基于超融合、虛擬化技術(shù)的工控系統(tǒng)優(yōu)化應(yīng)用

引言

迪慶有色金屬有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱"迪慶有色")地處云南香格里拉藏區(qū)、海拔3000多米的國家森林公園,年產(chǎn)精礦含銅超過5萬t。

迪慶有色生產(chǎn)工藝流程采用一個(gè)極其復(fù)雜而龐大的過程檢測(cè)與自動(dòng)控制系統(tǒng),各生產(chǎn)設(shè)備由設(shè)備廠家提供的可編程邏輯控制器(PLC)控制,再通過集散控制系統(tǒng)(DCS)集中至中央控制室集中監(jiān)視、控制。在生產(chǎn)過程中,自動(dòng)化工程師面臨很多單體設(shè)備維護(hù)、系統(tǒng)優(yōu)化的問題。生產(chǎn)設(shè)備來自不同廠家,使用的PLC有西門子S7二200SMART、S7二200、S7二1200、S7二1500,也有GE的90二30、RX3i,AB的MICROLOGIX1500系列和1756系列,還有西門子PCS系統(tǒng)、霍尼韋爾DCS系統(tǒng)平臺(tái)等。

由于存在以上問題,在工控平臺(tái)應(yīng)用超融合、虛擬化技術(shù),通過軟件將服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、虛擬化等整合為一個(gè)易于管理的集成系統(tǒng),并通過自動(dòng)化運(yùn)維減少手動(dòng)操作,提高安全性,減少人為錯(cuò)誤,從而降低實(shí)施和運(yùn)維風(fēng)險(xiǎn)以及運(yùn)營成本。

1自動(dòng)化控制現(xiàn)狀背景分析

迪慶有色自動(dòng)化覆蓋采礦、選礦、尾礦整個(gè)生產(chǎn)流程,采用中央處理器(CPU)冗余的系統(tǒng),進(jìn)行DCS系統(tǒng)的編程組態(tài)、測(cè)試及系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。

控制系統(tǒng)主要有有軌運(yùn)輸無人駕駛系統(tǒng)、SABC磨礦自動(dòng)控制、銅鉬混合浮選自動(dòng)控制、銅鉬分離浮選自動(dòng)控制、精礦脫水自動(dòng)控制、尾礦輸送控制系統(tǒng)。

2工控系統(tǒng)優(yōu)化方法

2.1超融合技術(shù)簡(jiǎn)介

超融合是受通過軟件定義技術(shù)構(gòu)建大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的啟發(fā),結(jié)合虛擬化技術(shù)和企業(yè)IT的場(chǎng)景,為企業(yè)實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展的IT基礎(chǔ)架構(gòu)。目前,國內(nèi)聯(lián)想超融合一體機(jī)是利用分布式存儲(chǔ)和計(jì)算虛擬化技術(shù)整合服務(wù)器集群,對(duì)外提供計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)等資源的IT基礎(chǔ)架構(gòu),能夠幫助客戶大幅度降低各種規(guī)模數(shù)據(jù)中心的復(fù)雜性。

基于超融合架構(gòu)的云數(shù)據(jù)中心是指大量采用軟件定義技術(shù),將計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)與專用硬件實(shí)現(xiàn)解耦,實(shí)現(xiàn)IT基礎(chǔ)架構(gòu)的真正融合,為云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的實(shí)施與部署掃清了最后一個(gè)障礙。采用超融合架構(gòu)提供云計(jì)算服務(wù)已經(jīng)是大勢(shì)所趨。超融合技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理實(shí)際就是以軟件定義存儲(chǔ)(SDS)替代了傳統(tǒng)融合系統(tǒng)中的SAN,主要成分是構(gòu)筑于標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器硬件上的軟件定義存儲(chǔ)加(服務(wù)器)虛擬化。

2.2虛擬化技術(shù)簡(jiǎn)介

服務(wù)器虛擬化特點(diǎn):服務(wù)器虛擬化是把一個(gè)實(shí)體服務(wù)器分割成多個(gè)小的虛擬服務(wù)器。有了服務(wù)器虛擬化,多個(gè)服務(wù)器可以依靠一臺(tái)實(shí)體機(jī)生存。最普通的服務(wù)器虛擬化方法是使用虛擬機(jī),它可以使一個(gè)虛擬服務(wù)器像是一臺(tái)獨(dú)立的電腦,IT部門通常使用服務(wù)器虛擬化來支持各種工作。

將服務(wù)器物理資源抽象成邏輯資源,讓一臺(tái)服務(wù)器變成幾臺(tái)甚至上百臺(tái)相互隔離的虛擬服務(wù)器,我們不再受制于物理上的界限,而是讓CPU、內(nèi)存、磁盤、IO等硬件變成可以動(dòng)態(tài)管理的"資源池",從而提高資源的利用率,簡(jiǎn)化系統(tǒng)管理,實(shí)現(xiàn)服務(wù)器整合,讓IT對(duì)業(yè)務(wù)的變化更具適應(yīng)力一這就是服務(wù)器的虛擬化。

2.3優(yōu)化控制策略

通過虛擬化應(yīng)用,可以讓不同的操作系統(tǒng)在同一臺(tái)控制主機(jī)上同時(shí)運(yùn)行,如WINDOWSXP、WINDOWS7(也可運(yùn)行UNIX、LINUX系統(tǒng))等眾多操作系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)以往不可能實(shí)現(xiàn)的多宿主架構(gòu),在工控應(yīng)用當(dāng)中,可以滿足多種業(yè)務(wù)系統(tǒng)的需要。

快照功能在虛擬化環(huán)境中支持每卷創(chuàng)建多個(gè)快照拷貝,并將這些時(shí)間點(diǎn)拷貝分配給其他虛擬機(jī)。這樣用戶只需創(chuàng)建生產(chǎn)數(shù)據(jù)的快照拷貝并分配給專門用作測(cè)試的虛擬機(jī),就能夠創(chuàng)建出功能強(qiáng)大的測(cè)試環(huán)境了。一旦用戶建立了虛擬服務(wù)器環(huán)境,就能夠快速創(chuàng)建虛擬測(cè)試服務(wù)器。測(cè)試人員不僅能夠在幾秒內(nèi)分配獲得真實(shí)的"實(shí)時(shí)"數(shù)據(jù),還能在整個(gè)測(cè)試過程中進(jìn)行數(shù)據(jù)快照。

3工業(yè)應(yīng)用

3.1控制系統(tǒng)平臺(tái)

下文以VMWarevSphere平臺(tái)搭建為例進(jìn)行介紹。

3.1.1搭建服務(wù)器硬件資源池

根據(jù)實(shí)際使用需求配置合適的服務(wù)器硬件資源池,按使用需求可選擇多臺(tái)低配置HPMicroServerGen8或類似機(jī)器作為服務(wù)器服務(wù)器,每臺(tái)服務(wù)器只運(yùn)行1~2個(gè)VMS(虛擬機(jī)實(shí)例),也可配置2~4臺(tái)(根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際需求)DELLR920或HPML350PGen9這類大型服務(wù)器,每臺(tái)運(yùn)行4~6個(gè)VMS,還可搭建DELLC6320或HPSL230S等刀片式服務(wù)器平臺(tái)和美國容錯(cuò)(StratuS)、日本NEC、中國海得等容錯(cuò)服務(wù)器硬件平臺(tái)。

3.1.2搭建VMWarevSphere平臺(tái)

按照硬件廠家推薦的vSphere版本,嚴(yán)格遵照部署手冊(cè),部署vSphere平臺(tái)。應(yīng)充分考慮到兼容性、可擴(kuò)展性、容錯(cuò)性。

3.1.3搭建虛擬化環(huán)境內(nèi)的自動(dòng)化軟件環(huán)境

須嚴(yán)格按照各個(gè)自控系統(tǒng)廠家推薦的方式來部署虛擬化環(huán)境。對(duì)于要求網(wǎng)卡直通的軟件必須設(shè)置網(wǎng)卡直通,對(duì)于不要求網(wǎng)卡直通的軟件推薦采用網(wǎng)卡直通。為降低兼容性風(fēng)險(xiǎn),應(yīng)盡量采用較新的自動(dòng)化軟件版本。

3.1.4搭建自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)

有的PLC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)可以合并在一套交換機(jī)上,而有的DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)必須是單獨(dú)的一套或兩套交換機(jī)。當(dāng)系統(tǒng)廠家眾多時(shí),網(wǎng)絡(luò)會(huì)顯得十分凌亂,需要豐富的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行梳理,對(duì)于能合并的盡量進(jìn)行合并:對(duì)于不能合并的系統(tǒng),應(yīng)盡量將其單獨(dú)隔離開來,并盡量將網(wǎng)絡(luò)比較復(fù)雜的DCS系統(tǒng)部署在一套服務(wù)器上,將網(wǎng)絡(luò)比較簡(jiǎn)單的PLC系統(tǒng)部署在一套服務(wù)器上。為便于偵聽報(bào)文,應(yīng)選擇兼容性好、性能強(qiáng),帶有端口鏡像功能的高級(jí)管理型交換機(jī)。

3.2應(yīng)用效果

(1)滿足多種業(yè)務(wù)系統(tǒng)的需要:可通過虛擬化軟件在計(jì)算機(jī)平臺(tái)和終端用戶之間創(chuàng)建虛擬操作平臺(tái),自動(dòng)化工程師可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)PLC的不同軟件兼容性配置多個(gè)虛擬系統(tǒng),并可在多個(gè)操作系統(tǒng)之間靈活切換。

(2)方便的克隆機(jī)制:虛擬機(jī)一旦克隆之后,可以在任意主機(jī)上再次安裝同樣的虛擬系統(tǒng),包括所有的軟件和配置,而且不需要考慮軟硬件是否匹配的問題。對(duì)于講求穩(wěn)定性的工控應(yīng)用來說,克隆機(jī)制可以保證足夠的備份副本。

4結(jié)語

在計(jì)算機(jī)硬件日益更新的時(shí)代,工控技術(shù)因?yàn)槠涮厥庑?軟硬件平臺(tái)均滯后于主流產(chǎn)品,各工控處理器廠家上位機(jī)存在不兼容現(xiàn)象。運(yùn)用超融合、虛擬化技術(shù)搭建的通用平臺(tái),可以支持絕大多數(shù)軟件、硬件環(huán)境,提供快速還原和系統(tǒng)快照功能,大大提高了工控平臺(tái)的兼容性和工程師處理問題的效率。