一种基于WIA网络的冗余网关制造技术

本发明专利技术涉及双网关互联技术，具体地说明是一种在普通WIA网络基础上增加一个网关作冗余的机制。本发明专利技术包括DCS系统：存储无线终端设备采集的现场数据并做出相应控制；主网关设备：管理和维护网络，与DCS系统交互，提供网络与控制系统之间的接口；副网关设备：备份主网关设备信息，在主网关设备发生故障时，代替主网关设备管理和维护网络、与DCS系统交互；无线终端设备：将传感器或执行器接入工业无线网络，与主网关设备或副网关设备无线通信。本发明专利技术提出的冗余网关机制，在充分考虑WIA网络特点的前提下提出，具有网络高可靠性和稳定性等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及双网关互联技术，具体地说明是一种在普通WIA网络基础上增加一个网关作冗余的机制。
技术介绍
随着无线技术的不断提高，WIA网络已在冶金、石化等领域的监测系统进行了初步应用，使用户以较低的投资和使用成本实现对整个工业流程的泛在感知，获取传统由于成本原因无法在线监测的重要工业过程数据，并以此为基础实施优化控制，达到提高产品质量和节能降耗的目标。随着WIA网络技术的提高，其应用领域也不断扩大，逐步应用到工业自动化控制系统中。因此对WIA网络的安全可靠也有了更高的要求。WIA网络是以网关为中心的集中控制网络，是联系无线终端设备与离散控制系统(DCS)的唯一桥梁，现有WIA网络结构如图1所示。网关作为网络的时钟源，是网络组建的基础，同时也是网络维护的中心。在网络组建过程中，网关负责每个无线终端的资源分配。无线终端直接或间接与网关同步，并向网关发送加入请求，网关根据每个无线终端的邻居信息，为其分配路径和资源，并发送到相关的无线终端。在网络的维护过程中，网关周期检测每个在网的无线终端路径是否发生故障，对发生故障的路径，网关回收该路径的资源，并为无线终端更换新的路径和资源。从以上过程可以看出，一旦网关发生异常，整个系统将无法运行，陷入瘫痪状态。对于工厂的控制系统，无法获取监测数据，可能造成工业事故。由此可见，无线网关的好坏直接影响整个控制系统的可靠性。因此，设计具有双网关冗余备份的WIA网络，实现WIA冗余网关在网络中的无缝切换，提高系统可靠性。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于为工业测控应用中的无线网络提供一种高可靠的无线监控系统，采用本专利技术可在不影响原网络运行的基础上，增加一个冗余网关，在原网关发生故障后，迅速恢复现有网络，使WIA网络的稳定性提高一倍。本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是:一种基于WIA网络的冗余网关，包括DCS系统:存储无线终端设备采集的现场数据并做出相应控制；主网关设备:管理和维护网络，与DCS系统交互，提供网络与控制系统之间的接Π ；副网关设备:备份主网关设备信息，在主网关设备发生故障时，代替主网关设备管理和维护网络、与DCS系统交互；无线终端设备:将传感器或执行器接入工业无线网络的设备，与主网关设备或副网关设备无线通信。所述王网关设备和副网关设备都具有双网口结构，其中Iv网口用于两个网关之间的信息交互，另一个网口用于WIA网络与有线网络的通信接口。所述主网关设备的网络参数由上位机的配置工具直接配置，副网关设备的网络参数则由主网关设备间接配置。所述主网关设备具有3种工作状态:空闲状态、同步状态、运行状态，通常处于运行状态。所述副网关设备具有4种工作状态:空闲状态、同步状态、运行状态和备份状态，通常处于备份状态。所述主网关设备和副网关设备与DCS系统组成Modbus总线结构，通过RS485接口连接，使用Modbus RTU协议进行通信，DCS系统为Modbus主站，两个网关设备为Modbus从站，且具有各自的Modbus地址。所述DCS系统从网关定义的寄存器表中，分别获得主网关设备和副网关设备的角色、当前的工作状态、当前发生的告警、以及当前的操作行为；所述当前发生的告警包括:与对方通信失败；以太网未连接；对方射频发生故障；以太网通信失败；以太网与射频通信均失败；副网关设备异常；记录的操作行为包括:主网关设备切换为运行状态；主网关设备切换为同步状态；副网关设备切换为同步状态；副网关设备切换为备份状态；副网关设备切换为运行状态；有线连接已恢复。所述副网关设备通过以太网方式主动监测主网关设备的异常，周期向主网关设备发送探测数据，等待主网关设备对探测数据的响应，如果连续数次未收到主网关设备的响应，则认为主网关设备有线异常；所述副网关设备通过射频方式被动监测主网关设备的异常，周期接收主网关设备射频发出的广播报文，如果连续数次未收到主网关设备的广播，则认为主网关设备无线异堂巾O所述异常情况包括:当副网关设备监测到主网关设备的射频和以太网均异常，则主动切换为运行状态，代替主网关设备维护网络；当副网关设备监测到主网关设备的射频异常，而以太网正常，则副网关设备强制主网关设备重启，副网关设备则切换为运行状态，暂时代替主网关设备维护网络，待主网关恢复运行后，副网关设备仍切换为备份状态；当副网关设备监测到主网关设备的射频正常，而以太网异常，则副网关设备通知DCS系统主网关设备和副网关的以太网连接故障。所述主网关设备通过以太网方式主动监测副网关设备的异常。本专利技术提出的冗余网关机制，是在充分考虑WIA网络特点的前提下提出的，具有网络闻可罪性和稳定性等优点，具体表现在:I采用双网口的网关硬件设计，保证两网关之间，以及网关与上位机控制台之间的信息交互准确高效；2采用副网关设备间接配置机制，一方面保证两个网关的网络参数的严格一致；另一方面，避免两网关角色的重复；3采用副网关设备有线和无线相结合的方式检测主网关设备的策略，保证副网关设备迅速准确的判断主网关设备的异常，及时恢复网络，减少数据信息的丢失；4采用主网关设备有线方式主动检测副网关设备的策略，在主网关设备正常的情况下，确保副网关设备的稳定可靠运行，保证在主网关设备发生故障时，网络可恢复；5采用Modbus寄存器表策略，通过DCS系统实时获取两个网关的运行情况、故障信息，了解两个网关的操作行为，及时更换发生故障的网关，保证网络的可靠运行。附图说明图1为单网关的WIA网络结构；图2为带冗余网关的WIA网络结构；图3为冗余网关的配置连接示意图；图4为主网关设备状态图；图5为主网关设备的工作流程图；图6为副网关设备的状态图；图7为副网关设备的工作流程图。具体实施例方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步的详细说明。为区分两个网关的主次以及作用，定义了两种网关角色:(I)主网关设备:负责WIA网络的组建和维护，终端数据的收集，与DCS系统的数据交互等。(2)副网关设备:负责实时备份主网关设备的网络信息，监测主网关设备是否正常运行，在发现主网关设备异常后，立刻代替主网关设备管理和维护网络，与DCS系统交互。为区分每个网关在不同情况下的操作行为，定义了四种状态:(I)空闲状态:网关初始上电，即为空闲状态，该状态下网关不做任何网络操作，等待确定自己的下一状态；(2)同步状态:网关监听另一个处于运行状态网关的广播，以使自己获取网络时间，同步到网络。当网关处于空闲状态时，发现已有网关在运行，就会使自己进入同步状态；(3)备份状态:同步完成的副网关设备将处于备份状态，是副网关设备特有的状态，即主网关设备永远不会处于备份状态。处于备份状态的副网关设备负责接收主网关设备的备份信息并保存，同时，监测主网关设备是否正常运行；(4)运行状态:负责网络的组建和维护，向备份网关实时更新备份信息，同时，响应DCS系统的Modbus请求命令；本专利技术所设计的WIA冗余网关网络结构如图2所示，其重点在于两个网关的信息交互、状态的切换，以及DCS系统与两个网关的信息交互。系统的网关配置:在运行之前，需对两个网关进行配置，配置的信息除网络参数外，还需配置Modbus地址映射表，即将两个网关以射频物理地址为区分，分别映射为两个不同的Modbus地址，DCS系统以此来区分两个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于WIA网络的冗余网关，其特征在于，包括DCS系统：存储无线终端设备采集的现场数据并做出相应控制；主网关设备：管理和维护网络，与DCS系统交互，提供网络与控制系统之间的接口；副网关设备：备份主网关设备信息，在主网关设备发生故障时，代替主网关设备管理和维护网络、与DCS系统交互；无线终端设备：将传感器或执行器接入工业无线网络的设备，与主网关设备或副网关设备无线通信。

【技术特征摘要】
1.一种基于WIA网络的冗余网关，其特征在于，包括 DCS系统:存储无线终端设备采集的现场数据并做出相应控制； 主网关设备:管理和维护网络，与DCS系统交互，提供网络与控制系统之间的接口 ； 副网关设备:备份主网关设备信息，在主网关设备发生故障时，代替主网关设备管理和维护网络、与DCS系统交互； 无线终端设备:将传感器或执行器接入工业无线网络的设备，与主网关设备或副网关设备无线通信。2.根据权利要求1所述的一种基于WIA网络的冗余网关，其特征在于，所述主网关设备和副网关设备都具有双网口结构，其中一个网口用于两个网关之间的信息交互，另一个网口用于WIA网络与有线网络的通信接口。3.根据权利要求1所述的一种基于WIA网络的冗余网关，其特征在于，所述主网关设备的网络参数由上位机的配置工具直接配置，副网关设备的网络参数则由主网关设备间接配置。4.根据权利要求1所述的一种基于WIA网络的冗余网关，其特征在于，所述主网关设备具有3种工作状态:空闲状态、同步状态、运行状态,通常处于运行状态。5.根据权利要求1所述的一种基 于WIA网络的冗余网关，其特征在于，所述副网关设备具有4种工作状态:空闲状态、同步状态、运行状态和备份状态，通常处于备份状态。6.根据权利要求1所述的一种基于WIA网络的冗余网关，其特征在于，所述主网关设备和副网关设备与DCS系统组成Modbus总线结构，通过RS485接口连接，使用Modbus RTU协议进行通信，DCS系统为Modbus主站,两个网关设备为Modbus从站,且具有各自的Modbus地址。7.根据权利要求1所述的一种基于WIA网络的冗余网关，其特征在于，所述DCS系统从网关...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖金超，张琼，赵晓全，曾鹏，于海斌，郑军，杨帆，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：