羅克韋爾IDC在港口行業(yè)中的應(yīng)用

陳致遠(yuǎn)

摘要：自動(dòng)化技術(shù)和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，為港口集中控制方案的實(shí)現(xiàn)帶來了條件。為了提高工作效率以及優(yōu)化管理，黃驊港開始進(jìn)行集中控制系統(tǒng)的建設(shè)。集中控制系統(tǒng)將過去港口運(yùn)行流程中各個(gè)分離的節(jié)點(diǎn)整合到一起，各個(gè)流程環(huán)節(jié)的連接變得更加緊密，顯著提升了工作效率。羅克韋爾作為全球領(lǐng)先的自動(dòng)化公司，其IDC（Industrial Data Center）系統(tǒng)為集中控制的實(shí)現(xiàn)帶來了極大的便利。黃驊港集中控制系統(tǒng)便是在羅克韋爾IDC基礎(chǔ)上搭建而來。

關(guān)鍵詞： Rockwell；IDC；Vsphere；Cisco；EMC

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）29-0172-02

羅克韋爾（Rockwell）是全球知名的自動(dòng)化公司，其產(chǎn)品覆蓋PLC，DCS，HMI，MES等與工業(yè)控制密切相關(guān)的領(lǐng)域，廣泛應(yīng)用于鋼鐵、港口、鐵路等行業(yè)。作為信息技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)融合的代表，IDC（Industrial Data Center）代表著自動(dòng)化方向發(fā)展的前景，其集HMI控制畫面、工程師站、歷史數(shù)據(jù)記錄和工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)域控制器于一體，采用Vsphere虛擬化技術(shù)，帶來了前所未有的集中控制方案，滿足了工業(yè)控制對(duì)于可靠性、安全性和擴(kuò)展性的要求。

神華黃驊港務(wù)公司集中控制系統(tǒng)采用羅克韋爾IDC系統(tǒng)，是羅克韋爾IDC系統(tǒng)在亞太地區(qū)的首次應(yīng)用。羅克韋爾IDC系統(tǒng)為黃驊港的運(yùn)行帶來了巨大的改變，在保障系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時(shí)，將全港運(yùn)行設(shè)備緊密的連接為一個(gè)整體，各個(gè)設(shè)備的操作運(yùn)行從過去各個(gè)分離的節(jié)點(diǎn)，變?yōu)榻y(tǒng)一操作與管理，為設(shè)備操作與管理的進(jìn)一步優(yōu)化奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 IDC系統(tǒng)的組成

黃驊港IDC系統(tǒng)作為一個(gè)虛擬化平臺(tái)，包含軟件和硬件兩部分，軟件系統(tǒng)采用Vmware Vsphere虛擬化軟件，Vmware HorizonView連接服務(wù)器，羅克韋爾FactoryTalk View 7.0網(wǎng)絡(luò)版HMI軟件，F(xiàn)actoryTalk Historian歷史數(shù)據(jù)記錄軟件，F(xiàn)actoryTalk Asset Center資產(chǎn)管理軟件，搭配Windows Server 2008 R2與Windows Server 2012域控制器以及零客戶端管理軟件PCoIP Manager；硬件系統(tǒng)由四臺(tái)Cisco UCS C240服務(wù)器，兩臺(tái)Cisco 3750交換機(jī)，兩臺(tái)EMC Vnxe 3150存儲(chǔ)系統(tǒng)及Zero Client構(gòu)成。通過IDC系統(tǒng)，進(jìn)行全港13臺(tái)翻車機(jī)、8臺(tái)堆料機(jī)、15臺(tái)取料機(jī)以及2臺(tái)堆取料機(jī)的集中操作管理。

2 虛擬化平臺(tái)的搭建

Vsphere虛擬化軟件是Vmware公司的當(dāng)家產(chǎn)品，也是全球運(yùn)行最穩(wěn)定的虛擬化系統(tǒng)，通過Vsphere， 黃驊港IDC系統(tǒng)在四臺(tái)物理服務(wù)器基礎(chǔ)上，虛擬出超過60臺(tái)服務(wù)器，這些服務(wù)器按照功能可以劃分為以下幾部分：

1）虛擬化系統(tǒng)管理軟件。包括Vsphere Vcenter Server， Vsphere Operation Manager， Vsphere Data Protection ， Horizon View Server，，EMC Unisphere（SAN）， PCoIP Manager。

（1）Vsphere Vcenter Server作為整個(gè)虛擬化系統(tǒng)的大腦，負(fù)責(zé)集中管理四臺(tái)物理主機(jī)上的全部虛擬機(jī)，包括內(nèi)存、硬盤空間的分配、虛擬交換機(jī)的配置以及Vsphere High Availability與Fault Tolerance的管理

（2）Vsphere Operation Manager則為系統(tǒng)監(jiān)控提供一個(gè)直觀的圖形界面，可以非常方便的了解系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，以及各臺(tái)虛擬服務(wù)器的健康情況。

（3）Vsphere Data Protection的存在提高了系統(tǒng)的可靠性，提供快速的災(zāi)難恢復(fù)功能，用戶可以自定義自己的備份計(jì)劃，對(duì)虛擬環(huán)境中的各臺(tái)虛擬機(jī)器進(jìn)行備份，并能夠?qū)⒐收显O(shè)備快速恢復(fù)到之前的某個(gè)狀態(tài)。雖然Vsphere本身提供快照功能，能夠保存各臺(tái)虛擬機(jī)的狀態(tài)，但一旦機(jī)器數(shù)量眾多，快照的維護(hù)和空間的占用都會(huì)耗費(fèi)大量時(shí)間。Vsphere Data Protection則很好地兼顧了可維護(hù)性與空間占用問題。

（4）Horizon View Server包含Connection Server與Composer Server兩部分。Connection Server為用戶訪問虛擬服務(wù)器提供了一個(gè)安全便捷的方式，區(qū)別于Remote Desktop等遠(yuǎn)程連接方式，Horizon View Server采用PCoIP協(xié)議，可以為用戶提供Console界面，并可以對(duì)不同用戶進(jìn)行不同權(quán)限的區(qū)分，為用戶登錄提供快捷通道；Composer Server則提供了快速批量建立虛擬機(jī)的功能，用戶可以使用某個(gè)特定模板，快速克隆出一批虛擬機(jī)，這些虛擬機(jī)可以是單獨(dú)的虛擬機(jī)，也可以是以模板虛擬機(jī)為母板的虛擬機(jī)，即Link Clone。通過Link Clone，對(duì)于母板虛擬機(jī)所實(shí)施的系統(tǒng)變化與軟件安裝，可以快速的應(yīng)用到各臺(tái)Link Clone虛擬機(jī)之中，非常便于大批量部署功能相似的虛擬機(jī)。

（5）PCoIP Manager。PCoIP Manager作為Zero Client（零客戶端）管理軟件，能夠?qū)ero Client進(jìn)行分組管理，并按照組對(duì)Zero Client進(jìn)行策略設(shè)置，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)登錄，USB管理，顯示器分布等管理，并提供Zero Client監(jiān)控平臺(tái)，可以對(duì)各臺(tái)Zero Client的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。

2）分布式HMI服務(wù)器與客戶端系統(tǒng)。分布式HMI服務(wù)器與客戶端系統(tǒng)采用羅克韋爾FactoryTalk View Server 與 FactoryTalk View Client軟件，搭建在Winodws Server 2008 R2系統(tǒng)之上。

神華黃驊港務(wù)公司按照區(qū)域部門劃分，采用了三套FactoryTalk View Server軟件，歸屬于同一個(gè)FactoryTalk Directory Application之中，劃分為Phase01，Phase02，Phase03三個(gè)區(qū)域，每一個(gè)區(qū)域包含兩臺(tái)互為冗余的虛擬服務(wù)器，每臺(tái)虛擬服務(wù)器之中包含一個(gè)HMI Server，一個(gè)Alarm and Event Server，一個(gè)Data Server，分別提供HMI畫面，報(bào)警事件以及數(shù)據(jù)源。當(dāng)一臺(tái)虛擬服務(wù)器發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)的服務(wù)切換到冗余服務(wù)器之中，而切換過程在客戶端看來幾乎是無縫的，帶來了極高的可靠性。

3）FactoryTalk Historian歷史數(shù)據(jù)系統(tǒng)。FactoryTalk Historian歷史數(shù)據(jù)系統(tǒng)，由PI數(shù)據(jù)服務(wù)器、FactoryTalk Live Data數(shù)據(jù)接口服務(wù)器及FactoryTalk Vantage Point報(bào)表系統(tǒng)構(gòu)成。

（1）PI數(shù)據(jù)庫作為領(lǐng)先的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，能夠快速的存儲(chǔ)來自于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的大量數(shù)據(jù)，同時(shí)其特有的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，能夠極大的節(jié)省存儲(chǔ)空間，便于長(zhǎng)時(shí)間保存設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，為設(shè)備數(shù)據(jù)分析提供長(zhǎng)期可靠的數(shù)據(jù)。

（2）FactoryTalk Live Data數(shù)據(jù)接口服務(wù)器提供了簡(jiǎn)單易配置的數(shù)據(jù)接口，使得PI服務(wù)器能夠方便的從FactoryTalk Data Server中通過Live Data 協(xié)議獲取數(shù)據(jù)，同時(shí)，其具有的緩存功能，可以在接口服務(wù)器與PI服務(wù)器失去通信的情況下緩存數(shù)據(jù)，在通信恢復(fù)時(shí)再將數(shù)據(jù)上傳到PI服務(wù)器中，保證了數(shù)據(jù)的完整性，而且，其本身也具有冗余性設(shè)置，可以在主數(shù)據(jù)源失去通信時(shí)，自動(dòng)從冗余數(shù)據(jù)源中獲取數(shù)據(jù)。

（3）FactoryTalk Vantage Point報(bào)表系統(tǒng)。FactoryTalk Vantage Point報(bào)表系統(tǒng)可以直接從PI Server中獲取數(shù)據(jù)，并自動(dòng)生成曲線，提供簡(jiǎn)潔有效的數(shù)據(jù)分析工具。

4）FactoryTalk Asset Center資產(chǎn)管理軟件。FactoryTalk Asset Center資產(chǎn)管理軟件可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制器、傳感器的程序和配置信息進(jìn)行保存，并能夠偵測(cè)程序和配置信息的變化，生成變動(dòng)記錄，發(fā)送到相關(guān)人員的郵箱之中。

在神華黃驊港務(wù)公司的應(yīng)用中，F(xiàn)actoryTalk Asset Center主要用來進(jìn)行PLC程序的歷史存檔與變動(dòng)記錄，同時(shí)配合FactoryTalk Security功能，對(duì)不同用戶根據(jù)設(shè)備的不同設(shè)置不同的訪問權(quán)限，確保設(shè)備程序不被有意或無意的更改，帶來生產(chǎn)過程中的安全隱患。

5）Windows域管理系統(tǒng)。Windows域管理系統(tǒng)由Windows Server 2012系統(tǒng)搭建，繼承DNS與DHCP功能，為全港控制系統(tǒng)提供域名解析和IP地址分配，出于系統(tǒng)穩(wěn)定性的考慮，IP地址分配功能主要針對(duì)Zero Client。通過域中組策略的設(shè)置，能夠?qū)刂葡到y(tǒng)中計(jì)算機(jī)提供統(tǒng)一管理，減少因?yàn)椴话踩僮鲙淼膶?duì)控制系統(tǒng)的沖擊，保障系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

6）工程師站系統(tǒng)。在神華黃驊港務(wù)公司IDC中，集成了工程師站功能，工程師站配備Vsphere Vcenter Client軟件，PLC編程軟件、HMI編程軟件、Asset Center Client軟件，工程師在工程師站可以對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行一站式管理，同時(shí)配合控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)置，在將來控制網(wǎng)絡(luò)防火墻投入后，將作為進(jìn)入控制系統(tǒng)的唯一路徑，增強(qiáng)控制系統(tǒng)的可管理性和安全性。

3 系統(tǒng)可靠性的配置

神華黃驊港務(wù)公司集中控制系統(tǒng)具有雙重冗余性，包含硬件冗余與軟件冗余。

硬件冗余功能由Vsphere系統(tǒng)提供。Vsphere具有HA高可用性功能，能夠在物理主機(jī)失去聯(lián)系之后，自動(dòng)將失去聯(lián)系的物理主機(jī)上的虛擬機(jī)通過vMotion自動(dòng)遷移到健康的物理主機(jī)之上。神華黃驊港務(wù)公司集中控制系統(tǒng)可以在失去一臺(tái)物理主機(jī)的情況下，依靠剩余的三臺(tái)物理主機(jī)繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，不僅能夠保證在一個(gè)節(jié)點(diǎn)故障的情況下穩(wěn)定運(yùn)行，而且非常便于在系統(tǒng)維護(hù)時(shí)繼續(xù)保證系統(tǒng)運(yùn)行。但HA功能的實(shí)現(xiàn)，并不是無縫的，故障主機(jī)上的虛擬機(jī)轉(zhuǎn)移到其它主機(jī)上需要幾分鐘的時(shí)間，在這幾分鐘之內(nèi)，這些虛擬機(jī)處于不可用的狀態(tài)。為此，為了進(jìn)一步保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，在配置集中控制系統(tǒng)中FactoryTalk View Client與工程師站時(shí)，一方面額外增加了一些備用虛擬機(jī)，另一方面，將這些虛擬機(jī)盡可能的均衡分布于不同主機(jī)之上。

軟件冗余功能由FactoryTalk View Server提供。FactoryTalk View Server自帶冗余功能，通過進(jìn)行冗余性配置，能夠在FactoryTalk View主服務(wù)器失去聯(lián)系之后，自動(dòng)將服務(wù)切換到冗余服務(wù)器之上，這個(gè)切換時(shí)間非常短，對(duì)生產(chǎn)的影響可以忽略不計(jì)，在主服務(wù)器恢復(fù)之后，需要手動(dòng)將服務(wù)切換回主服務(wù)器之上，而不會(huì)自動(dòng)切回，防止由于系統(tǒng)故障造成的服務(wù)節(jié)點(diǎn)不停跳轉(zhuǎn)。

4 統(tǒng)一操作平臺(tái)

在神華黃驊港務(wù)公司的生產(chǎn)運(yùn)行操作中，不同設(shè)備的操作是在全場(chǎng)不同場(chǎng)所進(jìn)行的，沒有一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)可以提供不同設(shè)備的監(jiān)控與操作。在神華黃驊港務(wù)公司集中控制系統(tǒng)中，通過建立統(tǒng)一的導(dǎo)航界面，能夠?qū)θ珗?chǎng)不同區(qū)域不同類型的設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一操作監(jiān)控。所有操作崗位不再局限于單一崗位的操作，在具有相關(guān)設(shè)備操作權(quán)限的情況下，操作員可以對(duì)全場(chǎng)任何設(shè)備進(jìn)行操作，操作員不再僅僅是某個(gè)崗位的操作員，而是具有全場(chǎng)視野的操作員，為崗位的優(yōu)化與技能提升提供了基礎(chǔ)。

在導(dǎo)航界面，全場(chǎng)設(shè)備按照不同區(qū)域及設(shè)備類型進(jìn)行了分類，可以非常方便地進(jìn)入到所要操作或者監(jiān)控的設(shè)備畫面中。而操作員在操作前，必須要輸入具有相應(yīng)操作權(quán)限的賬號(hào)才可以進(jìn)行操作，否則就僅有觀察的權(quán)限。

5 結(jié)語

通過羅克韋爾IDC系統(tǒng)的使用，神華黃驊港務(wù)公司建立了有效的集中控制系統(tǒng)，在提升港口自動(dòng)化水平和信息化水平的同時(shí)，為生產(chǎn)運(yùn)行、人員崗位優(yōu)化奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為將來港口智能化的進(jìn)一步提高提供了必要條件。

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