这样才能实现比较完善的双机冗余。
系统实例项目名称：自来水厂S CAD A冗余系统系统组成： Gateway：Motorola MDLC GatewayRTU：Motorola MOS CAD RTU通讯方式：无线操作系统：MS WINDOWS2000 SERVER/PROFESIONALS CAD A 软件：iFIXMMI工作站软件：IFIXS CAD A 冗余软件：DUALS CAD A冗余驱动程序：OPC SERVER FOR MGT功能简介：主OPC SERVER FOR MGT负责通过Motorola MDLC Gateway 扫描无线连接的RTU，备OPC SERVER FOR MGT并不对RTU发送扫描命令，只是主驱动程序同步接收RTU上传的数据。
服务器硬件故障冗余系统
存储冗余
采用RAID等存储技术，实现数据在 多个硬盘上的镜像或条带化存储，提 高数据可靠性和读写性能。
网卡冗余
配置多个网卡，实现网络故障时的自 动切换，保证服务器网络通信的连续 性。
软件冗余技术
进程级冗余
数据级冗余
通过复制关键进程并在不同处理器上运行 ，实现进程故障时的自动切换。
在内存中复制关键数据，确保数据在单个 内存芯片故障时不会丢失。
负载均衡技术
通过负载均衡设备将网络流量分散到多个服务器上，提高网络性能和可靠性。
网络协议冗余
采用具有容错能力的网络协议，如OSPF、BGP等，实现网络故障时的自动恢复。
系统集成与测试
系统集成
将硬件、软件和网络等组件集成在一起，构 建完整的服务器硬件故障冗余系统。
功能测试
测试冗余系统的各项功能是否正常工作，包 括故障检测、切换和恢复等。
本文研究内容与结构
研究内容
本文主要研究服务器硬件故障冗余系统的设计与实现，包括系统架构、关键技 术、实验验证等方面。
结构安排
本文首先介绍项目背景和冗余系统的概述，然后详细阐述冗余系统的设计与实 现过程，最后通过实验验证系统的有效性和可靠性，并得出结论和展望未来的 研究方向。
02
服务器硬件故障类型 及影响
指令级冗余
软件容错算法
通过增加额外的指令或操作，以检测并纠 正因硬件故障导致的指令错误。
采用特定的算法，如N版本程序设计、恢复 块等，实现软件故障时的自动恢复。
网络冗余技术
网络设备冗余
配置多个交换机、路由器等网络设备，实现网络设备的故障切换。
网络链路冗余
采用多条网络链路，实现链路故障时的自动切换，保证网络通信的连续性。
冗余控制系统
冗余控制系统关键技术
信息同步技术 故障检测技术 故障仲裁及切换技术 热拔插技术 故障隔离技术
信息同步技术
它是工作、备用部件之间实现无扰动（Bumpless）切换技术的前 提，只有按控制实时性要求进行高速有效的信息同步，保证工作、备 用部件步调一致地工作，才能实现冗余部件之间的无扰动切换。
在热备用工作方式下，其中一块处于工作状态（工作卡），实现 系统的数据采集、运算、控制输出、网络通讯等功能；而另一块处于 备用状态（备用卡），它实时跟踪工作卡的内部控制状态（即状态同 步）。工作/备用卡件之间的正/负逻辑是互斥的，即一个为工作卡， 另一个必定是备用卡；而且它们之间有冗余控制电路（又称工作/备 用控制电路）和信息通讯电路，以协调两块卡件同时而且有序地运行 ，保证对外输入输出特性的同一性，即对于用户使用而言，可以认为 只有一个部件。一般在设计中，工作、备用部件之间通过高速的冗余 通讯通道（串行或并行）实现运行状态互检和控制状态的同步（如组 态信息、输出阀位、控制参数等）。
设计，使系统网络通信带宽提高。当其中一路故障（网卡损坏或出现
线路故障）时，另一路自动地承担全部通信负载，保证通信的正常进
行。
冷却系统冗余
4)冷却系统冗余。
利用控制柜内可自动切换的冗余风扇，对风扇和机柜内温度进行
故障仲裁及切换技术
3） 故障仲裁技术和切换技术
精确及时地发现故障后，还需要及时确定故障的部位、分析故障
的严重性，依赖前文提到的冗余控制电路，对工作、备用故障状态进
行分析、比较和仲裁，以判定是否需要进行工作/备用之间的状态切 换。控制权切换到冗余备用部件还必须保证快速、安全、无扰动。当
处于工作状态的部件出现故障（断电、复位、软件故障、硬件故障等
3.1 10第十章 冗余系统
本章内容双机热备双网络冗余双设备冗余双IOServer冗余概述KingSCADA 提供全面的冗余功能，能够有效地减少数据丢失的可能，增加了系统的可靠性，方便系统维护。
KingSCADA提供四重意义上的冗余功能，即双机热备、双网络冗余、双设备冗余、双IOServer。
第一节双机热备1、原理双机热备主要是实时数据、报警信息和变量历史记录的热备。
主从机都正常工作时,主机从实时数据服务器获取数据，并产生报警和事件信息。
从机通过网络从主机获取实时数据和报警信息，而不会从实时数据服务器读取或自己产生报警信息。
主从机都各自记录变量历史数据。
同时，从机通过网络监听主机，从机与主机之间的监听采取请求与应答的方式，从机以一定的时间间隔（冗余机心跳检测时间）向主机发出请求，主机应答表示工作正常，主机如果没有应答，从机将切断与主机的网络数据传输，转入活动状态，改由实时数据服务器获取数据，并产生报警和事件信息。
此后，从机还会定时监听主机状态，一旦主机恢复，就将数据备份给主机。
只有从机坏掉之后，主机才会从实时数据服务器获取数据。
通过这种方式实现了热备。
2、主机网络配置第一步，KingSCADA开发系统树型目录区中选择“网络配置”→“本服务器设置”选项并双击，弹出网络配置对话框，对话框设置如图所示图10-1网络参数设置对话框第二步，单击“服务器端配置”选项卡，弹出配置对话框，如图所示图10-2服务器端配置对话框根据工程需要，选择相应的节点类型。
如果本机是实时数据服务器的主机，同时又是报警事件服务器和历史记录服务器的主机的话，那么就选中“本地为实时数据服务器”、“本地为报警事件服务器”、“本地为历史数据服务器”选项。
3、从机网络配置第一步，在使用双机热备功能时要求主机和从机上的工程完全一致，所以要将主机的工程拷贝到从机上，然后对从机的进行网络配置。
主从机的变量名和ID号必须完全一致，建议用户不要单独修改主机或从机的变量部分，防止出现不一致的现象。
PLC的冗余系统与热备用系统
在石油、化工、冶金等行业的某些系统中，要求控制装配有极高的靠得住性。
若是控制系统发生故障，将会造成停产、原料年夜量浪费或装备损坏，给企业造成极年夜的经济损失。
可是仅靠提高控制系统硬件的靠得住性来知足上述要求是远远不够的，由于PLC自己靠得住性的提高是有一定的限度。
使用冗余系统或热备用系统就能够比力有用地解决上述问题。
1．冗余控制系统
在冗余控制系统中，整个PLC控制系统（或系统中最重要的部门，如CPU
模块）由两套完全不异的系统组成。
两块CPU模块使用不异的用户法式并行工作，其中一块是主CPU，另外一块是备用CPU；主CPU工作，而备用CPU的输出是被制止的，当主CPU发生故障时，备用CPU自动投进运行。
这一切换进程是由冗余处置单元RPU控制的，切换时间在1~3个扫描周期，I/O系统的切换也是由RPU完成的。
2．热备用系统
在热备用系统中，两台CPU用通讯接口毗连在一起，均处于通电状态。
当系统泛起故障时，由主CPU通知备用CPU，使备用CPU投进运行。
这一切换进程一般不太快，但它的结构有比冗余系统简单
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(完整版)冗余系统实验手册
冗余实验手册目录1 ．实验说明 (3)搭建构造 (3)实验原理 (3)2. 实验准备 (4)硬件准备 (4)软件准备 (4)3. 实验过程 (4)硬件接线 (4)软件组态 (5)网络规划 (15)系统运转 (22)4. 实验总结 (23)实验报告——冗余系统的搭建1．实验说明1.1 搭建构造本实验仅以 ControlLogixL61 控制器为例，简单介绍冗余系统搭建的基本构造要求（其余控制器与其搭建原则一致）。
搭建一套冗余系统需要两套完整一致的硬件装置，比如：主框架是7 槽，则从框架也一定是7 槽，即主从框架一致，框架上插入的模块也一定相同，并且主从框架上所插模块的地点也一定一致。
软件上来讲，框架上所插入的模块固定版本号一定一致，并且框架上各模块之间的版本号也一定互相般配。
主框架与从框架上的 1756-CN2R 模块的物理节点一定一致，即两个模块的拨码开关一定一致，并且主从框架上的 1756-EN2T 模块 IP 地点一定一致。
总之，主从框架好像互相复制相同。
但需要注意的是，主从框架上不可以有 I/O 模块。
在远程框架中，除了需要控制的 I/O 模块以外，还一定有与主从框架之间进行通信的通信模块，并且要有起码两个相同网络的通信模块，因为在主从控制器在切换瞬时的时差中，不可以与远程框架进行通信远程框架，而远程框架内两个通信模块之间能够构成通信，以保证网络不中止。
1.2 实验原理系统运转时，只有一个 LogixL61 控制器能够拥有对整个系统输出模块的控制权，称之为主控制器，而两个控制器能够同时接收输入模块的数据，因此冗余的主要工作就是备份控制器，及时监督主控制器的工作状态，如主控制器出现非异样状态，则备份控制器便代替主控制器，对系统输出模块进行控制，并撤消主控制器的控制权。
这样接可以保证系统一直都能够正常工作。
2.实验准备以本次试验为例，对实验的整个过程进行说明。
2.1 硬件准备本次试验采纳 ControlLogix 系列进行试验，构成冗余系统的两个框架上分别在相同的槽号上，搁置相同的模块，每个框架上包含一个1756-L61 型办理器，通信模块采纳一个 1756-EN2T 模块，一个 1756-CN2R 模块以及一个冗余模块（两个框架之间的冗余模块用光纤连结，进行数据的通信和数据备份）。
PLC 冗余系统培训
启动模式
注意：由于系统切换而启动新控制系统时，无 论设置为那种启动模式，都将以“热启动”模 式启动
冗余系统的功能
系统的核对统一性检查 系统的切换功能 运行模式的变更 热备传送功能 在线程序写入的冗余跟踪功能 从控制系统向待机系统的存储复制功能 在线更换模块
高可靠性
系统的核对统一性检查
在冗余系统中，为使冗余系统在发生了系统切换时能继续进行控制，需 要将控制系统与待机系统构成、参数、程序。不断的系统核查的特点确 保了待机系统可以有效的接管控制。 两系统同一性检查在下列时间进行：1.两系统的电源同时启动。 2.两系 统的CPU同时解除复位。3.控制系统CPU模块进行END处理时 4.热备电 缆重新连接时。 程序 程序 系统核对的内容: 程序 程序 程序内容（参数、程序、软元件初始值） 参数 参数 运行状态的监视 模块安装状态的监视 控制系统 待机系统 存储卡的的状态 参数有效驱动器
CPU硬件特性
Mitsubishi QnPRHCPU
CPU模块l 处理时间 (位触 点) 程序存储器 (步, 字节) 可外接存储卡 数据跟踪通道 跟踪数据大小 切换时间 Q12PRHCPU Q25PRHCPU 34ns Q12PRH: 124k (496kB) Q25PRH: 252k (1MB) 32MB max 专用电缆 1x (3m) 200K bytes (100K 字) 22ms (48K字) 46ms (100K字) Ethernet MELSECNET/H 8K
冗余系统的工作原理
冗余系统的工作原理
冗余系统是一种通过备份和冗余原则来提高系统可靠性和容错能力的技术。
它的工作原理是通过使用多个相互独立的组件或系统来实现对故障的恢复和保护。
首先，冗余系统采用备份机制来确保系统数据的安全性。
它会将关键数据存储在多个独立的设备或服务器上，以防止单一设备或服务器的故障导致数据丢失。
当出现故障时，备份的数据可以用来进行恢复和补救操作。
其次，冗余系统采用冗余设计来确保系统的连续性和可用性。
它通过部署多个相同或相似的组件或系统，并行运行它们，以确保即使某个组件或系统出现故障，其他组件或系统仍然能够继续正常工作。
这种冗余设计可以有效降低系统因部分故障而导致的服务中断或质量下降的风险。
另外，冗余系统通常还会采用监测和自动切换机制来实现快速的故障检测和切换。
系统会不断监测各个组件或系统的健康状态，一旦检测到故障或异常，就会自动触发切换到备用组件或系统，以保持系统的连续性和可用性。
这种自动切换机制可以大大提高系统的恢复速度和用户体验。
需要注意的是，冗余系统虽然可以提高系统的可靠性和容错能力，但也需要相应的成本和资源投入。
维护多个备份设备或服务器、部署多个冗余组件或系统以及进行监测和切换机制的开发和维护，都需要耗费一定的费用和精力。
综上所述，冗余系统的工作原理是通过备份机制、冗余设计和自动切换机制来提高系统的可靠性和容错能力。
它是一种有效的技术手段，用于保护关键系统免受故障和意外情况的影响。
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KingSCADA
冗余系统-常见问题解答
北京亚控科技发展有限公司
２０１２年１０月
目录
1. KingSCADA 提供哪些冗余功能？ (1)
2. 配置了双机热备，主机当机后，从机激活，当主机恢复后，从机还是激活状态，主机处于从机状态了？ (1)
3. 服务器双机热备的配置，在客户端工程要怎样配置？ (1)
4. 怎样判断双机热备的主从机激活状态？ (1)
5. 工程配置为双机热备，发现从机无法登录，总是提示用户不对？ (2)
1. KingSCADA 提供哪些冗余功能？
KingSCADA提供四重意义上的冗余功能，即双机热备、双网络冗余、双设备冗余、双IOServer冗余。
2. 配置了双机热备，主机当机后，从机激活，当主机恢复后，从机还是激活状态，主机处于从机状态了？
KingSCADA的双机热备功能，主从机状态切换与组态王不同。
组态王的主从冗余是绝对主从，主机当机后，从机激活，当主机恢复后，主机为激活状态，从机转为热备状态。
KingSCADA的主从冗余是相对主从，主机当机后，从机激活，主机恢复后，从机还保持激活状态，原来的主机转为备份状态。
KingSCADA的双IOServer冗余也是相对主从的方式。
3. 服务器双机热备的配置，在客户端工程要怎样配置？
双机热备，对于客户端来说，只需要指定其实时数据服务器、报警事件服务器和历史数据服务器的主机，当主机出现故障时。
客户端会自动转为与相应的从机通讯。
4. 怎样判断双机热备的主从机激活状态？
KingSCADA提供有双机热备状态的系统变量，系统变量$RedundantStatus是用来表示主从机状态的，不论该站点是历史数据服务器，报警数据服务器或是实时数据服务器。
在主机上，该变量的值为正数，在从机上，该变量的值为负数。
主机状态监控：
在主机工程中可以通过$RedundantStatus对主机进行监控。
变量$RedundantStatus有以下几种状态：
$RedundantStatus=1，此时主机为激活态
$RedundantStatus=2，此时主机为备份态
从机状态监控：
在从机工程中可以通过$RedundantStatus对从机进行监控。
变量$RedundantStatus有以下几种状态：
$RedundantStatus=-1，此时从机为备份态
$RedundantStatus=-2，此时从机为激活态
手动状态切换：
特殊情况下可以通过强制$RedundantStatus实现主、从机之间的手动切换。
主机切换到从机：强制主机的$RedundantStatus为2，主机停止工作并停止响应从机查询，从机认为主机故障，启动工作，此时主机将没有任何工作，同时主机的数据也将不再变化。
主机启动后，强制从机的$RedundantStatus为-1，则主机的$RedundantStatus 自动变为1，从而实现了从机向主机的切换。
注：强制操作只能从激活态的机器上进行。
5. 工程配置为双机热备，发现从机无法登录，总是提示用户不对？
双机冗余的机制就是从机不允许激活，因此无法登录用户。