CN112650168A - 分布式控制系统及其动态调度资源的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了分布式控制系统及其动态调度资源的方法。该系统包括现场总线、就地控制模块、管理总线、运行管理装置，所述运行管理装置包括监测报警模块、数据存储模块和资源动态调度模块；所述就地控制模块包括至少两个就地控制器，每个所述就地控制器分别通过所述现场总线采集测量控制对象的测量数据并处理所述测量数据得到控制数据后；所述资源动态调度模块用于动态调度所述分布式控制系统的资源，并根据所述监测报警模块检测到的故障报警数据调整所述就地控制器之间的任务分配。本发明实现了当某一就地控制器故障后，其余的就地控制器和管理终端都可以作为故障的就地控制器的备份，冗余度大幅提升，可靠性进一步提升。

Description

分布式控制系统及其动态调度资源的方法

技术领域

本申请涉及分布式控制领域，具体而言，涉及分布式控制系统及其动态调度资源的方法。

背景技术

传统的分布式控制系统，其运行计算资源、传输带宽资源和存储资源的分配是固定的，功能也是固定的。为提升可靠性，一般对系统中重要设备采用冗余备份的运维方案，也即用配套的备份设备取代故障设备。这种增加硬件备份的方法通常有两大弊端：一是增加硬件成本和复杂度；二是硬件的复杂对可靠性的提升并不明显。然而，面对复杂的工业环境，资源分配和工作任务的固定严重限制了系统的资源利用率，已成为制约其发展的瓶颈，将无法对已有故障设备进行升机的同时保障控制系统的正常运转。

发明内容

为了解决上述问题，本申请实施例提供了分布式控制系统及其动态调度资源的方法。

第一方面，本申请实施例提供了分布式控制系统，所述系统包括现场总线、就地控制模块、管理总线、运行管理装置，所述运行管理装置包括监测报警模块、数据存储模块和资源动态调度模块；

所述就地控制模块包括至少两个就地控制器，每个所述就地控制器分别通过所述现场总线采集测量控制对象的测量数据并处理所述测量数据得到控制数据后，通过所述现场总线将所述控制数据传输至所述测量控制对象；

所述管理总线分别与所有所述就地控制器连接；

所述资源动态调度模块用于动态调度所述分布式控制系统的资源，并根据所述监测报警模块检测到的故障报警数据调整所述就地控制器之间的任务分配。

优选的，所述数据存储模块用于存储所述管理总线传输的所述测量数据和控制数据。

优选的，所述监测报警模块用于监测所述分布式控制系统的运行状态，对系统故障进行报警，并将所述运行状态和故障报警所对应的数据传输至所述数据存储模块。

优选的，所述资源动态调度模块还用于分析所述现场总线、就地控制模块、管理总线和运行管理装置的资源利用情况，将所述现场总线、就地控制模块、管理总线和运行管理装置中空余的资源分配给所述分布式控制系统来增加或改变任务。

优选的，所述资源动态调度模块还用于根据所有所述就地控制器的资源占用情况，将发生故障的所述就地控制器的任务分配给其余未发生故障的一个或多个就地控制器。

第二方面，本申请实施例提供了分布式控制系统动态调度资源的方法，所述方法包括：

获取所述数据存储模块中的报警数据，基于所述报警数据确定发生故障的故障就地控制器，所述报警数据通过所述监测报警模块所监测；

获取除所述故障就地控制器外的所有正常就地控制器的资源占用信息，基于所述资源占用信息将所述故障就地控制器的任务分配至所述正常就地控制器。

优选的，所述方法还包括:

当检测到所述分布式控制系统的控制任务、监测任务、管理任务中至少一个任务发生增加或改变时，将所述现场总线、就地控制模块、管理总线、运行管理装置中的冗余资源分配给增加或改变的所述任务。

本发明的有益效果为：1.任务重构方法多样灵活，资源利用率大幅提升。当某一控制功能简单的就地控制器故障时，可以直接选用其余一个就地控制器完成故障的就地控制器的功能；当某一控制功能复杂的就地控制器故障时，可以选用其余多个就地控制器和管理终端共同完成故障的就地控制器的功能，系统的资源利用率大幅提升。

2.系统的可靠性进一步提升，去除了传统分布式控制系统中固定作为备份的冗余控制器，当某一就地控制器故障后，其余的就地控制器和管理终端都可以作为故障的就地控制器的备份，冗余度大幅提升，可靠性进一步提升。

3.系统硬件大为简化，大幅降低成本及装配空间。

4.当需要新增控制功能时，无需增加新硬件，设备升机成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的分布式控制系统的结构示意框图；

图2为本申请实施例提供的基于冗余备份的分布式控制系统的举例示意图；

图3为本申请实施例提供的基于资源动态调度的分布式控制系统的举例示意图；

图4为本申请实施例提供的分布式控制系统动态调度资源的方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在下述介绍中，术语“第一”、“第二”仅为用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。下述介绍提供了本发明的多个实施例，不同实施例之间可以替换或者合并组合，因此本发明也可认为包含所记载的相同和/或不同实施例的所有可能组合。因而，如果一个实施例包含特征A、B、C，另一个实施例包含特征B、D，那么本发明也应视为包括含有A、B、C、D的一个或多个所有其他可能的组合的实施例，尽管该实施例可能并未在以下内容中有明确的文字记载。

下面的描述提供了示例，并且不对权利要求书中阐述的范围、适用性或示例进行限制。可以在不脱离本发明内容的范围的情况下，对描述的元素的功能和布置做出改变。各个示例可以适当省略、替代或添加各种过程或组件。例如所描述的方法可以以所描述的顺序不同的顺序来执行，并且可以添加、省略或组合各种步骤。此外，可以将关于一些示例描述的特征组合到其他示例中。

参见图1，图1是本申请实施例提供的分布式控制系统的结构示意框图。在本申请实施例中，所述系统包括：现场总线、就地控制模块、管理总线、运行管理装置，所述运行管理装置包括监测报警模块、数据存储模块和资源动态调度模块；

所述就地控制模块包括至少两个就地控制器，每个所述就地控制器分别通过所述现场总线采集测量控制对象的测量数据并处理所述测量数据得到控制数据后，通过所述现场总线将所述控制数据传输至所述测量控制对象；

所述管理总线分别与所有所述就地控制器连接；

所述资源动态调度模块用于动态调度所述分布式控制系统的资源，并根据所述监测报警模块检测到的故障报警数据调整所述就地控制器之间的任务分配。

在一种可实施方式中，所述数据存储模块用于存储所述管理总线传输的所述测量数据和控制数据。

在一种可实施方式中，所述监测报警模块用于监测所述分布式控制系统的运行状态，对系统故障进行报警，并将所述运行状态和故障报警所对应的数据传输至所述数据存储模块。

在一种可实施方式中，所述资源动态调度模块还用于分析所述现场总线、就地控制模块、管理总线和运行管理装置的资源利用情况，将所述现场总线、就地控制模块、管理总线和运行管理装置中空余的资源分配给所述分布式控制系统来增加或改变任务。

在一种可实施方式中，所述资源动态调度模块还用于根据所有所述就地控制器的资源占用情况，将发生故障的所述就地控制器的任务分配给其余未发生故障的一个或多个就地控制器。

具体的，就地控制指的是一种在具备独立计算处理与控制功能的就地控制装置上所实现的控制方法。就地控制器通过现场总线采集的测量控制对象的测量数据主要有温度、压力、流量、液位等各种过程参数，接着就地控制器将测量数据通过运算处理后转换为控制信号，也即是控制数据，再通过现场总线将控制信号传输给测量控制对象的执行机构，实现对测量控制对象的控制。

数据存储模块用于存储管理总线传输的测量数据和控制数据，监测报警模块用于监测分布式控制系统的运行状态，并对系统故障进行故障报警，系统故障主要包括硬件故障和软件处理异常，且监测报警模块将运行状态和故障报警的数据传输至数据存储模块。资源动态调度模块动态调度分布式控制系统的资源，其中，资源主要包括运行计算资源、传输带宽资源和存储资源。

分布式控制系统所接任务主要有控制任务、监测任务和管理任务。当分布式控制系统接收到的上述任务中任意一种任务发生变化时(新增任务或者任务改变)，资源动态调度模块分析现场总线、就地控制模块、管理总线和运行管理装置的资源利用情况，将现场总线、就地控制模块、管理总线和运行管理装置中多余的资源分配给分布式控制系统增加或者改变的任务。和传统的分布式控制系统相比，就可以实现在不增加硬件的情况下进行功能扩展，同时也提高了资源的利用率。

资源动态调度模块还可以根据故障报警的数据调整就地控制器之间的任务分配。当监测报警模块监测到某就地控制器发生硬件故障或软件处理异常时，监测报警模块产生故障报警的数据，并传输至数据存储模块。然后资源动态调度模块将发生故障的就地控制器切换掉，并根据其余的就地控制器所占资源的情况，将发生故障的就地控制器的任务分配给其余就地控制器。这样就可以在发现故障就地控制器后能够实时切换到其他就地控制器，实现了重要设备的无缝切换，保障了系统的正常运行，提高了系统的稳定性。

需要说明的是，如图2所示，传统分布式控制系统属于静态资源调度系统，系统由管理终端、各就地控制功能控制模块(控制功能1,2,…n，n>15)组成。由于各控制环节的重要性不同，系统采用二冗余(A，B)或三冗余(A，B，C)保障可靠性，且各控制模块的控制功能是固定的，不能更改。在系统运行过程中，管理终端负责收集各控制模块的数据并存储，进行就地显示和人机交互交互等；各就地控制模块进行现场控制，并检测当前主工作就地控制器的状态，若检测出系统故障，则利用冗余备份就地控制器进行替换。当控制对象需要添加新的控制功能时(如设备改造升级中经常会增加电动执行机构)，必须开发新的配套软硬件及控制功能模块。在空间狭小且状况复杂的系统运行环境下，上述设备升级方案甚至难以施行。

而采用动态资源调度系统后，如图3所示，在不增加硬件复杂度的情况下，管理终端增加监测报警、资源动态调度功能，各控制功能模块中就地控制器数量缩减为一个。管理终端中的监测报警模块实时检测各就地控制器的运行状态，当发现某一就地控制器发生异常时，动态资源调动模块分析其他就地控制器或管理终端的计算资源、存储资源以及总线的传输带宽资源的利用情况，将异常控制器的控制任务分配给其他的某一个就地控制器完成，或者多个就地控制器、管理终端共同完成。当现场需要添加新的控制功能时，无需重新开发硬件，通过配置软件将新增的控制功能分配其他的就地控制器、管理终端等。

参见图4，图4是本申请实施例提供的分布式控制系统动态调度资源的方法的流程示意图。在本申请实施例中，所述方法包括：

S401、获取所述数据存储模块中的报警数据，基于所述报警数据确定发生故障的故障就地控制器，所述报警数据通过所述监测报警模块所监测。

S402、获取除所述故障就地控制器外的所有正常就地控制器的资源占用信息，基于所述资源占用信息将所述故障就地控制器的任务分配至所述正常就地控制器。

在一种可实施方式中，所述方法还包括：

当检测到所述分布式控制系统的控制任务、监测任务、管理任务中至少一个任务发生增加或改变时，将所述现场总线、就地控制模块、管理总线、运行管理装置中的冗余资源分配给增加或改变的所述任务。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中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 (7)

1.分布式控制系统，其特征在于，所述系统包括：现场总线、就地控制模块、管理总线、运行管理装置，所述运行管理装置包括监测报警模块、数据存储模块和资源动态调度模块；

所述就地控制模块包括至少两个就地控制器，每个所述就地控制器分别通过所述现场总线采集测量控制对象的测量数据并处理所述测量数据得到控制数据后，通过所述现场总线将所述控制数据传输至所述测量控制对象；

所述管理总线分别与所有所述就地控制器连接；

所述资源动态调度模块用于动态调度所述分布式控制系统的资源，并根据所述监测报警模块检测到的故障报警数据调整所述就地控制器之间的任务分配。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据存储模块用于存储所述管理总线传输的所述测量数据和控制数据。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述监测报警模块用于监测所述分布式控制系统的运行状态，对系统故障进行报警，并将所述运行状态和故障报警所对应的数据传输至所述数据存储模块。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述资源动态调度模块还用于分析所述现场总线、就地控制模块、管理总线和运行管理装置的资源利用情况，将所述现场总线、就地控制模块、管理总线和运行管理装置中空余的资源分配给所述分布式控制系统来增加或改变任务。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述资源动态调度模块还用于根据所有所述就地控制器的资源占用情况，将发生故障的所述就地控制器的任务分配给其余未发生故障的一个或多个就地控制器。

6.分布式控制系统动态调度资源的方法，其特征在于，应用于权利要求1-5所述的分布式控制系统，所述方法包括：

获取所述数据存储模块中的报警数据，基于所述报警数据确定发生故障的故障就地控制器，所述报警数据通过所述监测报警模块所监测；

获取除所述故障就地控制器外的所有正常就地控制器的资源占用信息，基于所述资源占用信息将所述故障就地控制器的任务分配至所述正常就地控制器。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当检测到所述分布式控制系统的控制任务、监测任务、管理任务中至少一个任务发生增加或改变时，将所述现场总线、就地控制模块、管理总线、运行管理装置中的冗余资源分配给增加或改变的所述任务。

Images