一種基于軟件的冗余服務(wù)器組態(tài)方法研究

盧俊辰

摘 要 冗余服務(wù)器一直都是服務(wù)器管理中重要的技術(shù)之一。在系統(tǒng)發(fā)生故障，數(shù)據(jù)面臨丟失的情況下，仍能保障數(shù)據(jù)的安全以及系統(tǒng)的正常運(yùn)行。文章采用組態(tài)軟件FactoryTalk View SE對(duì)服務(wù)器進(jìn)行冗余組態(tài)，詳細(xì)敘述了組態(tài)的方法與步驟，不僅快捷高效而且出錯(cuò)率低。

關(guān)鍵詞 組態(tài)軟件；服務(wù)器；冗余技術(shù)

中圖分類號(hào) TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2019）235-0103-02

1 服務(wù)器冗余技術(shù)

在個(gè)人電腦出現(xiàn)系統(tǒng)崩潰或者硬件損壞的情況下，會(huì)造成一定程度的損失，但是這僅限于個(gè)人的損失，而對(duì)于服務(wù)器來說，如果出現(xiàn)這樣的情況，其造成的損失難以估計(jì)，很多重要的數(shù)據(jù)都將丟失，更壞的情況下可能會(huì)使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入癱瘓。因此，服務(wù)器必須采取措施來保護(hù)數(shù)據(jù)的安全。

針對(duì)上述出現(xiàn)的情況，針對(duì)服務(wù)器的不同組件，使用不同的冗余技術(shù)。冗余服務(wù)器是對(duì)不同的部件進(jìn)行重復(fù)的配置，如果某個(gè)部件發(fā)生了故障，冗余配置的部件就會(huì)介入工作，代替故障部件，避免了因故障帶來的損失[1]。下面介紹最常見的三種冗余技術(shù)：1）磁盤冗余。因?yàn)榉?wù)器存儲(chǔ)了大量重要的數(shù)據(jù)，因此在存儲(chǔ)方面必須要做好保護(hù)措施，RAID（磁盤陣列）技術(shù)即是保障數(shù)據(jù)安全的一種。磁盤陣列技術(shù)的原理很簡(jiǎn)單，就是將同一份數(shù)據(jù)分開存儲(chǔ)到多個(gè)磁盤中，在一個(gè)磁盤出現(xiàn)損壞的情況下，數(shù)據(jù)仍然不會(huì)丟失。另外，RAID技術(shù)不僅能大幅提高傳輸速率并且還提供CRC（循環(huán)冗余校驗(yàn)）功能。2）電源冗余。如果電源損壞服務(wù)器將出現(xiàn)停機(jī)，也會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。因此一般通過兩臺(tái)熱插拔電源來提供電源冗余。兩臺(tái)共同分擔(dān)系統(tǒng)的功率，當(dāng)其中任何一個(gè)電源出現(xiàn)故障時(shí)，另一臺(tái)自動(dòng)承擔(dān)工作，并發(fā)出告警，此時(shí)就可以在不關(guān)閉服務(wù)器的情況下進(jìn)行處理解決。3）網(wǎng)卡冗余。與電源冗余類似，網(wǎng)卡冗余也是使用了兩塊具有自動(dòng)控制技術(shù)的網(wǎng)卡，在正常工作時(shí)，兩塊網(wǎng)卡共同分擔(dān)網(wǎng)絡(luò)流量，當(dāng)其中一個(gè)出現(xiàn)故障時(shí)，將會(huì)自動(dòng)切換到另一張網(wǎng)卡。這種技術(shù)可以保證出現(xiàn)網(wǎng)卡故障時(shí)仍然可以正常運(yùn)行系統(tǒng)，從而避免網(wǎng)絡(luò)癱瘓。

2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的冗余

自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)是由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信號(hào)級(jí)、控制級(jí)和操作管理級(jí)3層構(gòu)成的，根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模和對(duì)生產(chǎn)及管理的需要，系統(tǒng)一般設(shè)幾臺(tái)操作管理站、幾臺(tái)控制站，通過控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的通信。當(dāng)控制級(jí)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信號(hào)級(jí)融合為一體時(shí)，即構(gòu)成FCS控制系統(tǒng)。

操作管理站一般選用工業(yè)PC機(jī)或商用PC機(jī)，在自動(dòng)化軟件平臺(tái)下通過編程實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的操作、監(jiān)視、報(bào)警、記錄、存儲(chǔ)和報(bào)表生成等功能；控制站一般選用PLC或性能類同的其它產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信號(hào)的采集、處理和控制，如Rockwell公司的PLC-5，Siemens的57-400，Schneider的Modicon TSXQuantum等。控制網(wǎng)絡(luò)目前用的較多的是工業(yè)以太網(wǎng)，其它控制網(wǎng)的使用則根系統(tǒng)的硬件配置和系統(tǒng)對(duì)通信速率的要求而定，使用較多的有DH+網(wǎng)、Device Net網(wǎng)、MB+網(wǎng)、PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線等。

自動(dòng)控制系統(tǒng)的冗余包括操作管理站的冗余和控制站冗余，自動(dòng)控制系統(tǒng)冗余結(jié)構(gòu)。控制器的冗余一般通過配置雙CPU的冗余控制器、配套的熱備模塊等從硬件結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)，有的產(chǎn)品需配合以相應(yīng)的熱備驅(qū)動(dòng)軟件。系統(tǒng)配置的冗余控制器可以保證在主控制器發(fā)生故障時(shí)系統(tǒng)的自動(dòng)切換，熱備處理器切換時(shí)間為13-48ms；通訊速率是10M波特率。在冗余控制器基礎(chǔ)上采用雙纜結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了系統(tǒng)冗余性能的可靠性。

3 FactoryTalk View SE軟件

FactoryTalk View Site Edition是羅克韋爾開發(fā)的集成軟件包[2]。需求決定市場(chǎng)，開發(fā)它的初衷是為了簡(jiǎn)化人類與機(jī)器交互的方式，用于監(jiān)視和控制分布式服務(wù)器/多用戶應(yīng)用程序。它不僅可以用于開發(fā)人機(jī)接口HMI，還可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)中分布的應(yīng)用程序進(jìn)行運(yùn)行和開發(fā)。該軟件包有很多實(shí)用的工具，并且還提供一個(gè)非常詳細(xì)的使用指南，使得開發(fā)者能更加輕松地掌握并使用它。目前FactoryTalk View SE在上月末已經(jīng)發(fā)布了最新的10.0版本，添加了許多新的功能。比如改進(jìn)了信息訪問方式、增加了對(duì)移動(dòng)設(shè)備的支持以及集成了ThinManager軟件，此外在新版本中，還引入了ASM（異常情況管理）的多監(jiān)視器框架等。

4 組態(tài)方法及步驟

4.1 HMI服務(wù)器冗余

FactoryTalk View SE的服務(wù)器就是HMI服務(wù)器，主要對(duì)項(xiàng)目組件進(jìn)行存儲(chǔ)，并使用它們來對(duì)客戶端提供服務(wù)。HMI服務(wù)器功能強(qiáng)大，提供對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、發(fā)現(xiàn)異常時(shí)報(bào)警并進(jìn)行檢測(cè)等功能。當(dāng)HMI服務(wù)器發(fā)生故障時(shí)，為了使損失達(dá)到最小，需要設(shè)置HMI冗余服務(wù)器。首先需要在HMI從服務(wù)器上安裝IIS和FactoryTalk View SE Server軟件，然后分別按如下步驟進(jìn)行：

第一步，HMI服務(wù)器手動(dòng)加入應(yīng)用項(xiàng)目之后，就可以通過軟件設(shè)定該服務(wù)器。在FactoryTalk View Studio 和SE Administration Console（ FactoryTalk 管理控制臺(tái)）的 Application Explorer（應(yīng)用項(xiàng)目瀏覽器）中，右鍵點(diǎn)擊HMI服務(wù)器，然后點(diǎn)擊屬性 Properties。打開管理控制臺(tái)SE Administration Console，其路徑是：programs＼Rockwell Software＼FactoryTalk View＼ Tools＼SE Administrator Console。在HMI服務(wù)器屬性的界面，將每一欄的信息都按照要求填好，完成后點(diǎn)擊“OK”退出。

第二步，在上述步驟中設(shè)置好常規(guī)屬性后，就可以對(duì)HMI服務(wù)器的冗余進(jìn)行組態(tài)。打開“HMI Server Properties”界面，勾選提供冗余方框，單擊“Redundancy”，最后指定其計(jì)算機(jī)名稱即可。另外，也可以通過“Component”選項(xiàng)來選擇需要運(yùn)行的組件。

第三步，設(shè)置好冗余之后，找到路徑programs＼Rockwell Software＼FactoryTalk View＼ Tools＼SE Service Manger，點(diǎn)擊打開面板后，可以選擇冗余服務(wù)器的啟動(dòng)與結(jié)束。如果需要將冗余服務(wù)器進(jìn)行移除，打開FactoryTalk View Studio即可對(duì)HMI服務(wù)器進(jìn)行刪除。

4.2 OPC數(shù)據(jù)服務(wù)器冗余

數(shù)據(jù)服務(wù)器的冗余組態(tài)也非常重要，因?yàn)閿?shù)據(jù)服務(wù)器可以通過應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。OPC技術(shù)[3]是一個(gè)先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)，尤其在工業(yè)領(lǐng)域解決了很多難以攻堅(jiān)的問題。OPC數(shù)據(jù)服務(wù)器不僅提供數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)冗余、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問等技術(shù)，還會(huì)在服務(wù)器發(fā)生異常時(shí)進(jìn)行報(bào)警和時(shí)間處理。以下對(duì)OPC數(shù)據(jù)服務(wù)器的冗余組態(tài)進(jìn)行分析。

第一步，首先新建區(qū)域，命名為“data server”，然后在跳出的選項(xiàng)中選擇“OPC Data Server”（也可以選擇RSLinx Enterprise數(shù)據(jù)服務(wù)器，操作步驟相同）。然后點(diǎn)擊“General”面板設(shè)置屬性，分別對(duì)“名字”“計(jì)算機(jī)即將運(yùn)行OPC服務(wù)器”以及“OPC server名字”進(jìn)行設(shè)置。

第二步，設(shè)置冗余OPC數(shù)據(jù)服務(wù)器。在上述的屬性界面中，點(diǎn)擊“Redundancy”，勾選提供冗余功能的按鈕，并且設(shè)置冗余數(shù)據(jù)服務(wù)器名。如果主數(shù)據(jù)服務(wù)器在出現(xiàn)故障之后恢復(fù)了正常，勾選“切換回選項(xiàng)”按鈕之后，就會(huì)自動(dòng)從服務(wù)器切換到主服務(wù)器。值得注意的是，在“Redundancy”旁邊的選項(xiàng)卡“Advanced”中，通過勾選同步按鈕，就可以自動(dòng)同步緩存。

第三步，在對(duì)數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行了冗余組態(tài)之后，如果要移除它，只需要對(duì)數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行右鍵點(diǎn)擊，再選擇“Remove”即可以進(jìn)行刪除。當(dāng)刪除數(shù)據(jù)服務(wù)器之后，會(huì)連帶緩存文件一并刪除。

5 實(shí)際應(yīng)用及優(yōu)勢(shì)

目前服務(wù)器冗余技術(shù)被廣泛應(yīng)用，除了硬件方面冗余外，利用軟件組態(tài)實(shí)現(xiàn)冗余技術(shù)也越來越普遍?；谲浖慕M態(tài)方法不僅易于操作，而且周期短，能很大程度上節(jié)省資源的消耗。在分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中就常常應(yīng)用了冗余服務(wù)器技術(shù)，尤其是大型的分布式網(wǎng)站對(duì)架構(gòu)的要求很高，在可伸縮、高性能、可擴(kuò)展等方面提出高標(biāo)準(zhǔn)，在安全方面更是苛刻。

在服務(wù)器發(fā)生故障無法運(yùn)作期間，用戶不需要通過重新啟動(dòng)FactoryTalk View SE Client 軟件，再打開繼續(xù)使用這樣的繁瑣操作。通過設(shè)置之后，系統(tǒng)可以自動(dòng)切換到冗余的HMI服務(wù)器或者OPC數(shù)據(jù)服務(wù)器，以維持正常的運(yùn)行。此時(shí)從服務(wù)器變成主服務(wù)器，一旦之前的故障服務(wù)器進(jìn)行正常工作后，角色就進(jìn)行互換，不需要手動(dòng)設(shè)置，系統(tǒng)將自動(dòng)切換回來。

6 結(jié)論

服務(wù)器冗余技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于很多大型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，隨著技術(shù)的成熟，不僅提供了更為安全高效的保障，同時(shí)還大大節(jié)省了成本。本文主要詳細(xì)介紹了基于FactoryTalk View SE 的畫面服務(wù)器冗余和OPC數(shù)據(jù)服務(wù)器冗余，通過軟件對(duì)服務(wù)器項(xiàng)目進(jìn)行冗余不僅易于操作，而且周期短，能很大程度上節(jié)省資源的消耗，可廣泛用于分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，因此提高了服務(wù)器內(nèi)存儲(chǔ)項(xiàng)目的安全性、可靠性。

參考文獻(xiàn)

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