集群技術在電力綜合自動化系統(tǒng)中的運用探討

孫沛然

【摘 要】本文以電力綜合自動化系統(tǒng)為研究對象，對其中的集群化控制技巧展開分析。在簡要介紹軟集群技術的基礎上，對其系統(tǒng)中的關鍵技術作展開說明，并對心跳協(xié)議、同步確定、信息化分流、故障檢測、故障恢復的具體內容進行分析，供相關研究實踐參考借鑒。

【關鍵詞】集群技術;電力系統(tǒng);自動化

中圖分類號： TM76 文獻標識碼： A 文章編號： 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，是在計算機系統(tǒng)中形成的松耦合多處理機系統(tǒng)，通過網絡條件的應用，完成各種程序之間的信息傳遞。對于綜合自動化系統(tǒng)而言，目前SCADA系統(tǒng)最常見的后臺機配置模式是雙機熱備，一主一從模式，如何保證在雙網條件下，更快速有效地實現(xiàn)雙機協(xié)同工作，雙機容錯，各種程序在不同主機中的信息傳遞，以及在主機故障狀態(tài)下快速實現(xiàn)從機切換，這是研究利用集群技術的初衷。而在應用此項技術的過程中，需從基礎的軟件程序入手，保證對技術程序的應用指導。

1 綜合自動化系統(tǒng)軟件結構概述

系統(tǒng)軟件結構中，因將TCP/IP協(xié)議作為分層管理原則，根據網絡數據的走向變化，對其進行分層管理與備份，保證層與層之間的透明性原則，并在系統(tǒng)結構中，設置同一性的規(guī)劃管理方案，實現(xiàn)容錯系統(tǒng)對整個協(xié)議的全面覆蓋。在對系統(tǒng)熱備進行管理的過程中，設置專門的熱備模塊，并對傳送數據包信息進行嗅探分析處理。而為了不使此項技術條件，對TCP/IP協(xié)議造成影響，程序系統(tǒng)中，可以嘗試加入“鉤子”驗證形式，如果發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在意外風險，必須立即進行回滾處理，并同時出洞系統(tǒng)中的逆向警報與模擬功能，以此保證各連鎖模塊的協(xié)同處理狀態(tài)。

同時，還需根據系統(tǒng)的應用環(huán)境，在實時要求的管理下，對數據流的大小與強度低能級進行分析，并為其分配對應性更強的應用條件，由此，可以將系統(tǒng)之間的連鎖機制變得更加緊密，并在修系統(tǒng)之間的容錯系數上，做出適應性的調整，保證軟件程序的應用價值。在對雙機容錯系統(tǒng)的工作流程進行分析的過程中，軟件可以按照功能設定內容，將自身的應用步驟調整為狀態(tài)同步、故障檢測、故障處理、故障恢復四個部分。如果雙機設備處于正常的工作狀態(tài)時，可以通過故障檢測模塊的功能，對另一處理設備的狀態(tài)進行監(jiān)測，并形成具體的應用數據，以報告的形式，為系統(tǒng)操作人員提供信息服務，以此保證雙機處理中的安全性。而這種技術條件下，也可為雙機聯(lián)動創(chuàng)造可能，在信息無障礙轉化的條件下，時刻維持雙機的正常聯(lián)動狀態(tài)，體現(xiàn)其工作的同步化水平。

2 實現(xiàn)集群化系統(tǒng)建設的關鍵技術

2.1 心跳協(xié)議

層模式下的雙機容錯系統(tǒng)，可以設置基于三層模式的心跳協(xié)議，在保證TCP/IP協(xié)議的基礎上，使其與心跳信息形成交互，脫離與上層套接字的關聯(lián)性，并在程序系統(tǒng)中，完成對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，在協(xié)議中重點描述轉義字符的應用條件，而在第二層的線路連接與維護，可以保證系統(tǒng)的拆錯檢查效果，并在相對較為簡單的校驗與計算方式的引導下，完成差錯檢查。而在三層設計中，可以根據協(xié)議內容作出調整，保證不同心跳的信息形式。

在對心跳條件及進行分析的過程中，需對其所處的環(huán)境條件展開研究，并通過固定的心跳周期theartbeat對數據變化條件做出評價。應用過程中，為了確定心跳環(huán)境的適應性，可以將HEA的參數控制進行系統(tǒng)化計算，并在雙機熱備條件的指導下，提高心跳周期對于環(huán)境的適應性，其公式表達可以顯示為：

式中：t代表系統(tǒng)進行服務請求的時間間隔，而theartbeat則表示為系統(tǒng)的心跳周期條件，以此保證整體計算的完整性，并完成HEA參數的統(tǒng)計分析。

2.2 同步確定

雙機系統(tǒng)是較為典型的有限狀態(tài)模型，在數據處理中，經常會由于外部信息流的影響，出現(xiàn)簽約問題。在這一階段中，信息流內容不僅存在于網絡空間中，也會在系統(tǒng)中進行數據主動的處理與轉化，通過訪問實現(xiàn)數據緩沖、滯留、保存等操作內容。由此保證其動態(tài)化水平，維持數據內容的失效化條件，并在行為能力的活動信息與信息王文序列中，保證自身運行狀態(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，需將兩臺服務器的控制質量進行提升。對此可以在容錯系統(tǒng)的應用分析中，通過容錯率計算確定數據的同步執(zhí)行狀態(tài)。由此，可以假設PC服務器的可靠性程度，并度同步損壞率展開計算，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%，并將可能存在的風險問題，分散到差異化的兩臺主機上，保證同步雙向系統(tǒng)的確定條件。

2.3 信息流分發(fā)

雙機容錯系統(tǒng)中，為了組成穩(wěn)定的服務器系統(tǒng)，需形成一個位移的通信主體，并在主機程序上設置相應的簽約條件，以此保障兩者之間的同步狀態(tài)。同時這種工作模式，可以減少用于維持同步狀態(tài)的信息通信量，并在總線的網絡空間中，形成點到點的功能。以此，保證源處理機能穩(wěn)定的向各重點處理機發(fā)送數據信息。而在主備用處理機的編號管理中，也需進行相應的邏輯調整，以此保證對標識狀態(tài)的確定，完成差異化的處理內容。

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)結構準確率假設為99%，并在概率條件的分析下，出現(xiàn)系統(tǒng)損壞的概率進行計算，在公式統(tǒng)計的過程中，可以套用純軟件系統(tǒng)的計算模型，并在一下公式中確定雙機系統(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容錯系統(tǒng)結構，但在磁盤的穩(wěn)定性上，還要稍低于純軟件系統(tǒng)的結構。在這一技術條件下，如果使用100%的磁盤陣列柜進行設備管理，就可以保證與純軟件系統(tǒng)的同步工作狀態(tài)，并在進行容許程序分析的過程中，應用故障注入法，對系統(tǒng)進行調節(jié)。方法上，首先對故障條件作出分析，并對其中的冗余狀態(tài)、故障偵測時間、故障切換實踐等內容進行分析，由此保證對于信息流分發(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實現(xiàn)。其一，在故障掃描與檢測系統(tǒng)中，可以將協(xié)議內容作為基礎條件，通過統(tǒng)一化的故障點注冊形式，確認各故障問題的等級，并在檢測循環(huán)時間上加以控制。其二，在系統(tǒng)結構中，設置固定的故障檢測通知結構，通過接口的函數統(tǒng)一管理，保證系統(tǒng)結構的互相檢測狀態(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測故障。然后，根據系統(tǒng)當前掌握的冗余資源條件，對故障狀態(tài)作出切換或是警告處理，在切除故障模塊的基礎上，保證正常模塊的正常運行條件。

2.5 故障恢復

故障恢復處理的過程中，由于其系統(tǒng)條件與主機狀態(tài)的差異化，即便是在接收到相應的信息之后，也無法滿足熱備份的基礎需要。所以，需要設計一種合理的執(zhí)行機制，保證新機與系統(tǒng)的同步狀態(tài)。在自動化程序中，通過節(jié)點間的數據條件，會加大網絡節(jié)點的數據流量，并影響整體系統(tǒng)的性能。所以，在進行處理的過程中，可以先形成穩(wěn)定的系統(tǒng)報備文件。并在文件的引導下，僅對數據完成處理，而不作出具體的系統(tǒng)答復，以此維持系統(tǒng)的準確性與位移性，在增加磁盤數量的同時，創(chuàng)建磁盤鏡像，保證節(jié)點數據的安全狀態(tài)。

例如，在某次集群化設計的過程中，將OS作為基礎，設置RAOD程序，并以此形成過濾執(zhí)行，將其與OS進行打包管理，并在主機系統(tǒng)中，利用處理器與內存資源，完成RAID引擎的創(chuàng)設。在區(qū)別于磁盤控制器類型的條件下，保證磁盤控制器驅動的I/O操作。

3 總結

綜上所述，集群技術在綜合自動化系統(tǒng)軟件中，有較強的應用條件，可以在計算機系統(tǒng)與軟件程序的支撐作用下，形成良性的應用空間。在系統(tǒng)軟件程序的開發(fā)設計中，整體或者部分引入集群技術，對于雙機容錯率、雙機切換速度、雙機運行效率、系統(tǒng)可靠性，具有很大的使用價值和可行性。以此為基礎，建立高效率的綜合自動化后臺監(jiān)控系統(tǒng)，對于加強系統(tǒng)技術管理的有效性，縮減系統(tǒng)的成本消耗，提高行業(yè)的技術先進性，提高企業(yè)經濟和社會效益，增加企業(yè)的競爭力，更是有著極為重要的作用。

【參考文獻】

[1]童艷，李連登，朱丹.基于集群技術的實時測控數據處理系統(tǒng)設計[J].火力與指揮控制，2014，39（08）：163-166.

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