一种大科学装置控制系统的制作方法

1.本公开涉及控制系统领域，具体地涉及一种大科学装置控制系统。


背景技术：

2.大科学装置是指，通过较大规模投入和工程建设来完成的大型设施，建成后通过长期的稳定运行和持续的科学技术活动来实现重要科学技术目标，如大型粒子加速器、高能物理探测器、聚变装置和大型天文望远镜等。
3.大科学装置控制系统，是将大科学装置各个子系统联系起来、协调工作的纽带，也是大科学装置调试和运行的平台。目前，大科学装置控制系统是基于网络的分布式控制系统，由管理层、前端控制层和控制局域网组成。管理层由显示设备和服务器组成，提供人机交互界面(hmi,human machine interface)和各种服务功能；前端控制层通过控制局域网接收管理层的控制，与管理层构成客户服务器模式，设备控制器完成前端设备的状态监测与控制、数据计算、数据收集等任务。
4.随着技术的发展，大科学装置的前端设备大多是智能设备，其通信方式可以分为两类；一类是前端设备直接采用以太网通信方式，另外一类是前端设备采用串口通信方式，可以通过串口服务器将串口通信转换为以太网通信，这样所有的前端设备都能统一通过以太网的方式进行控制。由于控制局域网已经向下延伸到了前端设备，致使通信布线非常方便，但是通过单一的以太网进行控制所有的前端设备，网络负载较大，而且设备之间的数据交流过于频繁，存在信息安全问题。另外目前的设备控制器大多是布置在控制现场的工控机，不利于系统的快速部署，维护也不够方便。


技术实现要素：

5.本公开提供了一种大科学装置控制系统，以解决上述背景技术中提出的网络负载较大、信息安全差、维护不方便的问题。
6.鉴于上述问题，本公开提供了一种大科学装置控制系统，包括：
7.显示设备，上述显示设备上安装有人机界面程序；
8.至少两个前端设备；
9.服务器，其中，上述服务器包括通过服务器虚拟化技术构建得到的虚拟化平台，上述虚拟化平台设有n个虚拟机，每个上述虚拟机上部署有至少一个设备控制器，上述设备控制器均采用双虚拟网卡，其中一张上述虚拟网卡用于实现上述设备控制器和上述前端设备之间的通信，每个上述设备控制器与对应的上述前端设备形成单独的第一虚拟局域网，另一张上述虚拟网卡用于实现上述设备控制器和上述显示设备、上述服务器之间的通信，每个上述设备控制器与上述显示设备、上述服务器形成单独的第二虚拟局域网，其中，n为大于或等于2的整数。
10.根据本公开的实施例，上述服务器上设计有冗余结构。
11.根据本公开的实施例，n个上述虚拟机的环境相同。
12.根据本公开的实施例，通过文件复制的方式创建上述虚拟机。
13.根据本公开的实施例，上述第二虚拟局域网划分有多个子虚拟局域网。
14.根据本公开的实施例，上述设备控制器与上述前端设备的数量相同。
15.根据本公开的实施例，上述第一虚拟局域网根据上述前端设备的不同类型进行划分。
16.根据本公开的实施例，上述设备控制器包括真空控制器和/或电源控制器。
17.根据本公开的实施例，上述前端设备包括以下至少之一：磁铁电源、真空计、溅射离子泵电源控制器。
18.根据本公开的实施例，上述真空计、溅射离子泵电源控制器的通信接口为rs232。
19.在服务器上通过服务器虚拟化技术构建得到虚拟化平台，在虚拟化平台上设置虚拟机，可以实现虚拟机的热迁移功能，在虚拟机上部署设备控制器，可以使设备控制器具备零宕机服务，由于设备控制器替换掉了原有布置在控制现场的工控机，从而便于控制系统的快速部署，再有通过设备控制器采用双虚拟网卡，其中一张虚拟网卡用于实现设备控制器和前端设备之间的通信，另一张虚拟网卡用于实现设备控制器和显示设备、服务器之间的通信，从而形成不同的虚拟局域网对大科学装置进行控制，既节省了带宽，解决了单个网络负载大的问题，提高了网络的处理能力，又可以避免不同前端设备通信相互干扰，起到信息隔离的作用，保证了信息的安全性。由于采用了网络虚拟化、服务器虚拟化的集成技术，可以增加控制系统的适用性和管理的灵活性。通过设置2个以上的虚拟机，在发生故障的情况下，可以进行及时替换，提高了控制系统的安全性。
附图说明
20.通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述内容以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
21.图1示意性示出了本公开的架构示意图；
22.图2示意性示出了本公开实施例一的架构示意图。
具体实施方式
23.以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
24.在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
25.在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
26.在使用类似于“a、b和c等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本
领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有a、b和c中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有a、单独具有b、单独具有c、具有a和b、具有a和c、具有b和c、和/或具有a、b、c的系统等)。
27.如图1所示，根据本公开的实施例，提供了一种大科学装置控制系统，包括：显示设备、前端设备、服务器；
28.其中，显示设备上安装有人机界面程序；
29.前端设备的数量至少为两个；
30.服务器包括通过服务器虚拟化技术构建得到的虚拟化平台，虚拟化平台设有n个虚拟机(图1中vm)，每个所述虚拟机上部署有至少一个设备控制器(图1中c)，设备控制器均采用双虚拟网卡，其中一张虚拟网卡用于实现设备控制器和前端设备之间的通信，每个设备控制器与对应的前端设备形成单独的第一虚拟局域网，另一张虚拟网卡用于实现设备控制器和显示设备、服务器之间的通信，每个设备控制器与显示设备、服务器形成单独的第二虚拟局域网，其中，n为大于或等于2的整数。
31.在服务器上通过服务器虚拟化技术构建得到虚拟化平台，在虚拟化平台上设置虚拟机，可以实现虚拟机的热迁移功能，在虚拟机上部署设备控制器，可以使设备控制器具备零宕机服务，由于设备控制器替换掉了原有布置在控制现场的工控机，从而便于控制系统的快速部署，再有通过设备控制器采用双虚拟网卡，其中一张虚拟网卡用于实现设备控制器和前端设备之间的通信，另一张虚拟网卡用于实现设备控制器和显示设备、服务器之间的通信，从而形成不同的虚拟局域网对大科学装置进行控制，既节省了带宽，解决了单个网络负载大的问题，提高了网络的处理能力，又可以避免不同前端设备通信相互干扰，起到信息隔离的作用，保证了信息的安全性。由于采用了网络虚拟化、服务器虚拟化的集成技术，可以增加控制系统的适用性和管理的灵活性。通过设置2个以上的虚拟机，在发生故障的情况下，可以进行及时替换，提高了控制系统的安全性。
32.如图1所示，根据本公开的实施例，服务器上设计有冗余结构。
33.冗余结构的设计，可以增强控制系统的容灾备份能力，如果关键节点发生故障，也不会影响控制系统的正常运行。
34.如图1所示，根据本公开的实施例，n个虚拟机的环境相同。
35.虚拟机的环境相同指的是基础硬件(cpu、内存、存储等)、操作系统、应用软件相同，由于虚拟机的环境相同，选择运行程序时可以快速进行选择，而且一旦运行程序出现故障，可以运行另外一个进行及时替换，保证控制系统的正常运行。
36.如图1所示，根据本公开的实施例，通过文件复制的方式创建虚拟机。
37.采用文件复制的方式，简便高效，提高了部署的效率。
38.如图1所示，根据本公开的实施例，第二虚拟局域网划分有多个子虚拟局域网。
39.设计多个子虚拟局域网不仅可以提高控制系统的精确度，而且还可以提高信息的安全度，子虚拟局域网的数量可以根据实际需要进行设定，从而保证项目的正常实施。
40.如图1所示，根据本公开的实施例，设备控制器与前端设备的数量相同。
41.不仅提高了控制系统整体的精确度，而且加快了控制速度，提高了控制效率。
42.如图1所示，根据本公开的实施例，第一虚拟局域网根据前端设备的不同类型进行划分。
43.同一类型的前端设备划分在同一第一虚拟局域网内，可以方便对前端设备的控制，提高控制效率。
44.如图2所示，根据本公开的实施例一，一种大科学装置控制系统包括显示设备、服务器、前端设备，其中服务器采用vmware vsphere(业界领先且可靠的虚拟化平台)作为虚拟化平台，虚拟化平台上设有虚拟机，虚拟机上设有设备控制器，设备控制器采用电源控制器和真空控制器，前端设备采用磁铁电源(图2中ps)、真空计(图2中tpg)和溅射离子泵电源控制器(图2中sip)，磁铁电源采用支持以太网通信的智能设备，真空计和溅射离子泵电源控制器也采用智能设备。
45.电源控制器和真空控制器均采用两张双虚拟网卡。
46.电源控制器上的一张虚拟网卡用于实现电源控制器与显示设备、服务器之间的通信，形成第二虚拟局域网(图2中vlan0)，电源控制器上的另一张虚拟网卡用于实现电源控制器与磁铁电源之间的通信，形成第一虚拟局域网(图2中vlan1)。
47.真空控制器上的一张虚拟网卡用于实现真空控制器与显示设备、服务器之间的通信，形成第二虚拟局域网(图2中vlan0)，真空控制器上的另一张虚拟网卡用于实现真空控制器与真空计、溅射离子泵电源控制器之间的通信，形成第一虚拟局域网(图2中vlan2)，真空计、溅射离子泵电源控制器的通信接口为rs232，通过串口服务器moxa nport6450将rs232接口转换为以太网接口，然后接入到第一虚拟局域网(图2中vlan2)，实现与真空控制器的通信。
48.根据本公开的实施例一，由于采用了网络虚拟化、服务器虚拟化的集成技术，增加了控制系统的适用性和管理的灵活性，不仅节省了带宽，解决了单个网络负载大的问题，提高了网络的处理能力，又避免了不同前端设备通信相互干扰，起到信息隔离的作用，保证了信息的安全性。
49.以上对本公开的实施例进行了描述，但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。