罗克韦尔IDC在港口行业中的应用

陈致远

摘要：自动化技术和信息技术的不断发展，为港口集中控制方案的实现带来了条件。为了提高工作效率以及优化管理，黄骅港开始进行集中控制系统的建设。集中控制系统将过去港口运行流程中各个分离的节点整合到一起，各个流程环节的连接变得更加紧密，显著提升了工作效率。罗克韦尔作为全球领先的自动化公司，其IDC（Industrial Data Center）系统为集中控制的实现带来了极大的便利。黄骅港集中控制系统便是在罗克韦尔IDC基础上搭建而来。

关键词： Rockwell；IDC；Vsphere；Cisco；EMC

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）29-0172-02

罗克韦尔（Rockwell）是全球知名的自动化公司，其产品覆盖PLC，DCS，HMI，MES等与工业控制密切相关的领域，广泛应用于钢铁、港口、铁路等行业。作为信息技术与自动化技术融合的代表，IDC（Industrial Data Center）代表着自动化方向发展的前景，其集HMI控制画面、工程师站、历史数据记录和工业控制网络域控制器于一体，采用Vsphere虚拟化技术，带来了前所未有的集中控制方案，满足了工业控制对于可靠性、安全性和扩展性的要求。

神华黄骅港务公司集中控制系统采用罗克韦尔IDC系统，是罗克韦尔IDC系统在亚太地区的首次应用。罗克韦尔IDC系统为黄骅港的运行带来了巨大的改变，在保障系统稳定性的同时，将全港运行设备紧密的连接为一个整体，各个设备的操作运行从过去各个分离的节点，变为统一操作与管理，为设备操作与管理的进一步优化奠定了坚实的基础。

1 IDC系统的组成

黄骅港IDC系统作为一个虚拟化平台，包含软件和硬件两部分，软件系统采用Vmware Vsphere虚拟化软件，Vmware HorizonView连接服务器，罗克韦尔FactoryTalk View 7.0网络版HMI软件，FactoryTalk Historian历史数据记录软件，FactoryTalk Asset Center资产管理软件，搭配Windows Server 2008 R2与Windows Server 2012域控制器以及零客户端管理软件PCoIP Manager；硬件系统由四台Cisco UCS C240服务器，两台Cisco 3750交换机，两台EMC Vnxe 3150存储系统及Zero Client构成。通过IDC系统，进行全港13台翻车机、8台堆料机、15台取料机以及2台堆取料机的集中操作管理。

2 虚拟化平台的搭建

Vsphere虚拟化软件是Vmware公司的当家产品，也是全球运行最稳定的虚拟化系统，通过Vsphere， 黄骅港IDC系统在四台物理服务器基础上，虚拟出超过60台服务器，这些服务器按照功能可以划分为以下几部分：

1）虚拟化系统管理软件。包括Vsphere Vcenter Server， Vsphere Operation Manager， Vsphere Data Protection ， Horizon View Server，，EMC Unisphere（SAN）， PCoIP Manager。

（1）Vsphere Vcenter Server作为整个虚拟化系统的大脑，负责集中管理四台物理主机上的全部虚拟机，包括内存、硬盘空间的分配、虚拟交换机的配置以及Vsphere High Availability与Fault Tolerance的管理

（2）Vsphere Operation Manager则为系统监控提供一个直观的图形界面，可以非常方便的了解系统当前的运行状态，以及各台虚拟服务器的健康情况。

（3）Vsphere Data Protection的存在提高了系统的可靠性，提供快速的灾难恢复功能，用户可以自定义自己的备份计划，对虚拟环境中的各台虚拟机器进行备份，并能够将故障设备快速恢复到之前的某个状态。虽然Vsphere本身提供快照功能，能够保存各台虚拟机的状态，但一旦机器数量众多，快照的维护和空间的占用都会耗费大量时间。Vsphere Data Protection则很好地兼顾了可维护性与空间占用问题。

（4）Horizon View Server包含Connection Server与Composer Server两部分。Connection Server为用户访问虚拟服务器提供了一个安全便捷的方式，区别于Remote Desktop等远程连接方式，Horizon View Server采用PCoIP协议，可以为用户提供Console界面，并可以对不同用户进行不同权限的区分，为用户登录提供快捷通道；Composer Server则提供了快速批量建立虚拟机的功能，用户可以使用某个特定模板，快速克隆出一批虚拟机，这些虚拟机可以是单独的虚拟机，也可以是以模板虚拟机为母板的虚拟机，即Link Clone。通过Link Clone，对于母板虚拟机所实施的系统变化与软件安装，可以快速的应用到各台Link Clone虚拟机之中，非常便于大批量部署功能相似的虚拟机。

（5）PCoIP Manager。PCoIP Manager作为Zero Client（零客户端）管理软件，能够对Zero Client进行分组管理，并按照组对Zero Client进行策略设置，实现自动登录，USB管理，显示器分布等管理，并提供Zero Client监控平台，可以对各台Zero Client的运行状态进行监控。

2）分布式HMI服务器与客户端系统。分布式HMI服务器与客户端系统采用罗克韦尔FactoryTalk View Server 与 FactoryTalk View Client软件，搭建在Winodws Server 2008 R2系统之上。

神华黄骅港务公司按照区域部门划分，采用了三套FactoryTalk View Server软件，归属于同一个FactoryTalk Directory Application之中，划分为Phase01，Phase02，Phase03三个区域，每一个区域包含两台互为冗余的虚拟服务器，每台虚拟服务器之中包含一个HMI Server，一个Alarm and Event Server，一个Data Server，分别提供HMI画面，报警事件以及数据源。当一台虚拟服务器发生故障时，系统能够自动的服务切换到冗余服务器之中，而切换过程在客户端看来几乎是无缝的，带来了极高的可靠性。

3）FactoryTalk Historian历史数据系统。FactoryTalk Historian历史数据系统，由PI数据服务器、FactoryTalk Live Data数据接口服务器及FactoryTalk Vantage Point报表系统构成。

（1）PI数据库作为领先的实时数据库系统，能够快速的存储来自于现场设备的大量数据，同时其特有的数据压缩技术，能够极大的节省存储空间，便于长时间保存设备运行数据，为设备数据分析提供长期可靠的数据。

（2）FactoryTalk Live Data数据接口服务器提供了简单易配置的数据接口，使得PI服务器能够方便的从FactoryTalk Data Server中通过Live Data 协议获取数据，同时，其具有的缓存功能，可以在接口服务器与PI服务器失去通信的情况下缓存数据，在通信恢复时再将数据上传到PI服务器中，保证了数据的完整性，而且，其本身也具有冗余性设置，可以在主数据源失去通信时，自动从冗余数据源中获取数据。

（3）FactoryTalk Vantage Point报表系统。FactoryTalk Vantage Point报表系统可以直接从PI Server中获取数据，并自动生成曲线，提供简洁有效的数据分析工具。

4）FactoryTalk Asset Center资产管理软件。FactoryTalk Asset Center资产管理软件可以对现场控制器、传感器的程序和配置信息进行保存，并能够侦测程序和配置信息的变化，生成变动记录，发送到相关人员的邮箱之中。

在神华黄骅港务公司的应用中，FactoryTalk Asset Center主要用来进行PLC程序的历史存档与变动记录，同时配合FactoryTalk Security功能，对不同用户根据设备的不同设置不同的访问权限，确保设备程序不被有意或无意的更改，带来生产过程中的安全隐患。

5）Windows域管理系统。Windows域管理系统由Windows Server 2012系统搭建，继承DNS与DHCP功能，为全港控制系统提供域名解析和IP地址分配，出于系统稳定性的考虑，IP地址分配功能主要针对Zero Client。通过域中组策略的设置，能够对控制系统中计算机提供统一管理，减少因为不安全操作带来的对控制系统的冲击，保障系统能够稳定运行。

6）工程师站系统。在神华黄骅港务公司IDC中，集成了工程师站功能，工程师站配备Vsphere Vcenter Client软件，PLC编程软件、HMI编程软件、Asset Center Client软件，工程师在工程师站可以对控制系统进行一站式管理，同时配合控制系统网络安全设置，在将来控制网络防火墙投入后，将作为进入控制系统的唯一路径，增强控制系统的可管理性和安全性。

3 系统可靠性的配置

神华黄骅港务公司集中控制系统具有双重冗余性，包含硬件冗余与软件冗余。

硬件冗余功能由Vsphere系统提供。Vsphere具有HA高可用性功能，能够在物理主机失去联系之后，自动将失去联系的物理主机上的虚拟机通过vMotion自动迁移到健康的物理主机之上。神华黄骅港务公司集中控制系统可以在失去一台物理主机的情况下，依靠剩余的三台物理主机继续稳定运行，不仅能够保证在一个节点故障的情况下稳定运行，而且非常便于在系统维护时继续保证系统运行。但HA功能的实现，并不是无缝的，故障主机上的虚拟机转移到其它主机上需要几分钟的时间，在这几分钟之内，这些虚拟机处于不可用的状态。为此，为了进一步保障系统的稳定运行，在配置集中控制系统中FactoryTalk View Client与工程师站时，一方面额外增加了一些备用虚拟机，另一方面，将这些虚拟机尽可能的均衡分布于不同主机之上。

软件冗余功能由FactoryTalk View Server提供。FactoryTalk View Server自带冗余功能，通过进行冗余性配置，能够在FactoryTalk View主服务器失去联系之后，自动将服务切换到冗余服务器之上，这个切换时间非常短，对生产的影响可以忽略不计，在主服务器恢复之后，需要手动将服务切换回主服务器之上，而不会自动切回，防止由于系统故障造成的服务节点不停跳转。

4 统一操作平台

在神华黄骅港务公司的生产运行操作中，不同设备的操作是在全场不同场所进行的，没有一个统一的平台可以提供不同设备的监控与操作。在神华黄骅港务公司集中控制系统中，通过建立统一的导航界面，能够对全场不同区域不同类型的设备进行统一操作监控。所有操作岗位不再局限于单一岗位的操作，在具有相关设备操作权限的情况下，操作员可以对全场任何设备进行操作，操作员不再仅仅是某个岗位的操作员，而是具有全场视野的操作员，为岗位的优化与技能提升提供了基础。

在导航界面，全场设备按照不同区域及设备类型进行了分类，可以非常方便地进入到所要操作或者监控的设备画面中。而操作员在操作前，必须要输入具有相应操作权限的账号才可以进行操作，否则就仅有观察的权限。

5 结语

通过罗克韦尔IDC系统的使用，神华黄骅港务公司建立了有效的集中控制系统，在提升港口自动化水平和信息化水平的同时，为生产运行、人员岗位优化奠定了坚实的基础，为将来港口智能化的进一步提高提供了必要条件。

参考文献：

[1] 曹流.罗克韦尔自动化NetLinx网络体系研究与应用[D].上海交通大学，2009.

[2] 王成海.罗克韦尔生产运营系统中的精益生产方式分析[D].上海交通大学，2009.

[3] 任昱.基于VMware vSphere虚拟化资源管理平台研究[J].计算机应用与软件，2012，29（5）.