引言

迪慶有色金屬有限責任公司(以下簡稱"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)工藝流程采用一個極其復(fù)雜而龐大的過程檢測與自動控制系統(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,自動化工程師面臨很多單體設(shè)備維護、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)平臺等。

由于存在以上問題,在工控平臺應(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易于管理的集成系統(tǒng),并通過自動化運維減少手動操作,提高安全性,減少人為錯誤,從而降低實施和運維風險以及運營成本。

1自動化控制現(xiàn)狀背景分析

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

控制系統(tǒng)主要有有軌運輸無人駕駛系統(tǒng)、SABC磨礦自動控制、銅鉬混合浮選自動控制、銅鉬分離浮選自動控制、精礦脫水自動控制、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的場景,為企業(yè)實現(xiàn)可擴展的IT基礎(chǔ)架構(gòu)。目前,國內(nèi)聯(lián)想超融合一體機是利用分布式存儲和計算虛擬化技術(shù)整合服務(wù)器集群,對外提供計算、存儲和網(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),將計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)與專用硬件實現(xiàn)解耦,實現(xiàn)IT基礎(chǔ)架構(gòu)的真正融合,為云計算數(shù)據(jù)中心的實施與部署掃清了最后一個障礙。采用超融合架構(gòu)提供云計算服務(wù)已經(jīng)是大勢所趨。超融合技術(shù)實現(xiàn)原理實際就是以軟件定義存儲(SDS)替代了傳統(tǒng)融合系統(tǒng)中的SAN,主要成分是構(gòu)筑于標準服務(wù)器硬件上的軟件定義存儲加(服務(wù)器)虛擬化。

2.2虛擬化技術(shù)簡介

服務(wù)器虛擬化特點:服務(wù)器虛擬化是把一個實體服務(wù)器分割成多個小的虛擬服務(wù)器。有了服務(wù)器虛擬化,多個服務(wù)器可以依靠一臺實體機生存。最普通的服務(wù)器虛擬化方法是使用虛擬機,它可以使一個虛擬服務(wù)器像是一臺獨立的電腦,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,讓一臺服務(wù)器變成幾臺甚至上百臺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等硬件變成可以動態(tài)管理的"資源池",從而提高資源的利用率,簡化系統(tǒng)管理,實現(xiàn)服務(wù)器整合,讓IT對業(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)在同一臺控制主機上同時運行,如WINDOWSXP、WINDOWS7(也可運行UNIX、LINUX系統(tǒng))等眾多操作系統(tǒng),實現(xiàn)以往不可能實現(xiàn)的多宿主架構(gòu),在工控應(yīng)用當中,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)建多個快照拷貝,并將這些時間點拷貝分配給其他虛擬機。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試的虛擬機,就能夠創(chuàng)建出功能強大的測試環(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)建虛擬測試服務(wù)器。測試人員不僅能夠在幾秒內(nèi)分配獲得真實的"實時"數(shù)據(jù),還能在整個測試過程中進行數(shù)據(jù)快照。

3工業(yè)應(yīng)用

3.1控制系統(tǒng)平臺

下文以VMWarevSphere平臺搭建為例進行介紹。

3.1.1搭建服務(wù)器硬件資源池

根據(jù)實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低配置HPMicroServerGen8或類似機器作為服務(wù)器服務(wù)器,每臺服務(wù)器只運行1~2個VMS(虛擬機實例),也可配置2~4臺(根據(jù)項目的實際需求)DELLR920或HPML350PGen9這類大型服務(wù)器,每臺運行4~6個VMS,還可搭建DELLC6320或HPSL230S等刀片式服務(wù)器平臺和美國容錯(StratuS)、日本NEC、中國海得等容錯服務(wù)器硬件平臺。

3.1.2搭建VMWarevSphere平臺

按照硬件廠家推薦的vSphere版本,嚴格遵照部署手冊,部署vSphere平臺。應(yīng)充分考慮到兼容性、可擴展性、容錯性。

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

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

3.1.4搭建自動化控制網(wǎng)絡(luò)

有的PLC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)可以合并在一套交換機上,而有的DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)必須是單獨的一套或兩套交換機。當系統(tǒng)廠家眾多時,網(wǎng)絡(luò)會顯得十分凌亂,需要豐富的經(jīng)驗進行梳理,對于能合并的盡量進行合并:對于不能合并的系統(tǒng),應(yīng)盡量將其單獨隔離開來,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)比較簡單的PLC系統(tǒng)部署在一套服務(wù)器上。為便于偵聽報文,應(yīng)選擇兼容性好、性能強,帶有端口鏡像功能的高級管理型交換機。

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算機平臺和終端用戶之間創(chuàng)建虛擬操作平臺,自動化工程師可根據(jù)現(xiàn)場PLC的不同軟件兼容性配置多個虛擬系統(tǒng),并可在多個操作系統(tǒng)之間靈活切換。

(2)方便的克隆機制:虛擬機一旦克隆之后,可以在任意主機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。對于講求穩(wěn)定性的工控應(yīng)用來說,克隆機制可以保證足夠的備份副本。

4結(jié)語

在計算機硬件日益更新的時代,工控技術(shù)因為其特殊性,軟硬件平臺均滯后于主流產(chǎn)品,各工控處理器廠家上位機存在不兼容現(xiàn)象。運用超融合、虛擬化技術(shù)搭建的通用平臺,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的兼容性和工程師處理問題的效率。