虛擬機技術在鋼鐵冶金行業的應用

湯穎

摘要：隨著虛擬機技術的成熟，鋼鐵冶金工業也開始逐步推廣使用虛擬機。虛擬機在冶金工廠設計、自動化編程調試和工業控制系統中的應用，使設計院、自動化公司和冶金工廠提升了工作效率，降低了投資成本。未來，隨著5G網絡時代的到來，工業云和智能工廠技術的發展，冶金行業虛擬機的應用必將更加廣泛。

關鍵字：虛擬機、鋼鐵冶金、自動化

1.虛擬機技術概述

虛擬機技術是虛擬化技術的一種，虛擬機（Virtual Machine）是指采用軟件模擬的具有完整硬件系統功能的、運行在一個完全隔離環境中的完整計算機系統。虛擬機是一個虛擬“PC”的軟件，可以使人們在一臺電腦上同時運行二個或更多的操作系統。不同的虛擬機都是一個獨立的操作系統。在一個虛擬機上的軟件安裝和操作都只影響該虛擬機的操作系統，不會影響其它虛擬機的操作系統。同時，不同的虛擬機共享電腦的文件、應用、硬件和網絡資源。

虛擬機技術的應用，降低了電腦硬件的使用和維護成本;同時，給IT工程師提供了方便快捷的測試和軟件運行平臺，提高了勞動生產率。

2.虛擬機技術在冶金設計院中的應用

鋼鐵冶金設計院的計算機服務器硬件需求非常復雜。冶金工廠設計除了工藝主體專業之外，還需要水電風氣等十幾個專業的協同設計。每個專業在設計的不同階段需要完成原理流程圖、設備訂貨圖和工廠施工圖等多種類型的圖紙設計。每種圖紙設計都需要使用不同類型的設計軟件。這些軟件一般都采用C/S架構，工程師通過客戶端授權使用。不同的設計軟件對計算機服務器的要求各不相同。隨著BIM技術的發展，各專業需要使用各自領域不同的專業BIM設計軟件。如果為不同專業的不同設計軟件都配置對應的服務器和客戶端，硬件采購費用是一筆不小的投資。同時，僅安裝一個專業設計軟件的服務器并不能滿負荷運行，造成不必要的硬件資源浪費。

3.虛擬機技術在自動化編程調試中的應用

鋼鐵冶金工廠的自動化水平比較高，冶金工廠中通常集成了各種不同品牌、不同架構的自動化控制系統。例如，DCS系統有浙大中控、科遠、和利時、霍尼韋爾等品牌;PLC有AB、SIEMENS、Schneider等品牌;變頻器傳動也有ABB、SIEMENS、Schneider等不同品牌不同系列的產品。每種品牌的設備都需要工程師使用對應的編程調試軟件及HMI軟件。這些軟件互不通用，同一個品牌的軟件也有眾多不同版本。如果將這些軟件安裝在同一個操作系統下，會出現許多bug，導致軟件無法運行。

采用虛擬機技術，可以在工程師的一臺編程器種將不同品牌、不同系列、不同版本的編程軟件安裝在各自獨立的虛擬機中。虛擬機之間相互隔離，由此保證編程軟件不會互相影響使用。虛擬機操作系統可由幾位工程師共享，節省了企業采購多個授權的費用。在調試程序時，同時運行的多臺虛擬機不僅可模擬不同設備之間的通訊，還可以設置不同的網絡通訊協議與多臺設備同時通訊，極大的方便自動化工程師的調試工作。一位工程師編程器安裝了8個虛擬機。8個虛擬機對應的自動化和設計軟件見表1：

由表1可見，一臺自動化工程師的編程器，通過采用VMWare workstation虛擬機技術，安裝了SIEMENS、Schneider、AB、Wonderware等4個PLC品牌不同版本的PLC及HMI軟件。同時還安裝了Orcle數據庫、不同版本的Visual Studio編程軟件以及AutoCAD繪圖軟件。如果沒有采用虛擬機技術，該工程師即使擁有多臺編程器，也可能無法高效的同時完成不同軟件環境的編程調試工作。

4.虛擬機技術在鋼鐵冶金工廠自動化系統中的應用

隨著虛擬機技術的發展，虛擬機的可靠性完全滿足工業控制系統的要求。部分鋼鐵冶金企業開始將虛擬機技術應用于工業控制監控計算機。不僅滿足了工廠數據采集的多樣性，也保證了數據庫的安全可靠，同時大幅降低了計算機維護工作量。

某鋼廠燒結車間有2臺燒結機。為了將燒結車間的生產數據實時傳輸到煉鐵公司的L2級系統，并定時生成燒結車間的生產報表，需要新建一套燒結車間L2系統。燒結車間L2級系統需要1臺數據庫服務器，用于存儲并處理燒結車間的L2級數據。還需要配置2臺數據采集工控機，分別將2臺燒結機的L1級生產數據采集到燒結車間L2級服務器。此外，為了將燒結車間L2級數據上傳到煉鐵公司L2級系統并接收煉鐵公司L2級系統下達的生產任務，需要配置1臺數據通訊工控機。還需要配置若干臺燒結車間生產報表客戶端工控機，供燒結車間分析查詢生產報表。

采用傳統的燒結車間L2級硬件架構，需要使用多臺工控機和1臺服務器。數據采集工控機、數據通訊工控機和服務器都沒有備份的硬件配置。一旦某一臺硬件設備出現故障，必將影響燒結車間L2級的功能。

當采用虛擬機技術后，使用VMWare ESXi and vSphere虛擬化平臺在服務器A中建立數據采集機、數據庫服務器和數據通訊機。使用服務器B定時對服務器A種的虛擬機進行在線備份。如果服務器A中的虛擬機出現故障，工程師可啟用服務器B中的備份虛擬機接管運行。燒結車間使用2臺高性能服務器即完成了L2級系統的冗余配置。不僅提高了系統的可靠性，也節省了硬件采購和維護的費用。

5.結束語

虛擬機技術，在硬件擴展性、維護便捷性和系統安全性方面，擁有傳動硬件無法比擬的優勢。隨著5G網絡時代的到來，工業云和智能工廠技術的發展。未來的虛擬機將不需要鋼鐵冶金設計院和生產企業自己搭建硬件平臺，而是運行在工業云端。未來的企業將通過支付使用服務費用來獲取云端的虛擬機資源。不僅節省了硬件采購費用，同時，也可降低后期的硬件維護成本并擁有更靈活的系統擴展能力和更高的系統安全等級。