虛擬云平臺在東曲礦無人值守建設中的應用

朱棟梁

（西山煤電集團 東曲礦，山西 古交 030200）

隨著自動化和信息化技術在煤礦企業的大規模應用，山西焦煤提出了建設“無人值守機房硐室”的設想：建設現代化無人值守工業集中控制自動化平臺（簡稱“無人值守集控平臺”），對井下6kV變電所、井下水泵房、壓風機房、主通風機房、地面35kV變電所和運煤通道等生產環節中的自動化設備進行遠程實時監測監控，通過對監測數據綜合性動態分析和數據管理，實現集中監控、綜合查詢和統一管理等功能。

東曲礦選擇了基于云的新一代數據中心虛擬化套件VMwarevSphere和以Wonderware軟件平臺為核心的SCADA解決方案來構筑整個無人值守集控平臺的軟件架構和應用。

1 工作原理

1.1 虛擬云SCADA服務架構

機房將完全采用最先進的云計算架構設計，機房硬件由管理服務器、實時和歷史數據服務器、備份服務器、虛擬化服務器、高性能存儲單元組成的虛擬化系統群，使得系統擺脫了傳統物理計算機和網絡的限制；在系統的易維護性、高可靠性、可擴展性等方面都取得了質的飛躍，為“無人值守集控平臺”提供強大可靠的后臺計算機系統。

虛擬化是云服務的基礎，整個集控平臺所有計算機均采用虛擬化應用，采用集中存儲來管理所有計算機數據，極大地提高了服務器硬件利用率。云SCADA系統構架圖見圖1.

圖1 云SCADA系統構架圖

1.2 Wonderware工業軟件應用架構

Wonderware軟件平臺是基于ArchestrA和.NET技術的新一代SCADA系統，其基于工廠模型的、集成的配置環境，為分布式自動化應用的開發、部署、維護與管理的簡化提供了強有力的支持，符合煤礦對各生產子系統數據監控和管理的需求。

軟件平臺應用可大致劃分為：機電設備層、數據層、圖形表達層和用戶應用層，具體結構見圖2.

圖2 軟件應用構架圖

2 結構性能及工作特點

平臺基于先進的虛擬云技術架構進行設計。

云服務端：主要負責對設備層數據的采集、存儲與業務分析，硬件指令的收發，系統信息的監視、報警收集和通知，SCADA監控畫面運行等。云端所有計算機及網絡交換機均為虛擬化設備。

云客戶端：統一簡單的云服務端接入方式，輸入用戶名直接登錄云端SCADA計算機。

虛擬云架構見圖3.

圖3 虛擬云架構圖

2.1 硬件平臺

2.1.1 服務器應用虛擬化

在平臺中，所有后端服務器應用均有虛擬化集群承載，不獨立屬于任何一個物理服務器。

服務器虛擬化見圖4.

任意一臺物理服務器節點的故障退出運行，均不會導致應用的中斷，應用會自動平滑遷移至另一正常工作的服務器節點中繼續運行。故障切換透明，無需在操作系統中做任何設置。從而依托平臺的特性，實現對所有上位機應用的冗余保護，解決了現場使用傳統PC機帶來的安全、管理、維護和系統應用等一系列問題。故障服務器遷移圖見圖5.

圖4 服務器虛擬化圖

圖5 故障服務器遷移圖

2.1.2 虛擬桌面零終端技術

前端采用虛擬桌面零終端技術。整個系統均在后臺服務器集群中存儲、運算。用戶通過零終端，登錄并訪問與IP對應的桌面及應用。虛擬桌面圖見圖6.

圖6 虛擬桌面圖

零終端無cpu、無硬盤等傳統臺式機組件，高效可靠，且本身無任何操作系統，避免了用戶對操作系統的錯誤設置，導致系統無法正常工作的現象。后臺自動對用戶的虛擬桌面定時備份快照，若用戶的虛擬桌面軟件發生故障，管理員只需遠程恢復即可。若零終端損壞，只需更換零終端。由于所有軟件均在后臺服務器端存儲、運行，即使更換整個硬件設備，調度人員用各自賬號登陸后，即可看到自己原有的系統。無需任何遷移工作。

2.2 WonderWare軟件平臺

WonderWare軟件平臺完全基于組件對象模型，可以把該礦各種設備的現場通訊、畫面顯示、動畫腳本、故障報警、歷史曲線等功能全部封裝在模型內部，形成標準的SCADA設備應用庫和有該礦特點的設備模型標準。隨著礦井生產的需要，接入新的子系統時，通過統一的設備模型，就可以簡單地完成新子系統的配置和部署，大大降低了開發難度和工作強度。

3 應用效果

無人值守集控平臺為統一的、具有分布式架構的高性能遠程監控平臺，平臺遵循“數據與顯示分離”、“系統任務角色單一”、“關鍵任務角色冗余”3個要素。納入管理的子系統將統一在遠程集控平臺上實現“五遙”管理、子系統通訊故障集中診斷、無人硐室移動巡檢和子系統遠程集中控制。

平臺拓撲圖見圖7.

圖7 無人值守集控平臺拓撲圖

目前，該平臺集成井下（11個6kV變電所、8個水泵房）和地面（2座35kV變電站、1個地面6kV變電所、3座主通風機房、1座壓風機房和1條主皮帶）生產子系統，共計27個。累積減少崗位人員131人。在減人的同時，通過集中化、自動化控制，提升了實際生產效率，達到了事半功倍的效果，創造了可觀經濟效益。

4 結束語

自動化、信息化、數字化技術在礦井生產中的應用使無人值守機房站所建設已成為趨勢，保障了系統安全，實現了減人提效，虛擬化云計算技術和Wonder-Ware軟件平臺在東曲礦“無人值守”的成功應用為無人值守在集團公司的順利推廣提供了寶貴的經驗。