孫沛然

【摘 要】本文以電力綜合自動(dòng)化系統(tǒng)為研究對(duì)象，對(duì)其中的集群化控制技巧展開分析。在簡要介紹軟集群技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)其系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)作展開說明，并對(duì)心跳協(xié)議、同步確定、信息化分流、故障檢測、故障恢復(fù)的具體內(nèi)容進(jìn)行分析，供相關(guān)研究實(shí)踐參考借鑒。

【關(guān)鍵詞】集群技術(shù);電力系統(tǒng);自動(dòng)化

中圖分類號(hào)： TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）12-0046-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.12.021

【Abstract】This paper takes the electric power integrated automation system as the research object， and analyzes the cluster control skills among them. Based on the brief introduction of soft cluster technology， the key technologies in the system are described， and the specific contents of heartbeat protocol， synchronization determination， information diversion， fault detection and fault recovery are analyzed. It is a reference for the relevant research practice.

【Key words】Cluster technology; Power system; Automation

0 前言

集群化技術(shù)，是在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中形成的松耦合多處理機(jī)系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)條件的應(yīng)用，完成各種程序之間的信息傳遞。對(duì)于綜合自動(dòng)化系統(tǒng)而言，目前SCADA系統(tǒng)最常見的后臺(tái)機(jī)配置模式是雙機(jī)熱備，一主一從模式，如何保證在雙網(wǎng)條件下，更快速有效地實(shí)現(xiàn)雙機(jī)協(xié)同工作，雙機(jī)容錯(cuò)，各種程序在不同主機(jī)中的信息傳遞，以及在主機(jī)故障狀態(tài)下快速實(shí)現(xiàn)從機(jī)切換，這是研究利用集群技術(shù)的初衷。而在應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)的過程中，需從基礎(chǔ)的軟件程序入手，保證對(duì)技術(shù)程序的應(yīng)用指導(dǎo)。

1 綜合自動(dòng)化系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)概述

系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)中，因?qū)CP/IP協(xié)議作為分層管理原則，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的走向變化，對(duì)其進(jìn)行分層管理與備份，保證層與層之間的透明性原則，并在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，設(shè)置同一性的規(guī)劃管理方案，實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)系統(tǒng)對(duì)整個(gè)協(xié)議的全面覆蓋。在對(duì)系統(tǒng)熱備進(jìn)行管理的過程中，設(shè)置專門的熱備模塊，并對(duì)傳送數(shù)據(jù)包信息進(jìn)行嗅探分析處理。而為了不使此項(xiàng)技術(shù)條件，對(duì)TCP/IP協(xié)議造成影響，程序系統(tǒng)中，可以嘗試加入“鉤子”驗(yàn)證形式，如果發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在意外風(fēng)險(xiǎn)，必須立即進(jìn)行回滾處理，并同時(shí)出洞系統(tǒng)中的逆向警報(bào)與模擬功能，以此保證各連鎖模塊的協(xié)同處理狀態(tài)。

同時(shí)，還需根據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境，在實(shí)時(shí)要求的管理下，對(duì)數(shù)據(jù)流的大小與強(qiáng)度低能級(jí)進(jìn)行分析，并為其分配對(duì)應(yīng)性更強(qiáng)的應(yīng)用條件，由此，可以將系統(tǒng)之間的連鎖機(jī)制變得更加緊密，并在修系統(tǒng)之間的容錯(cuò)系數(shù)上，做出適應(yīng)性的調(diào)整，保證軟件程序的應(yīng)用價(jià)值。在對(duì)雙機(jī)容錯(cuò)系統(tǒng)的工作流程進(jìn)行分析的過程中，軟件可以按照功能設(shè)定內(nèi)容，將自身的應(yīng)用步驟調(diào)整為狀態(tài)同步、故障檢測、故障處理、故障恢復(fù)四個(gè)部分。如果雙機(jī)設(shè)備處于正常的工作狀態(tài)時(shí)，可以通過故障檢測模塊的功能，對(duì)另一處理設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，并形成具體的應(yīng)用數(shù)據(jù)，以報(bào)告的形式，為系統(tǒng)操作人員提供信息服務(wù)，以此保證雙機(jī)處理中的安全性。而這種技術(shù)條件下，也可為雙機(jī)聯(lián)動(dòng)創(chuàng)造可能，在信息無障礙轉(zhuǎn)化的條件下，時(shí)刻維持雙機(jī)的正常聯(lián)動(dòng)狀態(tài)，體現(xiàn)其工作的同步化水平。

2 實(shí)現(xiàn)集群化系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 心跳協(xié)議

層模式下的雙機(jī)容錯(cuò)系統(tǒng)，可以設(shè)置基于三層模式的心跳協(xié)議，在保證TCP/IP協(xié)議的基礎(chǔ)上，使其與心跳信息形成交互，脫離與上層套接字的關(guān)聯(lián)性，并在程序系統(tǒng)中，完成對(duì)于心跳信息的直接封裝處理。其中底層需將成幀功作為基礎(chǔ)，在協(xié)議中重點(diǎn)描述轉(zhuǎn)義字符的應(yīng)用條件，而在第二層的線路連接與維護(hù)，可以保證系統(tǒng)的拆錯(cuò)檢查效果，并在相對(duì)較為簡單的校驗(yàn)與計(jì)算方式的引導(dǎo)下，完成差錯(cuò)檢查。而在三層設(shè)計(jì)中，可以根據(jù)協(xié)議內(nèi)容作出調(diào)整，保證不同心跳的信息形式。

在對(duì)心跳條件及進(jìn)行分析的過程中，需對(duì)其所處的環(huán)境條件展開研究，并通過固定的心跳周期theartbeat對(duì)數(shù)據(jù)變化條件做出評(píng)價(jià)。應(yīng)用過程中，為了確定心跳環(huán)境的適應(yīng)性，可以將HEA的參數(shù)控制進(jìn)行系統(tǒng)化計(jì)算，并在雙機(jī)熱備條件的指導(dǎo)下，提高心跳周期對(duì)于環(huán)境的適應(yīng)性，其公式表達(dá)可以顯示為：

式中：t代表系統(tǒng)進(jìn)行服務(wù)請(qǐng)求的時(shí)間間隔，而theartbeat則表示為系統(tǒng)的心跳周期條件，以此保證整體計(jì)算的完整性，并完成HEA參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析。

2.2 同步確定

雙機(jī)系統(tǒng)是較為典型的有限狀態(tài)模型，在數(shù)據(jù)處理中，經(jīng)常會(huì)由于外部信息流的影響，出現(xiàn)簽約問題。在這一階段中，信息流內(nèi)容不僅存在于網(wǎng)絡(luò)空間中，也會(huì)在系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)主動(dòng)的處理與轉(zhuǎn)化，通過訪問實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖、滯留、保存等操作內(nèi)容。由此保證其動(dòng)態(tài)化水平，維持?jǐn)?shù)據(jù)內(nèi)容的失效化條件，并在行為能力的活動(dòng)信息與信息王文序列中，保證自身運(yùn)行狀態(tài)的發(fā)展水平。

例如，在同步確定的過程中，純軟件方式的處理過程中，需將兩臺(tái)服務(wù)器的控制質(zhì)量進(jìn)行提升。對(duì)此可以在容錯(cuò)系統(tǒng)的應(yīng)用分析中，通過容錯(cuò)率計(jì)算確定數(shù)據(jù)的同步執(zhí)行狀態(tài)。由此，可以假設(shè)PC服務(wù)器的可靠性程度，并度同步損壞率展開計(jì)算，并將出現(xiàn)故障的概率確定為：

由此，確定最終確定純軟件程序的可靠性水平為99%，并將可能存在的風(fēng)險(xiǎn)問題，分散到差異化的兩臺(tái)主機(jī)上，保證同步雙向系統(tǒng)的確定條件。

2.3 信息流分發(fā)

雙機(jī)容錯(cuò)系統(tǒng)中，為了組成穩(wěn)定的服務(wù)器系統(tǒng)，需形成一個(gè)位移的通信主體，并在主機(jī)程序上設(shè)置相應(yīng)的簽約條件，以此保障兩者之間的同步狀態(tài)。同時(shí)這種工作模式，可以減少用于維持同步狀態(tài)的信息通信量，并在總線的網(wǎng)絡(luò)空間中，形成點(diǎn)到點(diǎn)的功能。以此，保證源處理機(jī)能穩(wěn)定的向各重點(diǎn)處理機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)信息。而在主備用處理機(jī)的編號(hào)管理中，也需進(jìn)行相應(yīng)的邏輯調(diào)整，以此保證對(duì)標(biāo)識(shí)狀態(tài)的確定，完成差異化的處理內(nèi)容。

例如，如果在信息流分發(fā)的過程中使用了共享磁盤陣列，可以在將其磁盤陣列中的子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確率假設(shè)為99%，并在概率條件的分析下，出現(xiàn)系統(tǒng)損壞的概率進(jìn)行計(jì)算，在公式統(tǒng)計(jì)的過程中，可以套用純軟件系統(tǒng)的計(jì)算模型，并在一下公式中確定雙機(jī)系統(tǒng)與磁盤陣列子系統(tǒng)的完好性概率：

由此可以確定其可靠性條件要明顯的高于雙機(jī)容錯(cuò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，但在磁盤的穩(wěn)定性上，還要稍低于純軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。在這一技術(shù)條件下，如果使用100%的磁盤陣列柜進(jìn)行設(shè)備管理，就可以保證與純軟件系統(tǒng)的同步工作狀態(tài)，并在進(jìn)行容許程序分析的過程中，應(yīng)用故障注入法，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。方法上，首先對(duì)故障條件作出分析，并對(duì)其中的冗余狀態(tài)、故障偵測時(shí)間、故障切換實(shí)踐等內(nèi)容進(jìn)行分析，由此保證對(duì)于信息流分發(fā)的故障控制，滿足系統(tǒng)管理需要。

2.4 故障檢測

故障檢測與處理系統(tǒng)，主要通過以下兩方面技術(shù)實(shí)現(xiàn)。其一，在故障掃描與檢測系統(tǒng)中，可以將協(xié)議內(nèi)容作為基礎(chǔ)條件，通過統(tǒng)一化的故障點(diǎn)注冊形式，確認(rèn)各故障問題的等級(jí)，并在檢測循環(huán)時(shí)間上加以控制。其二，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，設(shè)置固定的故障檢測通知結(jié)構(gòu)，通過接口的函數(shù)統(tǒng)一管理，保證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的互相檢測狀態(tài)，并在自檢的輔助條件下，保證檢測與處理的完整性。

例如，在發(fā)生故障之后，可通過檢測系統(tǒng)定位故障源，確定是本測故障還是對(duì)測故障。然后，根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前掌握的冗余資源條件，對(duì)故障狀態(tài)作出切換或是警告處理，在切除故障模塊的基礎(chǔ)上，保證正常模塊的正常運(yùn)行條件。

2.5 故障恢復(fù)

故障恢復(fù)處理的過程中，由于其系統(tǒng)條件與主機(jī)狀態(tài)的差異化，即便是在接收到相應(yīng)的信息之后，也無法滿足熱備份的基礎(chǔ)需要。所以，需要設(shè)計(jì)一種合理的執(zhí)行機(jī)制，保證新機(jī)與系統(tǒng)的同步狀態(tài)。在自動(dòng)化程序中，通過節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)條件，會(huì)加大網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)流量，并影響整體系統(tǒng)的性能。所以，在進(jìn)行處理的過程中，可以先形成穩(wěn)定的系統(tǒng)報(bào)備文件。并在文件的引導(dǎo)下，僅對(duì)數(shù)據(jù)完成處理，而不作出具體的系統(tǒng)答復(fù)，以此維持系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與位移性，在增加磁盤數(shù)量的同時(shí)，創(chuàng)建磁盤鏡像，保證節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的安全狀態(tài)。

例如，在某次集群化設(shè)計(jì)的過程中，將OS作為基礎(chǔ)，設(shè)置RAOD程序，并以此形成過濾執(zhí)行，將其與OS進(jìn)行打包管理，并在主機(jī)系統(tǒng)中，利用處理器與內(nèi)存資源，完成RAID引擎的創(chuàng)設(shè)。在區(qū)別于磁盤控制器類型的條件下，保證磁盤控制器驅(qū)動(dòng)的I/O操作。

3 總結(jié)

綜上所述，集群技術(shù)在綜合自動(dòng)化系統(tǒng)軟件中，有較強(qiáng)的應(yīng)用條件，可以在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與軟件程序的支撐作用下，形成良性的應(yīng)用空間。在系統(tǒng)軟件程序的開發(fā)設(shè)計(jì)中，整體或者部分引入集群技術(shù)，對(duì)于雙機(jī)容錯(cuò)率、雙機(jī)切換速度、雙機(jī)運(yùn)行效率、系統(tǒng)可靠性，具有很大的使用價(jià)值和可行性。以此為基礎(chǔ)，建立高效率的綜合自動(dòng)化后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)于加強(qiáng)系統(tǒng)技術(shù)管理的有效性，縮減系統(tǒng)的成本消耗，提高行業(yè)的技術(shù)先進(jìn)性，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，增加企業(yè)的競爭力，更是有著極為重要的作用。

【參考文獻(xiàn)】

[1]童艷，李連登，朱丹.基于集群技術(shù)的實(shí)時(shí)測控?cái)?shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].火力與指揮控制，2014，39（08）：163-166.

[2]張大偉.電力綜合自動(dòng)化系統(tǒng)初探[J].電子世界，2018（14）：82+84.