SCADA（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控）系統(tǒng)是工業(yè)領(lǐng)域最常見的控制系統(tǒng)之一，在電力、冶金、石油、化工、燃?xì)夂蛙壍澜煌ǖ缺姸嘈袠I(yè)不可或缺。為了保障高度的可靠性與穩(wěn)定性，SCADA系統(tǒng)一般都會(huì)從硬件、軟件、通信鏈路等方面采用冗余設(shè)計(jì)。

由于幾乎需要增加一倍的軟硬件投入，SCADA冗余系統(tǒng)往往需要很高的投資，而且會(huì)使得整個(gè)控制系統(tǒng)變得異常龐大和復(fù)雜。

那隨著技術(shù)的進(jìn)步，有沒有一種全新的冗余技術(shù)，能夠大幅度減少軟硬件投入并簡(jiǎn)化系統(tǒng)呢？今天，我們就通過一個(gè)實(shí)際應(yīng)用案例，來介紹一種全新的冗余SCADA系統(tǒng)——VTScada。

加拿大自然資源有限公司（CNRL）以戰(zhàn)略采購(gòu)部分原油和天然氣資產(chǎn)起家，目前已逐漸壯大成為世界最大的獨(dú)立油氣生產(chǎn)商之一。對(duì)于新購(gòu)置的系統(tǒng)而言，通常都會(huì)配備一個(gè)監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集軟件應(yīng)用程序（SCADA）以用于數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控與歷史數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期整合。目前，在加拿大西部地區(qū)擁有該類型系統(tǒng)的數(shù)量已高達(dá)200多個(gè)。考慮到簡(jiǎn)化操作、軟件許可、系統(tǒng)支持以及相關(guān)的培訓(xùn)等，CNRL選擇了虹科VTScada軟件作為其所有站點(diǎn)的SCADA標(biāo)準(zhǔn)化解決方案。VTScada除了能夠與遍布于各現(xiàn)場(chǎng)的控制器進(jìn)行通信外，還提供了獨(dú)特的冗余及數(shù)據(jù)同步選項(xiàng)功能，用以適應(yīng)其分布廣泛的結(jié)構(gòu)體系。CNRL公司的SCADA專家Sam Lau講述了VTScada是如何幫助公司實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的持續(xù)在線并保證歷史數(shù)據(jù)安全性的。

CNRL公司利用多種冗余模型為分布在加拿大西部的應(yīng)用程序提供服務(wù)，覆蓋面積高達(dá)2258483平方公里。

VTScada讓我們眼前一亮

“我們正在尋找可以取代現(xiàn)有老化SCADA系統(tǒng)的軟件，為此我們對(duì)相當(dāng)多的供應(yīng)商和軟件類型做出評(píng)估。VTScada的一些特性使我們眼前一亮，其優(yōu)異的版本控制更是讓我們異常驚喜，這是我們?cè)谄渌浖卸嘉丛l(fā)現(xiàn)的。”虹科VTScada本地組件中提供了應(yīng)用程序配置更改加密列表，用戶可以利用其對(duì)更改記錄中的變更者與變更原因進(jìn)行追蹤，大幅度減少因變更操作而產(chǎn)生的問題。

虹科VTScada還可以對(duì)用戶站點(diǎn)及設(shè)備的監(jiān)控表達(dá)方式進(jìn)行復(fù)制與規(guī)范。“能夠?yàn)橄鄳?yīng)資產(chǎn)設(shè)備等快速創(chuàng)建可重復(fù)使用的標(biāo)簽和模板，然后對(duì)由一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用程序傳播的整體進(jìn)行修改，這具有非常的價(jià)值。此外我們十分看重的另一方面是VTScada支持各種應(yīng)用層，因此我們可以為集成商創(chuàng)建公司專門的OEM層。這些層使我們能夠在沙箱中使用圖標(biāo)控件、字體等，并對(duì)其進(jìn)行個(gè)性化設(shè)置。OEM層由公司控制，因此全公司VTScada應(yīng)用程序在所有方面都保持一致性。”

冗余之途

“在公司，我們已經(jīng)使用VTScada實(shí)現(xiàn)了多種不同類型的冗余架構(gòu)。我們有傳統(tǒng)的SCADA主機(jī)冗余，即兩臺(tái)物理機(jī)搭建主服務(wù)器和備份服務(wù)器。”

虹科VTScada軟件使用一個(gè)集成的體系結(jié)構(gòu)，許可證及安裝包中涵蓋了所有核心SCADA組件。一個(gè)應(yīng)用程序即可包含任意數(shù)量的冗余服務(wù)器，且當(dāng)其中一個(gè)服務(wù)器故障時(shí)，服務(wù)器可根據(jù)預(yù)先設(shè)定瞬間切換到另一個(gè)。雖然冗余服務(wù)器通常以此方式工作，但這種集成設(shè)計(jì)同時(shí)也為其他滿足CNRL公司需求的冗余模型提供了思路。

雙向同步是關(guān)鍵

每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的時(shí)間標(biāo)記將匹配到毫秒，一旦主數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器發(fā)生故障，則關(guān)聯(lián)的工作站和網(wǎng)絡(luò)客戶端將切換到下一個(gè)指定的數(shù)據(jù)庫(kù)。而當(dāng)該故障解除，服務(wù)器實(shí)現(xiàn)恢復(fù)后，之前的歷史數(shù)據(jù)將自動(dòng)以最高160,000點(diǎn)/秒的速度在整個(gè)LAN/WAN中進(jìn)行同步。歷史記錄的同步速度可根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載自動(dòng)降低，從而保證該同步不會(huì)對(duì)SCADA服務(wù)器之間的實(shí)時(shí)通信造成影響。任一服務(wù)器丟失的任何歷史數(shù)據(jù)都將自動(dòng)同步傳輸，不論服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)之間的通信時(shí)間有多長(zhǎng)。

集中應(yīng)用程序備份

“VTScada另一強(qiáng)大功能是能夠在同一臺(tái)服務(wù)器上運(yùn)行多個(gè)應(yīng)用程序，我們對(duì)此前所未見。傳統(tǒng)意義上，一臺(tái)服務(wù)器可以托管該SCADA應(yīng)用程序中的一個(gè)實(shí)例，但VTScada同時(shí)允許多個(gè)實(shí)例，為我們展現(xiàn)了一個(gè)全新的冗余世界。”

“之前，獲得冗余的唯一途徑是擁有多個(gè)物理服務(wù)器，因此，如果需要主服務(wù)器和備份服務(wù)器，則必須安裝搭建所有的雙服務(wù)器組。在石油和天然氣領(lǐng)域，我們擁有許多服務(wù)器各自遍布于油田各處，硬件消耗及維護(hù)成本相當(dāng)高昂。”

“由于VTScada在一臺(tái)服務(wù)器上支持多個(gè)應(yīng)用程序的運(yùn)行，這種能力使我們能夠使用單個(gè)備份服務(wù)器，并通過支持多個(gè)應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)整個(gè)區(qū)域的覆蓋，即可以作為許多站點(diǎn)的備份服務(wù)器。我們現(xiàn)在已將這種架構(gòu)應(yīng)用于大多數(shù)系統(tǒng)。”

“對(duì)于大型的關(guān)鍵系統(tǒng)，我們確實(shí)有一些案例是在用幾臺(tái)物理服務(wù)器運(yùn)行一個(gè)主服務(wù)器和一個(gè)備份服務(wù)器，但總體來講，我們?cè)跀?shù)據(jù)中心只有一個(gè)大型中央備份服務(wù)器，主服務(wù)器均置于現(xiàn)場(chǎng)各處。在我們的案例中，中央備份是一個(gè)虛擬機(jī)，它的可擴(kuò)展性使其可以選擇并提供冗余，而傳統(tǒng)上由于附加服務(wù)器的成本我們本來不會(huì)擁有任何冗余。”

使用本地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行本地監(jiān)控

“我們有另一款創(chuàng)新型冗余服務(wù)器是在VTScada之前未曾見過的。在我們的某些應(yīng)用程序中，單個(gè)應(yīng)用程序包含多個(gè)重要設(shè)備。采用這種架構(gòu)是完全有可能出現(xiàn)部分網(wǎng)絡(luò)中斷等問題的，這將會(huì)導(dǎo)致設(shè)備直接斷開連接。當(dāng)此種情況出現(xiàn)時(shí)，我們可能無(wú)法連接到主設(shè)備，從歷史記錄來看，由于失去與主設(shè)備的聯(lián)系，后面的第二、三臺(tái)設(shè)備將成為盲點(diǎn)。所幸的是，在VTScada系統(tǒng)中應(yīng)用程序歷史紀(jì)錄儀是可分散的，因此不必要連接主設(shè)備。我們可以設(shè)置本地設(shè)備歷史記錄僅用于查看該設(shè)備的I/O而不影響工廠的運(yùn)營(yíng)。我十分欣賞這一點(diǎn)。”

“獨(dú)立的服務(wù)器可以繼續(xù)使用本地實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)提供本地監(jiān)制此方法還支持公司在某些地方使用較小的VTScada I/O許可證來降低成本。“我們的VTScada應(yīng)用程序可能有十萬(wàn)個(gè)I/O、多個(gè)設(shè)施及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，但我們?cè)谄渌恍┲匾脑O(shè)備上設(shè)有備份，這些設(shè)備只使用五千個(gè)I/O的許可證。除本地設(shè)施數(shù)據(jù)檢索外，新數(shù)據(jù)將記入到本地歷史記錄中，然后在設(shè)備運(yùn)作時(shí)同步到主設(shè)備中。事實(shí)上，我們可以將一個(gè)大型應(yīng)用程序減縮為更小的部分，這意味著它對(duì)于實(shí)現(xiàn)這種冗余級(jí)別所需的許可證和PC硬件來說十分經(jīng)濟(jì)。”

長(zhǎng)期歷史數(shù)據(jù)管理

“目前，公司并未耗費(fèi)太多時(shí)間考慮如何管理歷史數(shù)據(jù)的冗余，因?yàn)樗绍浖幚砬疫\(yùn)作正常。我們的主服務(wù)器中存放著一個(gè)歷史記錄副本，然后拷貝到位于卡爾加里的備份服務(wù)器中。隨著VTScada應(yīng)用程序數(shù)量的增加，在系統(tǒng)的下一階段，我們正在對(duì)用數(shù)據(jù)中心實(shí)施歷史記錄服務(wù)進(jìn)行評(píng)估。”

“由于VTScada允許我們?yōu)槠淙舾煞?wù)指定服務(wù)器列表（如：歷史記錄儀、驅(qū)動(dòng)程序、瘦客戶端服務(wù)器等），因此用戶可以在一臺(tái)服務(wù)器上運(yùn)行主應(yīng)用程序，而在另一臺(tái)服務(wù)器上運(yùn)行歷史記錄功能。將歷史紀(jì)錄儀分成具有大量磁盤空間的較大型虛擬機(jī)可實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期存儲(chǔ)，這與10年前的系統(tǒng)形成了鮮明對(duì)比，過去的系統(tǒng)只能實(shí)現(xiàn)一到三個(gè)月的存儲(chǔ)。”

利用歷史數(shù)據(jù)

“運(yùn)營(yíng)商們最喜歡的功能之一是VTScada對(duì)數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)的反映。油井?dāng)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)變化趨勢(shì)使他們受益頗多。其實(shí)所有的數(shù)據(jù)都在那，很難有人注意到這點(diǎn)，就連我們的工程師們也才剛剛發(fā)現(xiàn)VTScada反映數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)功能的強(qiáng)大之處。”

未來展望

數(shù)據(jù)分析方法的普及使企業(yè)身處這樣一個(gè)階段：像這樣數(shù)據(jù)量十分龐大的公司，面對(duì)眾多數(shù)據(jù)甚至不知應(yīng)該如何處理，此時(shí)數(shù)據(jù)分析便開始發(fā)揮作用。對(duì)此CNRL已采取了一些更有效的措施來使用這些數(shù)據(jù)，只針對(duì)數(shù)據(jù)中的問題點(diǎn)進(jìn)行報(bào)告制定，而非查看所有數(shù)據(jù)。從現(xiàn)有數(shù)據(jù)分析來講，我們可以看到一個(gè)巨大的發(fā)展空間。
編輯：hfy