制絲管控系統(tǒng)的虛擬化技術(shù)應(yīng)用研究

楊海濤

摘 要：隨著工業(yè)控制技術(shù)的提高和信息化建設(shè)步伐的加快，制絲管控系統(tǒng)功能越來越豐富，導(dǎo)致規(guī)模越來越大。虛擬化技術(shù)為計算資源提供統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的封裝形式，實(shí)現(xiàn)計算資源的最大程度共享和透明使用，滿足服務(wù)器的靈活管理和高效利用。文章以VMware虛擬化平臺為基礎(chǔ)，研究制絲管控系統(tǒng)的虛擬化技術(shù)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：制絲管控；虛擬化；VMware

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）21-0159-02

Abstract： With the improvement of industrial control technology and the acceleration of the pace of information construction， the silk control system is becoming more and more functional， leading to a larger and larger scale. Virtualization technology provides a unified standard encapsulation form for computing resources to achieve the maximum degree of sharing and transparent use of computing resources to meet the flexible management and efficient use of servers. Based on the VMware virtualization platform， this paper studies the application of virtualization technology in silk production management and control system.

Keywords： silk making control； virtualized； VMware

1 概述

隨著煙草行業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的增大和卷煙品牌的多樣性，制絲生產(chǎn)控制模式也隨之變得更大和復(fù)雜，整個制絲生產(chǎn)過程對管控系統(tǒng)的依賴程序越來越大，對制絲管控系統(tǒng)進(jìn)行可靠性和創(chuàng)新性研究設(shè)計，更好地滿足制絲加工工藝的要求，保證制絲生產(chǎn)的穩(wěn)定可靠，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)維護(hù)管理的智能高效。虛擬化技術(shù)作為云計算的核心技術(shù)，已使傳統(tǒng)的單實(shí)體服務(wù)器構(gòu)建方案逐步向虛擬化方案過渡。在制絲管控系統(tǒng)中采用虛擬化技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)快速部署新構(gòu)架新功能，滿足硬件資源的靈活管理和高效利用，提高系統(tǒng)的可靠性，減少服務(wù)器的軟硬件故障造成的生產(chǎn)停機(jī)時間，降低維護(hù)人員對系統(tǒng)的維護(hù)難度。

2 傳統(tǒng)制絲管控系統(tǒng)架構(gòu)

制絲管控系統(tǒng)主要包括WINCC生產(chǎn)監(jiān)控服務(wù)器、WEB發(fā)布服務(wù)器、實(shí)時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、Oracle數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、生產(chǎn)管理服務(wù)器、OPC服務(wù)器等服務(wù)器組成，傳統(tǒng)模式為每種服務(wù)配備一臺實(shí)體服務(wù)器（個別兩種服務(wù)對應(yīng)一臺實(shí)體服務(wù)器）。由于管控系統(tǒng)服務(wù)器沒有統(tǒng)一的管控平臺，主要靠人工手動運(yùn)維，管理、維護(hù)的工作量非常大。項目實(shí)施購置中，服務(wù)器配置均是按高要求，超容量去配置，正常生產(chǎn)中實(shí)體服務(wù)器CPU資源利用率一般都不超過15%，利用率最高一般也不超過50%；同時大多數(shù)服務(wù)器內(nèi)存的利用率低于20%，因此造成硬件資源的浪費(fèi)。

傳統(tǒng)制絲管控系統(tǒng)采用單獨(dú)的服務(wù)器部署，一旦服務(wù)器出現(xiàn)問題，容易影響各項應(yīng)用系統(tǒng)的正常開展。如WINCC監(jiān)控服務(wù)器長時間運(yùn)行后，因歸檔數(shù)據(jù)的不斷增大，容易造成卡機(jī)，而傳統(tǒng)監(jiān)控服務(wù)器是“一用一備”模式，主服務(wù)卡機(jī)后重啟期間，服務(wù)器的切換會造成生產(chǎn)監(jiān)控的中斷，影響生產(chǎn)的連續(xù)性。服務(wù)器出現(xiàn)嚴(yán)重系統(tǒng)故障需重新部署時，需重新安裝操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件，并進(jìn)行相應(yīng)的系統(tǒng)設(shè)置，需花費(fèi)大量的時間來進(jìn)行前期準(zhǔn)備工作。

系統(tǒng)和應(yīng)用遷移到新的硬件時，需要和舊系統(tǒng)兼容的系統(tǒng)，特別是已經(jīng)使用很長時間的低版本軟件很難或者是無法遷移到新的服務(wù)器硬件平臺上。大量分散部署的服務(wù)器難以實(shí)現(xiàn)高效的運(yùn)維，對于新增應(yīng)用或服務(wù)時，應(yīng)用程序和存儲、網(wǎng)絡(luò)的部署需要較長時間重新規(guī)劃和調(diào)整；硬件的更新維護(hù)、程序的補(bǔ)丁或系統(tǒng)的升級，需要花費(fèi)數(shù)天甚至數(shù)周的變更準(zhǔn)備。

3 制絲管控系統(tǒng)中虛擬化技術(shù)的應(yīng)用

本文以VMware虛擬化平臺為基礎(chǔ)，研究制絲管控系統(tǒng)的虛擬化技術(shù)應(yīng)用。通過VMware搭建服務(wù)器虛擬化資源平臺，統(tǒng)一硬件資源調(diào)配。將 PC 服務(wù)器中的操作系統(tǒng)與應(yīng)用打包成為一組文件后，保護(hù)于后端共享的存儲系統(tǒng)，采用共享的存儲鏈路技術(shù)將計算環(huán)境統(tǒng)一連接入共享存儲平臺。利用虛擬化平臺的動態(tài)資源調(diào)配、在線遷移與高可用等技術(shù)，增強(qiáng)計算資源與存儲資源的流動性。

論文介紹的制絲線管控系統(tǒng)硬件平臺采用4臺X3850 系列服務(wù)器組成硬件資源池，配置兩臺互為冗余的光纖交換機(jī)，一套磁盤陣列，每臺實(shí)體服務(wù)器上安裝配置 VMware vSphere企業(yè)版套件。VMware ESX Server將服務(wù)器硬件與虛擬機(jī)，以及虛擬機(jī)之間進(jìn)行相互隔離，確保虛擬機(jī)之間不會相互影響和泄露數(shù)據(jù)，應(yīng)用程序只能通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，每個虛擬機(jī)等同于傳統(tǒng)的單臺物理服務(wù)器，提高了系統(tǒng)的資源利用率，實(shí)現(xiàn)了服務(wù)器虛擬架構(gòu)的整合。

管控系統(tǒng)虛擬化后，把生產(chǎn)監(jiān)控的WINCC服務(wù)器、WEB發(fā)布服務(wù)器、Oracle數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、實(shí)時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、生產(chǎn)管理服務(wù)器、OPC服務(wù)器等創(chuàng)建生成相應(yīng)的虛擬機(jī)，運(yùn)行在4臺Lenovo主機(jī)組成的虛擬化平臺上。通過vCenter Server對四臺硬件服務(wù)器和虛擬服務(wù)器進(jìn)行統(tǒng)一的管理和配置，對服務(wù)器資源進(jìn)行統(tǒng)一管理和資源的調(diào)配，結(jié)合具體業(yè)務(wù)需求進(jìn)行虛擬機(jī)的部署和配置，并在這些虛擬機(jī)上安裝相應(yīng)的應(yīng)用程序。

對4臺Lenovo服務(wù)器主機(jī)組成的虛擬化資源平臺設(shè)置HA（High Availability，高可用性）功能，確保服務(wù)在所需時間內(nèi)能夠長時間持續(xù)運(yùn)行。當(dāng)某臺實(shí)體主機(jī)出現(xiàn)故障時，vSphere HA會在其他主機(jī)上迅速重新啟動受影響的虛擬機(jī)，減少服務(wù)器宕機(jī)時間。VMware的vMotion遷移可將已開啟的虛擬機(jī)從一個主機(jī)移到另一個主機(jī)上。對資源池中的虛擬機(jī)使用vMotion，提高硬件的利用率，還可保證虛擬機(jī)在計劃內(nèi)硬件停機(jī)期間能夠繼續(xù)運(yùn)行，通過DRS （vSphere Distributed Resource Scheduler）實(shí)現(xiàn)跨主機(jī)的資源負(fù)載均衡。采用VMware VDP（虛擬機(jī)備份與恢復(fù)功能），對虛擬機(jī)服務(wù)器定期的備份，當(dāng)服務(wù)器出現(xiàn)問題后，高效恢復(fù)系統(tǒng)，提高容災(zāi)能力。

項目開發(fā)和測試期間，需要搭建測試環(huán)境，進(jìn)行軟件測試和優(yōu)化，而傳統(tǒng)模式下，前期的硬件設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境難以按生產(chǎn)環(huán)境要求進(jìn)行搭建，大部分設(shè)備都需要現(xiàn)場直接安裝后才能進(jìn)行使用，這給安裝調(diào)試工作帶來了很大的不便。虛擬化技術(shù)可以在現(xiàn)有的硬件資源配置下，對服務(wù)器資源進(jìn)行重新調(diào)整和共享，有效利用空閑資源，進(jìn)行快速部署新構(gòu)架新功能測試環(huán)境，更好滿足測試需求和減少應(yīng)用程序兼容性問題，提高項目開發(fā)的效率。

通過虛擬平臺的系統(tǒng)模板發(fā)布及克隆功能和快照技術(shù)，加快服務(wù)器重建和應(yīng)用的部署，原服務(wù)器的重建部署只要幾十分鐘（傳統(tǒng)重建或恢復(fù)系統(tǒng)時一般需要幾小時甚至數(shù)天）。當(dāng)需要部署新的應(yīng)用系統(tǒng)時，通過資源監(jiān)測可以快速合理地定位可用的空閑資源，縮短新應(yīng)用部署周期。以往部署新應(yīng)用時，往往需要花大量的時間去準(zhǔn)備系統(tǒng)環(huán)境，而通過虛擬平臺資源池的應(yīng)用，可以快速地進(jìn)行新系統(tǒng)的部署。

4 結(jié)束語

制絲管控系統(tǒng)的虛擬化技術(shù)應(yīng)用有效提高服務(wù)器利用率，發(fā)揮各種硬件資源的潛在價值，加快新應(yīng)用和新功能的部署，大大降低了系統(tǒng)的維護(hù)難度，減少了系統(tǒng)故障恢復(fù)時間和服務(wù)器軟硬件系統(tǒng)故障對生產(chǎn)帶來的影響。

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