工业数据中心（IDC）在济钢高炉的应用

工业数据中心（IDC）在济钢高炉的应用

近年来，我国高炉自动控制技术迅速发展，基本实现了以PLC自动化控制器为核心的下位机系统和以计算机为基础的自动化监控系统即上位机系统组成。上位机系统硬件一般由工业控制计算机和高速以太网构成，软件采用SCADA（supervisory control and data acquisition）监控与数据采集系统软件实现对高炉生产过程进行严密的监控和操作。传统计算机的寿命一般不超过5年，工控机的实际使用年限也很难超过10年，一旦工控机硬件故障，上位机系统通常无法正常运行，对高炉生产过程产生较大影响甚至埋下安全隐患；当今计算机产业高速发展，硬件和软件更新速度很快，更新的工控机又和旧的上位机软件和操作系统产生诸多不兼容情况，影响了上位机系统的定期维护。罗克韦尔自动化的工业数据中心IDC解决方案非常好的解决了上述问题，使高炉上位机系统能够长期稳定运行，消除了因工控机损坏和上位机软件系统不兼容而带来的系统风险。

工业数据中心IDC

工业数据中心IDC系列产品和解决方案2014年由罗克韦尔自动化率先推出。它是集硬件服务器系统和虚拟化软件于一体的工业私有云解决方案。罗韦尔自动化通过与世界领先的IT厂商合作，把所有计算资源（计算机、网络、存储）等全部变为一个可以统一规划和使用的资源，从而使上位机系统具有传统计算机所不具备的高可靠性和稳定性。

IDC虚拟化平台

工业数据中心可以自主地创建自己的平台和虚拟服务器，就功能、性能和操作方式而言，这些虚拟机与传统的单台物理服务器并无不同。虚拟服务器提高了系统的资源利用率，同时硬件的大幅减少有效降低了成本，增强了系统硬件和应用软件的可用性，系统的灵活性和快速响应能力也得以显著提高。

优化服务器计算资源

根据统计，传统的服务器通常其平均利用率在5－15%之间，而通过采用虚拟架构进行整合后，服务器的平均利用率可以大幅提高到60%－80%。用户在降低成本的同时，还大大减少了环境的复杂性，具有更灵活稳定的管理特性。

工业数据中心统一对每个虚拟服务器所需使用的系统资源进行调配，虚拟环境运行过程中这种调配可以在线运行和调度，以保证每一个应用都会有充足的系统资源来运行。同时空闲资源可以被其他需要资源的应用借用，从而最大限度的提高了系统的整体资源利用率。

集中存储实现IDC磁盘共享

IDC采用SAN集中存储方式。在SAN集中存储阵列上，共享了每一个虚拟机的文件。基于这种高性能的群集文件系统，多个物理主机可以同时访问同一个虚拟机存储。 将工业数据中心架构系统中的虚拟机封装成一个文件和若干相关环境配置文件，并将其存放在SAN存储阵列，不同服务器上的虚拟机都能够访问该文件，从而消除了单点故障。

IDC确保虚拟机高可靠性

虚拟化平台使虚拟机与物理服务器相对独立，并提供了一系列的方法确保虚拟机在物理服务器故障时仍然可以运行。

HA（high availability）高可用性

IDC会启动一个资源监视器来监视所有服务器资源，如果某一服务器故障，则无法响应资源监视器。监视器会向虚拟机集群服务报告，采取将故障服务器运行的虚拟机迁移到正常服务器的动作来确保虚拟机继续运行。

（fault－tolerant）容错性

IDC使用Lockstep一致性技术将一个主虚拟机和副虚拟机保持在一个Lockstep中，并在不同的物理服务器中运行。一旦某一个服务器发生故障，虚拟机不会受到任何影响，确保了重要业务的连续性运行。

IDC延长上位机系统软件生命周期

在隔离环境中运行的虚拟机，使用了系统虚拟化技术同时具有备完整硬件功能逻辑以及客户操作系统和应用程序。旧版软件能够与新的硬件环境共存，旧版应用程序所需的运行环境也可以在高版本的硬件上被虚拟出，避免了升级软件造成的成本增加，延长了旧版软件的生命周期，也避免了高额的移植成本。

IDC的桌面虚拟化技术

桌面虚拟化是指将计算机的客户端终端（也称作桌面）进行虚拟化，以达到更为安全和灵活使用桌面的效果。通过网络，使用人员或技术人员可以在随时随地访问桌面系统。

桌面的虚拟化基于服务器的虚拟化。IDC数据中心的服务器能够虚拟化生成大量的独立的桌面操作系统（虚拟机或者虚拟桌面），终端设备通过专有协议访问虚拟服务器。用户使用瘦客户机通过网络登陆到虚拟主机上，输入用户名和密码，就能够访问自己的桌面系统，从而真正实现单机多用户。

IDC将上位机系统的操作员利用桌面虚拟化技术进行部署，使用瘦客户机替代原有工控机。瘦客户机是使用专业嵌入式处理器、小型本地DOM电子盘、精简版操作系统的基于PC工业标准设计的小型行业专用PC。 瘦客户机仅包含嵌入式处理器及本地系统内存、网络适配器、显卡和其它外设选件，能够提供相比普通PC而言更为安全可靠的运行环境同时获得更低的功耗及更高的安全性。

IDC在济钢2号高炉的部署情况

使用了IDC的济钢2号高炉网络结构图如图1。

济钢2号高炉原上位机系统采用了大量工控机作为服务器和操作员站，使用了IDC后，中控室内的所有服务器和操作员站的功能均由IDC完成。

虚拟化基础架构

搭建一台windows域控制器，统一管理域内所有虚拟机，分配操作员账户。配置域名解析服务（DNS）和DHCP服务，使瘦客户端自动获取IP地址。

一台vCenter服务器，统一对虚拟化平台进行管理，利用其提供的浏览器客户端（web Client）即可完成所有管理操作，包括虚拟机创建、虚拟机迁移、虚拟化平台硬件资源监控等。

两台虚拟桌面服务器，为搭建桌面虚拟化提供支持。包括了自动化克隆桌面虚拟机，瘦客户机接入虚拟桌面认证等。

应用服务虚拟机

济钢2号高炉上位机系统采用了罗克韦尔自动化的Factory Talk View SE，它是基于多服务器集群和多客户端的分布式结构软件，具有强大的可伸缩性。在FactoryTalk View Enterprise的开发环境下通过使用FactoryTalk View Studio来进行开发。用户的应用组态位于各个FactoryTalk View SE服务器中，每个客户端能够任意调用服务器中的应用。FactoryTalk View SE同时也是罗克韦尔自动化产品战略的核心组成部分，为企业提供集成的一体化的监控方案。

View SE服务器虚拟机

搭建两台View SE画面虚拟服务器，为SE client提供监控画面；另外这两台虚拟服务器还承担着SE数据采集的角色，利用RSLinx Enterprise与现场下位机即PLC进行通讯。

这两台虚拟服务器使用SE的热备功能互相备份，当一台服务器的SE软件服务异常时，另外一台可以自动切换。

利用IDC容错特性对这两台虚拟服务器进行进一步保护，即使运行中的某一物理服务器故障，SE server依然可以正常提供服务，不会造成任何数据中断。

View SE客户端虚拟机

搭建15台View SE客户端虚拟机，首先创建一台虚拟机并安装好View SE Client软件；利用IDC提供的虚拟桌面功能对这一台View SE Client虚拟机进行克隆，一次性克隆出14台View SE客户端；利用15台瘦客户机分别访问IDC内的View SE客户端虚拟机，大大减轻了安装操作系统和应用软件的工作量。

View SE Studio虚拟机

创建一台虚拟机并安装好View SE Studio软件，此软件为View SE系统的组态工具，供维护工程师对上位机画面进行修改。利用IDC提供的虚拟桌面功能，工程师们可以利用个人电脑访问此虚拟机的桌面，从而在SE架构中进行编程组态；工程师们无需对个人电脑安装相应的编程、组态软件，从而避免了多厂商软件的不兼容问题；同时，上位机画面文件都存放于IDC内的虚拟机中，提高了数据安全性。

图1 2号高炉网络结构图

总结

在2号高炉上位机系统中使用了IDC后，高炉生产和维护带来了一系列的优势：1）服务器更加稳定，IDC的物理服务器损坏不会影响虚拟机的运行。2）客户端更加稳定，且易于更换。客户端采用瘦客户机后，寿命长于有风扇的工控机；另外瘦客户机没有操作系统，不需要繁琐的软件安装，只需简单的插拔即可完成更换。3）View SE上位机系统软件免升级。由于虚拟机的独立性，升级服务器硬件不会对虚拟机操作系统及上位机软件造成任何影响，真正实现了一劳永逸。

IDC工业数据中心在济钢2号高炉的成功应用，标志着高炉自动化技术的发展进入了一个里程碑式的新阶段，必将在日后的数字化、信息化冶炼过程中更加广泛的应用，为企业带来更大的经济效益和社会效益！

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.20.031