基于超融合、虚拟化技术的工控系统优化应用

引言

迪庆有色金属有限责任公司(以下简称"迪庆有色")地处云南香格里拉藏区、海拔3000多米的国家森林公园,年产精矿含铜超过5万t。

迪庆有色生产工艺流程采用一个极其复杂而庞大的过程检测与自动控制系统,各生产设备由设备厂家提供的可编程逻辑控制器(PLC)控制,再通过集散控制系统(DCS)集中至中央控制室集中监视、控制。在生产过程中,自动化工程师面临很多单体设备维护、系统优化的问题。生产设备来自不同厂家,使用的PLC有西门子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,还有西门子PCS系统、霍尼韦尔DCS系统平台等。

由于存在以上问题,在工控平台应用超融合、虚拟化技术,通过软件将服务器、网络、虚拟化等整合为一个易于管理的集成系统,并通过自动化运维减少手动操作,提高安全性,减少人为错误,从而降低实施和运维风险以及运营成本。

1自动化控制现状背景分析

迪庆有色自动化覆盖采矿、选矿、尾矿整个生产流程,采用中央处理器(CPU)冗余的系统,进行DCS系统的编程组态、测试及系统联调。

控制系统主要有有轨运输无人驾驶系统、SABC磨矿自动控制、铜钼混合浮选自动控制、铜钼分离浮选自动控制、精矿脱水自动控制、尾矿输送控制系统。

2工控系统优化方法

2.1超融合技术简介

超融合是受通过软件定义技术构建大规模数据中心的启发,结合虚拟化技术和企业IT的场景,为企业实现可扩展的IT基础架构。目前,国内联想超融合一体机是利用分布式存储和计算虚拟化技术整合服务器集群,对外提供计算、存储和网络等资源的IT基础架构,能够帮助客户大幅度降低各种规模数据中心的复杂性。

基于超融合架构的云数据中心是指大量采用软件定义技术,将计算、存储、网络与专用硬件实现解耦,实现IT基础架构的真正融合,为云计算数据中心的实施与部署扫清了最后一个障碍。采用超融合架构提供云计算服务已经是大势所趋。超融合技术实现原理实际就是以软件定义存储(SDS)替代了传统融合系统中的SAN,主要成分是构筑于标准服务器硬件上的软件定义存储加(服务器)虚拟化。

2.2虚拟化技术简介

服务器虚拟化特点:服务器虚拟化是把一个实体服务器分割成多个小的虚拟服务器。有了服务器虚拟化,多个服务器可以依靠一台实体机生存。最普通的服务器虚拟化方法是使用虚拟机,它可以使一个虚拟服务器像是一台独立的电脑,IT部门通常使用服务器虚拟化来支持各种工作。

将服务器物理资源抽象成逻辑资源,让一台服务器变成几台甚至上百台相互隔离的虚拟服务器,我们不再受制于物理上的界限,而是让CPU、内存、磁盘、IO等硬件变成可以动态管理的"资源池",从而提高资源的利用率,简化系统管理,实现服务器整合,让IT对业务的变化更具适应力一这就是服务器的虚拟化。

2.3优化控制策略

通过虚拟化应用,可以让不同的操作系统在同一台控制主机上同时运行,如WINDOWSXP、WINDOWS7(也可运行UNIX、LINUX系统)等众多操作系统,实现以往不可能实现的多宿主架构,在工控应用当中,可以满足多种业务系统的需要。

快照功能在虚拟化环境中支持每卷创建多个快照拷贝,并将这些时间点拷贝分配给其他虚拟机。这样用户只需创建生产数据的快照拷贝并分配给专门用作测试的虚拟机,就能够创建出功能强大的测试环境了。一旦用户建立了虚拟服务器环境,就能够快速创建虚拟测试服务器。测试人员不仅能够在几秒内分配获得真实的"实时"数据,还能在整个测试过程中进行数据快照。

3工业应用

3.1控制系统平台

下文以VMWarevSphere平台搭建为例进行介绍。

3.1.1搭建服务器硬件资源池

根据实际使用需求配置合适的服务器硬件资源池,按使用需求可选择多台低配置HPMicroServerGen8或类似机器作为服务器服务器,每台服务器只运行1~2个VMS(虚拟机实例),也可配置2~4台(根据项目的实际需求)DELLR920或HPML350PGen9这类大型服务器,每台运行4~6个VMS,还可搭建DELLC6320或HPSL230S等刀片式服务器平台和美国容错(StratuS)、日本NEC、中国海得等容错服务器硬件平台。

3.1.2搭建VMWarevSphere平台

按照硬件厂家推荐的vSphere版本,严格遵照部署手册,部署vSphere平台。应充分考虑到兼容性、可扩展性、容错性。

3.1.3搭建虚拟化环境内的自动化软件环境

须严格按照各个自控系统厂家推荐的方式来部署虚拟化环境。对于要求网卡直通的软件必须设置网卡直通,对于不要求网卡直通的软件推荐采用网卡直通。为降低兼容性风险,应尽量采用较新的自动化软件版本。

3.1.4搭建自动化控制网络

有的PLC系统网络可以合并在一套交换机上,而有的DCS系统网络必须是单独的一套或两套交换机。当系统厂家众多时,网络会显得十分凌乱,需要丰富的经验进行梳理,对于能合并的尽量进行合并:对于不能合并的系统,应尽量将其单独隔离开来,并尽量将网络比较复杂的DCS系统部署在一套服务器上,将网络比较简单的PLC系统部署在一套服务器上。为便于侦听报文,应选择兼容性好、性能强,带有端口镜像功能的高级管理型交换机。

3.2应用效果

(1)满足多种业务系统的需要:可通过虚拟化软件在计算机平台和终端用户之间创建虚拟操作平台,自动化工程师可根据现场PLC的不同软件兼容性配置多个虚拟系统,并可在多个操作系统之间灵活切换。

(2)方便的克隆机制:虚拟机一旦克隆之后,可以在任意主机上再次安装同样的虚拟系统,包括所有的软件和配置,而且不需要考虑软硬件是否匹配的问题。对于讲求稳定性的工控应用来说,克隆机制可以保证足够的备份副本。

4结语

在计算机硬件日益更新的时代,工控技术因为其特殊性,软硬件平台均滞后于主流产品,各工控处理器厂家上位机存在不兼容现象。运用超融合、虚拟化技术搭建的通用平台,可以支持绝大多数软件、硬件环境,提供快速还原和系统快照功能,大大提高了工控平台的兼容性和工程师处理问题的效率。