基于云计算的油气管道SCADA系统设计.pdf

基于云计算的油气管道S C A D A系统设计 The oi I and gas pi pel i ne SCA队s ys t em bas ed on cl ou d com put i ng 刘苗 ，谭永东 ，贾世民 L l U Mi a o。 。T AN Yo n g - d o n g’ ，J l A Sh i - rai n 1 ． 中国石油天然气管道局 中油龙慧自动化工程有限公司，北京 1 0 5 3 ；2 _ 中国石油天然气管道局 科技中心，J 部坊0 6 5 0 0 0 摘要为了有效提高现有油气管道S C A D A 系统的可靠性和资源利用率，提出基于云计算的油气管道 S C A D A 系统和最优资源调度算法。采用最优资源调度算法的基于云计算的油气管道S C A D A 系 统通过整合数据中心服务器内存资源和处理器资源提高S C A D A 系统资源利用率，通过实现历 史数据多机备份并保障实时数据主副版本并行执行从而有效提高S C A D A 系统可靠性。实验证 明最优资源调度算法具有良好的可靠性和可调度性。 关键词；云计算；油气管道 C A D A 系统；最优资源调道算法 中囝分类号T P 2 7 7 文献标识码A 文章编号1 0 0 9 - 0 1 8 4 2 0 1 5 1 1 下 - 0 0 0 4 - 0 3 D o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． I s s n ． 1 0 0 9 -0 1 3 4 ． 2 0 1 5 ． 2 2 ． 0 2 0 引言 云计算是一种利用互联 网实现随时随地、按需、 便捷地访 问共享资源池 如计算 设施 、存储设备 、应 用程序等 的计 算模 式 。对云计算而 言，其借鉴 了 传统分布式计算的思想，但其更 强调大规模资源池 的 分享 ，通过 分享提高资源复用率 】 。作为信息产业 的 一 大创新 ，云计算模式一经提出便得到工业界 、学术 界的广泛关注 。其 中A ma z o n 等公司的云计算平台提供 可快速部署 的虚拟服务器，实现了基础 设施 的按 需分 配口 】 。Ma p R e d u c e [4 等新型并行编程框架简化 了海量数 据处理模 型。Go o g l e 公司 的A p p E n g i n e 云计算开发 平台为应用服 务提供商开发和部署云计算服务提供接 口。S a l e s f o r c e 公司的客户关系管理 C RM， c u s t o me r r e l a t i o n s h i p ma n a g e me n t 服务 等云计算服务将桌面应 用程序迁移到互联网，实现应用程序 的泛在访问。在油 气管道工控 自动化领域也迫切需要借鉴云计算思想实现 技术革新 。 S CADA S u p e r v i s o r y Co n t r o l An d Da t a Ac q u i s i t i o n， 数据采集与监视控制系统 是一种 以监督为基础 的计算 机控制系统 。目前，中国石油长输油气管道采用集中调 度管理 的运营模式 。油气 管道S C A D A系统 由中心控制 系统、通讯系统、站控系统组成。中心控制系统使用广 域通讯 网络 ，通过部署在站场的智能控制设备 P L C、 数据通讯网关、站场服务器实现对管道工艺设备的监 视和控制 。管道的运行需要控制中心的整体控制 ，来 协调和平衡各个管段、各个站场的压力和流量 ，需要控 制中心具有很强的可靠性，所以，中心采取一主一备的 热备冗余结构 】 。服务器集群完成数据采集 、数据实时 处理 、历史数据存储、模型服务解析等功能 ，每个服务 器负责单独一个管线，同时采用主各冗余机制保障。操 作员工作站应能够连接多台服务器、多系统进行监视和 控制 。 在传统的S C A D A系统中的单一备份服务器并不能 完全保证系统的可靠性，而且，这种冗余配置不但造成 服务器资源的浪费，而且增加 了运行维护管理工作量和 设备电源功耗等 。此外，随着系统规模不断扩大，主备 中心不断增加服务器数量 ，由于所面对的管道站场数据 点数量不同，某些服务器的负载过重，而有些服务器的 资源利用率却很低，从而造成整个S C A DA 系统的负载 不均衡和资源巨大浪费。分布式云计算技术能实现大规 模资源池的分享 ，通过分享提高资源复用率，因此采用 云计算思想来解决油气管道S C A D A系统的资源利用率 低和负载不均衡问题急需研究。 1 基于云计算的油气管道S C A D A 系统模型 本文提 出的基于云计算 的油气管道S C A D A系统如 图1 所示。 新的系 统中数据 中心采用分布式 云架构 ，彻底打 破 了传统的各管线独立操作，一主一各冗余的模式 。建 立多区域数据中心，将所有数据中心的存储资源和处理 器资源聚合起来，形成油气管道S C A D A系统云。考虑 到油气管道S C A D A系统 的不断扩大 ，提出的基于云计 算的油气管道S C A D A系统采用分级结构 。针对不 同区 域设立区域数据 中心，对于不同管线的数据和任务，采 取就近原则，选择最近的区域数据中心执行管线实时数 据处理和历史数据存储 。多个区域数据中心之 间通过专 收稿日期2 0 1 5 - 0 9 - 0 6 作者简介刘苗 1 9 8 0一，女，博士后，研究方向为石油自动化与云计算。 [ 4 1 第3 7 卷第1 1 期2 0 1 5 1 1 下 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m