CN111638945B - 基于容器技术的分散控制系统 - Google Patents

基于容器技术的分散控制系统 Download PDF

Info

Publication number
CN111638945B
CN111638945B CN202010519867.3A CN202010519867A CN111638945B CN 111638945 B CN111638945 B CN 111638945B CN 202010519867 A CN202010519867 A CN 202010519867A CN 111638945 B CN111638945 B CN 111638945B
Authority
CN
China
Prior art keywords
service
micro
module
development
container
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010519867.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111638945A (zh
Inventor
张勇
胡玉清
周才洋
陈进发
吴穹
王宇轩
肖长为
秦晓洁
刘文涛
潘剑
袁伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Power Engineering Consultant Group Central Southern China Electric Power Design Institute Corp
Original Assignee
China Power Engineering Consultant Group Central Southern China Electric Power Design Institute Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Power Engineering Consultant Group Central Southern China Electric Power Design Institute Corp filed Critical China Power Engineering Consultant Group Central Southern China Electric Power Design Institute Corp
Priority to CN202010519867.3A priority Critical patent/CN111638945B/zh
Publication of CN111638945A publication Critical patent/CN111638945A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111638945B publication Critical patent/CN111638945B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F9/00—Arrangements for program control, e.g. control units
    • G06F9/06—Arrangements for program control, e.g. control units using stored programs, i.e. using an internal store of processing equipment to receive or retain programs
    • G06F9/44—Arrangements for executing specific programs
    • G06F9/455—Emulation; Interpretation; Software simulation, e.g. virtualisation or emulation of application or operating system execution engines
    • G06F9/45533—Hypervisors; Virtual machine monitors
    • G06F9/45558—Hypervisor-specific management and integration aspects
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F9/00—Arrangements for program control, e.g. control units
    • G06F9/06—Arrangements for program control, e.g. control units using stored programs, i.e. using an internal store of processing equipment to receive or retain programs
    • G06F9/46—Multiprogramming arrangements
    • G06F9/48—Program initiating; Program switching, e.g. by interrupt
    • G06F9/4806—Task transfer initiation or dispatching
    • G06F9/4843—Task transfer initiation or dispatching by program, e.g. task dispatcher, supervisor, operating system
    • G06F9/4881—Scheduling strategies for dispatcher, e.g. round robin, multi-level priority queues
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
    • H04L67/50—Network services
    • H04L67/51—Discovery or management thereof, e.g. service location protocol [SLP] or web services
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
    • H04L67/50—Network services
    • H04L67/60—Scheduling or organising the servicing of application requests, e.g. requests for application data transmissions using the analysis and optimisation of the required network resources
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F9/00—Arrangements for program control, e.g. control units
    • G06F9/06—Arrangements for program control, e.g. control units using stored programs, i.e. using an internal store of processing equipment to receive or retain programs
    • G06F9/44—Arrangements for executing specific programs
    • G06F9/455—Emulation; Interpretation; Software simulation, e.g. virtualisation or emulation of application or operating system execution engines
    • G06F9/45533—Hypervisors; Virtual machine monitors
    • G06F9/45558—Hypervisor-specific management and integration aspects
    • G06F2009/45595—Network integration; Enabling network access in virtual machine instances
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Information Retrieval, Db Structures And Fs Structures Therefor (AREA)

Abstract

本发明提供了一种基于容器技术的分散控制系统，其包括开发模块、资源管理模块和服务调度模块，开发模块用于开发微服务，并设置有开发微服务所需的数据库；资源管理模块通过虚拟化技术实现IT基础设施的虚拟化及池化，并用于虚拟化IT资源的管理和维护以及开发完成的微服务的存储；服务调度模块用于在容器中调用、部署及维护微服务，在部署或维护微服务时与开发模块交互以获取或编辑开发模块中的微服务并与资源管理模块交互以获取微服务运行所需的资源分配。本发明解决目前智能化应用过程中出现的控制系统封闭化、平台多元化、管控分离化等问题，使其适应智能感知层设备接入、监控及管理，提供一个智能化基础平台。

Description

基于容器技术的分散控制系统
技术领域
本发明涉及智能工业控制及信息技术领域，具体涉及一种基于容器技术的分散控制系统。
背景技术
传统分散控制系统(DCS)是工业控制领域的重要组成部分，一般由专业公司提供的数据采集卡、控制器(DPU)、操作员站、工程师站、历史站、接口站等专业硬件及软件集成，其主要特点是自建网络、专用硬件、自成系统。
遵循封闭化发展思想的传统控制系统，在安全性方面具有绝对优势，但封闭的系统给全厂管理的数字化、信息化、智能化建设带来了挑战：基于封闭的控制系统在工业生产安全上有绝对优势的理解，全厂数字化平台只能将生产、管理经营等数字化平台拆分为许多封闭的子系统，通过单向数据传递方式，实现的数据在上层平台共享，这显然与随着云计算、大数据、AI等新技术发展而形成的工业4.0时代要求的统一平台，生产、管理、经营数据双向传递，以实现经营到管理，管理到生产的闭环、智能、柔性生产是矛盾的，因此采用通用硬件，采用云原生架构的容器技术实现虚拟DCS以解决封闭化问题，实现信息化建设3.0时代的智能化需求是非常必要的。
同时，随着国家对信息化建设的重视及各企业在信息化建设上的大量投入，信息化2.0建设以解决“信息孤岛”为目标，解决了碎片化系统的整合与集成问题，各碎片系统间除互操作外，互联、互通已基本实现，但这与实现智能化的目标还有差距。随着云计算、大数据、AI等新技术的发展，未来信息化建设将转入3.0时代，一是信息化系统建设重点将从内部转入外部，内外边界模糊，以适应柔性生产的需要。二是集中系统将转入分布式系统，采用云原生、面向服务(SOA)等架构、容器化虚拟技术，以支持“平台+组件”的弹性、动态、按需部署模式。三是现有封闭化平台向云端转型，数据从工艺流程控制及管理应用向数据深度挖掘与融合应用为主的智能化转型，从而实现数据即价值。基于“一个中心”、“一张网络”、“一张地图”、“一个平台”作为未来智能制造、智能工厂、智能电厂等工业控制及信息化领域智能化设计理念，也需要一种新的分散控制系统(DCS)解决方案。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种基于容器技术的分散控制系统，可将生产、管理、经营平台统一在一个云原生架构下，解决目前智能化应用过程中出现的控制系统封闭化、平台多元化、管控分离化等问题。
本发明提供了一种基于容器技术的分散控制系统，其特征在于包括开发模块、资源管理模块和服务调度模块，其中：开发模块设置于虚拟DCS的开发服务器上，资源管理模块设置于虚拟DCS的资源管理服务器上，服务调度模块部署在虚拟DCS的服务调度服务器主节点及其子节点上；开发模块用于开发微服务，并设置有开发微服务所有需的数据库；资源管理模块通过虚拟化技术实现IT基础设施的虚拟化及池化，并用于虚拟化IT资源的管理和维护以及开发完成的微服务的存储；服务调度模块用于在容器中调用、部署及维护微服务，在部署或维护微服务时与开发模块交互以获取或编辑开发模块中的微服务并与资源管理模块交互以获取微服务运行所需的资源分配。
上述技术方案中，所述开发模块中的数据库包括协议库、设备库、逻辑库、人机界面画面库、资源需求库；开发模块通过从上述数据库中调取开发需求对应的标准协议解析模块、标准设备模块、标准控制逻辑模块、标准画面模块和标注资源需求进行控制服务、操作服务、历史数据分析服务、设备管理服务、OPC接口服务的微服务开发，并将开发完成的微服务推送至资源管理模块。
上述技术方案中，所述资源管理模块包括微服务仓库，用于存储开模模块开发完成后的微服务，根据服务调度模块的需求拉取微微服务。
上述技术方案中，微服务以文件方式保存于服务调度模块中，微服务以单个形式部署在容器内或将多个微服务组合实现新的服务部署在容器内；微服务容器通过暴露其由服务调度模块分配的IP地址及端口供外部及其他微服务容器调用，微服务容器之间通过代理建立虚拟局域网络连接及通信；
服务调度模块支持同一个微服务容器部署在不同的工作节点上，相互备用，但主工作容器失效，备用容器立即开始接替运行；
所述工作节点指虚拟DCS的服务调度服务器主节点及其子节点。
上述技术方案中，微服务容器运行所需的资源配置均通过开发模块开发后存放在资源需求库，微服务容器根据功能需要配置参数文件进行调用，由资源管理模块按配置分配相应的资源；微服务容器运行产生的数据均通过数据持久化技术保存在资源管理模块中。
上述技术方案中，所述服务调度模块根据开发模块的应用部署，从资源分配模块获取资源，实现微服务容器运行及其服务监控及报警，服务调度模块操作记录及日志收集，服务调度资源及使用统计、分析及报警。
上述技术方案中，所述资源管理模还用于资源管理模块操作记录及日志收集，资源注册服务，资源分配及使用统计、分析及报警。
上述技术方案中，所述开发模块向资源管理模块提出推送新开发的微服务申请或微服务仓库中已经存在的微服务进行维护或删除不需要的微服务申请，资源管理模块同意后进行相应推送、维护或删除操作。
开发模块向服务调度模块提出将监控所需的微服务进行仿真服务申请，服务调度模块对指定的微服务进行仿真，开发模块根据服务调度模块的仿真测试结果修改微服务，直至微服务满足控制监控需求，且安全、稳定的运行，并将测试通过后的微服务推送至微服务仓库，删除微服务仓库中原始的微服务；
开发模块用于上述操作记录及日志的收集。
上述技术方案中，开发模块根据外部指令开发微服务，开发模块推送开发完成的微服务至微服务仓库并创建镜像；开发模块根据外部指令运行微服务并发送请求运行微服务的申请；服务调度模块根据申请内容创建该微服务对应微服务容器并调度至指定的工作节点；工作节点的K8s-Kubelet收到创建微服务容器的通知后告知Docker运行应用/微服务镜像，如果本地已经拉取镜像则直接运行，如果没有镜像则在微服务仓库中拉取后运行。
上述技术方案中，所述资源开发模块中设置有可供调用的持久卷置备程序和标记为默认值的一个或多个存储类；开发模块根据外部指令创建一个引用其中一个存储类的持久卷声明；工作节点的K8s查找其中引用的存储类和置备程序，并要求置备程序根据持久卷声明请求的访问模式和存储大小，以及参数在存储类中置备新的持久卷；置备程序指定真实的存储，创建一个持久卷并将其绑定到持久卷声明；开发模块根据外部指令创建了一个包含通过名称引用持久卷声明的存储卷的微服务容器并通过服务调度模块部署微服务容器至指定工作节点，服务调度模块通过与资源管理模块的交互分配微服务容器定义的资源至指定工作节点。
本发明提供了一种基于容器技术的分散控制系统，其开发模块主要利用画面库、逻辑库、设备库、协议库等开发库实现DCS微服务的开发，并将开发的DCS服务存储在资源管理模块的微服务仓库中；资源管理模块主要利用虚拟化技术实现通用服务器、通用计算设备、内存设备、存储设备、网络设备、安全设备等IT基础设施的虚拟化及池化，供服务调度层实现DCS服务、计算、存储、网络、安全、实时数据库、历史数据等资源的灵活调度、按需分配。服务调度模块主要利用容器技术(Docker)、微服务网格技术(K8s/Service mesh)实现DCS微服务的部署及维护，并在部署时自动获取资源管理层的资源，保证DCS微服务的安全、稳定运行。本发明通过虚拟DCS实现工业现场智能仪表及设备的数据采集，逻辑判断、现场设备控制、工艺参数调整等常规DCS具备的功能。虚拟DCS更符合工业4.0时代统一平台，生产、管理、经营数据双向传递，以实现经营到管理，管理到生产的闭环、智能、柔性生产的需求，解决了以传统DCS为基础的智能化方案的封闭性、碎片化问题，实现了IT与OT的融合，生产、管理、经营平台同一，有利于数据从工艺流程控制及管理应用向数据深度挖掘与融合应用为主的智能化转型，为基于“一个中心”、“一张网络”、“一张地图”、“一个平台”为理念的智能制造、智能工厂、智能电厂打下坚实的基础。
附图说明
图1为本发明的系统架构示意图
图2为本发明的树形文件结构示意图
图3为本发明的微服务开发及部署示意图
图4为本发明的微服务存储资源动态分配示意图
图5为本发明的主要服务功能示意图
图6为本发明的控制服务主要功能示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
如图1所示，本发明提供了一种基于容器技术的分散控制系统，包括开发模块、资源管理模块和服务调度模块，其中：开发模块设置于虚拟DCS的开发服务器上，资源管理模块设置于虚拟DCS的资源管理服务器上，服务调度模块部署在虚拟DCS的服务调度服务器主节点及其子节点上。
其中，开发模块主要负责微服务的开发，并将开发测试完毕的微服务模块推送至微服务仓库内，当系统需要提供、修改、退出微服务时，通过接口与服务调度模块交互，实现微服务的自动部署及维护。开发模块部署在虚拟DCS的开发服务器上，其主要功能如下：
对DCS监控所需的协议库进行开发，并将开发的标准协议解析模块存储到协议库中；对DCS监控所需的设备库进行开发，并将开发的标准设备模块存储到设备库中；
对DCS监控所需的控制逻辑进行开发，并将开发的标准控制逻辑模块存储到逻辑库中；
对DCS监控所需的人机界面监控画面进行开发，并将开发的标准画面模块存储到人机界面画面库中；
对DCS监控所需的资源需求库进行开发，并将开发的标准资源需求存储到资源需求库中；
根据实际项目控制系统功能需要，采用标准拖拽方式从1-5库中选择对应的模块，完成控制系统的控制服务、操作服务、历史数据分析服务、设备管理服务、OPC接口服务等控制系统所需的微服务模块开发；
与资源管理模块进行交互，提出推送新开发的微服务申请，提出对微服务仓库中已经存在的微服务进行维护(删除不需要的微服务等)申请，资源管理模块同意后进行相应推送、维护操作；
与服务调度模块进行交互，提出将监控所需的微服务进行仿真服务申请，根据仿真测试结果修改微服务，直至微服务满足控制监控需求，且安全、稳定的运行，并将测试通过后的微服务推送至微服务仓库，删除原有微服务；
与服务调度模块进行交互，申请将监控所需的微服务部署上线、下线、更新等；
开发模块操作记录及日志收集，安全相关功能。
资源管理模块主要利用虚拟化技术实现通用服务器、通用计算设备、内存设备、存储设备、网络设备、安全设备等IT基础设施的虚拟化及池化，供服务调度层实现DCS服务、计算、存储、网络、安全、实时数据库、历史数据等资源的灵活调度、按需分配。资源管理模块部署在虚拟DCS的资源管理服务器上，其主要功能如下：
通用服务器、计算设备、内存设备、存储设备、网络设备、安全设备等IT硬件资源虚拟化；实现虚拟化IT资源的管理及维护；与开发模块交互，实现微服务仓库的管理；
与服务调度模块交互，实现微服务仓库中微服务模块的拉取；
与调度模块交互，实现虚拟化IT资源的分配；
资源管理模块操作记录及日志收集；资源注册服务；资源分配及使用统计、分析及报警；安全相关功能。
服务调度模块主要实现DCS微服务的部署及维护，并在部署时自动获取资源管理层的资源，保证DCS微服务的安全、稳定运行。服务调度模块部署在虚拟DCS的服务调度服务器主节点及其子节点上，其主要功能如下：
与开发模块交互，按照开发模块设计的工程应用从微服务仓库DCS拉取对应的微服务，并将微服务部署在容器中，实现微服务的上线、下线、更新等部署操作；
与资源管理模块交互，实现微服务运行所需的资源分配；
微服务容器冗余部署及主备用切换，微服务容器运行及其服务监控及报警，服务调度模块操作记录及日志收集；服务调度资源及使用统计、分析及报警；安全相关功能。
如图2所示，本发明可应用于系统化的厂级系统服务、网络服务、机组级服务、车间级服务和设备及服务，实现各层级的基本服务和层级之间的交互沟通服务。
微服务以文件方式保存于服务调度模块中，微服务以单个形式部署在容器内或将多个微服务组合实现新的服务部署在容器内；实现设备级、车间级、机组级、厂级系统由简单到复杂的DCS控制系统。微服务容器通过暴露其调度层分配的IP地址及端口供外部及其他微服务容器调用，微服务容器之间通过代理(proxy)建立虚拟局域网络(VLAN)连接及通信，确保DCS微服务容器之间数据的共享及操作协调。
服务调度模块支持同一个微服务容器部署在不同的工作节点上，相互备用，但主工作容器失效，备用容器立即开始接替运行；所述工作节点指虚拟DCS的服务调度服务器主节点及其子节点。工作节点设置于不同层级的不同工作对象或设备，以形成网络化的交互结构。
图3以虚拟DCS系统微服务开发及部署示意图为例，解释本发明实例开发模块与资源管理模块交互实现DCS微服务开发及推送流程及虚拟DCS开发模块与服务调度模块交互，实现微服务的自动部署及维护流程的完整流程。
(1)工程师开发应用/微服务。
(2)开发模块与资源管理模块交互，推送应用/微服务到微服务仓库(创建镜像)。
(3)工程师运行应用/微服务。
(4)开发模块与微服务调度模块交互，发出请求运行应用/微服务的申请。
(5)服务调度模块同意申请，创建Pod并调度到工作节点。
(6)微服务调度工作节点的K8s-Kubelet收到创建应用/微服务pod的通知。
(7)微服务调度工作节点的K8s-Kubelet告诉Docker去运行应用/微服务镜像，如果本地已经拉取镜像则直接运行，如果没有镜像则需要在微服务仓库中拉取。
(8)微服务调度工作节点的Docker从微服务仓库中拉取镜像并运行。
(9)应用/微服务pod开始服务
服务调度模块支持同一个微服务Pod部署在不同的工作节点上，相互备用，但主工作Pod失效，备用Pod立即开始接替运行；服务调度模块也支持微服务Pod升级、回滚、v污点部署、容忍度部署、亲缘性部署等部署策略。
图4以虚拟DCS系统微服务存储资源动态分配示意图为例，解释本发明实例开发模块、资源管理模块、调度模块交互实现DCS微服务pod所需资源的定义、动态调用及使用过程。pod所需计算、网络、数据库等其他资源的定义、调用及使用过程与存储资源类似。
(1)资源管理员设置持久卷置备程序(如果尚未部署)，供开发模块调用。
(2)资源管理员创建一个或多个存储类(Storage Class)并将其标记为默认值(它可能已经存在)，供开发模块调用。
(3)开发工程师创建一个引用其中一个存储类(Storage Class)的持久卷声明(PVC)(或者不使用默认值)
(4)K8s查找其中引用的存储类(Storage Class)和置备程序，并要求置备程序根据持久卷声明(PVC)请求的访问模式和存储大小，以及参数在存储类(Storage Class)中置备新的持久卷(PV)
(5)置备程序指定了真实的存储，创建一个持久卷并将其绑定到持久卷声明(PVC)
(6)工程师创建了一个包含通过名称引用持久卷声明(PVC)的存储卷的pod
(7)工程师通过服务调度器部署pod的同时，服务调度器会通过与资源层的交互，直接分配pod定义的资源，实现了资源的动态分配。
图5以虚拟DCS系统主要服务功能示意图为例，解释本发明实例虚拟DCS主要服务pod及其功能。基于开发模块的模块库，可以将各种模块库采用标准拖曳方式，组成功能强大的服务镜像存储在微服务仓库内，使用时调度层直接拉取镜像部署。虚拟DCS主要服务有控制服务、操作服务、设备管理服务、历史数据分析服务、OPC接口服务。具体功能如下：
控制服务。控制服务部署在控制服务的pod内，可以实现控制服务镜像拉取，控制服务可以按照设置实现对多个逻辑相关或者区域相关的智能感知层设备进行数据采集及逻辑判断，根据逻辑判断结果需要改变感知层设备状态时，发送控制指令改变感知层设备状态，从而改变工艺生产流程。控制服务pod内主要有协议转换、数据采集、数据解析、报警判断、逻辑判断、数据打包及实时数据上传、逻辑算法、控制指令下发、操作数据网络共享等微服务。
操作服务。操作服务部署在提供操作服务的pod内，可以实现服务镜像拉取，组态画面显示、实时监控数据显示、报警显示、人机界面操作、操作数据网络共享等功能。
设备管理服务。设备管理服务部署在设备管理站服务的pod内，可以实现对所有运行智能感知层设备及运行pod的诊断及检测，及时收集感知层设备及pod的运行维护信息，辨识不正常的感知层设备和pod，能在所有操作界面及开发界面上实现对所有运行pod及感知层设备的管理及诊断显示，为运行维护人员实时监控故障、排除故障、精准维护提供指导。
历史数据分析服务。历史数据分析部署在提供历史服务分析的pod内，可以实现对所有运行感知层设备及运行pod的实时数据进行采集并保存在历史数据库中，历史数据分析及优化软件能对所有历史数据进行分析，并在人机界面上实现对所有运行pod及感知层设备历史数据分析及诊断结果的显示，为运行维护人员故障分析、排除故障、精准维护提供指导。
OPC接口服务。OPC接口服务部署在提供OPC接口服务的pod内，即作为OPC接口服务器，将控制系统所有运行感知层设备及运行pod的实时数据进行编码及协议转后提供给第三方使用，也可以作为客户端使用，对第三方提供的数据进行接入，使用。
图6以控制服务主要功能示意图为例，解释本发明实例控制服务pod完成智能设备数据交互，管控数据分离、逻辑判断、实时数据库操作等功能。具体功能模块如下：
数据交互服务。数据交互服务主要完成现场智能设备数据寄存器与数据交互服务数据缓存器的数据交互，完成现场智能设备的数据采集及控制指令下发。
数据预处理服务。数据预处理服务主要完成交互收据的预处理，将数据分为控制数据及管理数据，对数据进行处理使之符合逻辑控制判断的需要，设备管理的需求。
设备管理监控虚拟存储服务。设备管理监控虚拟存储服务为设备管理数据分配存储空间，与虚拟CPU计算资源交互完成设备管理判断，并将所有运算中间数据保存在虚拟存储中。
控制逻辑虚拟内存服务。控制逻辑虚拟内存服务为控制逻辑程序、控制逻辑运算中间数据提供内存，与虚拟CPU计算资源交互完成逻辑判断，所有运算均在内存中实时完成，并将所有运算中间数据保存在内存的虚拟寄存器中。
设备管理数据打包服务。管理数据打包分服务主要完成设备管理监控服务虚拟寄存器中的数据采集，并将数据格式化编码，将设备管理数据写入实时数据库(分库)。
虚拟CPU计算服务。虚拟CPU计算服务每隔固定时隙(如逻辑控制10ms，设备管理1000ms等)从逻辑控制虚拟内存中读取控制逻辑及现场数据寄存器数据，完成逻辑运算，并将运算中间数据存入相应寄存器。
控制数据打包服务。控制数据打包服务主要完成逻辑控制服务虚拟寄存器中的数据采集，并将数据格式化编码，准备将设备管理数据写入实时数据库(分库)。
数据库操作服务。数据库操作服务主要完成控制数据打包服务与实时数据库(分库)的读写，设备管理数据打包服务与实时数据库(分库)的读写工作。
虚拟实时数据库(分库)。虚拟实时数据库(分库)主要完成控制服务pod内部数据的实时读取，并在分库数据写入至全厂实时数据库(主库)中，供其他pod调用。
内部数据服务接口。内部数据服务接口主要完成虚拟实时数据库(分库)与全厂实时数据库(主库)的数据同步。
主控服务。完成控制服务pod的数据初始化、资源配置、多线程协调其子模块运行等工作。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种基于容器技术的分散控制系统，其特征在于包括开发模块、资源管理模块和服务调度模块，其中：开发模块设置于虚拟DCS的开发服务器上，资源管理模块设置于虚拟DCS的资源管理服务器上，服务调度模块部署在虚拟DCS的服务调度服务器主节点及其子节点上；开发模块用于开发微服务，并设置有开发微服务所需的数据库；资源管理模块通过虚拟化技术实现IT基础设施的虚拟化及池化，并用于虚拟化IT资源的管理和维护以及开发完成的微服务的存储；服务调度模块用于在容器中调用、部署及维护微服务，在部署或维护微服务时与开发模块交互以获取或编辑开发模块中的微服务并与资源管理模块交互以获取微服务运行所需的资源分配。
2.根据权利要求1所述的基于容器技术的分散控制系统，其特征在于所述开发模块中的数据库包括协议库、设备库、逻辑库、人机界面画面库、资源需求库；开发模块通过从上述数据库中调取开发需求对应的标准协议解析模块、标准设备模块、标准控制逻辑模块、标准画面模块和标准资源需求进行控制服务、操作服务、历史数据分析服务、设备管理服务、OPC接口服务的微服务开发，并将开发完成的微服务推送至资源管理模块。
3.根据权利要求2所述的基于容器技术的分散控制系统，其特征在于所述资源管理模块包括微服务仓库，用于存储开发模块开发完成后的微服务，根据服务调度模块的需求拉取微服务。
4.根据权利要求3所述的基于容器技术的分散控制系统，其特征在于微服务以文件方式保存于服务调度模块中，微服务以单个形式部署在容器内或将多个微服务组合实现新的服务部署在容器内；微服务容器通过暴露其由服务调度模块分配的IP地址及端口供外部及其他微服务容器调用，微服务容器之间通过代理建立虚拟局域网络连接及通信；
服务调度模块支持同一个微服务容器部署在不同的工作节点上，相互备用，但主工作容器失效，备用容器立即开始接替运行；
所述工作节点指虚拟DCS的服务调度服务器主节点及其子节点。
5.根据权利要求3所述的基于容器技术的分散控制系统，其特征在于微服务容器运行所需的资源配置均通过开发模块开发后存放在资源需求库，微服务容器根据功能需要配置参数文件进行调用，由资源管理模块按配置分配相应的资源；微服务容器运行产生的数据均通过数据持久化技术保存在资源管理模块中。
6.根据权利要求1所述的基于容器技术的分散控制系统，其特征在于所述服务调度模块根据开发模块的应用部署，从资源管理模块获取资源，实现微服务容器运行及其服务监控及报警，服务调度模块操作记录及日志收集，服务调度资源及使用统计、分析及报警。
7.根据权利要求1所述的基于容器技术的分散控制系统，其特征在于所述资源管理模还用于资源管理模块操作记录及日志收集，资源注册服务，资源分配及使用统计、分析及报警。
8.根据权利要求1所述的基于容器技术的分散控制系统，其特征在于所述开发模块向资源管理模块提出推送新开发的微服务申请或微服务仓库中已经存在的微服务进行维护或删除不需要的微服务申请，资源管理模块同意后进行相应推送、维护或删除操作；
开发模块向服务调度模块提出将监控所需的微服务进行仿真服务申请，服务调度模块对指定的微服务进行仿真，开发模块根据服务调度模块的仿真测试结果修改微服务，直至微服务满足控制监控需求，且安全、稳定的运行，并将测试通过后的微服务推送至微服务仓库，删除微服务仓库中原始的微服务；
开发模块用于上述操作记录及日志的收集。
9.根据权利要求3所述的基于容器技术的分散控制系统，其特征在于开发模块根据外部指令开发微服务，开发模块推送开发完成的微服务至微服务仓库并创建镜像；开发模块根据外部指令运行微服务并发送请求运行微服务的申请；服务调度模块根据申请内容创建该微服务对应微服务容器并调度至指定的工作节点；工作节点的K8s-Kubelet收到创建微服务容器的通知后告知Docker运行应用/微服务镜像，如果本地已经拉取镜像则直接运行，如果没有镜像则在微服务仓库中拉取后运行。
10.根据权利要求7所述的基于容器技术的分散控制系统，其特征在于所述资源开发模块中设置有可供调用的持久卷置备程序和标记为默认值的一个或多个存储类；开发模块根据外部指令创建一个引用其中一个存储类的持久卷声明；工作节点的K8s查找其中引用的存储类和置备程序，并要求置备程序根据持久卷声明请求的访问模式和存储大小，以及参数在存储类中置备新的持久卷；置备程序指定真实的存储，创建一个持久卷并将其绑定到持久卷声明；开发模块根据外部指令创建了一个包含通过名称引用持久卷声明的存储卷的微服务容器并通过服务调度模块部署微服务容器至指定工作节点，服务调度模块通过与资源管理模块的交互分配微服务容器定义的资源至指定工作节点。
CN202010519867.3A 2020-06-09 2020-06-09 基于容器技术的分散控制系统 Active CN111638945B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010519867.3A CN111638945B (zh) 2020-06-09 2020-06-09 基于容器技术的分散控制系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010519867.3A CN111638945B (zh) 2020-06-09 2020-06-09 基于容器技术的分散控制系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111638945A CN111638945A (zh) 2020-09-08
CN111638945B true CN111638945B (zh) 2023-04-28

Family

ID=72332235

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010519867.3A Active CN111638945B (zh) 2020-06-09 2020-06-09 基于容器技术的分散控制系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111638945B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220091572A1 (en) * 2020-09-22 2022-03-24 Rockwell Automation Technologies, Inc. Integrating container orchestration systems with operational technology devices
CN112347105B (zh) * 2020-11-06 2023-01-31 中国电子科技集团公司第三十八研究所 一种基于资源树的通用数据服务平台
CN113176875B (zh) * 2021-05-12 2024-01-12 同济大学 一种基于微服务的资源共享服务平台架构
CN113709707B (zh) * 2021-10-29 2022-03-15 中兴通讯股份有限公司 服务网格中边车部署的方法、装置、电子设备和存储介质
CN114327951A (zh) * 2021-12-30 2022-04-12 上海众人智能科技有限公司 一种基于多语义表达的模块化数据治理系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108306963A (zh) * 2018-01-30 2018-07-20 环球大数据科技有限公司 一种scada系统及协议层数据配置方法
CN110325995A (zh) * 2016-06-30 2019-10-11 通用电气公司 安全的工业控制平台
CN111164952A (zh) * 2017-11-16 2020-05-15 英特尔公司 分布式软件定义的工业系统

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100011356A1 (en) * 2008-07-10 2010-01-14 Electrowave Usa, Inc. Intelligent distributed controller
US9846585B2 (en) * 2013-05-14 2017-12-19 Rockwell Automation Technologies, Inc. System and method for emulation of an automation control system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110325995A (zh) * 2016-06-30 2019-10-11 通用电气公司 安全的工业控制平台
CN111164952A (zh) * 2017-11-16 2020-05-15 英特尔公司 分布式软件定义的工业系统
CN108306963A (zh) * 2018-01-30 2018-07-20 环球大数据科技有限公司 一种scada系统及协议层数据配置方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Madiha H. Syed 等.The secure container manager pattern.《PLoP '18: Proceedings of the 25th Conference on Pattern Languages of Programs》.2020,第1-8页. *
Pradipta Ghosh 等.Container Orchestration for Dispersed Computing.《WOC '19: Proceedings of the 5th International Workshop on Container Technologies and Container Clouds》.2019,第19-24页. *
罗亮.基于Docker的工业大数据平台持续服务关键技术研究.《中国优秀硕士学位论文数据库 信息科技辑》.2019,(第06期),I138-358. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111638945A (zh) 2020-09-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111638945B (zh) 基于容器技术的分散控制系统
Jennings et al. Agent-based control systems
Komoda Service oriented architecture (SOA) in industrial systems
CN112214280B (zh) 一种电力系统仿真的云化方法及系统
CN112600891B (zh) 一种基于信息物理融合的边云协同系统及工作方法
CN108614688A (zh) 应用于混合云环境的可视化应用编排及方法
CN105843182A (zh) 一种基于oms的电力调度事故预案系统及方法
CN104021078B (zh) 软件监控装置及方法
US11875236B2 (en) Industrial process control system as a data center of an industrial process plant
CN108460199A (zh) Cni建模系统
CN113377344B (zh) 一种复杂信息系统综合集成方法
Wang et al. IndustEdge: A time-sensitive networking enabled edge-cloud collaborative intelligent platform for smart industry
CN114615157A (zh) 一种面向算网一体化场景的智慧营维系统及其应用方法
García et al. From ISA 88/95 meta-models to an OPC UA-based development tool for CPPS under IEC 61499
CN114385126B (zh) 一种基于K8s的多租户深度学习模型研发系统及方法
CN110633085B (zh) 基于微服务架构的继电保护整定计算方法及装置
Liu et al. Generalized distributed four-domain digital twin system for intelligent manufacturing
TWI651667B (zh) 一種虛實網路資源拓樸之介面系統
Sekkat et al. Developing integrated performance measurement system using component based approach
Dai et al. Design of industrial edge applications based on iec 61499 microservices and containers
CN112486666A (zh) 一种模型驱动的参考架构方法及平台
Bodner et al. Virtual factories: an object-oriented simulation-based framework for real-time FMS control
WO2003034338A2 (en) Management platform and environment
Kokai et al. Recent development in open systems for EMS/SCADA
Betancourt et al. Model-based development of a dynamic container-based edge computing system

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant