综合监控系统的冗余功能设计

2023-02-19

1 概述

综合监控系统, 简称ISCS, 是一个高度集成的综合自动化监控系统。综合监控系统需24小时不间断运行, 对地铁的运行起到至关重要的作用。为了保障它的安全运行, 综合监控系统需要进行冗余设计。

综合监控系统包括子系统级、链路级、网络级以及应用级, 网络层次图如下:

链路级的冗余功能由链路或其它通信模块实现, 链路级由两台互为冗余的链路设备组成。每个链路在一个协议转换或者数据采集周期内, 首先各自独立对所接入的各个子系统进行数据采集与协议转换。当某子系统通信数据链路发生故障, 主链路检测到该故障后, 即通过主备链路通信程序向备用链路请求该部分子系统数据。若备用链路同样检测到该子系统数据链路故障, 主链路即可判断出子系统故障并向车站实时数据服务器发出告警。通过链路数据通信服务程序, 冗余链路可以实现对外数据发布的一致性。

网络级冗余由双工业以太环网以及背板冗余的交换机系统实现, 对于ISCS应用来说, 网络级冗余可以看作是透明冗余, 对于系统冗余性能不产生影响。应用级冗余是指实时服务器之间的冗余以及监控工作站的冗余。为有效实现应用级冗余, 通信链路采用国际标准协议, 两路通信链路同时以该协议对外进行数据通信, 一主一备。车站级实时服务器本身支持双网卡冗余链接, 对一台实时服务器而言, 其分别与两个链路相连, 无论其中任何一个链路发生故障, 都不影响该实时服务器的数据采集与交换。ISCS平台包含有强有力的冗余特性, 当一个服务器或局域网连接中断时, ISCS能从一个连接切换到另一个连接。ISCS客户端连接到主服务器和备服务器, 如果与主服务器的连接中断, 客户端会切换到备服务器上。

2 切换方式

2.1 自动切换。

自动切换又称故障切换, 当冗余服务器其中一台发生故障时, 自动切换到另外一台。故障一般包括网络通信故障、硬件设备故障、系统运行故障等。ISCS将采取有效措施保证冗余可靠性, 对故障做相应诊断以保证对故障发生作出快速响应。

网络通信故障、硬件设备故障一般会导致网络连接中断。客户端与主/备服务器建立两条物理连接, 如果一条网络连接中断, 客户端会自动切换到另一条网络通道。

为了提高效率, 减少在故障切换时的停机时间, ISCS建立网络通信监测机制, 备服务器通过与主服务器之间的心跳检测不断检查主服务器的状况, 如发现主服务器网络中断或应用程序故障, 便将主备角色进行切换并将消息发给客户端, 客户端立即会将数据源切换到备服务器。

2.2 手动切换。

手动切换又称网络切换 (应用级) , 用户可以根据当前主/备服务器运行状况在HMI上进行手动切换, 通过ISCS内部变量对主备角色进行强制转换。

当主服务器出现轻微故障或进行系统更新, 就需要重新启动ISCS平台服务, 为了不影响ISCS正常运行, 用户可以将客户端手动切换到备服务器, 再对主服务器进行维护。特别注意, 由于冗余切换将会影响到所有连接到当前主/备服务器的客户端, 因此手动切换方式仅在系统维护时使用, 以免影响正常的系统运行。

3 冗余同步

ISCS平台的冗余主要包括: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。也就是说活动服务器是监视和控制的唯一的数据源, 网络上所有的工作站都必须通过活动服务器进行监视和控制;非活动服务器保证同活动服务器的数据同步。

1) 实时数据的同步主要依靠驱动程序数据的同步来实现。

两台互为冗余服务器同时从子系统采集数据, 通信对象相同, 所以通信数据完全一致。

2) 中央冗余历史数据库实现中央历史数据的同步, 在车站服务器节点上建立历史数据恢复的功能来实现历史数据的同步。

车站数据采集器具备冗余同步和数据缓存功能。

如果车站服务器与历史服务器之间发生中断, 那么车站数据采集器会自动地缓存采集到的数据。当连接再次建立时, 采集器会自动把所有缓存的数据发送到历史服务器。在一台车站服务器与网络连接丢失并且重建后, 在连续的数据中会有一段由于网络错误而引起的数据中断。此时, ISCS系统将检查故障服务器的数据完整性并从另一台服务器获取丢失的数据来恢复这段中断区域。

3) ISCS报警同步实现报警的同步。

在系统配置中为冗余服务器配置好冗余后, ISCS自动启动报警事件服务, 该服务确保了在连接丢失和连接重建时报警不会丢失。同时同步报警确认, 当主、备服务器都运行时, 确保只需确认一次报警。

4) 活动服务器是唯一数据源, 保证了控制输出的唯一性。在控制输出的时候, 客户端的控制命令仅通过当前活动的服务器发送到子系统设备, 非活动服务器仅接收数据, 保证了控制输出是唯一的。