制絲管控系統的虛擬化技術應用研究

楊海濤

摘 要：隨著工業控制技術的提高和信息化建設步伐的加快，制絲管控系統功能越來越豐富，導致規模越來越大。虛擬化技術為計算資源提供統一標準的封裝形式，實現計算資源的最大程度共享和透明使用，滿足服務器的靈活管理和高效利用。文章以VMware虛擬化平臺為基礎，研究制絲管控系統的虛擬化技術應用。

關鍵詞：制絲管控；虛擬化；VMware

中圖分類號：TP273 文獻標志碼：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

隨著煙草行業生產規模的增大和卷煙品牌的多樣性，制絲生產控制模式也隨之變得更大和復雜，整個制絲生產過程對管控系統的依賴程序越來越大，對制絲管控系統進行可靠性和創新性研究設計，更好地滿足制絲加工工藝的要求，保證制絲生產的穩定可靠，實現系統維護管理的智能高效。虛擬化技術作為云計算的核心技術，已使傳統的單實體服務器構建方案逐步向虛擬化方案過渡。在制絲管控系統中采用虛擬化技術，可以實現快速部署新構架新功能，滿足硬件資源的靈活管理和高效利用，提高系統的可靠性，減少服務器的軟硬件故障造成的生產停機時間，降低維護人員對系統的維護難度。

2 傳統制絲管控系統架構

制絲管控系統主要包括WINCC生產監控服務器、WEB發布服務器、實時數據庫服務器、Oracle數據庫服務器、生產管理服務器、OPC服務器等服務器組成，傳統模式為每種服務配備一臺實體服務器（個別兩種服務對應一臺實體服務器）。由于管控系統服務器沒有統一的管控平臺，主要靠人工手動運維，管理、維護的工作量非常大。項目實施購置中，服務器配置均是按高要求，超容量去配置，正常生產中實體服務器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%；同時大多數服務器內存的利用率低于20%，因此造成硬件資源的浪費。

傳統制絲管控系統采用單獨的服務器部署，一旦服務器出現問題，容易影響各項應用系統的正常開展。如WINCC監控服務器長時間運行后，因歸檔數據的不斷增大，容易造成卡機，而傳統監控服務器是“一用一備”模式，主服務卡機后重啟期間，服務器的切換會造成生產監控的中斷，影響生產的連續性。服務器出現嚴重系統故障需重新部署時，需重新安裝操作系統和應用軟件，并進行相應的系統設置，需花費大量的時間來進行前期準備工作。

系統和應用遷移到新的硬件時，需要和舊系統兼容的系統，特別是已經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器硬件平臺上。大量分散部署的服務器難以實現高效的運維，對于新增應用或服務時，應用程序和存儲、網絡的部署需要較長時間重新規劃和調整；硬件的更新維護、程序的補丁或系統的升級，需要花費數天甚至數周的變更準備。

3 制絲管控系統中虛擬化技術的應用

本文以VMware虛擬化平臺為基礎，研究制絲管控系統的虛擬化技術應用。通過VMware搭建服務器虛擬化資源平臺，統一硬件資源調配。將 PC 服務器中的操作系統與應用打包成為一組文件后，保護于后端共享的存儲系統，采用共享的存儲鏈路技術將計算環境統一連接入共享存儲平臺。利用虛擬化平臺的動態資源調配、在線遷移與高可用等技術，增強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硬件平臺采用4臺X3850 系列服務器組成硬件資源池，配置兩臺互為冗余的光纖交換機，一套磁盤陣列，每臺實體服務器上安裝配置 VMware vSphere企業版套件。VMware ESX Server將服務器硬件與虛擬機，以及虛擬機之間進行相互隔離，確保虛擬機之間不會相互影響和泄露數據，應用程序只能通過網絡進行通信，每個虛擬機等同于傳統的單臺物理服務器，提高了系統的資源利用率，實現了服務器虛擬架構的整合。

管控系統虛擬化后，把生產監控的WINCC服務器、WEB發布服務器、Oracle數據庫服務器、實時數據庫服務器、生產管理服務器、OPC服務器等創建生成相應的虛擬機，運行在4臺Lenovo主機組成的虛擬化平臺上。通過vCenter Server對四臺硬件服務器和虛擬服務器進行統一的管理和配置，對服務器資源進行統一管理和資源的調配，結合具體業務需求進行虛擬機的部署和配置，并在這些虛擬機上安裝相應的應用程序。

對4臺Lenovo服務器主機組成的虛擬化資源平臺設置HA（High Availability，高可用性）功能，確保服務在所需時間內能夠長時間持續運行。當某臺實體主機出現故障時，vSphere HA會在其他主機上迅速重新啟動受影響的虛擬機，減少服務器宕機時間。VMware的vMotion遷移可將已開啟的虛擬機從一個主機移到另一個主機上。對資源池中的虛擬機使用vMotion，提高硬件的利用率，還可保證虛擬機在計劃內硬件停機期間能夠繼續運行，通過DRS （vSphere Distributed Resource Scheduler）實現跨主機的資源負載均衡。采用VMware VDP（虛擬機備份與恢復功能），對虛擬機服務器定期的備份，當服務器出現問題后，高效恢復系統，提高容災能力。

項目開發和測試期間，需要搭建測試環境，進行軟件測試和優化，而傳統模式下，前期的硬件設備和網絡環境難以按生產環境要求進行搭建，大部分設備都需要現場直接安裝后才能進行使用，這給安裝調試工作帶來了很大的不便。虛擬化技術可以在現有的硬件資源配置下，對服務器資源進行重新調整和共享，有效利用空閑資源，進行快速部署新構架新功能測試環境，更好滿足測試需求和減少應用程序兼容性問題，提高項目開發的效率。

通過虛擬平臺的系統模板發布及克隆功能和快照技術，加快服務器重建和應用的部署，原服務器的重建部署只要幾十分鐘（傳統重建或恢復系統時一般需要幾小時甚至數天）。當需要部署新的應用系統時，通過資源監測可以快速合理地定位可用的空閑資源，縮短新應用部署周期。以往部署新應用時，往往需要花大量的時間去準備系統環境，而通過虛擬平臺資源池的應用，可以快速地進行新系統的部署。

4 結束語

制絲管控系統的虛擬化技術應用有效提高服務器利用率，發揮各種硬件資源的潛在價值，加快新應用和新功能的部署，大大降低了系統的維護難度，減少了系統故障恢復時間和服務器軟硬件系統故障對生產帶來的影響。

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