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[摘 要]以太网架构在当前的工业监控领域获得了非常广泛的应用，本文鉴于工业领域计算机与被控对象之间存在着传输距离长、状况复杂等因素，容易发生故障或者错误的现象，设计了双以太网冗余通信系统，以保障工业监控系统网络链路发生故障后能够继续正常工作。
[关键词]双以太网；冗余；通信系统；构建；软硬件
中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）39-0142-01
引言
当前，以太网网络架构和我们的日常生产生活有着越来越紧密的联系，其低廉的成本、较快的传输速度、较简便的组网方式使得其获得了广泛的应用。对于工业环境来说，由于底层设备所处的环境等各方面原因的限制，需要将其数据通过相应的通信方式传送到上层进行监控，而以太网正是其中的一种重要通信方式。在数据的传输过程中，又由于传输距离以及复杂状况的因素，使得计算机、网络和被控设备之间有可能会发生未知的故障或者错误，从而影响系统的正常运作。基于此，本文以工业领域常用的监控架构为基础，分析和探讨了双以太网冗余通信系统的构建方法以及实际运用。
一、常用的工业监控系统通信方式
当前，在工业监控领域，常用的通信方式为以太网通信方式和其他通信方式混合使用的通信结构，一般拓扑结构如下图所示：
在工业领域中，常常充满了各种现场级设备，如智能仪表、风机等等，对它们的信息采集不能直接送到工业以太网之中，而需要首先通过数据采集控制机（常用工业控制计算机）进行采集和分析（转换），继而再通过以太网传输到上层的监控主机中，而在上层的主机之中，通常安装的有上位机监控软件，以实现对现场及设备检测信息、状态信息以及控制信息等进行管理和监控。可以看出，在整个工业监控领域中，采用以太网不需要太高的成本，而且组网灵活，传输速率快，势必会成为未来发展最快的通信方式。不过，采用以太网传输虽然具有一系列明显的优势，但是，常常也会出现网络物理层链路中断的情况，这样就会导致信息传输中断以及丢失，这样就不利于工业监控的实时性以及有效性，从而给系统带来较大影响，本文正是基于这种背景，构建了双以太网冗余通信模式。在双以太网冗余通信方式下，当系统中发生了上述现象时，就会从主网切换到备网上，以保障整个工作过程的正常进行。
二、双以太网冗余通信系统的构建
（1）双以太网冗余通信系统的构建原理
本文设计的双以太网冗余通信系统采用“客户机/服务器”模式进行构建的，这种模式可以充分保证图1中的信息交换的同步性。当两台计算机连通之后客户机程序根据操作员意图向远端计算机发出连接控制指令，并负责根据服务器程序发回的数据信息在本机上再现远端机屏幕状态。服务器程序则根据指令完成一系列进程操作和数据传输。在该模型下，每次通信均由客户机发起，服务器一直处于等待状态，这样就为服务器随时响应客户机请求提供了保证。
在具体的实现上，是通过在监控主机上安装两块网卡的方式作为双以太网冗余通信系统的硬件基础和通过软件方式实现网络故障点检测和冗余切换功能的。其中两块网卡分别设置在不同的网段之上，比如主网卡的IP网段为192.168.1.*，备用网卡的IP网段为10.10.16.*。主网和备网在运行模式上是平等的，当工业监控系统启动时，系统会随机地挑选其中一个网络为主工作网络，将另外一个作为备用网络。当主网系统中网络节点或者链路发生故障时，系统可以在软件的冗余切换功能之下实现切换功能，将备用网络调整为主工作网络，以保证当物理层出现故障后，系统还可以正常的进行工作。
（2）双以太网冗余通信系统的软件功能实现
本文设计的双以太網冗余通信系统的软件功能实现是以软件设计为基础的，采用的开发环境为最新的Delphi开发环境，采用Winsock控件技术，通过Socket来对客户端与服务器建立连接，在具体的程序中实现了网络故障检测以及冗余切换功能，以实现定位故障以及进行主备网络之间的切换功能。具体来说：
客户机/服务器。对于客户机来说，其事先规定好和服务器建立连接的IP地址以及端口等信息。当服务器允许和客户机进行连接之后，就可以通过相应的链路进行数据的交换。在数据交换的过程中有相应的检测机制，一旦发现网络链路出现故障，就准备相应的切换功能，将备网切换到主网位置。而对于服务器来说，要为其设置相应的侦听模式，当其侦听到客户端向其发送链接请求时。如果服务器已经接受了客户端的连接请求，而客户端又发送了请求建立连接的数据，则服务器端可以回复“已接受”的数据信号。
网络故障检测功能。对于双以太网冗余通信系统来说，网络故障检测功能的实现是重中之重。在客户机和服务器端双方都应该具有该功能，通过网络故障的检测功能可以对网络中链路状态进行不间断检测，如果发现网络链路有故障状态的发生，则通知冗余切换功能准备切换，没有则继续检测，这一功能主要通过激发OnError事件来实现的。
网络冗余切换功能。在工业监控中，往往存在着监控距离长，现场环境复杂等一系列客观因素，受这些客观因素的影响，计算机与受控设备之间的通信数据常会发生无法预测的错误。当双以太网冗余通信系统中的网络链路发生故障时，也即是上文中描述的OnError事件检测存在错误后，要有相应的冗余自动切换功能模块，在这里，本文主要通过编写自定义的函数来实现的，限于篇幅，代码不再赘述。
（3）双以太网冗余通信系统的实际运用
当前，采用双以太网冗余通信系统的实际运用案例非常多，以电力监控系统应用为例，由于电力系统的特殊性，其对保护措施要求较为严格。一旦底层设备出现故障，就需要监控系统可以及时获知并发出相应的报警信息，以便能够及时采取损失，从而避免或降低损失。因此，将双以太网冗余通信系统在电力监控系统中进行运用，可以有效保证底层信息传送的实时和有效性，以维护电力系统的稳定、可靠运作，值得推广。
三、结束语
综上所述，在工业监控领域中采用双以太网冗余通信系统设计，不仅可以保证网络链路发生故障后系统仍然可以继续正常工作，而且可以有效使得系统的实时性和有效性不受到影响，因此，值得在相关的工业领域中进行推广。
参考文献
[1] 鹿海霞，金舒，刘元.基于maxDNA系统的以太网103协议冗余设计[J]. 工业控制计算机，2015，02：9-10+12.
[2] 陈小莹，于宗光，雷淑岚，周昱，印琴，庞立鹏.一种改进的40Gb/s以太网循环冗余校验方法及电路设计[J].微电子学，2015，02：245-248+257.
[3] 杨金孝，王鑫，刘慧卓.AFDX以太网冗余管理的算法设计[J].电子设计工程，2013，11：21-23.
[4] 董艳红. S7-300 PLC与S7-400H冗余PLC间的以太网通讯[J].山西冶金，2012，01：25-27.
[5] 王绍清，付蔚，王平.配备冗余电源的以太网供电集线器设计与实现[J]. 自动化与信息工程，2009，01：14-17.
[6] 李晶，冯明志，张平，吕健.PROFIBUS总线与以太网之间的冗余通讯研究[J].柴油机，2008，03：16-19.
[7] 姜立群，徐皑冬，宋岩，王静.基于以太网的现场总线冗余技术研究[A]. 中国仪器仪表学会.第六届全国信息获取与处理学术会议论文集（3）[C].中国仪器仪表学会：，2008：4.
[关键词]双以太网；冗余；通信系统；构建；软硬件
中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）39-0142-01
引言
当前，以太网网络架构和我们的日常生产生活有着越来越紧密的联系，其低廉的成本、较快的传输速度、较简便的组网方式使得其获得了广泛的应用。对于工业环境来说，由于底层设备所处的环境等各方面原因的限制，需要将其数据通过相应的通信方式传送到上层进行监控，而以太网正是其中的一种重要通信方式。在数据的传输过程中，又由于传输距离以及复杂状况的因素，使得计算机、网络和被控设备之间有可能会发生未知的故障或者错误，从而影响系统的正常运作。基于此，本文以工业领域常用的监控架构为基础，分析和探讨了双以太网冗余通信系统的构建方法以及实际运用。
一、常用的工业监控系统通信方式
当前，在工业监控领域，常用的通信方式为以太网通信方式和其他通信方式混合使用的通信结构，一般拓扑结构如下图所示：
在工业领域中，常常充满了各种现场级设备，如智能仪表、风机等等，对它们的信息采集不能直接送到工业以太网之中，而需要首先通过数据采集控制机（常用工业控制计算机）进行采集和分析（转换），继而再通过以太网传输到上层的监控主机中，而在上层的主机之中，通常安装的有上位机监控软件，以实现对现场及设备检测信息、状态信息以及控制信息等进行管理和监控。可以看出，在整个工业监控领域中，采用以太网不需要太高的成本，而且组网灵活，传输速率快，势必会成为未来发展最快的通信方式。不过，采用以太网传输虽然具有一系列明显的优势，但是，常常也会出现网络物理层链路中断的情况，这样就会导致信息传输中断以及丢失，这样就不利于工业监控的实时性以及有效性，从而给系统带来较大影响，本文正是基于这种背景，构建了双以太网冗余通信模式。在双以太网冗余通信方式下，当系统中发生了上述现象时，就会从主网切换到备网上，以保障整个工作过程的正常进行。
二、双以太网冗余通信系统的构建
（1）双以太网冗余通信系统的构建原理
本文设计的双以太网冗余通信系统采用“客户机/服务器”模式进行构建的，这种模式可以充分保证图1中的信息交换的同步性。当两台计算机连通之后客户机程序根据操作员意图向远端计算机发出连接控制指令，并负责根据服务器程序发回的数据信息在本机上再现远端机屏幕状态。服务器程序则根据指令完成一系列进程操作和数据传输。在该模型下，每次通信均由客户机发起，服务器一直处于等待状态，这样就为服务器随时响应客户机请求提供了保证。
在具体的实现上，是通过在监控主机上安装两块网卡的方式作为双以太网冗余通信系统的硬件基础和通过软件方式实现网络故障点检测和冗余切换功能的。其中两块网卡分别设置在不同的网段之上，比如主网卡的IP网段为192.168.1.*，备用网卡的IP网段为10.10.16.*。主网和备网在运行模式上是平等的，当工业监控系统启动时，系统会随机地挑选其中一个网络为主工作网络，将另外一个作为备用网络。当主网系统中网络节点或者链路发生故障时，系统可以在软件的冗余切换功能之下实现切换功能，将备用网络调整为主工作网络，以保证当物理层出现故障后，系统还可以正常的进行工作。
（2）双以太网冗余通信系统的软件功能实现
本文设计的双以太網冗余通信系统的软件功能实现是以软件设计为基础的，采用的开发环境为最新的Delphi开发环境，采用Winsock控件技术，通过Socket来对客户端与服务器建立连接，在具体的程序中实现了网络故障检测以及冗余切换功能，以实现定位故障以及进行主备网络之间的切换功能。具体来说：
客户机/服务器。对于客户机来说，其事先规定好和服务器建立连接的IP地址以及端口等信息。当服务器允许和客户机进行连接之后，就可以通过相应的链路进行数据的交换。在数据交换的过程中有相应的检测机制，一旦发现网络链路出现故障，就准备相应的切换功能，将备网切换到主网位置。而对于服务器来说，要为其设置相应的侦听模式，当其侦听到客户端向其发送链接请求时。如果服务器已经接受了客户端的连接请求，而客户端又发送了请求建立连接的数据，则服务器端可以回复“已接受”的数据信号。
网络故障检测功能。对于双以太网冗余通信系统来说，网络故障检测功能的实现是重中之重。在客户机和服务器端双方都应该具有该功能，通过网络故障的检测功能可以对网络中链路状态进行不间断检测，如果发现网络链路有故障状态的发生，则通知冗余切换功能准备切换，没有则继续检测，这一功能主要通过激发OnError事件来实现的。
网络冗余切换功能。在工业监控中，往往存在着监控距离长，现场环境复杂等一系列客观因素，受这些客观因素的影响，计算机与受控设备之间的通信数据常会发生无法预测的错误。当双以太网冗余通信系统中的网络链路发生故障时，也即是上文中描述的OnError事件检测存在错误后，要有相应的冗余自动切换功能模块，在这里，本文主要通过编写自定义的函数来实现的，限于篇幅，代码不再赘述。
（3）双以太网冗余通信系统的实际运用
当前，采用双以太网冗余通信系统的实际运用案例非常多，以电力监控系统应用为例，由于电力系统的特殊性，其对保护措施要求较为严格。一旦底层设备出现故障，就需要监控系统可以及时获知并发出相应的报警信息，以便能够及时采取损失，从而避免或降低损失。因此，将双以太网冗余通信系统在电力监控系统中进行运用，可以有效保证底层信息传送的实时和有效性，以维护电力系统的稳定、可靠运作，值得推广。
三、结束语
综上所述，在工业监控领域中采用双以太网冗余通信系统设计，不仅可以保证网络链路发生故障后系统仍然可以继续正常工作，而且可以有效使得系统的实时性和有效性不受到影响，因此，值得在相关的工业领域中进行推广。
参考文献
[1] 鹿海霞，金舒，刘元.基于maxDNA系统的以太网103协议冗余设计[J]. 工业控制计算机，2015，02：9-10+12.
[2] 陈小莹，于宗光，雷淑岚，周昱，印琴，庞立鹏.一种改进的40Gb/s以太网循环冗余校验方法及电路设计[J].微电子学，2015，02：245-248+257.
[3] 杨金孝，王鑫，刘慧卓.AFDX以太网冗余管理的算法设计[J].电子设计工程，2013，11：21-23.
[4] 董艳红. S7-300 PLC与S7-400H冗余PLC间的以太网通讯[J].山西冶金，2012，01：25-27.
[5] 王绍清，付蔚，王平.配备冗余电源的以太网供电集线器设计与实现[J]. 自动化与信息工程，2009，01：14-17.
[6] 李晶，冯明志，张平，吕健.PROFIBUS总线与以太网之间的冗余通讯研究[J].柴油机，2008，03：16-19.
[7] 姜立群，徐皑冬，宋岩，王静.基于以太网的现场总线冗余技术研究[A]. 中国仪器仪表学会.第六届全国信息获取与处理学术会议论文集（3）[C].中国仪器仪表学会：，2008：4.