КОМПЛЕКС ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ Российский патент 2012 года по МПК G05B19/00 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах автоматизированного контроля и управления промышленными объектами, включая тепловые и атомные электрические станции.

Известен комплекс программно-аппаратных средств автоматизации контроля и управления технологическими процессами, включающий общую шину данных, контроллер, содержащий модули ввода/вывода, процессорный модуль (ПМ), при этом модули ввода/вывода и процессорный модуль соединены системной шиной VME-bus. Патент РФ №2279117, МПК G05B 19/418, 2006 г. Недостатки комплекса: низкая надежность, сложность конструкции контроллеров из-за использования многопроводной шины VME-bus.

Известен комплекс на базе контроллера в виде базового блока, содержащего модуль-мастер с платой CPU в стандарте PC 104, и блока удаленного УСО, функциональные модули которого подключены к CPU базового блока по последовательной магистральной шине ST BUS, выполненной на базе интерфейса RS-485, базовые блоки связаны с компьютерами верхнего уровня по шине Ethernet. «Устройство программного управления TREI-5B-02», «Руководство по эксплуатации TREI1.421457.101-00.РЭ», 2008 г. Недостатки комплекса: отсутствие горячего резервирования на уровне модулей, что снижает надежность и повышает трудоемкость проектирования резервированных систем автоматизации на базе этого комплекса.

Известен комплекс программно-аппаратных средств автоматизации контроля и управления, в котором модули ввода/вывода и процессорные модули подключены к общей резервированной шине данных на базе Ethernet. Комплекс содержит модули управления, подключенные к общей шине данных, и рабочие станции и/или серверы, подключенные к общей шине данных для визуализации, архивирования и документирования данных, получаемых от модулей ввода/вывода, процессорных модулей и модулей управления. Патент Российской Федерации №2349949, МПК G05B 19/418, 2009 г. Недостатки комплекса: отсутствие горячего резервирования на уровне модулей, что снижает надежность и повышает трудоемкость проектирования резервированных систем автоматизации.

Известны резервированные системы автоматизации на базе программируемых контроллеров S7-400H и станций распределенного ввода/вывода ЕТ200М, в которых контроллеры подсоединены к шине Industrial Ethernet, выполненной по кольцевой топологии в виде одной кольцевой структуры последовательно соединенных сетевых коммутаторов. Контроллеры резервируют и подключают каждый контроллер к шине Industrial Ethernet no одному каналу. Станции ввода/вывода содержат нерезервируемые модули ввода/вывода и два нерезервируемых интерфейсных модуля. Сами станции ввода/вывода резервируют и подключают к двум резервируемым контроллерам по двум шинам Profibus-DP. К каждой шине подключен контроллер, выполняющий на шине функции ведущего абонента и один из двух интерфейсных модулей в каждой станции ввода/вывода, выполняющий на шине функции ведомого абонента. Связь двух нерезервируемых интерфейсных модулей станции с нерезервируемыми модулями ввода/вывода осуществлена по двум магистральным параллельным или последовательным шинам ("SIEMENS TELEPERM XP, The Process Control System for Economical Power Plant Control, System Overview, 1995", с.12). Каталог «Компоненты для комплексной автоматизации продукции фирмы SIEMENS» SIMATIC 2007 г. с.24-25, 138. Прототип. Недостатки прототипа: недостаточная надежность и дополнительная информационная нагрузка на программируемые контроллеры из-за отсутствия горячего резервирования на уровне интерфейсных модулей и модулей ввода/вывода, дополнительная задержка переключения на резерв при отказах сетевого оборудования шины Ethernet.

Данное изобретение устраняет указанные недостатки.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности, уменьшение задержки переключения на резерв при отказах сетевого оборудования и исключение потери данных, освобождение вычислительных ресурсов процессоров автоматизации от задач управления резервированием, снижение трудоемкости проектирования систем автоматизации.

Технический результат достигается тем, что в комплексе программно-аппаратных средств автоматизации контроля и управления технологическими процессами, содержащем резервируемые процессоры автоматизации, системную шину, выполненную на базе Industrial Ethernet в виде кольцевой структуры связи последовательно соединенных сетевых коммутаторов, к которым подключены резервируемые процессоры автоматизации и верхний уровень управления, резервируемые станции ввода/вывода с двумя интерфейсными модулями и модулями связи с технологическим процессом, процессоры автоматизации снабжены собственными средствами управления передачей данных по интерфейсу Ethernet, образующими вместе с сетевыми коммутаторами и протоколами Ethernet шинную систему EN. Шина EN отличается от стандартной шины Ethernet прикладным протоколом передачи данных, который был разработан для передачи аналоговой и дискретной информации технологического процесса между абонентами низовой автоматики системы автоматизации (процессорами автоматизации), а также для передачи диагностической информации от абонентов низовой автоматики на верхний уровень управления. При этом согласно протоколу каждый абонент шины имеет доступ к шине для передачи данных в любое время и в каждой телеграмме Ethernet в поле данных передается одна телеграмма прикладного уровня. Физически шина EN выполнена из двух не связанных шин EN_a и EN_b в виде кольцевых структур последовательно соединенных сетевых коммутаторов, при этом каждый из двух резервируемых процессоров автоматизации подключен по одному каналу к сетевому коммутатору шины EN_a, а по другому каналу к сетевому коммутатору шины EN_b резервируемые процессоры автоматизации соединены друг с другом по отдельным последовательным интерфейсам и снабжены средствами управления горячим резервированием, станции ввода/вывода выполнены резервированными, содержащими резервируемые СП-модули (управляющие и измерительные модули связи с технологическим процессом), попарно связанные по сигнальным линиям связи и снабженные средствами управления горячим резервированием, и по два резервируемых интерфейсных модуля, связанных друг с другом по отдельным последовательным интерфейсам, и также снабженные средствами управления горячим резервированием, каждый из указанных интерфейсных модулей связан со всеми СП-модулями станции ввода/вывода по отдельным последовательным интерфейсам шины ввода/вывода, а каждая пара резервируемых процессоров автоматизации соединена с интерфейсными модулями станций ввода/вывода по локальной шинной системе ENL. Шина ENL, выполненная на базе интерфейса Ethernet, отличается от стандартной шины Ethernet прикладным протоколом передачи данных, который был разработан для циклического централизованного обмена данными технологического процесса по инициативе процессора автоматизации между процессором автоматизации, выполняющим обработку этих данных, и станциями ввода вывода данных технологического процесса. Согласно прикладному протоколу только один абонент шины (процессор автоматизации) имеет свободный доступ к шине ENL для передачи данных, остальные абоненты (станции ввода вывода с СП-модулями) могут передавать данные процессору автоматизации только по запросу последнего. В телеграмме шины ENL в поле данных передаются прикладные данные для всех СП-модулей станции ввода вывода. Физически шина ENL выполнена на базе интерфейса Industrial Ethernet, по крайней мере, с одним сетевым коммутатором, к которому по радиальной топологии связи подсоединены процессор автоматизации и интерфейсные модули станций ввода/вывода, при этом каждый из резервируемых процессоров автоматизации подключен к резервированной шине ENL, a через нее ко всем резервируемым интерфейсным модулям по двум каналам и перекрестным связям, по одному каналу через коммутатор собственной шины, по другому - через коммутатор шины партнера, а к другим портам коммутаторов подключены интерфейсные модули, к одному коммутатору подключен один из каждой пары интерфейсных модулей всех станций ввода/вывода, а к другому коммутатору второй интерфейсный модуль.

Сущность изобретения поясняется на фигурах 1-3.

На фиг.1 схематично представлена резервированная система автоматизации, где: 1 - сетевые коммутаторы для соединения с системой верхнего уровня, 2 - сетевые коммутаторы для соединения с процессорами автоматизации, 3 - резервируемые процессоры автоматизации, 4 - резервированная шина EN, 4_а - шина EN_a, 4_b - шина EN_b, 5 - сетевые коммутаторы шин ENL, 6 - резервированные шины ENL, 8 - резервируемые интерфейсные модули, 9 - резервируемые СП-модули, 10 - резервированные шины ввода/вывода, 11 - каналы связи СП-модулей с технологическим процессом.

На фиг.2 представлена схема подключения резервированных процессоров автоматизации к резервированной шине EN, где: 1_а, 1_b - сетевые коммутаторы шин EN_a и EN_b для соединения с верхним уровнем, 2_а, 2_b - сетевые коммутаторы шин EN_a и EN_b для соединения с процессорами автоматизации, 2_a(l+1), 2_b(l+1) - коммутаторы шин EN_a и EN_b с функциями менеджера резервирования, l+1 - количество сетевых коммутаторов, 3 - резервируемые процессоры автоматизации, j - количество входов коммутаторов, 4 - резервированная шина EN, 4_а - шина EN_a, 4_b - шина EN_b.

На фиг.3 схематично представлена резервированная станция ввода/вывода, где: 6 - фрагмент резервированной шины ENL, 7 - резервированная станция ввода/вывода, 8 - резервируемые интерфейсные модули, 9 - резервируемые СП-модули, 10 - резервированная шина ввода-вывода, 11 - каналы связи СП-модулей с технологическим процессом.

Резервированная система автоматизации, построенная на базе комплекса программно-аппаратных средств управления технологическими процессами (фиг.1), работает следующим образом.

Процессоры автоматизации 3 выполняют прием данных технологического процесса от интерфейсных модулей 8 станций ввода/вывода 7 по шинам ENL 6, прием данных от других процессоров автоматизации 3 и системы верхнего уровня по шине EN 4, их обработку в соответствии с прикладными алгоритмами автоматизации и передачу данных и результатов обработки в интерфейсные модули 8 станций ввода/вывода 7 по шинам ENL 6, а также в другие процессоры автоматизации 3 и систему верхнего уровня по шине EN 4.

В резервированной системе автоматизации управление обменом данными по шинам EN, ENL и их обработку в соответствии с прикладными алгоритмами автоматизации выполняет один из резервируемых процессоров автоматизации, например, 3₁₁, называемый активным, другой процессор автоматизации, соответственно 3₁₂, называемый резервным, работает в режиме горячего резерва. Резервируемые процессоры автоматизации, например, 3₁₁, 3₁₂ связаны друг с другом по двум отдельным последовательным интерфейсам, по которым они получают информацию о работоспособности партнера, соответственно 3₁₂, 3₁₁, в соответствии с результатами самоконтроля. На основе оценки этой информации в соответствии с заданными критериями активный процессор автоматизации, например, 3₁₁ может быть переключен в состояние резервного процессора автоматизации, а резервный в состояние активного. Обмен данными по шине EN 4 активный процессор автоматизации 3, например, 3₁₁ производит только по одному из двух каналов, называемому активным, второй канал работает в режиме горячего резервирования.

Резервированная шина EN 4 (фиг.2) построена на базе интерфейса Industrial Ethernet в виде двух непосредственно не связанных кольцевых структур последовательно соединенных сетевых коммутаторов (шины EN_a и EN_b) и обеспечивает сохранение работоспособности при любых двукратных и некоторых многократных отказах сетевого оборудования (сетевых коммутаторов, магистральных и абонентских линий связей). Каждый из двух резервируемых процессоров автоматизации 3₁₁, 3₁₂; … 3_j1, 3_j2, например, 3₁₁ подключен к шине EN 4 по двум каналам, по одному каналу к сетевому коммутатору шины EN_a 4_a, например 2_a1, а по другому каналу к сетевому коммутатору шины EN_b, соответственно 2_b1, причем два резервируемых процессора автоматизации, например, 3₁₁ и 3₁₂ подключены к разным коммутаторам шин EN_a и EN_b, соответственно 2_а1, 2_b1 и 2_a2, 2_b2, а также соединены друг с другом по двум отдельным последовательным интерфейсам и имеют средства управления горячим резервированием. Передачу, прием и обработку данных производит только один из каждой пары резервируемых процессоров автоматизации 3₁₁, 3₁₂; … 3_j1, 3_j2, например, 3₁₁, называемый активным процессором автоматизации, и только по одному из двух каналов, называемому активным каналом, второй процессор автоматизации, соответственно 3₁₂, и второй канал активного процессора автоматизации, соответственно 3₁₁, называемыми резервными, работают в режиме горячего резерва.

Обнаружение отказов магистральных связей в кольцевых шинах EN_a 4_a и EN_b 4_b и их восстановление осуществляют соответственно коммутаторы 2_a(l+1) и 2_b(l+1), назначаемые так называемыми менеджерами резервирования в соответствии со схемой построения виртуальных кольцевых сетей Ethernet. Менеджер резервирования, например, 2_a(l+1) поддерживает кольцевую шину, соответственно EN_a 4_a, разомкнутой и контролирует целостность кольцевой шины, соответственно EN_a 4_a, путем передачи диагностических сообщений с одного конца и приема их с другого конца разомкнутого кольца. При отсутствии сообщений на приемном конце в случае отказа магистральной связи менеджер резервирования, соответственно 2_a(l+1), замыкает кольцо и тем самым восстанавливает магистральную цепь передачи данных между абонентами 3 шины, соответственно EN_a 4_a.

Восстановление работоспособности шины EN 4 при отказах абонентских связей и сетевых коммутаторов выполняют следующим образом. При отсутствии неисправностей в сетевом оборудовании каждый абонент шины EN 4, активный процессор автоматизации 3, например, 3₁₁ передает адресованные телеграммы с данными другим абонентам 3, например, 3₂₁ только по одной активной на данном сеансе связи шине, например шине EN_a 4_a, с квитированием их получения абонентом-получателем 3, соответственно 3₂₁, путем передачи им ответного сообщения (квитанции) абоненту-передатчику, соответственно 3₁₁. Прием телеграмм от других абонентов 3, например 3₂₁, каждый абонент шины EN 4, активный процессор автоматизации 3, например 3₁₁, производит по обеим шинам. Широковещательные телеграммы, т.е. телеграммы, адресованные всем абонентам шины EN 4, передают параллельно по двум шинам EN_a и EN_b без квитирования. Одновременно абонентские связи процессоров автоматизации 3 и коммутаторы 2, к которым процессоры автоматизации подключены, процессоры автоматизации контролируют стандартными средствами Ethernet и путем передачи диагностических сообщений в соответствии с протоколом шины EN 4. При отказе одного из каналов активного процессора автоматизации, например 3₁₁, зарегистрированного средствами контроля абонентских связей, процессор автоматизации 3, соответственно 3₁₁, инициирует процедуру обновления информации о состоянии каналов связи всех абонентов в каждом абоненте, для чего он посылает служебное широковещательное сообщение по другому исправному каналу с указанием отказавшего канала, номера абонента, у которого отказал канал, и номера абонента-отправителя телеграммы 3, соответственно 3₁₁, а все другие абоненты, например 3₂₁, получив телеграмму с одинаковым значением адреса абонента-отправителя 3, соответственно 3₁₁, и абонента, у которого отказал канал, соответственно 3₁₁, транслируют эти телеграммы другим абонентам 3, например 3_j1, по обоим каналам и соответственно обеим шинам EN_a и EN_b, с указанием собственного адреса отправителя. Телеграммы с разными номерами абонента-отправителя 3, соответственно 3₂₁, и абонента с отказавшим каналом, соответственно 3₁₁, дальше не транслируются. Полученная каждым активным абонентом информация передается резервному абоненту. Таким образом, информация об отказавшем канале доставляется всем другим абонентам 3 шины EN 4 по одной из шин EN_a или EN_b. В результате выполнения этой процедуры каждый абонент сети 3 имеет информацию о текущем состоянии каналов связи других абонентов 3.

Перед каждым сеансом связи активный абонент-передатчик 3, например 3₁₁, производит проверку имеющейся у него информации о исправности собственных каналов и каналов абонента-получателя 3, например 3₂₁, в данном сеансе связи и затем производит передачу телеграммы по шине EN_a или EN_b, каналы подключения к которой обоих абонентов (передатчика и приемника) исправны. При передаче телеграммы абонент-отправитель 3, например 3₁₁, выполняет контроль доставки телеграммы абоненту-получателю, например 3₂₁, с помощью квитирования. В случае непоступления квитанции от абонента-получателя 3, например 3₂₁, при повторении передачи телеграммы n раз, абонент-отправитель, соответственно 3₁₁, считает, что абонент-получатель, соответственно 3₂₁, по данному каналу на данном сеансе связи не доступен, отмечает его в таблице состояния как недоступный по данному каналу и выбирает для связи другой канал, если он исправен, переводя его в режим активного (ранее активный канал переводится в резервное состояние) на данном сеансе связи. В случае недоступности абонента получателя 3, например 3₂₁, по обеим шинам, например, вследствие его неисправности или временного отключения, при исправных каналах передатчика 3, например и приемника, соответственно 3₂₁, или вследствие недоступности по одной шине, например EN_a, при неисправности канала абонента-передатчика, соответственно 3₁₁, на другой шине, соответственно EN_b, соответствующие каналы или канал абонент-передатчик, соответственно 3₁₁, отмечают как недоступные, при этом переключения на резервный абонент, соответственно 3₁₂, не производит. При следующем обращении абонента-передатчика, соответственно 3₁₁, к недоступному абоненту, соответственно 3₂₁, и не получении при этом квитанции от абонента-получателя, соответственно 3₂₁, передача телеграммы не повторяется. Таким образом, на каждом сеансе связи в зависимости от состояния каналов абонентов 3, участвующих в сеансе связи, абонент-передатчик 3, например 3₁₁, назначает активный канал связи, выбирая путь доставки телеграммы по шине EN_a или EN_b абоненту-получателю 3, например 3₂₁, который может принимать телеграммы по любой из шин EN_a, EN_b.

Если у абонента-передатчика 3, например 3₁₁, оба канала неисправны или если неисправен один канал, например на шине EN_a, и при этом у этого абонента-передатчика, соответственно 3₁₁, есть информация, что в сети имеется абонент-получатель 3, например 3₂₁, у которого неисправен канал на другой шине, соответственно EN_b, то абонент-передатчик 3, соответственно 3₁₁, переходит в состояние резервного, а ранее резервный абонент 3, соответственно 3₁₂, переходит в состояние активного, при этом новый активный абонент инициирует процедуру обновления информации о состоянии каналов абонентов шины 3, посылая сообщение о состоянии своих каналов. Таким образом, при любых двух отказах в сетевом оборудовании шины EN работоспособность шины сохраняется.

Интерфейсные модули 8 станций ввода/вывода 7 принимают по шинам ввода/вывода 10 данные технологического процесса от СП-модулей 9 для последующей передачи в процессоры автоматизации 3 по шинам ENL 6 и передают данные управления, принимаемые от процессоров автоматизации 3 по шинам ENL 6, в СП-модули 9 по шинам ввода/вывода 10. Прием и передачу данных по шине ENL 6 интерфейсные модули 8 выполняют только при поступлении им запросов от процессоров автоматизации 3.

Шина ENL 6 осуществляет передачу данных в режиме полного дуплекса между процессором автоматизации 3 и интерфейсными модулями 8, при этом процессор автоматизации 3 является ведущим абонентом шины, имеющим право доступа к шине ENL 6 в любое время, а интерфейсные модули 8 - ведомыми абонентами шины, передающими или принимающими данные только по запросу от процессора автоматизации 3.

Обмен данными с интерфейсными модулями 8 по шинам ENL 6 и их обработку процессоры автоматизации 3 выполняют циклически. В начале цикла процессоры автоматизации 3 выдают во все интерфейсные модули 8 служебную телеграмму начала цикла для синхронизации работы интерфейсных модулей. После передачи этой телеграммы процессоры автоматизации 3 производят поочередную передачу данных в интерфейсные модули 8, которые тут же передают поступившие данные поочередно в СП-модули 9, и поочередный прием данных от интерфейсных модулей 8, полученных ими от СП-модулей 9 в конце предыдущего цикла.

Интерфейсный модуль 8 сразу после получения от процессора автоматизации 3 телеграммы запроса приема данных или телеграммы с передаваемыми данными отправляет процессору автоматизации 3 телеграмму с ответными данными или телеграмму подтверждения получения данных. После завершения фазы обмена процессоры автоматизации производят обработку данных.

В резервированной системе автоматизации управление обменом данными с интерфейсными модулями по шине ENL выполняет только активный процессор автоматизации, например 3₁₁, по одному из двух каналов, называемому активным, второй канал работает в режиме горячего резервирования. Активный процессор автоматизации 3 осуществляет обмен данными в режиме "запрос/ответ" только с одним из двух резервируемых интерфейсных модулей 8, например 8₁, называемым активным, в каждой резервированной станции ввода/вывода 7, например 7₁, путем обращения к нему по его адресу на шине ENL, второй интерфейсный модуль 8, соответственно 8₂, называемый резервным, работает в режиме горячего резервирования и не участвует в обмене данными по шине ENL. Резервируемые интерфейсные модули 8₁, 8₂ связаны друг с другом по двум отдельным последовательным интерфейсам, с помощью которых осуществляют опрос работоспособности друг друга и управление резервированием, т.е. переключением активного модуля 8, например 8₁, в резервное состояние, а ранее резервного модуля 8, соответственно 8₂, в активное состояние на основе оценки работоспособности партнера и собственной работоспособности по результатам оперативного самоконтроля. Управление горячим резервированием процессоров автоматизации 3 и интерфейсных модулей 8 выполняют, соответственно, средства резервирования процессоров автоматизации и интерфейсных модулей автоматически, эту задачу управления резервированием не нужно решать при создании каждого проекта управления технологическим процессом, что существенно снижает трудоемкость проектирования систем управления на базе данного комплекса средств автоматизации.

Шины ENL резервированы, т.е. каждая резервированная шина ENL 6, например 6₁ имеет две шины, каждая из которых включает сетевой коммутатор (сетевые коммутаторы) 5, например 5₁₁, и все его соединения с процессорами автоматизации 3, соответственно 3₁₁, 3₁₂, и интерфейсными модулями, соответственно 8₁, всех станций ввода/вывода 7₁, … 7_m. По двум каналам шины ENL 6 каждого процессора автоматизации 3, например, 3₁₁, 3₁₂ производят подключение по одному каналу процессора автоматизации 3, например 3₁₁, к собственной шине ENL 6 через ее сетевой коммутатор 5, соответственно через 5₁₁, и перекрестное подключение по другому каналу к шине ENL 6 процессора автоматизации-партнера 3, соответственно 3₁₂, через сетевой коммутатор 5, соответственно 5₁₂, этой шины. Таким образом, каждый процессор автоматизации 3 выполняет обмен данными с любым из двух резервируемых интерфейсных модулей 8₁, 8₂ в каждой резервированной станции ввода/вывода 7₁, … 7_m, который в данный момент и в данной станции выполняет функции активного абонента на шине ENL.

Ответные данные активный интерфейсный модуль 8, например 8₁, передает по собственной шине ENL в широковещательном режиме, т.е. всем абонентам на шине ENL, включая процессор автоматизации 3, например 3₁₁, а также подключенному к коммутатору 5, соответственно 5₁₁, через перекрестную связь второму процессору автоматизации 3, соответственно 3₁₂. Принимают эти данные только процессоры автоматизации, один из которых активный, например 3₁₁, а другой резервный, соответственно 3₁₂. Это исключает необходимость дополнительной периодической передачи текущих данных из активного процессора автоматизации 3, соответственно 3₁₁ в резервный процессор автоматизации 3, соответственно 3₁₂ (выполнения процедуры обновления принимаемых данных), и обеспечивает при этом безударное переключение на резерв без потери данных при меньшей информационной нагрузке на активный процессор автоматизации 3, соответственно 3₁₁, и меньшей задержки переключения. Передачу небольшого объема время зависимых результатов обработки данных из активного процессора автоматизации 3, например 3₁₁, в резервный, соответственно 3₁₂ (выполнение процедуры обновления время зависимых данных), производят так же через перекрестное подключение процессоров автоматизации 3 к шине ENL. Таким образом, обеспечивают безударное переключение на резерв с обновлением время зависимым данным без введения для этого отдельного интерфейса.

Резервированная станция ввода-вывода 7 (фиг.1, фиг.3) содержит пару резервируемых интерфейсных модулей 8₁, 8₂ и до k/2 пар резервируемых СП-модулей 9 (9₁, 9₂, … 9_k-1, 9_k), каждый из которых по отдельным последовательным интерфейсам резервированной шины ввода-вывода 10 подключен к обоим интерфейсным модулям 8₁, 8₂, при этом пары СП-модулей 9₁, 9₂, … 9_k-1, 9_k соединены по отдельным сигнальным линиям, с помощью которых осуществляют управлением резервированием модулей, т.е. переключением активного СП-модуля, например 9₁, в резервное состояние, а ранее резервного СП-модуля, например 9₂, в активное состояние на основе результатов оперативного самоконтроля. Активный интерфейсный модуль 8, например 8₁, запрашивает по собственным последовательным интерфейсам резервированной шины ввода/вывода 10 данные от всех активных СП-модулей 9, например модуля 9₁, и всех резервных СП-модулей 9, например модуля 9₂, которые поступают в активный интерфейсный модуль 8, соответственно 8₁, для передачи данных активных СП-модулей 9, соответственно 9₁, на следующем цикле из активного интерфейсного модуля 8, соответственно 8₁, в активный процессор автоматизации 3, например 3₁₁, и резервный процессор автоматизации 3, соответственно 3₁₂. Резервный интерфейсный модуль 8, соответственно 8₂, в свою очередь в конце цикла опрашивает активные и резервные СП-модули 9₁…9_k по последовательным интерфейсам своей шины ввода/вывода одновременно с активным интерфейсным модулем 8, соответственно 8₁, но не передает принятые данные в процессоры автоматизации 3, например 3₁₁, 3₁₂, по шине ENL на следующем цикле, пока он работает в режиме горячего резерва. Это обеспечивает безударное переключение без потери данных резервного интерфейсного модуля 8, соответственно 8₂, в состояние активного и активного в состояние резервного при отказе активного интерфейсного модуля 8, соответственно 8₁, т.к. в резервном интерфейсном модуле 8, соответственно 8₂, имеются те же текущие входные данные, что и в активном. При этом не нужно выполнять специальную процедуру обновления данных в резервном интерфейсном модуле 8, соответственно 8₂, путем передачи их из активного интерфейсного модуля 8, соответственно 8₁, что сокращает время переключения на резерв и снижает информационную нагрузку интерфейсных модулей.

При отказе активного СП-модуля 9, например 9₁, резервный СП-модуль 9, соответственно 9₂, становится активным в результате их взаимодействия друг с другом по сигнальной линии связи. Активный интерфейсный модуль 8, например 8₁, определяет этот факт при очередном опросе ранее активного СП-модуля 9, соответственно 9₁. Информация, полученная от неисправного СП-модуля 9, соответственно 9₁, не является достоверной и активный интерфейсный модуль 8, соответственно 8₁, на следующем цикле передает в активный процессор автоматизации 3, например 3₁₁, по его запросу в начале этого цикла информацию, полученную им от резервного СП-модуля 9, соответственно 9₂. Таким образом, выполняют безударное переключение резерва на уровне СП-модулей 9, не используя для этого процедуру обновления текущих данных СП-модулей 9 и исключая потери данных и дополнительную задержку переключения на резерв. Обновление времени зависимых результатов предварительной обработки данных в СП-модулях 9 производят на каждом цикле в активном интерфейсном модуле, например 8₁, путем передачи этих результатов из области памяти активного интерфейсного модуля, соответственно 8₁, в которой сохраняются результаты обработки активных СП-модулей 9, например 9₁, в другую область памяти этого активного интерфейсного модуля 8, соответственно 8₁, в которой сохраняются данные резервных СП-модулей 9, например 9₂. Эта процедура также практически не вносит дополнительной задержки переключения СП-модулей на резерв, т.к. ее выполняют внутри одного интерфейсного модуля.

При отказе активного интерфейсного модуля, например 8₁, его переключают в резервное состояние, а резервный модуль 8, соответственно 8₂, в активное состояние. Активный процессор автоматизации 3, например 3₁, определяет отказ интерфейсного модуля 8, соответственно 8₁, при очередном опросе активного интерфейсного модуля 8, соответственно 8₁, в начале цикла, и полученные от интерфейсного модуля 8, соответственно 8₁, данные не использует, т.к. они являются недостоверными. В конце этого цикла резервный интерфейсный модуль 8, соответственно 8₂, выполняет очередной опрос СП-модулей 9 и готовит данные для передачи активному процессору автоматизации 3, соответственно 3₁₁, на следующем цикле, в начале которого резервный интерфейсный модуль 8, соответственно 8₂, устанавливают в активное состояние. На этом цикле активный процессор автоматизации 3, например 3₁₁, по второму каналу шины ENL через перекрестную связь и сетевой коммутатор 5, соответственно 5₁₂, производит передачу данных в новый активный интерфейсный модуль 8, соответственно 8₂, и прием данных активных СП-модулей 9, например 9₁, подготовленных этим интерфейсным модулем 8, соответственно 8₂, на предыдущем цикле. Таким образом, исключают потери данных и минимизируют время при переключении резерва на уровне интерфейсных модулей 8.

Данные управления активный интерфейсный модуль, например 8₁, передает только в активные СП-модули 9, например 9₁. При отказе активного СП-модуля 9, соответственно 9₁, активный интерфейсный модуль 8, соответственно 8₁, передает данные управления в текущем цикле в резервный СП-модуль 9, соответственно 9₂, который стал активным. При отказе активного интерфейсного модуля 8, например 8₁, он блокирует передачу данных управления в СП-модули 9, активным становится резервный интерфейсный модуль 8, соответственно 8₂. Активный процессор автоматизации 3, например 3₁₁, при опросе активных интерфейсных модулей 8, соответственно 8₁, в начале следующего цикла определяет, что опрашиваемый интерфейсный модуль, соответственно 8₁, стал резервным и передает данные в ранее резервный интерфейсный модуль 8, соответственно 8₂, который стал активным и транслирует их в активные СП-модули, например в модуль 9₁.

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в повышении надежности, за счет уменьшения задержки переключения на резерв при отказах сетевого оборудования и исключения потери данных. Комплекс программно-аппаратных средств автоматизации контроля и управления технологическими процессами, содержащий процессоры автоматизации, подключенные к системной шине EN, выполненной на базе интерфейса Industrial Ethernet из двух несвязанных шин EN_a и EN_b в виде двух кольцевых структур связи последовательно соединенных сетевых коммутаторов, при этом каждый из двух резервируемых процессоров автоматизации подключен по одному каналу к сетевому коммутатору шины EN_a, а по другому каналу к сетевому коммутатору шины EN_b, резервируемые процессоры автоматизации соединены друг с другом по отдельным последовательным интерфейсам и снабжены средствами управления горячим резервированием, станции ввода/вывода выполнены резервированными, содержащими резервируемые СП-модули, попарно связанные по сигнальным линиям связи, снабженные средствами управления горячим резервированием, и по два резервируемых интерфейсных модуля, связанных друг с другом по отдельным последовательным интерфейсам со средствами управления горячим резервированием. 3 ил.

Комплекс программно-аппаратных средств автоматизации контроля и управления технологическими процессами, содержащий резервируемые процессоры автоматизации, системную шину, выполненную на базе Industrial Ethernet в виде одной кольцевой структуры связи последовательно соединенных сетевых коммутаторов, к которым подключены резервируемые процессоры автоматизации и верхний уровень управления, резервируемые станции ввода/вывода с двумя интерфейсными модулями и модулями связи с технологическим процессом, отличающийся тем, что процессоры автоматизации снабжены собственными средствами управления передачей данных по интерфейсу Ethernet, образующими вместе с сетевыми коммутаторами и протоколами Ethernet шинную систему EN, системная шина EN выполнена на базе интерфейса Industrial Ethernet в виде двух не связанных шин EN_a и EN_b с кольцевыми структурами связи последовательно соединенных сетевых коммутаторов, при этом каждый из двух резервируемых процессоров автоматизации подключен по одному каналу к сетевому коммутатору шины EN_a, а по другому каналу к сетевому коммутатору шины EN_b, резервируемые процессоры автоматизации соединены друг с другом по отдельным последовательным интерфейсам и снабжены средствами управления горячим резервированием, станции ввода/вывода выполнены резервированными, содержащими резервируемые СП-модули, попарно связанные по сигнальным линиям связи и снабженные средствами управления горячим резервированием, и по два резервируемых интерфейсных модуля, связанных друг с другом по отдельным последовательным интерфейсам, и также снабженные средствами управления горячим резервированием, каждый из двух интерфейсных модулей связан со всеми СП-модулями станции ввода/вывода по отдельным последовательным интерфейсам шины ввода/вывода, а каждая пара резервируемых процессоров автоматизации соединена с интерфейсными модулями станций ввода/вывода по локальной шинной системе ENL, выполненной на базе интерфейса Industrial Ethernet, no крайней мере, с одним сетевым коммутатором, к которому по радиальной топологии связи подсоединены процессор автоматизации и интерфейсные модули станций ввода/вывода, каждый из резервируемых процессоров автоматизации подключен к резервированной шине ENL, а через нее ко всем резервируемым интерфейсным модулям по двум каналам и перекрестным связям, по одному каналу через коммутатор собственной шины, по другому - через коммутатор шины партнера, а к другим портам коммутаторов подключены интерфейсные модули, к одному коммутатору подключен один из каждой пары интерфейсных модулей всех станций ввода/вывода, а к другому коммутатору второй интерфейсный модуль.