虚拟云平台在东曲矿无人值守建设中的应用

朱栋梁

（西山煤电集团 东曲矿，山西 古交 030200）

随着自动化和信息化技术在煤矿企业的大规模应用，山西焦煤提出了建设“无人值守机房硐室”的设想：建设现代化无人值守工业集中控制自动化平台（简称“无人值守集控平台”），对井下6kV变电所、井下水泵房、压风机房、主通风机房、地面35kV变电所和运煤通道等生产环节中的自动化设备进行远程实时监测监控，通过对监测数据综合性动态分析和数据管理，实现集中监控、综合查询和统一管理等功能。

东曲矿选择了基于云的新一代数据中心虚拟化套件VMwarevSphere和以Wonderware软件平台为核心的SCADA解决方案来构筑整个无人值守集控平台的软件架构和应用。

1 工作原理

1.1 虚拟云SCADA服务架构

机房将完全采用最先进的云计算架构设计，机房硬件由管理服务器、实时和历史数据服务器、备份服务器、虚拟化服务器、高性能存储单元组成的虚拟化系统群，使得系统摆脱了传统物理计算机和网络的限制；在系统的易维护性、高可靠性、可扩展性等方面都取得了质的飞跃，为“无人值守集控平台”提供强大可靠的后台计算机系统。

虚拟化是云服务的基础，整个集控平台所有计算机均采用虚拟化应用，采用集中存储来管理所有计算机数据，极大地提高了服务器硬件利用率。云SCADA系统构架图见图1.

图1 云SCADA系统构架图

1.2 Wonderware工业软件应用架构

Wonderware软件平台是基于ArchestrA和.NET技术的新一代SCADA系统，其基于工厂模型的、集成的配置环境，为分布式自动化应用的开发、部署、维护与管理的简化提供了强有力的支持，符合煤矿对各生产子系统数据监控和管理的需求。

软件平台应用可大致划分为：机电设备层、数据层、图形表达层和用户应用层，具体结构见图2.

图2 软件应用构架图

2 结构性能及工作特点

平台基于先进的虚拟云技术架构进行设计。

云服务端：主要负责对设备层数据的采集、存储与业务分析，硬件指令的收发，系统信息的监视、报警收集和通知，SCADA监控画面运行等。云端所有计算机及网络交换机均为虚拟化设备。

云客户端：统一简单的云服务端接入方式，输入用户名直接登录云端SCADA计算机。

虚拟云架构见图3.

图3 虚拟云架构图

2.1 硬件平台

2.1.1 服务器应用虚拟化

在平台中，所有后端服务器应用均有虚拟化集群承载，不独立属于任何一个物理服务器。

服务器虚拟化见图4.

任意一台物理服务器节点的故障退出运行，均不会导致应用的中断，应用会自动平滑迁移至另一正常工作的服务器节点中继续运行。故障切换透明，无需在操作系统中做任何设置。从而依托平台的特性，实现对所有上位机应用的冗余保护，解决了现场使用传统PC机带来的安全、管理、维护和系统应用等一系列问题。故障服务器迁移图见图5.

图4 服务器虚拟化图

图5 故障服务器迁移图

2.1.2 虚拟桌面零终端技术

前端采用虚拟桌面零终端技术。整个系统均在后台服务器集群中存储、运算。用户通过零终端，登录并访问与IP对应的桌面及应用。虚拟桌面图见图6.

图6 虚拟桌面图

零终端无cpu、无硬盘等传统台式机组件，高效可靠，且本身无任何操作系统，避免了用户对操作系统的错误设置，导致系统无法正常工作的现象。后台自动对用户的虚拟桌面定时备份快照，若用户的虚拟桌面软件发生故障，管理员只需远程恢复即可。若零终端损坏，只需更换零终端。由于所有软件均在后台服务器端存储、运行，即使更换整个硬件设备，调度人员用各自账号登陆后，即可看到自己原有的系统。无需任何迁移工作。

2.2 WonderWare软件平台

WonderWare软件平台完全基于组件对象模型，可以把该矿各种设备的现场通讯、画面显示、动画脚本、故障报警、历史曲线等功能全部封装在模型内部，形成标准的SCADA设备应用库和有该矿特点的设备模型标准。随着矿井生产的需要，接入新的子系统时，通过统一的设备模型，就可以简单地完成新子系统的配置和部署，大大降低了开发难度和工作强度。

3 应用效果

无人值守集控平台为统一的、具有分布式架构的高性能远程监控平台，平台遵循“数据与显示分离”、“系统任务角色单一”、“关键任务角色冗余”3个要素。纳入管理的子系统将统一在远程集控平台上实现“五遥”管理、子系统通讯故障集中诊断、无人硐室移动巡检和子系统远程集中控制。

平台拓扑图见图7.

图7 无人值守集控平台拓扑图

目前，该平台集成井下（11个6kV变电所、8个水泵房）和地面（2座35kV变电站、1个地面6kV变电所、3座主通风机房、1座压风机房和1条主皮带）生产子系统，共计27个。累积减少岗位人员131人。在减人的同时，通过集中化、自动化控制，提升了实际生产效率，达到了事半功倍的效果，创造了可观经济效益。

4 结束语

自动化、信息化、数字化技术在矿井生产中的应用使无人值守机房站所建设已成为趋势，保障了系统安全，实现了减人提效，虚拟化云计算技术和Wonder-Ware软件平台在东曲矿“无人值守”的成功应用为无人值守在集团公司的顺利推广提供了宝贵的经验。