基于EPA现场设备的PRP协议的研究和实现

摘要

EPA工业以太网要应用到工业现场，就必然会面对恶劣的工业现场环境，这就容易导致通信故障的发生，从而影响整个控制系统。如何保证EPA工业控制网络在发生故障后，能在工厂所能容忍的最大停工时间内恢复通信已经成为决定EPA网络应用前景的关键。
　　 IEC62439提出了高可用性自动化网络。高可用性自动化网络在网络容错，冗余恢复时间上比一般的冗余自动化网络更有优势。高可用性自动化网络的最大特点就是能让网络在确定的时间内从故障中恢复。
　　 IEC62439的PRP协议采用了节点冗余的方式。支持该协议的节点通过两个网络适配器连接到两个拓扑结构相同且并行运行的网络中。在充分理解PRP协议和EPA协议的基础上，本文对如何提升EPA网络可用性作了较为深入的探讨。研究和设计PRP协议软件实体，并在EPA现场设备平台上完整实现了协议软件实体。同时针对PRP冗余设备和支持PRP协议的EPA高可用性网络，开发了EPA-PRP冗余监控管理软件。该软件实现了冗余设备管理和冗余网络的故障发现的功能，帮助现场工程师及时发现并排除网络或者节点故障。
　　 搭建了由具备双网络适配器的EPA现场设备和EPA交换设备组成的PRP冗余协议测试平台，并在EPA网络环境下进行了全面的冗余功能测试。整个测试包括链路冗余实体复制帧处理功能测试和恢复时间测试两部分。测试结果表明链路冗余实体能够按照PRP协议规定发现复制数据帧并使用丢弃算法过滤掉其中多余的一个；同时支持PRP协议的EPA现场设备具备零冗余恢复时间，符合高实时性应用进程的要求。同时验证了PRP协议不会对原EPA通信协议栈造成任何影响。通过简单复制网络和部署支持PRP协议的EPA现场设备，组建节点冗余方式的EPA高可用性自动化网络。该网络具备网络容错能力强和零冗余恢复时间的优点，而且整个网络中唯一非冗余部件是EPA现场设备自身。