基于云平台的控制系统构建方法及控制系统与流程

1.本发明属于控制工程技术领域，涉及一种基于云平台的控制系统构建方法及控制系统。


背景技术：

2.目前，在大型装置控制系统的构建中应用的还是单机子系统布局，数据采集与归档系统单机运行。在大型装置控制系统的运行过程中，由于繁多的控制子系统单机布局运行，很容易造成由于机器宕机而带来的控制系统停摆状态。数据进行单机采集与存储，当出现故障而使机器宕机时，将导致运行数据丢失，不利于使用。且这样的运行方式会造成大量计算资源与存储资源的浪费，无法实现资源的充分利用。
3.这也对控制系统的发展提出了更高的要求，在集成化控制系统开发无法普及的情况下，缺少一种实用的控制系统布局方式能够解决控制系统在稳定性、数据安全性、资源利用等问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于云平台的控制系统构建方法及控制系统，在不利用跳板机的情况下实现了资源的远程利用与操作，避免了现场值班操作的困境。
5.为了达到上述目的，本发明的基础方案为：一种基于云平台的控制系统构建方法，包括如下步骤：
6.s1，获取控制系统一段时间的存取数据量；
7.s2，通过实际存取数据量，分配硬件资源与云平台各节点划分；
8.s3，分析该控制系统各项功能需求，并通过功能需求选择相应云平台组件，完成服务器各项组件安装；
9.s4，通过控制系统的网络配置要求，进行内部功能组件之间相互通信协作功能配置与云平台内部网络设置；
10.s5，分析控制系统访问需求，配置云平台访问模式；当控制系统使用内部网络访问,云平台采用内部访问模式，当控制系统采用内部网络搭建,互联网远程访问，云平台采用互联网访问模式；或者控制系统采用两种模式的结合；
11.s6，控制系统各项子系统完成云平台构建与分布式运行；
12.s7，通过测试控制系统各项功能的运行能力，修正系统配置信息；
13.s8，判断整个控制系统运行效率与数据存取速率，若控制系统运行效率与数据存取速率不满足要求，返回s2，重新规划平台节点与硬件资源。
14.本基础方案的工作原理和有益效果在于：获取实际存取数据量大小，判断各节点数量划分与硬件存储资源规划。利用云平台模块需求分析与部署，实现控制系统承载体系搭建，采用多节点控制、多节点存储、多节点计算的方式，保证控制系统在运行安全、数据安全、远程控制方面的运行稳定。通过实现数据采集系统在云平台分布式运行与存储，远程控
制软件系统与测试系统在云平台分布式运行，为控制系统的安全、稳定运行提供了保障。
15.进一步，所述实际存取数据量包括控制系统运行一年时间所存储的数据量与数据提取速度。
16.统计控制系统运行一年时间所存储的数据量与数据提取速度，以此来判断所需要云平台各个节点硬件需求。
17.进一步，分配硬件资源包括服务器数量与配置要求，网络交换机数量与配置要求，磁盘阵列数量与配置要求，以及若干网络连接线；
18.云平台各节点划分包括控制节点数量、存储节点数量、计算节点数量。
19.根据控制系统各子系统实际需求，通过节点及配置要求，调用资源池内计算资源与存储资源，便于后续操作。
20.进一步，在控制系统的单机运行期间的子系统包括数据采集与归档系统、设备监控系统、远程控制软件系统和运行数据统计系统。
21.利用子系统控制对应操作，保证系统顺利运行。
22.进一步，选用磁盘阵列进行云平台挂载，增强系统数据存储能力。
23.增强系统数据存储能力，以满足云平台需求。
24.进一步，分析各项子系统所要求实现的运行功能，与整个控制系统所需要的功能，选择云平台相应功能组件，完成云平台各节点功能组件的安装与各功能组件之间的网络协调配置。
25.操作简单，利于使用。
26.进一步，根据运行数据量的大小，选择磁盘阵列，将所选用的磁盘阵列通过虚拟网络，进行云平台外部挂载，增加整个控制系统数据存储能力。
27.选择合适的磁盘阵列，以满足系统需求，保证系统性能。
28.进一步，若控制系统运行效率与数据存取速率不满足要求，对控制系统各子系统云平台运行稳定性与安全性的验证与修正；
29.安全性验证通过断电、短网或单节点失效的方式进行；
30.当出现虚拟机宕机的情况，需要考虑子系统所在虚拟机分配资源是否足够,进行虚拟机扩容等方式进行修正。
31.最终测试整个控制系统数据安全性，系统稳定性，若不满足预期要求进行重新划分与配置，保证系统性能。
32.进一步，对整个控制系统整体运行效率进行测试，运行效率测试方法包括两种:根据数据收发速率进行判断；通过进行单节点失效来验证数据的安全性。
33.测试系统运行效率，判断系统运行时的性能是否符合要求，以便自动优化系统性能。
34.本发明还提供一种基于云平台的控制系统，包括控制系统、至少10台高性能服务器、至少一台磁盘阵列和至少一台交换机，所述控制系统执行本发明所述的方法，通过高性能服务器、磁盘阵列和交换机，进行远程操作控制系统。
35.利用控制系统，在不利用跳板机的情况下实现了资源的远程利用与操作，避免了现场值班操作的困境。
附图说明
36.图1是本发明基于云平台的控制系统构建方法的流程示意图；
37.图2是本发明基于云平台的控制系统构建方法的结构示意图；
38.图3是本发明基于云平台的控制系统构建方法的云平台构建方法示意图；
39.图4是本发明基于云平台的控制系统构建方法的云平台访问网络设计方法示意图。
具体实施方式
40.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
41.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
42.在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
43.如图1和2所示，本发明公开了一种基于云平台的控制系统构建方法，利用新型it技术实现控制系统分布式运行，基于私有云平台完成控制系统数据存储、软件运行与远程操作的功能，该方法包括如下步骤：
44.s1，获取控制系统一段时间的存取数据量,具体一段时间可以是一年或一月；
45.s2，通过实际存取数据量，分配硬件资源与云平台各节点划分。根据不同应用场景下数据的转换量,实现硬件资源的动态分配；根据构建控制系统的平台大小,对控制节点、存储节点及计算节点进行划分(本实施方式中优选为云计算结构)。实际存取数据量包括控制系统运行一段时间所存储的数据量与数据提取速度，这是平台搭建之前需要进行的数据量与最低数据收发速率的统计,以此来达到云平台的设计需求。分配硬件资源包括服务器数量与配置要求，网络交换机数量与配置要求，磁盘阵列数量与配置要求，以及若干网络连接线；云平台各节点划分包括控制节点数量、存储节点数量、计算节点数量。
46.s3，分析该控制系统各项功能需求，并通过功能需求选择相应云平台组件，完成服务器各项组件安装。云计算系统囊括了多种功能模块组件,本方法提出可以根据实际功能需求选择相应的功能组件进行平台搭建。本实施方式通过将原有的单机运行的控制系统转换为通过云计算平台分布式运行的形式，将各个子系统运行在云平台上分布式运行的虚拟机上，达到分布式运行的效果。
47.s4，通过控制系统的网络配置要求，进行内部功能组件之间相互通信协作功能配置与云平台内部网络设置；在云计算内部,各个功能组件之间是通过虚拟网络进行连接的,而此虚拟网的设置根据控制系统搭建应用的内部网络进行延伸,增加一台虚拟交换机进行
交互。在平台组件安装完成后,需要对云平台内部的网络组件进行网络配置,实现各功能组件之间的相互通信机制。
48.s5，分析控制系统访问需求，配置云平台访问模式；当控制系统使用内部网络访问,云平台采用内部访问模式，当控制系统采用内部网络搭建,互联网远程访问，云平台采用互联网访问模式；或者控制系统采用两种模式的结合；
49.s6，控制系统各项子系统完成云平台构建与分布式运行，云平台的模式是多节点分布式运行的,当各个子系统运行在各自的虚拟机上的时候,其后台运行是在多计算节点上均衡运行的。在控制系统的单机运行期间的子系统包括数据采集与归档系统、设备监控系统、远程控制软件系统和运行数据统计系统。分析各项子系统所要求实现的运行功能，与整个控制系统所需要的功能，选择云平台相应功能组件，完成云平台各节点功能组件的安装与各功能组件之间的网络协调配置。具体各项子系统所要求实现的运行功能根据不同结构的控制系统具有不同的运行功能，例如：开发控制软件的运行，大型装置的数据采集系统所需要的块存储模块，网络模块，镜像模块，计算模块等。
50.s7，选用磁盘阵列进行云平台挂载，增强系统数据存储能力(当搭建云平台选用的服务器性能足够满足需求时,可以不用)。外部挂载的磁盘阵列是根据运行数据量的大小来选择磁盘阵列，在满足运行条件的情况下,可以尽量选择性能较好,存储量大的磁盘阵列。将所选用的磁盘阵列通过虚拟网络，进行云平台外部挂载，增加整个控制系统数据存储能力。
51.s8，通过测试控制系统各项功能的运行能力，修正系统配置信息；云计算平台是一个可以图形化显示和运行的架构，可以通过图形化动态调整虚拟机参数达到控制系统数据收发速率的变化，可以判断各个控制子系统的运行效率，具体包括：系统安全性、系统稳定性、数据存储与数据转换能力。
52.s9，判断整个控制系统运行效率与数据存取速率，若控制系统运行效率与数据存取速率不满足要求，返回s2，重新规划平台节点与硬件资源。具体可将控制系统的参数与原有控制系统的相关数据进行比较，高于原有控制系统的数据转换能力，即为满足要求。
53.若控制系统运行效率与数据存取速率不满足要求，对控制系统各子系统云平台运行稳定性与安全性的验证与修正。安全性验证通过断电、短网或单节点失效的方式进行，进行断电、断网和单节点失效操作后，控制系统内数据保持正常，判定为运行安全；当出现虚拟机宕机的情况，需要考虑子系统所在虚拟机分配资源是否足够,进行虚拟机扩容等方式进行修正。
54.对整个控制系统整体运行效率进行测试，运行效率测试方法包括两种:根据数据收发速率进行判断；通过进行单节点失效来验证数据的安全性。
55.本发明还提供一种基于云平台的控制系统，包括控制系统、至少10台高性能服务器、至少一台磁盘阵列和至少一台交换机，采用10台高性能服务器作为节点硬件资源，其中2台作为控制节点，3台作为存储节点，5台作为计算节点。磁盘阵列采用ds2200磁盘阵列，交换机采用h3c-ls-5120交换机。控制系统执行本发明所述的方法，通过高性能服务器、磁盘阵列和交换机，进行远程操作控制系统。
56.如图3所示，根据控制系统实际需求，功能组件选择以下：dashboard(仪表盘)、compute(计算)、networking(网络)、objectstorage(对象存储)、block storage(块存储)、
identity(认证)、image(镜像)、datebase(数据库)、telemetry(计量)。网页界面选择安装常用的镜像、日志、报警、文件共享、人员认证、资源划分等功能。
57.根据控制系统各子系统实际需求，通过控制节点调用资源池内计算资源与存储资源完成虚拟机生成，完成子控制系统搭建与运行测试，整个控制系统实现了资源的实时调用，数据一键备份，操作人员身份管理，计算数据分布式运行，存储数据分布式存储的特点，最大程度的保证了系统的稳定性与数据的安全性。
58.如图4所示，在同一路由下，实现局域外网办公室访问，控制内网控制大厅访问的效果。配置访问ip时选择内外网访问的模式完成网络配置，最终实现远程操作控制系统的能力。
59.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
60.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。