虚拟机云化工控系统和工控方法技术方案

本发明专利技术涉及一种虚拟机云化工控系统，其包括：运营商MEC平台，网关和终端设备。为了实现适合智能制造的OT/IT相融合的云化工控系统，本发明专利技术提出，在所述运营商MEC平台上设置云控制平台，所述云控制平台包括非实时操作系统和实时操作系统，所述非实时操作系统与所述实时操作系统能够相互双向通信，并且所述非实时操作系统与所述实时操作系统均能够与所述网关双向通信。本发明专利技术还涉及一种使用虚拟机云化工控系统执行的工控方法。控系统执行的工控方法。控系统执行的工控方法。

【技术实现步骤摘要】
虚拟机云化工控系统和工控方法


[0001]本专利技术涉及一种虚拟机云化工控系统以及一种使用虚拟机云化工控系统执行的工控方法。

技术介绍

[0002]随着计算机技术、通信技术和控制技术的飞速发展，传统的工控领域正经历着一场前所未有的变革，在网络上，开始从有线网络向无线网络方向发展；在技术上，由过去专用的封闭式的OT硬件架构迅速向IT技术的开放式架构转变；在应用上，传统的工业制造不能够满足实现柔性化及智能化生产。
[0003]目前工业发展伴随着“高级排产”、“智能制造”、“先进控制”概念的提出，工控系统除了解决传统的生产问题，还面临着怎样能够进一步多快好省、传统OT领域成熟板块(MES、SCADA等等)不能满足现在的需求、如何打破工控系统中OT与IT之间的信息孤岛等问题，这成为未来工控系统的发展方向。
[0004]传统工业控制系统简单理解是将OT生产系统与IT信息系统相结合，而从现实技术角度，OT/IT难以简单融合起来。
[0005]传统工控系统基本以MES(Manufacturing Execution System，制造执行系统)分成向上为IT领域，向下为OT工控领域，自底向上分为现场设备层、现场控制层和过程控制层，即由监控与数据采集系统(SCADA)、集散控制系统(DCS)、可编程控制器(PLC)、人机界面(HMI)等构成。由于OT从架构、系统数据格式、业务、网络协议、硬件方面跟IT有很大区别，所以，工控系统基本在相对封闭的环境下由厂商影响个性化操作系统，而IT信息办公系统则是相对开放的，即工厂内生产系统OT与信息办公系统IT根本无法融合。
[0006]伴随着工业4.0时代到来，现在工厂智能制造不光要求解决传统的生产问题，更加要求利用IT掌握数据能够赋予工厂管理者监控运行和过程的能力，甚至能够预测可能发生的事件。从而达到加快生产速度，降低能源的消耗与成本。
[0007]传统工业时代，OT与IT是彼此相互割裂的，它们有着各自不同的目标，沿着不同的发展路径，同时在不同的生态系统运行着。由于它们从架构、数据网络传输接口、数据标准统一等方面存在根本的不同，因此传统工控系统OT/IT融合方式，大多采用OT端的数据转化为IT端能够解读的数据，使OT数据能够在更大范围内实现共享，即OT的IT信息化。此种方式存在以下问题：
[0008]1.在传统的IT、OT融合方式中，根本上OT、IT实际还是割裂的，还是各自运行着，分界明显，管理运维成本高。
[0009]2.无法快速适应市场需求的变化，生产业务比较单一落后，无法将过程控制、批量控制以及运动控制等合为一体。由于各自运行，系统之间存在信息孤岛问题，它们还是需要各自运营维护管理，它们之间数据鸿沟还是无法打破，阻碍了企业充分发掘利用已经掌握的信息。
[0010]3.OT侧存在与硬件厂商绑定紧密、可移植性差、升级改造代价大等问题。

技术实现思路

[0011]为了至少部分解决现有技术中存在的OT系统与IT系统不能融合、工厂内的生产系统与办公系统不能统一等上述技术问题，本专利技术提出了一种虚拟机云化工控系统以及一种使用虚拟机云化工控系统执行的工控方法，其将传统的工业系统升级改造，实现了适合智能制造的OT/IT相融合的云化工控系统。
[0012]本文基于虚拟机、边缘计算、云化PLC、5G技术，将传统工控系统与运营商MEC平台相结合方式，打造构建IT云化工控系统，做到OT系统与IT系统真正融合，可以将工厂内的生产系统与办公系统合一，满足企业智能制造、柔性化生产需求，既能达到工业内网生产要求、又能满足工业级数据保密需求。
[0013]根据本专利技术的一方面，提供一种虚拟机云化工控系统，其包括：运营商MEC(Mobile Edge Computing，移动边缘计算)平台，网关和终端设备，其中，在所述运营商MEC平台上设置云控制平台，所述云控制平台包括非实时操作系统和实时操作系统，所述非实时操作系统与所述实时操作系统能够相互双向通信，并且所述非实时操作系统与所述实时操作系统均能够与所述网关双向通信。
[0014]其中，运营商MEC平台可以在现场之外、在运营商城域网节点处运行，尤其在距现场最近的运营商数据节点处运行。
[0015]根据本专利技术的这种虚拟机云化工控系统将OT系统上移到IT资源管理平台(MEC)，从而实现OT、IT最终融合，实现工控系统同台管理、平台同时运营、数据同时共享。搭建主要以终端设备与运营商MEC平台为核心，同时可以通过例如5G技术的运用连接网关，再例如通过现场侧网管交换机连接远程I/O通信模块和终端设备。终端设备可以是边缘控制器、传感器和/或执行器。工控系统一般包括实时操作系统和非实时操作系统，传统工控系统安装在一般的工业服务器或者工控系统上。所述非实时操作系统例如为Windows操作系统(例如Win10虚拟机)。本专利技术基于运营商角度，首次尝试将工控系统从工业环境运行在IT成熟的MEC上，可以将封闭工控系统运行在相对开放IT架构上，也能利用5G优势，打破了传统工业硬件束缚。
[0016]云控制平台为工控系统核心部分，能够实现工业数据采集、编译、计算等功能。云控制平台能够接收到远程设备工业数据，实现工业数据协议解析、业务计算处理，并将处理结果再次下发到终端设备侧。在此不需要像现有技术中那样将OT端的数据转化为IT端能够解读的数据，因为本专利技术的技术方案相当于把工控系统的L1
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L3层部署在传统的IT MEC上，有效替代了现场PLC、工控机、网关等硬件设备，因此可以直接使用OT传统方式解读数据，最后例如用Modbus TCP协议传输给IT。
[0017]本专利技术通过将OT核心系统(云控制平台)上移到运营商MEC平台，实现了工控系统的IT化管理，打破了原先各自运行的情况，实现了资源统一管理、平台统一运维、数据统一共享。
[0018]可选地，根据本专利技术的虚拟机云化工控系统还包括网管交换机、远程I/O通信模块和/或光纤。网关可以经由网管交换机和远程I/O通信模块与终端设备通信。替代地，也可以通过光纤通信。也可以采用网管交换机和远程I/O通信模块为主、光纤为备用的主备模式。
[0019]可选地，所述云控制平台还包括云资源管理平台(例如Openstack云资源管理平台)和服务器。
[0020]可选地，所述云控制平台能够实现云化PLC的功能。云化工控系统的云化网关辅助实现云化PLC的功能。
[0021]因此，基于云资源管理平台管理的MEC服务器拥有双系统，包括实时操作系统(工业核心系统)和非实时操作系统(例如Centos、Windows)，它们可以同时运行，做到OT/IT的隔离及保护。这样，以前相对封闭的工业系统就可以被IT化管理。专利技术人首次尝试将工业核心功能从封闭的工业系统移植到虚拟机版本MEC上，通过核心功能与例如Openstack、Centos系统内核适配，实现了使原来在专有工业系统内运行的系统同样可以在例如普通IT x86 MEC服务器上运行。
[0022]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种虚拟机云化工控系统，其包括：运营商MEC平台，网关和终端设备，其特征在于，在所述运营商MEC平台上设置云控制平台，所述云控制平台包括非实时操作系统和实时操作系统，所述非实时操作系统与所述实时操作系统能够相互双向通信，并且所述非实时操作系统与所述实时操作系统均能够与所述网关双向通信。2.根据权利要求1所述的虚拟机云化工控系统，其特征在于，所述虚拟机云化工控系统还包括网管交换机、远程I/O通信模块和/或光纤。3.根据权利要求1所述的虚拟机云化工控系统，其特征在于，所述云控制平台还包括云资源管理平台和服务器。4.根据权利要求1所述的虚拟机云化工控系统，其特征在于，所述云控制平台能够实现云化PLC的功能。5.根据权利要求1所述的虚拟机云化工控系统，其特征在于，所述非实时操作系统为用于PLC编程、虚拟化配置、算法组态、运动控制、编译下装、在线调试、组态开发的IDE平台，所述实时操作系统为用于执行PLC程序的运行环境。6.根据权利要求1所述的虚拟机云化工控系统，其特征在于，所述非实时操作系统与所述实时操作系统选择相同的网段。7.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈阳，
申请(专利权)人：中国联合网络通信集团有限公司，
类型：发明
国别省市：