基于5G网络和WiFi6技术的用于PLC控制系统的冗余系统的制作方法

基于5g网络和wifi6技术的用于plc控制系统的冗余系统
技术领域
1.本发明涉及系统冗余技术领域，具体地说是基于5g网络和wifi6技术的用于plc控制系统的冗余系统。


背景技术：

2.在工业化控制领域，5g凭借其高性能、低延时、低成本的优势得到了广泛应用并逐渐成为了工业现场的控制网络。
3.随着5g的快速发展，5g的高带宽、低延时使得远程控制工业制造设备成为了可能，越来越多的工业数据从有线网到无线网，远距离的分布式控制、集中式管理将使得对工业设备的管理成本大大降低，经济效益明显提高。
4.目前我们现在的手机和路由器上最广泛使用的是wifi5技术。wifi5技术即是802.11ac 诞生于2013年。最初版本（wave 1）凭借80mhz频宽，将wifi单流带宽提升至433mbps。2016年第二版（wave 2）将频宽再次翻倍到160mhz，但是目前支持的设备并不多。
5.不过wifi5只支持5g频段，而5g频段因为穿透力差，在信号覆盖性能上较弱。技术上无法完全取代支持2.4g的wifi4，所以目前的主流家用无线路由器都是同时支持 wifi4和wifi5。
6.从调制上看wifi5是256
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qam，wifi6是1024
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qam，前者的数据流最大支持4个，后者则最大支持8个，因此wifi5的理论吞吐量可以做到3.5gbps，而wifi6则可以做到惊人的9.6gbps。wifi6的带宽比wifi5大了数倍。


技术实现要素：

7.本发明之目的是弥补上述之不足，向社会公开基于5g网络和wifi6技术的用于plc控制系统的冗余系统，通过5g和wifi6网络的双链路冗余，并采用网关与网关之间互为冗余，保证整个控制系统稳定性。
8.本发明的技术方案是这样实现的：基于5g网络和wifi6技术的用于plc控制系统的冗余系统，包括第一plc和第二plc，所述的第一plc与第一网关相连接，所述的第二plc与第二网关相连接，所述的第一网关与所述第二网关相连接，且互为冗余；所述的第一网关通过5g链路和wifi6链路双链路连接第三网关、第四网关，所述的第二网关通过5g链路和wifi6链路双链路连接第三网关、第四网关，所述的第三网关与io设备相连接，所述的第四网关与rtu设备相连接。
9.进一步优化本技术方案的措施是：作为改进，所述的冗余系统中，5g链路和wifi6链路中，其中一条为主链路，另一条为备用链路。
10.作为改进，所述的网关之间的连接，采用心跳检测机制，由终端节点发送心跳包，中心节点回复心跳响应包；当响应超出设定范围，认定连接不稳定。
11.作为改进，所述的心跳包的发送频率为10
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5000毫秒。
12.作为改进，当连续n次未收到心跳响应包，认定为连续不稳定，n取2至10。
13.作为改进，所述的第一网关与所述第二网关通过wan口连接形成互为冗余。
14.作为改进，当第一网关的5g链路和wifi6链路均断开时，第一网关进行重启操作；当第二网关的5g链路和wifi6链路均断开时，第二网关进行重启操作。
15.本发明与现有技术相比的优点是：本冗余系统使用5g和wifi6两大传播载体后，plc与远端被控设备之间可以通过空中双链路并存冗余连接。为了确保控制零中断，使用双plc冗余的模式控制远端设备；为了确保plc之间冗余链路稳定，网关使用双网络(5g和wifi6)的模式进行plc之间的冗余。另外，为了确保网关之间工作稳定，又进行了双网关的冗余，既两台网关互相监督，一台异常的情况下切到另外一台，自身网络异常的情况下，重启自己，强行进行链路切换。从而保证系统的稳定运行。
附图说明
16.图1是本发明的结构框架图；图2是本发明中数据转发原理图；图3是本发明中系统参数设置操作界面图。
具体实施方式
17.下面结合附图进一步详细描述本发明：如图1所示，基于5g网络和wifi6技术的用于plc控制系统的冗余系统，包括第一plc11和第二plc12，所述的第一plc11与第一网关21相连接，所述的第二plc12与第二网关22相连接，所述的第一网关21与所述第二网关22相连接，且互为冗余；所述的第一网关21通过5g链路和wifi6链路双链路连接第三网关23、第四网关24，所述的第二网关22通过5g链路和wifi6链路双链路连接第三网关23、第四网关24，所述的第三网关23与io设备3相连接，所述的第四网关24与rtu设备4相连接。
18.第一网关21与第三网关23、第四网关24之间分别连接5g链路和wifi6链路，图1中，实线表示5g链路，虚线表示wifi6链路，第二网关22与第三网关23、第四网关24之间也分别连接5g链路和wifi6链路；如此形成双链路连接的冗余设计，保证网关链路连接的可靠性。
19.所述的冗余系统中，5g链路和wifi6链路中，其中一条为主链路，另一条为备用链路。用户可以根据使用环境或者使用习惯，自主进行选择设定，设定5g链路为主链路，则wifi6链路为备份链路，反之，设定wifi6链路为主链路，则5g链路为备份链路。
20.所述的网关之间的连接，采用心跳检测机制，由终端节点发送心跳包，中心节点回复心跳响应包；当响应超出设定范围，认定连接不稳定。
21.所述的心跳包的发送频率为10
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5000毫秒。
22.当连续n次未收到心跳响应包，认定为连续不稳定，n取2至10。
23.心跳包的发送频率以及n的取值，由用户自行设定。
24.所述的第一网关21与所述第二网关22通过wan口连接形成互为冗余。
25.当第一网关21的5g链路和wifi6链路均断开时，第一网关21进行重启操作；当第二
网关22的5g链路和wifi6链路均断开时，第二网关22进行重启操作。
26.采用本冗余系统的plc控制系统中，plc连接管理eoip：（1）第一网关21、第二网关22、第三网关23、第四网关24分别获取5g和wifi6 ip；(2)其中第三网关23为第一个中心节点，第一网关21和第二网关22作为终端节点通过5g和wifi6双链路(主副链路)与第三网关23进行空中连接，实现了第一plc11和第二plc12之间的冗余(3)为保证冗余网络的稳定，第四网关24为第一个中心节点，第一网关21和第二网关22作为终端节点通过5g和wifi6双链路(主副链路)与第四网关24进行连接，实现了双通道第一plc11和第二plc12之间的冗余；(4) 第一网关21作为终端节点，实现第三网关23与第四网关24之间通过5g和wifi6双链路(主副链路)连接，实现第一plc11对io设备3和rtu设备4进行控制；（5）第二网关22作为终端节点，实现第三网关23与第四网关24之间通过5g和wifi6双链路(主副链路)连接，实现第二plc12对io设备3和rtu设备4进行控制。
27.eoip连接keep alive 机制：第一网关21、第二网关22、第三网关23、第四网关24之间采用双链路连接，连接采用心跳检测机制，由终端节点发送心跳包，中心节点回应心跳(即回复心跳响应包)，用于可根据页面配置心跳间隔和检测次数，超出设定范围，则认定当前链路不稳定，切换至备用链路。比如，设置心跳间隔为1000毫秒，检测次数为3次，即终端节点每隔1000毫秒发送一个心跳包，当链路连接稳定时，中心节点接收到心跳包后，便会回复心跳响应包，一旦链路不稳定，中心节点便无法回应，当连续3次未回应心跳响应包，则认定该链路连接不稳定，切换至备用链路；终端节点不间断地发送心跳包，当主链路恢复连接后，切回主链路。
28.冗余网关之间keep alive 机制：第一网关21和第二网关22互为冗余，相连接进行相互监控，同样采用心跳检测机制，每台网关都向对方发送心跳包，但不回复心跳。心跳间隔和检测次数，由用户在如图3所示的操作界面上进行设置，每台网关检测对方发来的心跳，超出设定的范围，则认为对方异常，重启对方网关，进行网关切换，以保证系统的稳定运行。如果检测到自己的eoip链路全部断开，即5g和wifi6都断开，则判断自身网络异常，则进行自我重启，同时切换至对方网关进行工作，保证系统的运行的稳定性。
29.数据转发：如图2所示，第一网关21和第二网关22之间都与第三网关23进行eoip的网络连接，则第一网关21与第二网关22之间可以通过第三网关23进行数据转发。
30.本冗余系统中，plc与远端被控设备之间可以通过空中双链路(5g和wifi6)并存冗余连接。为了确保控制零中断，使用双plc冗余的模式控制远端设备，既一台plc出故障后，会毫秒级切换到另外一台plc，控制不中断；为了确保plc之间冗余链路稳定，网关使用双网络的模式进行plc之间的冗余。既5g出问题后，plc之间可以通过wifi6进行冗余，整个切换过程毫秒级，不影响后方被控远端正常工作。不但如此，为了确保网关之间工作稳定，又进行了双网关的冗余，既两台网关(第一网关21和第二网关22)互相监督，一台异常的情况下切到另外一台，自身网络异常的情况下，即5g和wifi6同时断连的情况下，自动重启。
31.本发明的最佳实施例已被阐明，由本领域普通技术人员做出的各种变化或改型都
不会脱离本发明的范围。