DCS控制器中采用ARM处理器的冗余设计

测拷贝的信息是否完整，是否在所允许的容错度内。一旦信息不完整或报错，则说明主分布处理单元工作不正常。在这种情况下，冗余分布处理单元通过光纤将主分布处理单元旁路，同时切换为主分布处理单元继续工作。切换时间选用最短的运算周期(几十ms或更短)，从而实现无扰动切换。等到主分布处理单元恢复正常后，冗余分布处理单元自动把控制权交还给主分布处理单元，转为冗余备份状态。

从图3中可看出双分布处理单元仲裁电路工作原理为将分布处理单元各自自身之诊断结果加到仲裁电路上，并读取相应的仲裁结果，以确定自身之主辅状态。通过编程，确定各状态的优先级，由于双分布处理单元均根据仲裁之结果确定各自之主辅状态，故只要仲裁结果变化了，双分布处理单元则自动进行切换。

4 网络冗余

在DCS控制系统中至少存在2个网络，一个是管理层和控制层之间的通信网络，另一个是过程控制层与底层I/O卡件层之间的485通信网络。上层网络主要的作用是实现管理层对控制层实时检测，和对下层控制器的配置设置等任务。下层网络是为了把I/O卡件采集的数据传送到过程控制层，然后把控制层的控制数据传送给I/O卡件。这2个网络在DCS控制系统中的重要性是不言而喻的。

针对上层网络模块的冗余，当今的工业自动化领域出现了各种各样的支持链路冗余功能的工业以太网交换机，它们解决了由节点故障导致网络瘫痪的问题。为提高数据通信的整体可靠性和容错性，本DCS控制系统也采用环形的网络拓补结构。但是由于环形网本身固有的缺点是节点故障引起全网故障，因此数据通信链路的冗余技术应运而生。为了保证2层网络的顺利工作，2个网络都采用1∶1的冗余设置。分布处理单元检测到主网出现故障时，自动放弃从主网的端口通信，同时启用冗余网的端口，将数据转由冗余网发送 和接受。此时冗余网进入数据通信状态，主网及时进行修补。双环网技术实现了传输媒介的冗余，在TurboRing的基础上进一步提高了系统的可靠性。但双环网的管理和切换都比较复杂，本系统采用了一种简单的方法。

对于网络上的每1个节点，可能处于下述5种情况之一：

(1)在线联网运行，系统至少有2个节点在运行；(2)在线单机运行，系统只有本地节点在运行；(3)离线单机运行，此节点的网卡存在且正常、但没有上网；(4)离线单机运行，此节点的网卡存在，但出现故障；(5)离线单机运行，此节点不存在网卡。

目前的网络控制器都提供了命令、诊断、配置和状态寄存器，通过读写这些寄存器，便可以区分上述5种情况。当系统运行时，各种因素都可能存在，为了在线反映网络各节点的运行状态，每个节点可以设置一张网络状态表，记录各节点上每块网卡的运行状态。当某节点上1块或2块网卡的状态改变时，其他节点应能在尽可能短的时间内知道。为此，每个节点的2块网卡需要定时广播1个测试包，表明该节点的网卡存在。其他节点收到此包时，修改网络状态表中此节点上相应网卡的状态。然而在运行过程中，如果某节点的1块网卡离线，它将既不能接收、也不能发送。而在此之前，它已在其他节点的网络状态表上登记了，其他节点将认为该网卡存在且正常，显然没有反映网卡运行的真正状态。为了准确反映网卡的状态，每个节点的2块网卡定时广播测试包的同时，将本节点的网络状态表中所有网卡状态计数加1，直到最大值LIMIT。每当收到某节点的测试包时，将该节点相应网卡的状态计数清为0。这样，保证状态数小于最大值LIMIT和定时广播周期就可以在线实时监视网络的运行，准确反映节点所处的状态。在2个网络之间还可以添加具有路由功能的网间传输设备，当2个网络同时出现故障时，网间传输设备也能自动寻找可行路径，组成1个环路，保持系统的正常通信。

对于测试包的广播，只要本节点上的网卡在线运行，即从相应的链路发送，测试包发送完毕之后，根据网络状态表，可以选择一条正常运行的节点数较少的，负荷较轻的链路，用于数据包发送。双网的工作流程见图4。