工業數據中心（IDC）在濟鋼高爐的應用

工業數據中心（IDC）在濟鋼高爐的應用

近年來，我國高爐自動控制技術迅速發展，基本實現了以PLC自動化控制器為核心的下位機系統和以計算機為基礎的自動化監控系統即上位機系統組成。上位機系統硬件一般由工業控制計算機和高速以太網構成，軟件采用SCADA（supervisory control and data acquisition）監控與數據采集系統軟件實現對高爐生產過程進行嚴密的監控和操作。傳統計算機的壽命一般不超過5年，工控機的實際使用年限也很難超過10年，一旦工控機硬件故障，上位機系統通常無法正常運行，對高爐生產過程產生較大影響甚至埋下安全隱患；當今計算機產業高速發展，硬件和軟件更新速度很快，更新的工控機又和舊的上位機軟件和操作系統產生諸多不兼容情況，影響了上位機系統的定期維護。羅克韋爾自動化的工業數據中心IDC解決方案非常好的解決了上述問題，使高爐上位機系統能夠長期穩定運行，消除了因工控機損壞和上位機軟件系統不兼容而帶來的系統風險。

工業數據中心IDC

工業數據中心IDC系列產品和解決方案2014年由羅克韋爾自動化率先推出。它是集硬件服務器系統和虛擬化軟件于一體的工業私有云解決方案。羅韋爾自動化通過與世界領先的IT廠商合作，把所有計算資源（計算機、網絡、存儲）等全部變為一個可以統一規劃和使用的資源，從而使上位機系統具有傳統計算機所不具備的高可靠性和穩定性。

IDC虛擬化平臺

工業數據中心可以自主地創建自己的平臺和虛擬服務器，就功能、性能和操作方式而言，這些虛擬機與傳統的單臺物理服務器并無不同。虛擬服務器提高了系統的資源利用率，同時硬件的大幅減少有效降低了成本，增強了系統硬件和應用軟件的可用性，系統的靈活性和快速響應能力也得以顯著提高。

優化服務器計算資源

根據統計，傳統的服務器通常其平均利用率在5－15%之間，而通過采用虛擬架構進行整合后，服務器的平均利用率可以大幅提高到60%－80%。用戶在降低成本的同時，還大大減少了環境的復雜性，具有更靈活穩定的管理特性。

工業數據中心統一對每個虛擬服務器所需使用的系統資源進行調配，虛擬環境運行過程中這種調配可以在線運行和調度，以保證每一個應用都會有充足的系統資源來運行。同時空閑資源可以被其他需要資源的應用借用，從而最大限度的提高了系統的整體資源利用率。

集中存儲實現IDC磁盤共享

IDC采用SAN集中存儲方式。在SAN集中存儲陣列上，共享了每一個虛擬機的文件。基于這種高性能的群集文件系統，多個物理主機可以同時訪問同一個虛擬機存儲。 將工業數據中心架構系統中的虛擬機封裝成一個文件和若干相關環境配置文件，并將其存放在SAN存儲陣列，不同服務器上的虛擬機都能夠訪問該文件，從而消除了單點故障。

IDC確保虛擬機高可靠性

虛擬化平臺使虛擬機與物理服務器相對獨立，并提供了一系列的方法確保虛擬機在物理服務器故障時仍然可以運行。

HA（high availability）高可用性

IDC會啟動一個資源監視器來監視所有服務器資源，如果某一服務器故障，則無法響應資源監視器。監視器會向虛擬機集群服務報告，采取將故障服務器運行的虛擬機遷移到正常服務器的動作來確保虛擬機繼續運行。

（fault－tolerant）容錯性

IDC使用Lockstep一致性技術將一個主虛擬機和副虛擬機保持在一個Lockstep中，并在不同的物理服務器中運行。一旦某一個服務器發生故障，虛擬機不會受到任何影響，確保了重要業務的連續性運行。

IDC延長上位機系統軟件生命周期

在隔離環境中運行的虛擬機，使用了系統虛擬化技術同時具有備完整硬件功能邏輯以及客戶操作系統和應用程序。舊版軟件能夠與新的硬件環境共存，舊版應用程序所需的運行環境也可以在高版本的硬件上被虛擬出，避免了升級軟件造成的成本增加，延長了舊版軟件的生命周期，也避免了高額的移植成本。

IDC的桌面虛擬化技術

桌面虛擬化是指將計算機的客戶端終端（也稱作桌面）進行虛擬化，以達到更為安全和靈活使用桌面的效果。通過網絡，使用人員或技術人員可以在隨時隨地訪問桌面系統。

桌面的虛擬化基于服務器的虛擬化。IDC數據中心的服務器能夠虛擬化生成大量的獨立的桌面操作系統（虛擬機或者虛擬桌面），終端設備通過專有協議訪問虛擬服務器。用戶使用瘦客戶機通過網絡登陸到虛擬主機上，輸入用戶名和密碼，就能夠訪問自己的桌面系統，從而真正實現單機多用戶。

IDC將上位機系統的操作員利用桌面虛擬化技術進行部署，使用瘦客戶機替代原有工控機。瘦客戶機是使用專業嵌入式處理器、小型本地DOM電子盤、精簡版操作系統的基于PC工業標準設計的小型行業專用PC。 瘦客戶機僅包含嵌入式處理器及本地系統內存、網絡適配器、顯卡和其它外設選件，能夠提供相比普通PC而言更為安全可靠的運行環境同時獲得更低的功耗及更高的安全性。

IDC在濟鋼2號高爐的部署情況

使用了IDC的濟鋼2號高爐網絡結構圖如圖1。

濟鋼2號高爐原上位機系統采用了大量工控機作為服務器和操作員站，使用了IDC后，中控室內的所有服務器和操作員站的功能均由IDC完成。

虛擬化基礎架構

搭建一臺windows域控制器，統一管理域內所有虛擬機，分配操作員賬戶。配置域名解析服務（DNS）和DHCP服務，使瘦客戶端自動獲取IP地址。

一臺vCenter服務器，統一對虛擬化平臺進行管理，利用其提供的瀏覽器客戶端（web Client）即可完成所有管理操作，包括虛擬機創建、虛擬機遷移、虛擬化平臺硬件資源監控等。

兩臺虛擬桌面服務器，為搭建桌面虛擬化提供支持。包括了自動化克隆桌面虛擬機，瘦客戶機接入虛擬桌面認證等。

應用服務虛擬機

濟鋼2號高爐上位機系統采用了羅克韋爾自動化的Factory Talk View SE，它是基于多服務器集群和多客戶端的分布式結構軟件，具有強大的可伸縮性。在FactoryTalk View Enterprise的開發環境下通過使用FactoryTalk View Studio來進行開發。用戶的應用組態位于各個FactoryTalk View SE服務器中，每個客戶端能夠任意調用服務器中的應用。FactoryTalk View SE同時也是羅克韋爾自動化產品戰略的核心組成部分，為企業提供集成的一體化的監控方案。

View SE服務器虛擬機

搭建兩臺View SE畫面虛擬服務器，為SE client提供監控畫面；另外這兩臺虛擬服務器還承擔著SE數據采集的角色，利用RSLinx Enterprise與現場下位機即PLC進行通訊。

這兩臺虛擬服務器使用SE的熱備功能互相備份，當一臺服務器的SE軟件服務異常時，另外一臺可以自動切換。

利用IDC容錯特性對這兩臺虛擬服務器進行進一步保護，即使運行中的某一物理服務器故障，SE server依然可以正常提供服務，不會造成任何數據中斷。

View SE客戶端虛擬機

搭建15臺View SE客戶端虛擬機，首先創建一臺虛擬機并安裝好View SE Client軟件；利用IDC提供的虛擬桌面功能對這一臺View SE Client虛擬機進行克隆，一次性克隆出14臺View SE客戶端；利用15臺瘦客戶機分別訪問IDC內的View SE客戶端虛擬機，大大減輕了安裝操作系統和應用軟件的工作量。

View SE Studio虛擬機

創建一臺虛擬機并安裝好View SE Studio軟件，此軟件為View SE系統的組態工具，供維護工程師對上位機畫面進行修改。利用IDC提供的虛擬桌面功能，工程師們可以利用個人電腦訪問此虛擬機的桌面，從而在SE架構中進行編程組態；工程師們無需對個人電腦安裝相應的編程、組態軟件，從而避免了多廠商軟件的不兼容問題；同時，上位機畫面文件都存放于IDC內的虛擬機中，提高了數據安全性。

圖1 2號高爐網絡結構圖

總結

在2號高爐上位機系統中使用了IDC后，高爐生產和維護帶來了一系列的優勢：1）服務器更加穩定，IDC的物理服務器損壞不會影響虛擬機的運行。2）客戶端更加穩定，且易于更換。客戶端采用瘦客戶機后，壽命長于有風扇的工控機；另外瘦客戶機沒有操作系統，不需要繁瑣的軟件安裝，只需簡單的插拔即可完成更換。3）View SE上位機系統軟件免升級。由于虛擬機的獨立性，升級服務器硬件不會對虛擬機操作系統及上位機軟件造成任何影響，真正實現了一勞永逸。

IDC工業數據中心在濟鋼2號高爐的成功應用，標志著高爐自動化技術的發展進入了一個里程碑式的新階段，必將在日后的數字化、信息化冶煉過程中更加廣泛的應用，為企業帶來更大的經濟效益和社會效益！

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.20.031