基于容器技术的分散控制系统技术方案

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
基于容器技术的分散控制系统
本专利技术涉及智能工业控制及信息
，具体涉及一种基于容器技术的分散控制系统。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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(D本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。/n

【技术特征摘要】
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。


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。


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...

【专利技术属性】
技术研发人员：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，
申请(专利权)人：中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42