一种高冗余配置下的IEC104通信主备切换方法

摘要

本发明涉及一种高冗余配置下的IEC104通信主备切换方法，作为主站的监控系统第一和第二监控系统服务器分为主机和备机，分别将双机四个端口命名为A1、A2、B1、B2，其中，一个为主端口，其余三个为备端口，四个端口对等，控制权切换的顺序为A1、A2、B1、B2、A1、A2……，构成逻辑环。切换监控系统四个端口时所需的：通道状态、控制权归属状态均从监控系统实时数据库获得。端口刚接受控制权后暂停一段预设时间再进行控制权切换。数据均为先广播后再通过广播写实时数据库。本发明提供的策略，在监控系统双主机及四通道配置下，能实现IEC104通信SOE数据在各通道中同时传输，且在各种情况下能够保证IEC104通信数据的一致性和完整性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高冗余配置下的IEC104通信主备切换方法，属于水电站计算机监控系统领域。

背景技术

目前，水电站计算机监控系统与外围设备IEC104通信连接方式比较简单，一般采用单机双通道连接，该方法实现难度较低，运行稳定。但是冗余度较低，不能满足大型水电站监控系统对稳定性和可靠性的要求。

发明内容

本发明提供一种高冗余配置下的IEC104通信主备切换方法，解决了IEC104通信通常采用的单机双通道连接情况下，冗余度较低，不能满足大型水电站监控系统对稳定性和可靠性要求的问题。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：一种高冗余配置下的IEC104通信主备切换方法，涉及作为主站的监控系统的两台服务器和作为从站的远动装置的两台主机，由以下方法构成：

1）监控系统用于实现IEC104通信的第一和第二监控系统服务器分为主机和备机，分别将双机四个端口命名为A1、A2、B1、B2，其中，一个为主端口，即拥有控制权的端口；其余三个为备端口，即未拥有控制权的端口；四个端口对等，控制权切换的顺序为A1、A2、B1、B2、A1、A2……，构成逻辑环。

2）监控系统端口断开检测：每经过一段预设时间监控系统给远动装置发一个测试帧，测试帧得到回复则说明该端口正常；否则重试连接一次，无法连通认为该端口断开；此时监控服务器控制权将自动顺序切换至下一个正常端口。如四个端口均监测到故障，控制权停留在当前端口，不进行切换，待一个端口恢复后，即按逻辑环顺序取得控制权。

3）监控系统主端口收到SOE数据（一种包含时标信息的开关量类型数据）后立即广播，通过广播更新实时数据库值并形成事件记录添加进系统事件表。

4）备端口收到SOE数据后不广播直接存入缓冲区，并延迟一段预设时间后，每条SOE数据与系统事件表比对一次，如果有相同，则丢弃该条SOE数据；如果有差异，且该条SOE数据在系统事件表中不存在，说明当前的主端口存在丢失事件的可能性，程序将自动启动控制权轮换，并切换该备端口为主端口。

5）监控系统备端口收到的SOE数据，如果与该备端口当前连接的监控系统服务器系统时差超过预设时间则丢弃。

6）切换监控系统四个端口时所需的：通道状态、控制权归属状态均从监控系统实时数据库获得。

7）远动装置包含两主机：第一主机和第二主机，两主机的四个端口分别连接监控系统两服务器的四个端口。

8）远动装置与下级设备的通信状态指示，以远动装置第一主机为例，它与下级设备的通信状态信息采用COS类型数据（一种不包含时标信息的开关量类型数据）上送到监控系统服务器；当远动装置第一主机对下级设备通信故障时，通信故障信息只会发送到它所连监控系统服务器端口A1、B1，此时A2、B2不会收到通信指示，使用监控系统服务器主备机标识将此时两端口收到的COS通信信息过滤一组；远动装置第二主机连接到监控系统服务器端口A2、B2，通信状态数据上送和过滤方法与远动装置第一主机相同。

9）当监控系统服务器收到从远动装置发来的设备或下级通道故障信息时，即表明此链路为不可用状态，但由于该监控系统服务器收到的数据比其它通道数据多，依据第4条的规则，应将该通道升为主端口，这就会造成错误切换。为避免类似情况发生，在制定IEC104通信数据表时，将数据表分成了设备诊断区（COS类型数据，仅含远动服务器本机信息，对侧远动服务器本机信息预留，使通信表结构完全一致）和通信数据区（SOE数据类型）。监控系统针对上送数据数量切换控制权的判断仅依据通信数据区（SOE数据类型）进行。

10）备端口刚切换为主端口后暂停一段预设时间再进行控制权切换。

11）所有上送的数据（SOE或COS数据）均为先广播后再通过广播更新监控系统实时数据库。

所述的第一或第二监控系统服务器主备状态与控制权通道不存在关联，监控系统服务器主机和备机均有权得到主控制权通道。

所述的第一或第二监控系统服务器IEC104配置文件保持一致。

本发明一种高冗余配置下的IEC104通信主备切换方法有益效果如下：

1、监控系统双机四个端口对等，控制权切换的顺序为A1、A2、B1、B2、A1、A2……，构成逻辑环。该原则保证控制权按既定原则进行切换。

2、监控系统双机四个端口均同时断开时，控制权停在最后的一个端口，一个端口恢复后，这个端口即按逻辑环在一圈内取得控制权。该原则保证四个端口同时断开后再恢复时，控制权能够正确获得。

3、监控系统备端口上送SOE数据时如果和第一或第二监控系统服务器系统时差超过10分钟就丢弃。防止长时间积压大量SOE数据后上送进行比较，耗时太长，并引发监控系统程序运算量突发性增加。

4、切换监控系统四个端口时所需的：通道状态、控制权归属状态均从监控系统实时数据库获得。保证切换的参考标准一致，确保动作的一致性。

5、远动装置对下级设备通信指示，远动装置主机对下级设备通信状态数据值采用COS类型数据上送，可以区别于SOE数据，防止由于远动装置两主机通信故障值的不对等而导致控制权误切换。同时，远动装置与下级设备通信指示（COS类型数据）供监控系统判断两远动装置主机的状态，并通过切换监控系统服务器端口控制权确保监控系统服务器所连接的远动装置主机对下级设备通信正常。

6、使用主备机标识将端口收到的COS类型通信信息过滤一组，防止报警事件重复。

7、备端口刚切换为主端口后暂停一段预设时间再进行控制权切换，防止升为主端口后没有广播就被其他端口把控制权抢走，确保该端口能有充足时间稳定控制权。

8、所有上送的数据（SOE或COS数据）均为先广播后再通过广播更新监控系统实时数据库，保持监控系统服务器双机实时数据库值的一致性。

9、第一或第二监控系统服务器IEC104配置文件保持一致，在其中一台服务器IEC104配置文件所有数据完全丢失时，仍可以从另一台服务器拷贝。

10、在监控系统双主机四通道配置下，实现IEC104通信SOE数据在各通道中同时传输，且在各种情况下能够保证IEC104通信数据的一致性和完整性。

附图说明

图1为本发明系统网络结构图；

图2为本发明系统切换逻辑图。

具体实施方式

一种高冗余配置下的IEC104通信主备切换方法，涉及作为主站的监控系统的两台服务器和作为从站的远动装置的两台主机，由以下方法构成：

1）、监控系统的第一和第二监控系统服务器分为主机和备机，分别将双机四个端口命名为A1、A2、B1、B2，其中，一个为主端口，即拥有控制权的端口；其余三个为备端口，即未拥有控制权的端口；四个端口对等，控制权切换的顺序为A1、A2、B1、B2、A1、A2……，构成逻辑环。

2）、监控系统端口断开检测：每500ms监控系统给远动装置发一个测试帧，测试帧得到回复则说明该端口正常；否则重试连接一次，无法连通认为该端口断开；四个端口均同时断开时，控制权停在最后的一个端口，一个端口恢复后，这个端口即按逻辑环在一圈内取得控制权。

3）、监控系统主端口收到SOE数据后立即广播，通过广播更新实时数据库值并形成事件记录添加进系统事件表。

4）、备端口收到SOE数据后不广播直接存入缓冲区，并延迟10s后，每条SOE数据500ms与系统事件表比对一次，如果有相同，则丢弃该条SOE数据；如果有差异，且该条SOE数据在系统事件表中不存在，启动控制权轮换，并切换该备端口为主端口。

5）、监控系统备端口收到的SOE数据，如果与该备端口当前连接的监控系统服务器系统时差超过10分钟则丢弃。

6）、切换监控系统四个端口时所需的：通道状态、控制权归属状态均从监控系统实时数据库获得。

7）、远动装置包含两主机：第一主机和第二主机，两主机的四个端口分别连接监控系统两服务器的四个端口。

8）、远动装置与下级设备通信指示，以远动装置第一主机为例，与下级设备通信状态等数据值采用COS类型（一种不包含时标信息的开关量类型数据）上送到监控系统服务器，远动装置第一主机对下级设备通信故障，通信指示只会发送到它所连监控系统服务器端口A1、B1，此时A2、B2不会收到通信指示，使用监控系统服务器主备机标识将此时两端口收到的COS通信信息过滤一组；远动装置第二主机连接到监控系统服务器端口A2、B2，通信状态数据上送和过滤方法与远动装置第一主机相同。

9）、备端口刚切换为主端口后暂停2s再进行控制权切换。

10）、所有上送的数据（SOE或COS数据）均为先广播后再通过广播更新监控系统实时数据库。

所述的第一或第二监控系统服务器主备状态与控制权通道不存在关联，监控系统服务器主机和备机均有权得到主控制权通道。

所述的第一或第二监控系统服务器IEC104配置文件保持一致，在其中一台服务器IEC104配置文件所有数据完全丢失时，仍可以从另一台服务器拷贝。

工作原理：

1）、第一和第二监控系统服务器采用IEC 60870-5-104通信规约与远动装置通信，并传输远动信息；

2）、监控系统服务器之一作为IEC60870-5-104通信主站，运行IEC60870-5-104通信规约主站程序，完成通信连接的建立，实时召唤远动装置的遥测和遥信数据，并下发遥调和遥控命令；

3）、远动装置作为通信从站，运行IEC60870-5-104通信规约从站程序，监听通信主站的连接请求，接收IEC60870-5-104通信规约主站的实时数据召唤和控制命令，并进行应答；

4）、远动装置上送的遥测和遥信实时数据，接收监控系统下发的遥控命令并返回确认报文。