虛擬云平臺在東曲礦無人值守建設(shè)中的應(yīng)用

朱棟梁

（西山煤電集團(tuán) 東曲礦，山西 古交 030200）

隨著自動化和信息化技術(shù)在煤礦企業(yè)的大規(guī)模應(yīng)用，山西焦煤提出了建設(shè)“無人值守機房硐室”的設(shè)想：建設(shè)現(xiàn)代化無人值守工業(yè)集中控制自動化平臺（簡稱“無人值守集控平臺”），對井下6kV變電所、井下水泵房、壓風(fēng)機房、主通風(fēng)機房、地面35kV變電所和運煤通道等生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的自動化設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程實時監(jiān)測監(jiān)控，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)綜合性動態(tài)分析和數(shù)據(jù)管理，實現(xiàn)集中監(jiān)控、綜合查詢和統(tǒng)一管理等功能。

東曲礦選擇了基于云的新一代數(shù)據(jù)中心虛擬化套件VMwarevSphere和以Wonderware軟件平臺為核心的SCADA解決方案來構(gòu)筑整個無人值守集控平臺的軟件架構(gòu)和應(yīng)用。

1 工作原理

1.1 虛擬云SCADA服務(wù)架構(gòu)

機房將完全采用最先進(jìn)的云計算架構(gòu)設(shè)計，機房硬件由管理服務(wù)器、實時和歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、備份服務(wù)器、虛擬化服務(wù)器、高性能存儲單元組成的虛擬化系統(tǒng)群，使得系統(tǒng)擺脫了傳統(tǒng)物理計算機和網(wǎng)絡(luò)的限制；在系統(tǒng)的易維護(hù)性、高可靠性、可擴展性等方面都取得了質(zhì)的飛躍，為“無人值守集控平臺”提供強大可靠的后臺計算機系統(tǒng)。

虛擬化是云服務(wù)的基礎(chǔ)，整個集控平臺所有計算機均采用虛擬化應(yīng)用，采用集中存儲來管理所有計算機數(shù)據(jù)，極大地提高了服務(wù)器硬件利用率。云SCADA系統(tǒng)構(gòu)架圖見圖1.

圖1 云SCADA系統(tǒng)構(gòu)架圖

1.2 Wonderware工業(yè)軟件應(yīng)用架構(gòu)

Wonderware軟件平臺是基于ArchestrA和.NET技術(shù)的新一代SCADA系統(tǒng)，其基于工廠模型的、集成的配置環(huán)境，為分布式自動化應(yīng)用的開發(fā)、部署、維護(hù)與管理的簡化提供了強有力的支持，符合煤礦對各生產(chǎn)子系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)控和管理的需求。

軟件平臺應(yīng)用可大致劃分為：機電設(shè)備層、數(shù)據(jù)層、圖形表達(dá)層和用戶應(yīng)用層，具體結(jié)構(gòu)見圖2.

圖2 軟件應(yīng)用構(gòu)架圖

2 結(jié)構(gòu)性能及工作特點

平臺基于先進(jìn)的虛擬云技術(shù)架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。

云服務(wù)端：主要負(fù)責(zé)對設(shè)備層數(shù)據(jù)的采集、存儲與業(yè)務(wù)分析，硬件指令的收發(fā)，系統(tǒng)信息的監(jiān)視、報警收集和通知，SCADA監(jiān)控畫面運行等。云端所有計算機及網(wǎng)絡(luò)交換機均為虛擬化設(shè)備。

云客戶端：統(tǒng)一簡單的云服務(wù)端接入方式，輸入用戶名直接登錄云端SCADA計算機。

虛擬云架構(gòu)見圖3.

圖3 虛擬云架構(gòu)圖

2.1 硬件平臺

2.1.1 服務(wù)器應(yīng)用虛擬化

在平臺中，所有后端服務(wù)器應(yīng)用均有虛擬化集群承載，不獨立屬于任何一個物理服務(wù)器。

服務(wù)器虛擬化見圖4.

任意一臺物理服務(wù)器節(jié)點的故障退出運行，均不會導(dǎo)致應(yīng)用的中斷，應(yīng)用會自動平滑遷移至另一正常工作的服務(wù)器節(jié)點中繼續(xù)運行。故障切換透明，無需在操作系統(tǒng)中做任何設(shè)置。從而依托平臺的特性，實現(xiàn)對所有上位機應(yīng)用的冗余保護(hù)，解決了現(xiàn)場使用傳統(tǒng)PC機帶來的安全、管理、維護(hù)和系統(tǒng)應(yīng)用等一系列問題。故障服務(wù)器遷移圖見圖5.

圖4 服務(wù)器虛擬化圖

圖5 故障服務(wù)器遷移圖

2.1.2 虛擬桌面零終端技術(shù)

前端采用虛擬桌面零終端技術(shù)。整個系統(tǒng)均在后臺服務(wù)器集群中存儲、運算。用戶通過零終端，登錄并訪問與IP對應(yīng)的桌面及應(yīng)用。虛擬桌面圖見圖6.

圖6 虛擬桌面圖

零終端無cpu、無硬盤等傳統(tǒng)臺式機組件，高效可靠，且本身無任何操作系統(tǒng)，避免了用戶對操作系統(tǒng)的錯誤設(shè)置，導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常工作的現(xiàn)象。后臺自動對用戶的虛擬桌面定時備份快照，若用戶的虛擬桌面軟件發(fā)生故障，管理員只需遠(yuǎn)程恢復(fù)即可。若零終端損壞，只需更換零終端。由于所有軟件均在后臺服務(wù)器端存儲、運行，即使更換整個硬件設(shè)備，調(diào)度人員用各自賬號登陸后，即可看到自己原有的系統(tǒng)。無需任何遷移工作。

2.2 WonderWare軟件平臺

WonderWare軟件平臺完全基于組件對象模型，可以把該礦各種設(shè)備的現(xiàn)場通訊、畫面顯示、動畫腳本、故障報警、歷史曲線等功能全部封裝在模型內(nèi)部，形成標(biāo)準(zhǔn)的SCADA設(shè)備應(yīng)用庫和有該礦特點的設(shè)備模型標(biāo)準(zhǔn)。隨著礦井生產(chǎn)的需要，接入新的子系統(tǒng)時，通過統(tǒng)一的設(shè)備模型，就可以簡單地完成新子系統(tǒng)的配置和部署，大大降低了開發(fā)難度和工作強度。

3 應(yīng)用效果

無人值守集控平臺為統(tǒng)一的、具有分布式架構(gòu)的高性能遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺，平臺遵循“數(shù)據(jù)與顯示分離”、“系統(tǒng)任務(wù)角色單一”、“關(guān)鍵任務(wù)角色冗余”3個要素。納入管理的子系統(tǒng)將統(tǒng)一在遠(yuǎn)程集控平臺上實現(xiàn)“五遙”管理、子系統(tǒng)通訊故障集中診斷、無人硐室移動巡檢和子系統(tǒng)遠(yuǎn)程集中控制。

平臺拓?fù)鋱D見圖7.

圖7 無人值守集控平臺拓?fù)鋱D

目前，該平臺集成井下（11個6kV變電所、8個水泵房）和地面（2座35kV變電站、1個地面6kV變電所、3座主通風(fēng)機房、1座壓風(fēng)機房和1條主皮帶）生產(chǎn)子系統(tǒng)，共計27個。累積減少崗位人員131人。在減人的同時，通過集中化、自動化控制，提升了實際生產(chǎn)效率，達(dá)到了事半功倍的效果，創(chuàng)造了可觀經(jīng)濟效益。

4 結(jié)束語

自動化、信息化、數(shù)字化技術(shù)在礦井生產(chǎn)中的應(yīng)用使無人值守機房站所建設(shè)已成為趨勢，保障了系統(tǒng)安全，實現(xiàn)了減人提效，虛擬化云計算技術(shù)和Wonder-Ware軟件平臺在東曲礦“無人值守”的成功應(yīng)用為無人值守在集團(tuán)公司的順利推廣提供了寶貴的經(jīng)驗。