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【IIoT成功案例】工控机、服务器改造为工业私有云方案

伟联科技2018-11-11 12:12:34

一、 项目背景

某工业现场有两台数据存储服务器,一用一备,另外有六台工控机,其中一台作为工程师站,五台作为操作员站,并且,工控机操作系统为WindowsXP,安装和利时DCS控制系统上位软件。

二、 面临挑战

1、 难以集中管理

2、 总体成本高

3、 数据安全无法保证

4、 资源利用率低

5、 系统升级困难重重

三、 解决方案

如图所示,我们建议采用工业私有云&虚拟化的方式来取代原有的工控机方式,具体来讲

1) 在控制室安装一套工业私有云,在原来放置操作员站的地方放置2台瘦客户机,原来放置工程师站的地方放置1台瘦客户机。

2) 根据现场网络情况,在私有云内配备两台高性能工业级网管型交换机,配合现场网络做双网冗余。

3) 在私有云中利用虚拟化平台创建虚拟机,将原有的数据服务器连同操作系统迁移到私有云内的1#虚拟机上,该虚拟机作为数据服务器继续运行。

4) 将原有的操作员站连同操作系统分别迁移到2-6#虚拟机上,硬狗授权使用USB-以太网转换设备,该设备可支持USB设备以网络的形式指定到对应的虚拟机,所以,用户不必担心硬狗无法识别的问题。

5) 将工程师站连同操作系统迁移到7#虚拟机,同样的,授权USB设备连接在USB-以太网转换器上。

6) 这种迁移原有操作系统的方式可以为整个改造工程节省时间成本,并且迁移工作可以离线进行,等迁移完成后再接入到控制系统网络内。在迁移的这段时间内工业生产还在继续进行。

7) 所有瘦客户机采用远程桌面的方式访问私有云中的虚拟桌面,可以分配每个瘦客户机访问的虚拟机数量,必要情况下,一台瘦客户机可以连接到所有的虚拟桌面。所有在瘦客户机的操作都会在私有云中执行,瘦客户机本身不会存储任何信息。

8) 瘦客户机支持USB设备识别功能,拥有权限的人员可以通过瘦客户机对私有云内的虚拟机进行维护和文件修改。

9) 工程师可以通过任意一台瘦客户机输入相应权限的账户信息进入任意虚拟机操作系统,完成所需更改。

10) 工业私有云内单独配备了共享存储池,私有云内所有的数据都会存储在这个共享的存储池内。

经过以上的改造后,整个控制系统的网络会更加清晰,如果用户想要增加操作员站的数量时,只需在私有云内复制粘贴虚拟机文件,然后进入到虚拟机完成一些简单的配置即可。

1、 解决:难以集中管理

我们提出采用工业私有云&虚拟化的解决方案,所有运行的虚拟机由虚拟化平台统一管理,统一配置,统一维护硬件设备,这极大地节省了工程师的工作量。

2、 解决:总体成本高

采用虚拟化的方式后,所有现在运行的工控机系统都迁移到私有云内部,这种迁移是不需要单独购买操作系统的。另外,所有系统都可以实现远程网络维护,无需工程师亲临先现场去处理。并且,更换操作员站简单便捷,只需更换瘦客户端即可,瘦客户端成本低廉,而且无需再购买其他的操作系统和工业软件。

3、 解决:数据安全无法保证

工业私有云的网络连接部分采用高性能冗余交换机,所有虚拟机配置高可用性,即云机一旦发生故障,其上运行的所有虚拟机可以自动地切换到另一台云机上运行。并且私有云内文件和虚拟机支持自主迁移,用户可以在计划内维护云机时手动将文件迁移到另一台云机上继续运行,即维护无需停机。私有云内配备单独的共享存储池,池内采用磁盘阵列,某块磁盘一旦发生故障,工程师只需更换故障磁盘即可,磁盘支持热插拔。

4、 解决:资源利用率

工业私有云&虚拟化方案能够统一管理其上运行的所有虚拟机,因此,对于统一调配物理资源,动态分配机器性能变得简单起来,我们便可以充分的将现有的物理资源利用起来,使得正在运行的虚拟机可以获得足够的物理资源,每台虚拟机分配的资源动态可见。

5、 解决:系统升级困难重重

工业私有云改造不会影响原来的控制系统运行,也就是说不会牵扯到原来控制系统的PLC、通讯网卡、远程I/O等设备的改造。我们只是在控制室增加一套工业私有云,它内部包含两台配置了虚拟机高可用性功能的物理云机,而且,虚拟机运行所需资源的不够时无需增加硬件设备,只需在虚拟化平台内重新做分配即可。另外,虚拟机配置的是虚拟磁盘,只要云机物理磁盘空间足够,虚拟机的磁盘大小便可以任意扩展。虚拟机的网卡和CPU核数都可以轻松地增加或减少而无需购买额外的硬件。

我们采用瘦客户端连接远程桌面的方式来访问工业私有云内的虚拟桌面,瘦客户端可以连接鼠标、键盘、音响等外部设备。瘦客户端的所有操作都在云中心的虚拟机中执行,瘦客户端本机不会存储任何数据,所以,一旦瘦客户端故障,只需更换即可,无需安装操作系统和各种工业软件,而且,瘦客户端比工控机更加便宜实用。

采用工业私有云&虚拟化的方式可以节省很多因为购买计算机操作系统和各种工业软件带来的成本支出。对于原有的操作系统我们可以直接迁移到虚拟机中,这便解决了传统工控机需要升级操作系统的烦恼。

四、 方案优势

1、 工业私有云方案与传统工控机方案相比的优势:

1) 硬件升级时不再考虑操作系统与驱动兼容性的问题。

2) 虚拟机中的服务器操作系统只要与物理机一致且数量较少,则无需购买操作系统,整体费用降低。

3) 所有的系统均可以实现远程网络维护,当系统发生故障时不再需要工程师亲临现场去处理。

4) 更换操作员站所需要的时间更短,无需再次安装其他辅助软件和工业软件,只安装瘦客户端操作系统即可。

5) 资源动态分配,可以有效利用所有资源。

6) 多重备份,一块硬盘坏掉有多块硬盘共享存储;

7) 所有工程师站,服务器均可以实现统一管理;每台机器对资源的利用率以及 运行情况可以很直观的显示出来。

8) 给上级系统提供数据不再需要单设物理机,直接在现有物理机上虚拟一台服务器即可,比如 SIS 系统服务器。

9) 主机与存储之间采用千兆光纤通讯,大大提高了磁盘的访问速度。

2、 WiCloud 性能优势

•每台主机支持 2 颗逻辑处理器 &  最大 128G 物理内存

•每台主机支持多达16台虚拟机集群

•每个WiCloud最大支持高达 8个物理主机 & 128 台虚拟机

•每台虚拟机最大可支持高达4颗虚拟处理器以及128GB 内存

•支持虚拟机自动的故障转移和物理主机故障重启

•增强的集群共享卷

•基于存储的集群虚拟机

•动态额度分配  &  监管

•减少对 AD 的依赖

•虚拟机关闭时资源回收

•虚拟机网络健康监测

•无需虚拟机停机即可实现从硬件到系统的升级

•在存储位置发生变化的情况下,支持利用无共享的实时迁移功能来迁移虚拟机

•迁移将只传输虚拟机的运行状态以实现更快的完成速度

•在系统运行时可创建虚拟机,对新建虚拟机配置进行修改

•管理员在目标主机可以直接启动虚拟机

•虚拟机之间内存动态分配,自动分页

•支持虚拟机与虚拟机之间的网络隔离与互访

•多通道网络容错

•无需停机可实现虚拟机的实时迁移

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