时鸣泽，杨梦云，许荣坤，冯茂卿，郭鑫淼
辽宁科技大学 电子与信息工程学院 :114051
摘要 对于常用的通讯技术而言，一个通讯的终端需要有PRP协议以及HSR协议构成，这一才可以保证有效的与另一端的网络设备的通讯。同时，终端还可以通过网络技术借助复数的形式，将数据包按照不同的路径进行传送，要是有一端的单一通信链路发生故障无法完成通讯时，就可以借助备用数据包完成数据的送达，从而实现数据的冗余通信。并且，使用了PRP协议以及HSR协议的通讯技术能够是得在通讯系统中的中断的消耗时间为0，这样就可以保证传输的有效，保证传输数据的完整。
关键字： PRP；HSR；冗余通信技术
前言
在本文中，主要想要介绍一项新的创新项目，同时在本项目中，希望能够实现无缝的冗余通信技术、冗余协议以及高可靠的冗余通信，所以就需要进行一系列的实验，进一步验证实验的可行性。
一、PRP与HSR的冗余协议
PRP和HSR是不同的网络冗余协议，但是基本原理又非常的相似。同时两者都可以很好地适应多种网络拓扑结构，并且还能够通过利用链路层的冗余单元对上层应用实现透明，从而达到理想中的冗余效果。
（一）PRP协议原理
PRP协议要想实现冗余效果，就需要借助一些能够支持PRP的网络节点的协助，同时，一些网络节点能够支持PRP的，都需要拥有两个独立的运行端口，并且这两个端口还可以进行独立的工作，能够独立的与局域网进行连接。这就会使得在使用的过程中，PRP网络节点将报文复制成两份，发送给两个不同的局域网中的节点里。对于任意一个独立的网络出现故障时，并不会影响到PRP网络节点接收到报文的功能，因此就可以实现冗余通信。
（二）HSR协议原理
HRS协议能够实现冗余通信的原理与PRP协议类似，但是HRS协议主要是依靠两个物理端口，才可以为系统提供冗余通信。并且HRS的网络结构类似一个环形，在运行的过程中，就需要借助HRS的网络节点对两个端口同时发送报文。[ 基金项目:辽宁科技大学大学生创新创业计划专项经费资助项目(项目编号: X202110146189）
作者简介: 时鸣泽（2000-），男，辽宁省抚顺市，本科。
研究方向:通信工程]并且在运行的过程中，首先需要判断报文是否是广播帧，如果判断出报文是广播帧，就会进行接受以及转发；若是判断出报文不是广播帧，则会自动检查链路地址是否正确，从而实现冗余通信。
二、项目的设计内容以及设计思路
（一）设计内容
本次的创新实验项目主要是对PRP和HSR协议能否实现无缝冗余通信技术的研究，所以，在实验中主要是以SCALANCE-X204- RNA为核心，搭建出一套无缝冗余通信的系统。并且在系统中主要采用的技术是并行的冗余协议(PRP)和高可靠性无缝冗余(HSR)。同时以工业以太网为基础，结合进PLC系统设计、数字信号处理、PLC模拟量信号的处理、自动控制原理，同时借助相关的仪表仪器等，展开相关的实验。同时，我们还可以通过增加在实验过程中的控制系统设计各项要点等，进一步完成对该项目的构建及测试。并且，我们还可以通过对没有冗余协议的普通环网的SCALANCE-XM408-8C设备进行对比实验，分别证明当PRP与HSR同时存在或是仅存一种协议时，通信是否可以达到无缝冗余效果。
（二）验证思路
1．需要对无缝冗余通信系统的基本框架进行设计，我们可以查询相关的资料，确定在实验过程中使用的设备，从而完善整个通信系统线路图纸的设计。
2．进行网络架构的设计，首先使用工业以太网线缆将各个设备进行正确的连接，并且测试相关的连接是否成功，之后再利用PST软件分别为两台SCALANCE-X204-RNA配置地址组态。
3．利用TIA Portal V14软件分别调试PLC设备，从而确保配置的IO控制器及IO设备能够成功。
4．进行通信测试，首先将IO控制器和IO设备通过Portal软件各自进行组态编译、下载运行，并且在通讯测试的过程中，还需要使IO控制器与IO设备的PLC之间的PROFINET通讯正常，也就是两个S7-1200的ERROR灯没有报警。
5．在进行实验时，首先拔掉其中与IO控制器相连的SCALANCE-X204-RNA设备，将工业以太网线缆的通信状态模拟成出现故障的情况，若IO控制器与IO设备的PLC之间的PROFINET通讯依旧正常，则代表实验成功；之后再拔掉另一个与IO设备相连的SCALANCE-X204-RNA设备，将工业以太网线缆通信情况模拟成故障形式，若IO控制器与IO设备的PLC之间的PROFINET通讯正常，即两个S7-1200 PLC的ERROR灯都没有报警，也代表着实验成功。
6．将第5步骤中使用的SCALANCE-X204-RNA设备替换为SCALANCE XM408-8C设备，也就是将带有无缝冗余通讯效果的设备，替换成不带有无缝冗余通讯效果的设备。重复实验上述的实验步骤；拔掉SCALANCE XM408-8C之间的连接，模拟工业以太网线缆的通信故障情况，若IO控制器与IO设备的PLC之间的PROFINET通讯出现中断，也就是两个S7-1200 PLC的警示灯报警，但是在几秒之后通讯又恢复，则代表着对比实验成功。
7．将第6步骤中使用的设备替换为一台SCALANCE-X204-RNA设备和一台SCALANCE XM408-8C设备，重复步骤1-4。若IO控制器与IO设备的PLC之间的PROFINET通讯正常，即两个S7-1200 PLC的警示灯没有报警，则代表着通讯依旧正常，这样就可以有效的证明，带有HSR协议的交换机可以使不支持HSR协议的设备达到无缝冗余通讯效果。
三、冗余通信技术的应用
（一）拓扑结构的设计
在对拓扑结构进行设计时，首先要全面的了解冗余网络中拓扑结构的具体设置，或是在通信系统中有关传统的双网络设置模式。对于传统的双网而言，拓扑结构设置成多个单元进行串联，之后再将串联好的单元进行并联。但是冗余通讯系统中的拓扑结构却是先把单元进行并联，之后在串联。所以二者相比较，双网结构在运行数据时，需要对不同的网络类型进行切割，但是冗余通讯系统就可以使得物理链路保持着独立的连接，并且每个单元都可以进行数据共享。
（二）配置更新方案
为了更方便设备的运行，需要更新任何间隔元件的配置，例如对程序进行设计或是定值整理等。因此就需要通过源端的间隔单元来使所有的单元能够被检修，或者直接关闭所有的单元应用功能，之后就需要确定源端的间隔单元能否完成更新，之后再对其他单元进行完成检修，如果在更新过程中有单元发生更新失败，则可通过源端的间隔单元对失败的单元进行重新的配置。
四、结束语
在本次创新设计项目中，主要对冗余通信技术进行实验，首先是对没有无缝冗余协议的普通网络进行测试，也就是使用SCALANCE-XM408-8C作为实验的设备，而变量条件一是当PRP与HSR同时存在，二则是仅有PRP或仅有HSR中的一种协议，从而查看通信这两种条件下是否可以存在无缝的冗余通讯。并且，我们还将尝试对含有无缝冗余通讯的设备进行相关的实验，从而记录好数据以及结果作为参考组，这样就可以得到一组可进行对比的数据，就能够了解到PRP与HER协议是否能够很好的达成无缝冗余通讯效果。
参考文献
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