制丝管控系统的虚拟化技术应用研究

杨海涛

摘 要：随着工业控制技术的提高和信息化建设步伐的加快，制丝管控系统功能越来越丰富，导致规模越来越大。虚拟化技术为计算资源提供统一标准的封装形式，实现计算资源的最大程度共享和透明使用，满足服务器的灵活管理和高效利用。文章以VMware虚拟化平台为基础，研究制丝管控系统的虚拟化技术应用。

关键词：制丝管控；虚拟化；VMware

中图分类号：TP273 文献标志码：A 文章编号：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

随着烟草行业生产规模的增大和卷烟品牌的多样性，制丝生产控制模式也随之变得更大和复杂，整个制丝生产过程对管控系统的依赖程序越来越大，对制丝管控系统进行可靠性和创新性研究设计，更好地满足制丝加工工艺的要求，保证制丝生产的稳定可靠，实现系统维护管理的智能高效。虚拟化技术作为云计算的核心技术，已使传统的单实体服务器构建方案逐步向虚拟化方案过渡。在制丝管控系统中采用虚拟化技术，可以实现快速部署新构架新功能，满足硬件资源的灵活管理和高效利用，提高系统的可靠性，减少服务器的软硬件故障造成的生产停机时间，降低维护人员对系统的维护难度。

2 传统制丝管控系统架构

制丝管控系统主要包括WINCC生产监控服务器、WEB发布服务器、实时数据库服务器、Oracle数据库服务器、生产管理服务器、OPC服务器等服务器组成，传统模式为每种服务配备一台实体服务器（个别两种服務对应一台实体服务器）。由于管控系统服务器没有统一的管控平台，主要靠人工手动运维，管理、维护的工作量非常大。项目实施购置中，服务器配置均是按高要求，超容量去配置，正常生产中实体服务器CPU资源利用率一般都不超过15%，利用率最高一般也不超过50%；同时大多数服务器内存的利用率低于20%，因此造成硬件资源的浪费。

传统制丝管控系统采用单独的服务器部署，一旦服务器出现问题，容易影响各项应用系统的正常开展。如WINCC监控服务器长时间运行后，因归档数据的不断增大，容易造成卡机，而传统监控服务器是“一用一备”模式，主服务卡机后重启期间，服务器的切换会造成生产监控的中断，影响生产的连续性。服务器出现严重系统故障需重新部署时，需重新安装操作系统和应用软件，并进行相应的系统设置，需花费大量的时间来进行前期准备工作。

系统和应用迁移到新的硬件时，需要和旧系统兼容的系统，特别是已经使用很长时间的低版本软件很难或者是无法迁移到新的服务器硬件平台上。大量分散部署的服务器难以实现高效的运维，对于新增应用或服务时，应用程序和存储、网络的部署需要较长时间重新规划和调整；硬件的更新维护、程序的补丁或系统的升级，需要花费数天甚至数周的变更准备。

3 制丝管控系统中虚拟化技术的应用

本文以VMware虚拟化平台为基础，研究制丝管控系统的虚拟化技术应用。通过VMware搭建服务器虚拟化资源平台，统一硬件资源调配。将 PC 服务器中的操作系统与应用打包成为一组文件后，保护于后端共享的存储系统，采用共享的存储链路技术将计算环境统一连接入共享存储平台。利用虚拟化平台的动态资源调配、在线迁移与高可用等技术，增强计算资源与存储资源的流动性。

论文介绍的制丝线管控系统硬件平台采用4台X3850 系列服务器组成硬件资源池，配置两台互为冗余的光纤交换机，一套磁盘阵列，每台实体服务器上安装配置 VMware vSphere企业版套件。VMware ESX Server将服务器硬件与虚拟机，以及虚拟机之间进行相互隔离，确保虚拟机之间不会相互影响和泄露数据，应用程序只能通过网络进行通信，每个虚拟机等同于传统的单台物理服务器，提高了系统的资源利用率，实现了服务器虚拟架构的整合。

管控系统虚拟化后，把生产监控的WINCC服务器、WEB发布服务器、Oracle数据库服务器、实时数据库服务器、生产管理服务器、OPC服务器等创建生成相应的虚拟机，运行在4台Lenovo主机组成的虚拟化平台上。通过vCenter Server对四台硬件服务器和虚拟服务器进行统一的管理和配置，对服务器资源进行统一管理和资源的调配，结合具体业务需求进行虚拟机的部署和配置，并在这些虚拟机上安装相应的应用程序。

对4台Lenovo服务器主机组成的虚拟化资源平台设置HA（High Availability，高可用性）功能，确保服务在所需时间内能够长时间持续运行。当某台实体主机出现故障时，vSphere HA会在其他主机上迅速重新启动受影响的虚拟机，减少服务器宕机时间。VMware的vMotion迁移可将已开启的虚拟机从一个主机移到另一个主机上。对资源池中的虚拟机使用vMotion，提高硬件的利用率，还可保证虚拟机在计划内硬件停机期间能够继续运行，通过DRS （vSphere Distributed Resource Scheduler）实现跨主机的资源负载均衡。采用VMware VDP（虚拟机备份与恢复功能），对虚拟机服务器定期的备份，当服务器出现问题后，高效恢复系统，提高容灾能力。

项目开发和测试期间，需要搭建测试环境，进行软件测试和优化，而传统模式下，前期的硬件设备和网络环境难以按生产环境要求进行搭建，大部分设备都需要现场直接安装后才能进行使用，这给安装调试工作带来了很大的不便。虚拟化技术可以在现有的硬件资源配置下，对服务器资源进行重新调整和共享，有效利用空闲资源，进行快速部署新构架新功能测试环境，更好满足测试需求和减少应用程序兼容性问题，提高项目开发的效率。

通过虚拟平台的系统模板发布及克隆功能和快照技术，加快服务器重建和应用的部署，原服务器的重建部署只要几十分钟（传统重建或恢复系统时一般需要几小时甚至数天）。当需要部署新的应用系统时，通过资源监测可以快速合理地定位可用的空闲资源，缩短新应用部署周期。以往部署新应用时，往往需要花大量的时间去准备系统环境，而通过虚拟平台资源池的应用，可以快速地进行新系統的部署。

4 结束语

制丝管控系统的虚拟化技术应用有效提高服务器利用率，发挥各种硬件资源的潜在价值，加快新应用和新功能的部署，大大降低了系统的维护难度，减少了系统故障恢复时间和服务器软硬件系统故障对生产带来的影响。

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