王洪鐘

(四川啟明星鋁業(yè)有限責(zé)任公司，四川 成都 610021)

0 引言

當(dāng)今以計(jì)算機(jī)為代表的工業(yè)自動(dòng)控制技術(shù)，已經(jīng)滲透到現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)。對于鋁電解等工業(yè)企業(yè)來說，如何確保其工業(yè)自動(dòng)控制平臺(tái)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)的安全性與可靠性已成為重中之重。一旦發(fā)生各種故障，輕則影響正常生產(chǎn)，重則給企業(yè)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。

目前普遍采用的挽救方法是在故障已經(jīng)發(fā)生后再去被動(dòng)處理。該方法不僅消極被動(dòng)，而且不可靠。這將不可避免地延長故障處理時(shí)間，從而影響正常生產(chǎn)。

本文采用了高可靠的數(shù)據(jù)快速安全恢復(fù)系統(tǒng)，能夠化被動(dòng)為主動(dòng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)在線實(shí)時(shí)備份與恢復(fù)，并能夠在盡可能短的時(shí)間內(nèi)將其恢復(fù)正常，從而將災(zāi)難性損失控制在最小范圍內(nèi)。

1 數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)備份與恢復(fù)

及時(shí)、高效率地存儲(chǔ)與備份是鋁電解等工業(yè)自控平臺(tái)能否快速安全恢復(fù)的基礎(chǔ)和前提。下文從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式、數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)這兩方面展開介紹。

1.1 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式

最基本的3種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式包括直接連接存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)和存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)模式。

①直接連接存儲(chǔ)模式(direct attached storage，DAS)，是指將存儲(chǔ)設(shè)備通過SCSI接口或光纖通道直接連接到一臺(tái)計(jì)算機(jī)上。

② 網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)模式(network attached storage，NAS)，這種專用文件服務(wù)器去除了通用服務(wù)器原有的大多數(shù)計(jì)算功能，只提供存儲(chǔ)服務(wù)用的文件系統(tǒng)功能，將存儲(chǔ)設(shè)備通過標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(如以太網(wǎng))連接到特定的計(jì)算機(jī)群。

③ 存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)模式(storage area network，SAN)，是一種通過光纖集線器、光纖路由器、光纖交換機(jī)等連接設(shè)備，將磁盤陣列、磁帶等存儲(chǔ)設(shè)備與相關(guān)服務(wù)器連接起來的高速專用子網(wǎng)。該網(wǎng)絡(luò)提供了多主機(jī)連接，但并非通過標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/p>

1.2 數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)

數(shù)據(jù)備份技術(shù)包含軟件與硬件兩大部分。

①軟件方面：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與備份軟件方面主要有通用備份軟件技術(shù)(操作系統(tǒng)中所提供的備份功能)和專用備份軟件技術(shù)兩種。備份軟件技術(shù)在整個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)備份過程中起到非常重要的作用，它不僅關(guān)系到是否支持磁帶等的各種先進(jìn)功能，而且在很大程度上決定著備份的效率。由于操作系統(tǒng)自帶備份功能較弱，因此其不能滿足生產(chǎn)過程中實(shí)時(shí)性、可靠性以及突發(fā)性的要求。

②硬件方面：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與備份硬件方面主要有磁盤陣列、磁帶機(jī)與磁帶庫、光盤庫以及本地硬盤等存儲(chǔ)介質(zhì)。

系統(tǒng)與數(shù)據(jù)的恢復(fù)就是存儲(chǔ)與備份的逆向過程。

2 數(shù)據(jù)快速安全恢復(fù)系統(tǒng)

2.1 鋁電解自動(dòng)控制系統(tǒng)組成

為了便于討論鋁電解等工業(yè)自控平臺(tái)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)在線備份與快速安全恢復(fù)系統(tǒng)，下面就以四川啟明星鋁業(yè)公司鋁電解自動(dòng)控制系統(tǒng)為平臺(tái)，說明該系統(tǒng)的快速安全保護(hù)和應(yīng)對災(zāi)難性后果的功能。鋁電解自動(dòng)控制系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 鋁電解自動(dòng)控制系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic of automatic control system for aluminum electrolysis

系統(tǒng)由槽控機(jī)、通信機(jī)、接口機(jī)、工作站、SQL服務(wù)器、文件服務(wù)器、工控網(wǎng)絡(luò)以及以太網(wǎng)絡(luò)組成。除現(xiàn)場控制設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備外，接口機(jī)、工作站、SQL服務(wù)器組成了重要的工業(yè)自動(dòng)控制平臺(tái)，但這同時(shí)又是容易出現(xiàn)故障的地方。一旦這些重要設(shè)備出了問題，生產(chǎn)將處于癱瘓狀態(tài)。為確保這些平臺(tái)所運(yùn)行的系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的安全性與可靠性，應(yīng)采用高可靠的系統(tǒng)與數(shù)據(jù)快速安全恢復(fù)系統(tǒng)進(jìn)行處理，從而盡可能地將企業(yè)生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)降到最低。

2.2 恢復(fù)系統(tǒng)組成及原理

系統(tǒng)與數(shù)據(jù)的在線備份與快速安全恢復(fù)系統(tǒng)(以下簡稱快速安全恢復(fù)系統(tǒng))由硬件和軟件兩大部分組成。

硬件部分，即本地存儲(chǔ)設(shè)備(包括本地硬盤)或者網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備(包括網(wǎng)絡(luò)磁帶機(jī)、磁盤陣列以及網(wǎng)絡(luò)硬盤)，用于存儲(chǔ)在線實(shí)時(shí)備份的系統(tǒng)和數(shù)據(jù)。

軟件部分能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)在線自動(dòng)備份和恢復(fù)。使用手工備份和恢復(fù)是不可取的，一是工作量太大，二是不能做到實(shí)時(shí)在線備份。軟件部分是比較關(guān)鍵的，最好選擇一些專業(yè)備份軟件，經(jīng)過測試和比較，最終選擇了 Symantec/Symantec Backup Exec System Recovery 8.5在線備份與恢復(fù)軟件(以下簡稱Symantec備份與恢復(fù)軟件)。該軟件功能強(qiáng)大，不僅可以實(shí)時(shí)在線備份操作系統(tǒng)與數(shù)據(jù)，而且還能實(shí)時(shí)自動(dòng)備份計(jì)算機(jī)所有硬盤分區(qū)，并能夠方便地將其快速安全恢復(fù)，無論在界面、適用性、易操作性方面都比較讓人滿意。

快速安全恢復(fù)系統(tǒng)的原理如下。首先準(zhǔn)備好一塊硬盤，把它掛在計(jì)算機(jī)上作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)從硬盤;當(dāng)然也可以把主盤的某一個(gè)分區(qū)作為存儲(chǔ)設(shè)備(這就是DAS存儲(chǔ)與備份模式)，但是從存儲(chǔ)數(shù)據(jù)安全性與可靠性方面來講是不妥的，這是因?yàn)槠鋵χ鞅P崩潰或完全損毀無能為力。如果網(wǎng)絡(luò)有存儲(chǔ)設(shè)備或者文件服務(wù)器，可以將這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上，這就是NAS存儲(chǔ)與備份模式。DAS與NAS可以混合使用，也就是將備份數(shù)據(jù)放在本地的同時(shí)，在網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備上再復(fù)制一個(gè)副本，確保數(shù)據(jù)萬無一失。存儲(chǔ)設(shè)備與方式確定后，在目標(biāo)工控機(jī)或服務(wù)器上安裝Symantec備份與恢復(fù)軟件，并根據(jù)存儲(chǔ)容量和數(shù)據(jù)的重要程度，設(shè)置調(diào)度時(shí)間，也就是一天需要自動(dòng)備份多少次，理論上可以做到幾分鐘就備份一次。

系統(tǒng)與數(shù)據(jù)備份完成后，如果系統(tǒng)出現(xiàn)崩潰或者其他災(zāi)難性結(jié)果，就用Symantec Recovery Disk光盤啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，迅速將系統(tǒng)與數(shù)據(jù)恢復(fù)至最近備份點(diǎn);如果系統(tǒng)能正常運(yùn)行，只是數(shù)據(jù)丟失，那么就啟動(dòng)Symantec備份與恢復(fù)軟件，將丟失數(shù)據(jù)或文件實(shí)時(shí)在線恢復(fù)到最近備份點(diǎn)，這些系統(tǒng)與數(shù)據(jù)就能在最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常，從而將生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)盡可能地降到最低限度。

2.3 快速安全恢復(fù)系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用

快速安全恢復(fù)系統(tǒng)理論上是可行的。下面對其在企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中所起到的關(guān)鍵作用進(jìn)行介紹。

以下是工業(yè)控制平臺(tái)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)比較容易出現(xiàn)的幾種較為典型的災(zāi)難性情況，試驗(yàn)以四川啟明星鋁業(yè)鋁電解自動(dòng)控制系統(tǒng)為平臺(tái)。

2.3.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)崩潰快速處理

首先接口機(jī)上安裝Symantec備份與恢復(fù)軟件客戶端，再掛接一個(gè)從硬盤作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備。本試驗(yàn)采用DAS存儲(chǔ)與備份模式[1];設(shè)置好各種參數(shù)，該軟件理論上可以做到幾分鐘自動(dòng)備份一次;最后等待該系統(tǒng)與數(shù)據(jù)自動(dòng)完成實(shí)時(shí)在線備份與存儲(chǔ)。這是快速恢復(fù)系統(tǒng)的前期準(zhǔn)備工作。

①接口機(jī)操作系統(tǒng)出現(xiàn)崩潰故障。操作系統(tǒng)崩潰有可能是由軟件沖突、系統(tǒng)中毒造成的，也有可能是硬盤故障引起。其中，硬盤故障最具有毀滅性。若為硬盤損壞造成，則用一塊新硬盤替換原主硬盤掛在接口機(jī)，用Symantec Recovery Disk光盤啟動(dòng)接口機(jī)，將剛才已經(jīng)在線備份并存儲(chǔ)在從硬盤的系統(tǒng)與數(shù)據(jù)予以恢復(fù)。10多分鐘后，接口機(jī)Windows XP操作系統(tǒng)重新啟動(dòng)，系統(tǒng)狀態(tài)和鋁電解控制程序均能運(yùn)行正常，各參數(shù)與原來相同。這說明接口機(jī)系統(tǒng)災(zāi)難性問題已成功解決。

②接口機(jī)放在D盤的SQL數(shù)據(jù)庫以及其他重要數(shù)據(jù)丟失問題。由于本次故障只是SQL數(shù)據(jù)庫以及其他生產(chǎn)數(shù)據(jù)丟失，不是操作系統(tǒng)引起的，因此直接啟動(dòng)Symantec備份與恢復(fù)軟件客戶端，將已經(jīng)備份并存儲(chǔ)在從硬盤的數(shù)據(jù)實(shí)施在線恢復(fù)，幾分鐘后所有數(shù)據(jù)即完成恢復(fù)?；謴?fù)過程并沒有影響正常生產(chǎn)，說明本次數(shù)據(jù)恢復(fù)試驗(yàn)取得成功。

2.3.2 硬件故障快速處理

工作站安裝在作業(yè)現(xiàn)場的操作和監(jiān)控平臺(tái)，同樣裝有電解自控軟件。由于現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境惡劣，極有可能發(fā)生工作站系統(tǒng)崩潰，特別是工控機(jī)主板燒壞的情況。使用該快速安全恢復(fù)系統(tǒng)處理該類硬件故障的程序與方法如下[2－3]。

準(zhǔn)備工作與接口機(jī)前期準(zhǔn)備工作相同，在工作站上安裝Symantec備份與恢復(fù)軟件客戶端，同樣準(zhǔn)備一個(gè)從盤作為備份數(shù)據(jù)存儲(chǔ)硬盤，自動(dòng)在線備份系統(tǒng)與數(shù)據(jù)。采用一臺(tái)聯(lián)想楊天T3900辦公計(jì)算機(jī)作為臨時(shí)工作站，用Symantec Recovery Disk光盤啟動(dòng)辦公計(jì)算機(jī)，將工作站的系統(tǒng)和數(shù)據(jù)恢復(fù)到這臺(tái)辦公計(jì)算機(jī)主盤上，并重新啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，這臺(tái)辦公計(jì)算機(jī)即成為新的工作站，系統(tǒng)和工控軟件均運(yùn)行正常。

以上事例表明，快速安全恢復(fù)系統(tǒng)能夠?qū)I(yè)控制系統(tǒng)異構(gòu)平臺(tái)進(jìn)行很好地恢復(fù)與處理，使用一臺(tái)普通辦公計(jì)算機(jī)，即可將主板燒壞的工控機(jī)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)重新無障礙地移植到新的計(jì)算機(jī)上。

2.3.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)異構(gòu)平臺(tái)轉(zhuǎn)換

鋁電解自控系統(tǒng)采集和處理過的大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)均存儲(chǔ)在SQL服務(wù)器上。由于這些數(shù)據(jù)很重要，系統(tǒng)采用了HP DL380專用服務(wù)器。該服務(wù)器采用RAIN5磁盤陣列。硬盤同時(shí)出現(xiàn)問題的幾率較少，但是如果突然因其主板等硬件損壞而導(dǎo)致服務(wù)器癱瘓，生產(chǎn)無法停止，此時(shí)可以用一臺(tái)聯(lián)想楊天T3900作為臨時(shí)替代。

采用快速安全恢復(fù)系統(tǒng)處理上述問題的步驟如下。準(zhǔn)備工作同前，先在服務(wù)器上安裝Symantec備份與恢復(fù)軟件客戶端。由于是磁盤陣列，因此沒必要再掛從盤，但從安全和穩(wěn)妥的角度出發(fā)，仍同時(shí)啟用非現(xiàn)場復(fù)制方式，即在網(wǎng)絡(luò)上文件服務(wù)器上再存放一個(gè)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)備份副本。Symentec備份與恢復(fù)軟件可以自動(dòng)完成這個(gè)工作。首先從文件服務(wù)器中將數(shù)據(jù)副本復(fù)制到聯(lián)想辦公計(jì)算機(jī)硬盤上，接著用Symantec Recovery Disk光盤啟動(dòng)辦公計(jì)算機(jī)，將系統(tǒng)和數(shù)據(jù)恢復(fù)到辦公計(jì)算機(jī)主盤上，重新啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，系統(tǒng)和SQL服務(wù)器均運(yùn)行正常。這樣，這臺(tái)辦公計(jì)算機(jī)就臨時(shí)充當(dāng)起了HP SQL服務(wù)器的角色。

以上事例表明，快速安全恢復(fù)系統(tǒng)能夠在工業(yè)控制異構(gòu)平臺(tái)之間，即使像專用服務(wù)器與普通辦公計(jì)算機(jī)跨度如此之大的異構(gòu)平臺(tái)，也能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)的相互快速轉(zhuǎn)換，從而最大限度地降低控制系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)性[4]。

2.3.4 虛擬機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)換

準(zhǔn)備工作同前，用Symantec備份與恢復(fù)軟件客戶端將備份好的系統(tǒng)與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成VMware虛擬磁盤，并在一臺(tái)聯(lián)想辦公計(jì)算機(jī)上安裝VMware?Workstation7.1.1 build-282343虛擬機(jī)軟件。啟動(dòng)新虛擬機(jī)，工控系統(tǒng)與數(shù)據(jù)都能正常運(yùn)行，如在聯(lián)想辦公虛擬機(jī)軟件上能正常運(yùn)行工作站的電解工控軟件，就可以在新虛擬機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)監(jiān)控和實(shí)際操作。

由于虛擬轉(zhuǎn)換功能不依賴于原有平臺(tái)與硬件，直接實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的跨平臺(tái)和跨硬件運(yùn)行，因此具有重要作用。

3 結(jié)束語

快速安全備份恢復(fù)系統(tǒng)不僅已經(jīng)成功運(yùn)用于四川啟明星鋁業(yè)電解自動(dòng)控制系統(tǒng)，而且在其他工控系統(tǒng)以及比較重要的場所也都有所應(yīng)用，效果較好。該快速安全恢復(fù)系統(tǒng)能夠安全快速地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)備份與恢復(fù)功能。當(dāng)控制系統(tǒng)平臺(tái)出現(xiàn)各種災(zāi)難性后果時(shí)，能夠較好地拯救系統(tǒng)與數(shù)據(jù)，從而將生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)性降到最低，同時(shí)其投入成本又相對較低。因此，其具有較好的經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性、安全性和可靠性，這對于中小企業(yè)來說尤其比較實(shí)用。

系統(tǒng)能在工業(yè)控制系統(tǒng)中成功運(yùn)用，則在其他場合同樣也可以推廣應(yīng)用，為企業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)營增加一道可靠的安全屏障，從而做到防患于未然。

[1]羅慶超.分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與備份的研究與實(shí)現(xiàn)[D].成都：電子科技大學(xué)，2004.

[2]李文計(jì).企業(yè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與備份解決方案[J].衛(wèi)星電視與寬帶多媒體，2011(7).

[3]曾愛華.網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與備份探析[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2006(5)：81，172.

[4]魏強(qiáng).一種網(wǎng)絡(luò)備份系統(tǒng)的存儲(chǔ)優(yōu)化研究與實(shí)現(xiàn)[D].鄭州：解放軍信息工程大學(xué)，2009.