分布式异构三取二安全控制单元的设计

论文摘要

分布式异构三取二安全控制单元以传统三取二安全计算机为基础,采用容错设计,具有高安全性,高可靠性的特点。并且与传统安全计算机相比,可以将各个单元分散设置到现场设备附近,在不影响单元工作的情况下,通过上位机实时监控系统状况。且使用POE供电方式可以将系统布线大大简化。本文首先对安全控制单元进行了描述,阐述了其出现背景和存在的重要意义。接着分析了不同安全计算架构的特点,并采用马尔科夫模型对它们的可靠性和安全性进行了计算,证明三取二架构有着无可比拟的高安全性和高可靠性。然后,以三取二架构为基础,对分布式异构三取二安全控制单元进行了总体设计,在此基础上进行了硬件的具体设计,并以保证高可靠高安全性为前提,完成了三取二单元的软件设计,包括初始化模块、同步及校时模块、单元与上位机通信模块和单元间数据交换模块。同时,还完成了对应的上位机软件的设计,实现了对三取二单元实时监控,日志管理等功能。最后,对整套系统进行了性能的测试和可靠性的评估。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 课题的研究内容
• 1.3 论文内容安排
• 2 现有安全计算机系统的结构研究
• 2.1 系统的结构
• 2.1.1 双机热备安全计算机
• 2.1.2 二乘二取二安全计算机
• 2.1.3 三取二结构安全计算机系统
• 2.2 系统的可靠性安全性分析
• 2.2.1 双机热备系统的可靠性安全性分析
• 2.2.2 二乘二取二系统的可靠性安全性分析
• 2.2.3 三取二系统的可靠性安全性分析
• 2.3 三种安全计算机的可靠性和安全性比较
• 3 分布式三取二安全计算机方案设计
• 3.1 分布式安全计算机的架构
• 3.2 分布式计算机系统的特点
• 3.3 上位机的功能要点
• 3.4 分布式安全计算机的网络结构
• 3.5 分布式异构三取二单元的功能特点
• 4 分布式异构三取二安全控制单元的硬件设计
• 4.1 单元部分的总体结构
• 4.2 关于CPU选型
• 4.3 信号输入输出的实现
• 4.4 以太网的实现
• 4.5 异步通信接口的实现
• 4.6 基于网络供电的实现
• 5 分布式异构三取二安全控制单元软件的实现
• 5.1 三取二安全控制单元软件的结构
• 5.2 三取二安全控制单元软件运行流程
• 5.2.1 站及令牌概念的提出
• 5.2.2 系统的时钟的工作过程
• 5.2.3 软件的运行流程
• 5.3 以太网通信通道的实现
• 5.3.1 安全控制单元以太网通信的实现
• 5.3.2 以太网通信的系统构架
• 5.3.3 以太网通信的协议格式
• 5.3.4 以太网通信可靠性的实现
• 5.4 冗余通信通道的实现
• 5.4.1 以太网通信的协议格式
• 5.4.2 冗余通信通道可靠性的实现
• 5.5 系统初始化功能的实现
• 5.6 校时和同步功能的实现
• 5.6.1 校时功能的实现
• 5.6.2 同步功能的实现
• 5.7 单元与上位机通信功能的实现
• 5.8 单元间数据交换功能的实现
• 6 分布式异构三取二安全控制单元的测试
• 7 总结与展望
• 7.1 研究工作总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 作者简介