虛擬機(jī)技術(shù)在鋼鐵冶金行業(yè)的應(yīng)用

湯穎

摘要：隨著虛擬機(jī)技術(shù)的成熟，鋼鐵冶金工業(yè)也開(kāi)始逐步推廣使用虛擬機(jī)。虛擬機(jī)在冶金工廠設(shè)計(jì)、自動(dòng)化編程調(diào)試和工業(yè)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，使設(shè)計(jì)院、自動(dòng)化公司和冶金工廠提升了工作效率，降低了投資成本。未來(lái)，隨著5G網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來(lái)，工業(yè)云和智能工廠技術(shù)的發(fā)展，冶金行業(yè)虛擬機(jī)的應(yīng)用必將更加廣泛。

關(guān)鍵字：虛擬機(jī)、鋼鐵冶金、自動(dòng)化

1.虛擬機(jī)技術(shù)概述

虛擬機(jī)技術(shù)是虛擬化技術(shù)的一種，虛擬機(jī)（Virtual Machine）是指采用軟件模擬的具有完整硬件系統(tǒng)功能的、運(yùn)行在一個(gè)完全隔離環(huán)境中的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。虛擬機(jī)是一個(gè)虛擬“PC”的軟件，可以使人們?cè)谝慌_(tái)電腦上同時(shí)運(yùn)行二個(gè)或更多的操作系統(tǒng)。不同的虛擬機(jī)都是一個(gè)獨(dú)立的操作系統(tǒng)。在一個(gè)虛擬機(jī)上的軟件安裝和操作都只影響該虛擬機(jī)的操作系統(tǒng)，不會(huì)影響其它虛擬機(jī)的操作系統(tǒng)。同時(shí)，不同的虛擬機(jī)共享電腦的文件、應(yīng)用、硬件和網(wǎng)絡(luò)資源。

虛擬機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，降低了電腦硬件的使用和維護(hù)成本;同時(shí)，給IT工程師提供了方便快捷的測(cè)試和軟件運(yùn)行平臺(tái)，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。

2.虛擬機(jī)技術(shù)在冶金設(shè)計(jì)院中的應(yīng)用

鋼鐵冶金設(shè)計(jì)院的計(jì)算機(jī)服務(wù)器硬件需求非常復(fù)雜。冶金工廠設(shè)計(jì)除了工藝主體專業(yè)之外，還需要水電風(fēng)氣等十幾個(gè)專業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)。每個(gè)專業(yè)在設(shè)計(jì)的不同階段需要完成原理流程圖、設(shè)備訂貨圖和工廠施工圖等多種類型的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)。每種圖紙?jiān)O(shè)計(jì)都需要使用不同類型的設(shè)計(jì)軟件。這些軟件一般都采用C/S架構(gòu)，工程師通過(guò)客戶端授權(quán)使用。不同的設(shè)計(jì)軟件對(duì)計(jì)算機(jī)服務(wù)器的要求各不相同。隨著B(niǎo)IM技術(shù)的發(fā)展，各專業(yè)需要使用各自領(lǐng)域不同的專業(yè)BIM設(shè)計(jì)軟件。如果為不同專業(yè)的不同設(shè)計(jì)軟件都配置對(duì)應(yīng)的服務(wù)器和客戶端，硬件采購(gòu)費(fèi)用是一筆不小的投資。同時(shí)，僅安裝一個(gè)專業(yè)設(shè)計(jì)軟件的服務(wù)器并不能滿負(fù)荷運(yùn)行，造成不必要的硬件資源浪費(fèi)。

3.虛擬機(jī)技術(shù)在自動(dòng)化編程調(diào)試中的應(yīng)用

鋼鐵冶金工廠的自動(dòng)化水平比較高，冶金工廠中通常集成了各種不同品牌、不同架構(gòu)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。例如，DCS系統(tǒng)有浙大中控、科遠(yuǎn)、和利時(shí)、霍尼韋爾等品牌;PLC有AB、SIEMENS、Schneider等品牌;變頻器傳動(dòng)也有ABB、SIEMENS、Schneider等不同品牌不同系列的產(chǎn)品。每種品牌的設(shè)備都需要工程師使用對(duì)應(yīng)的編程調(diào)試軟件及HMI軟件。這些軟件互不通用，同一個(gè)品牌的軟件也有眾多不同版本。如果將這些軟件安裝在同一個(gè)操作系統(tǒng)下，會(huì)出現(xiàn)許多bug，導(dǎo)致軟件無(wú)法運(yùn)行。

采用虛擬機(jī)技術(shù)，可以在工程師的一臺(tái)編程器種將不同品牌、不同系列、不同版本的編程軟件安裝在各自獨(dú)立的虛擬機(jī)中。虛擬機(jī)之間相互隔離，由此保證編程軟件不會(huì)互相影響使用。虛擬機(jī)操作系統(tǒng)可由幾位工程師共享，節(jié)省了企業(yè)采購(gòu)多個(gè)授權(quán)的費(fèi)用。在調(diào)試程序時(shí)，同時(shí)運(yùn)行的多臺(tái)虛擬機(jī)不僅可模擬不同設(shè)備之間的通訊，還可以設(shè)置不同的網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議與多臺(tái)設(shè)備同時(shí)通訊，極大的方便自動(dòng)化工程師的調(diào)試工作。一位工程師編程器安裝了8個(gè)虛擬機(jī)。8個(gè)虛擬機(jī)對(duì)應(yīng)的自動(dòng)化和設(shè)計(jì)軟件見(jiàn)表1：

由表1可見(jiàn)，一臺(tái)自動(dòng)化工程師的編程器，通過(guò)采用VMWare workstation虛擬機(jī)技術(shù)，安裝了SIEMENS、Schneider、AB、Wonderware等4個(gè)PLC品牌不同版本的PLC及HMI軟件。同時(shí)還安裝了Orcle數(shù)據(jù)庫(kù)、不同版本的Visual Studio編程軟件以及AutoCAD繪圖軟件。如果沒(méi)有采用虛擬機(jī)技術(shù)，該工程師即使擁有多臺(tái)編程器，也可能無(wú)法高效的同時(shí)完成不同軟件環(huán)境的編程調(diào)試工作。

4.虛擬機(jī)技術(shù)在鋼鐵冶金工廠自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用

隨著虛擬機(jī)技術(shù)的發(fā)展，虛擬機(jī)的可靠性完全滿足工業(yè)控制系統(tǒng)的要求。部分鋼鐵冶金企業(yè)開(kāi)始將虛擬機(jī)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)控制監(jiān)控計(jì)算機(jī)。不僅滿足了工廠數(shù)據(jù)采集的多樣性，也保證了數(shù)據(jù)庫(kù)的安全可靠，同時(shí)大幅降低了計(jì)算機(jī)維護(hù)工作量。

某鋼廠燒結(jié)車間有2臺(tái)燒結(jié)機(jī)。為了將燒結(jié)車間的生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)綗掕F公司的L2級(jí)系統(tǒng)，并定時(shí)生成燒結(jié)車間的生產(chǎn)報(bào)表，需要新建一套燒結(jié)車間L2系統(tǒng)。燒結(jié)車間L2級(jí)系統(tǒng)需要1臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，用于存儲(chǔ)并處理燒結(jié)車間的L2級(jí)數(shù)據(jù)。還需要配置2臺(tái)數(shù)據(jù)采集工控機(jī)，分別將2臺(tái)燒結(jié)機(jī)的L1級(jí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集到燒結(jié)車間L2級(jí)服務(wù)器。此外，為了將燒結(jié)車間L2級(jí)數(shù)據(jù)上傳到煉鐵公司L2級(jí)系統(tǒng)并接收煉鐵公司L2級(jí)系統(tǒng)下達(dá)的生產(chǎn)任務(wù)，需要配置1臺(tái)數(shù)據(jù)通訊工控機(jī)。還需要配置若干臺(tái)燒結(jié)車間生產(chǎn)報(bào)表客戶端工控機(jī)，供燒結(jié)車間分析查詢生產(chǎn)報(bào)表。

采用傳統(tǒng)的燒結(jié)車間L2級(jí)硬件架構(gòu)，需要使用多臺(tái)工控機(jī)和1臺(tái)服務(wù)器。數(shù)據(jù)采集工控機(jī)、數(shù)據(jù)通訊工控機(jī)和服務(wù)器都沒(méi)有備份的硬件配置。一旦某一臺(tái)硬件設(shè)備出現(xiàn)故障，必將影響燒結(jié)車間L2級(jí)的功能。

當(dāng)采用虛擬機(jī)技術(shù)后，使用VMWare ESXi and vSphere虛擬化平臺(tái)在服務(wù)器A中建立數(shù)據(jù)采集機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和數(shù)據(jù)通訊機(jī)。使用服務(wù)器B定時(shí)對(duì)服務(wù)器A種的虛擬機(jī)進(jìn)行在線備份。如果服務(wù)器A中的虛擬機(jī)出現(xiàn)故障，工程師可啟用服務(wù)器B中的備份虛擬機(jī)接管運(yùn)行。燒結(jié)車間使用2臺(tái)高性能服務(wù)器即完成了L2級(jí)系統(tǒng)的冗余配置。不僅提高了系統(tǒng)的可靠性，也節(jié)省了硬件采購(gòu)和維護(hù)的費(fèi)用。

5.結(jié)束語(yǔ)

虛擬機(jī)技術(shù)，在硬件擴(kuò)展性、維護(hù)便捷性和系統(tǒng)安全性方面，擁有傳動(dòng)硬件無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。隨著5G網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來(lái)，工業(yè)云和智能工廠技術(shù)的發(fā)展。未來(lái)的虛擬機(jī)將不需要鋼鐵冶金設(shè)計(jì)院和生產(chǎn)企業(yè)自己搭建硬件平臺(tái)，而是運(yùn)行在工業(yè)云端。未來(lái)的企業(yè)將通過(guò)支付使用服務(wù)費(fèi)用來(lái)獲取云端的虛擬機(jī)資源。不僅節(jié)省了硬件采購(gòu)費(fèi)用，同時(shí)，也可降低后期的硬件維護(hù)成本并擁有更靈活的系統(tǒng)擴(kuò)展能力和更高的系統(tǒng)安全等級(jí)。