虛擬技術在DCS中的應用

2013-10-17 10:23:58 EP電力信息化網　點擊量：評論 (0)

PC機在DCS中占有非常重要的地位，但是PC機在DCS運行過程中也存在著一系列的問題而飽受DCS用戶抱怨。抱怨最多的集中在以下幾個方面： 1、在DCS投用5年左右所有PC的軟硬件由于備件原因被迫升級;

PC機在DCS中占有非常重要的地位，但是PC機在DCS運行過程中也存在著一系列的問題而飽受DCS用戶抱怨。抱怨最多的集中在以下幾個方面：

1、在DCS投用5年左右所有PC的軟硬件由于備件原因被迫升級;
2、PC機安裝配置非常復雜;
3、基于Windows的PC機的軟硬件可靠性備受詬病。
本文旨在探討虛擬機在DCS行業中的應用，解決DCS軟件生命周期的問題，降低裝機的復雜程度，從而提高DCS工作站的可靠性。

虛擬機延長DCS工作站軟件的生命周期
一套常規的DCS的硬件的生命周期是十年甚至更長，而與之配套的PC機的軟硬件通常只有3到5年產品周期，這不是說3年后DCS工作站不能用了，而是說在3到5年后，在市場上買不到適用的備件了，這是由于所有的DCS軟件都是針對特定的操作系統和硬件進行設計并嚴格測試，廠商通常不支持未經測試的軟硬件平臺，市面上能夠買到的最新的PC通常只提供最新的操作系統軟件，例如，某DCS軟件是在Windows XP下研發及測試的，現有市場上的工作站都是提供Win7的操作系統。那么現有的Win7 的操作系統及硬件將無法保證Windows XP平臺下的該軟件的穩定運行。為了解決這個問題，DCS廠商通常的解決方案是將該DCS系統的軟件、操作系統及硬件全部升級到最新的版本。升級服務的成本非常昂貴，而且工廠還需要為此停產一到兩周。

隨著微軟操作系統版本升級頻率的加快，DCS工作站生命周期的問題變得更加突出。在不到5年的時間，微軟連續推出Vista、Win7 、Win8三個PC機操作系統，讓DCS用戶不斷面臨被升級的問題。

虛擬機平臺為操作系統提供虛擬的硬件環境

虛擬機在DCS行業的應用可以解決DCS工作站生命周期的問題。所謂虛擬機(Virtual Machine)是指通過軟件模擬的具有完整硬件系統功能的、運行在一個完全隔離環境中的完整計算機系統。

對于虛擬機內部的DCS應用軟件而言，虛擬的運行環境與真正的操作系統環境沒有什么區別，每個虛擬運行環境都有獨立的CPU、內存、網絡和硬盤。不同的是，這些硬件都是由虛擬機提供的，并不是真正的物理設備，因此無論外部的硬件、操作系統如何改變，虛擬機內部的運行環境都不會改變，因此，虛擬機使得內部的DCS應用軟件的運行與實際的硬件和操作系統平臺無關。

當DCS的用戶在市場上無法采購到合適的工作站或者服務器時，用戶只需簡單的將原有的操作系統安裝到虛擬機上，然后在虛擬機內部操作系統中運行原有的DCS應用軟件。從而解決了軟件生命周期的問題。
虛擬機的本質是提供了虛擬的計算機硬件，而DCS的軟硬件環境必須經過嚴格的測試，因此虛擬機安裝DCS應用程序需要有兩個注意事項：

第一控制工程網版權所有，必須確保DCS程序是在該虛擬機平臺上經過嚴格測試的。市場上現有十多種虛擬機的平臺，各不相同，一定要注意只有DCS廠商提供的虛擬機或者是經過DCS廠商測試認證過的虛擬機平臺才可以使用。

第二，虛擬機提供的硬件接口通常都是標準的設備，如果DCS需要連接特殊設備，那么就必須考慮該設備是否能夠在虛擬機環境下正常運行。

虛擬機簡化運行系統安裝調試時間
DCS的安裝不同于常規的軟件控制工程網版權所有，往往需要復雜的流程和繁瑣的配置，安裝配置一個工作站往往最少需要幾個小時甚至一天的時間。雖然市面上有硬盤鏡像軟件可以加快安裝速度，但是處于安全考慮，DCS廠商通常不建議使用。

從虛擬機最外層來看，虛擬機上是一個文件被加載到虛擬機軟件上運行的過程，因此一個標準的虛擬機首先是一個普通的文件，可以被復制、備份或存儲。那么我們就可以將一個安裝配置好的虛擬機文件保存在外部存儲器上，在需要時復制到正確的硬盤位置，被虛擬機軟件加載運行。

多臺服務器構成的虛擬機平臺，單臺服務器崩潰不會影響虛擬機的正常運行

這種方式不僅可以在新項目安裝過程中使用，加快項目的進度，還可以備份正常運行的工作站。一旦計算機出現不可恢復的硬件故障時，可以在第一時間將備份過的虛擬機文件在一臺備用的工作站上恢復運行，縮短MTBF時間。

目前，已經有少數DCS廠商將設計好的虛擬鏡像光盤替代原有的軟件安裝光盤，這種一站式的產品大大降低了DCS工作站安裝維護的復雜程度，節省了項目及維護時間及成本。
虛擬機提升系統的可靠性

PC機或者PC服務器一直是DCS可靠性的短板，即使有些DCS廠商采用分散式結構，依然無法避免核心服務器故障造成的全廠停車的事故。為此，在廠級安全的服務器上，DCS廠商多采用冗余服務器提高安全性，但是普通的冗余服務器運行效率低、成本高，一對服務器通常運行的任務有限。

隨著IT技術的發展，計算機的CPU內核越來越多，內存也越來越大，虛擬機平臺可以為每一個運行的虛擬機分配CPU及內存資源，在一個虛擬機平臺上同時運行多個虛擬機系統，從而更充分地利用CPU及內存資源。

多臺主機服務器內的虛擬機互為備份，每個服務器在運行多個虛擬機的同時，還為其他的服務器的虛擬機提供備份，共享CPU、內存及硬盤資源，一旦其中一臺服務器出現硬件故障，其他的服務器可以立即接替運行故障的虛擬機內的進程，整個切換過程幾乎是無縫進行，確保工廠的平穩運行。

由此可見，通過虛擬化服務器互相備用，可以大大的提高系統的魯棒性，消除由于服務器故障造成的故障停車時間。