西门子CPU313模块6ES7313-6BG04-0AB0

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基于ARM的分布处理单元结构

　　基于ARM的分布处理单元的结构框图见图2，这和一般的分布处理单元的结构非常相似。这里主要把处理单元分为6部分：ARM控制器、上层网络模块、电源管理模块、存储器模块、低层网络模块和时钟模块。ARM控制器和存储模块组成了*基本的嵌入式系统，整个DCS控制系统的数据处理和控制策略都是在这里处理的。上层网络模块主要是指和管理层通信的主/冗余网络和一个实现主/冗余分布处理单元进行数据交换的网络，这部分的主要功能是完成管理层对DCS控制系统的实时检测和实现主/冗余分布处理单元的数据冗余。底层的网络模块是由分为主次的2条485网络组成，此模块主要实现ARM控制器的I/O卡件之间的数据通信。存储器模块可分为两部分，一部分用来管理存放操作系统，另一部分用来管理存放实时数据。电源模块和时钟模块分别实现电源的管理和时钟的管理。

　　3 控制器冗余

　　分布式处理单元的冗余根据冗余度可以分为冗余度为1∶1和1∶n两种情况。这在每个DCS厂家的产品中是不同的。这两种方式各有优缺点。这里介绍的是冗余度为1∶1的冗余设置。

　　分布处理单元冗余度为1∶1，就是将2块组态*一样的控制器设置成冗余方式。在投入运行时，若出现故障，两分布处理单元之间能实现无扰动切换，保证系统的正常运行。

　　本系统所采用的分布处理单元均带3个网络接口，其中2个网口分别连接到A网和B网，实现各工作站点间的数据通信，第3个网口通过对等网数据连接子分布处理单元间(对等网数据现可选用光纤作传输介质)，用来传输主、从分布处理单元之间的备份数据;分布处理单元之间的状态信息由串口传输。冗余分布处理单元与网络的连接见图3。

　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*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*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。

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