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        基于Stratus服務(wù)器的虛擬化系統(tǒng) 在海洋石油平臺中的應(yīng)用

        2021-04-06 06:09:48田亮
        化工管理 2021年9期
        關(guān)鍵詞:雙機(jī)虛擬化油氣

        田亮

        (中海石油(中國)有限公司上海分公司,上海 200335)

        1 簡述

        某海洋油氣生產(chǎn)平臺的中央控制系統(tǒng),采用羅克韋爾公司提供的控制系統(tǒng),過程控制系統(tǒng)和安全控制系統(tǒng)將工業(yè)現(xiàn)場采集到的所有數(shù)據(jù)都存儲在雙機(jī)冗余的服務(wù)器中,上位機(jī)操作員站通過服務(wù)器來訪問數(shù)據(jù),進(jìn)行人機(jī)交互。由于長時間運(yùn)行,加上惡劣的海洋環(huán)境,服務(wù)器和各操作電腦出現(xiàn)卡頓、頻繁死機(jī)和服務(wù)器不能順利切換等故障,嚴(yán)重影響了平臺的安全生產(chǎn)。該生產(chǎn)平臺通過虛擬化技術(shù)和Stratus硬容錯服務(wù)器對控制系統(tǒng)進(jìn)行了升級改造,有效解決了問題,同時該技術(shù)的應(yīng)用也是海洋石油虛擬化改造的第一例,為海洋石油數(shù)字化進(jìn)程奠定了基礎(chǔ)。

        2 Stratus服務(wù)器

        Stratus是一家老牌服務(wù)器廠商,它所推出的ftServer系列容錯服務(wù)器是一種可靠性在99.99%~99.9999%之間的高性能服務(wù)器。Stratus ftServer系列服務(wù)器是依靠硬容錯來實(shí)現(xiàn)的,通過獨(dú)特的硬容錯技術(shù)設(shè)計,可以在單一系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)CPU、內(nèi)存、芯片組、磁盤、I/O部件的冗余[1],加上DMR Lockstep(鎖步)技術(shù)、故障自動切換機(jī)制、故障部件熱插拔替換等,可以做到零切換時間,防止宕機(jī)的發(fā)生。而傳統(tǒng)的雙機(jī)冗余和集群冗余,本質(zhì)上是通過軟件進(jìn)行控制的,軟件控制的可靠性低于硬件[2]。當(dāng)系統(tǒng)因故障或其他原因需要切換的時候,存在切換慢和無法順利切換的問題,特別是當(dāng)系統(tǒng)長時間運(yùn)行后,依靠軟件管理來進(jìn)行的冗余系統(tǒng),很難滿足冗余機(jī)器之間的同步一致。目前海洋油氣生產(chǎn)平臺,大多數(shù)采用的是雙機(jī)冗余系統(tǒng)。然而某油氣生產(chǎn)平臺在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn),尤其是運(yùn)行3年以上的雙機(jī)冗余服務(wù)器,多次出現(xiàn)不能順利切換的故障,導(dǎo)致油氣生產(chǎn)平臺被迫關(guān)停,給現(xiàn)場設(shè)施造成較大損失,如此故障發(fā)生在氣田群,將造成更為嚴(yán)重的生產(chǎn)損失。故此油氣生產(chǎn)平臺在最近一次對中央控制系統(tǒng)升級改造中,選擇了Stratus ftServer硬容錯服務(wù)器作為核心的升級單元。它相對于傳統(tǒng)的雙機(jī)冗余,具有如下優(yōu)勢:

        (1)自監(jiān)控硬件不斷檢查關(guān)鍵參數(shù);(2)自診斷系統(tǒng)不斷評估其健康;(3)自修復(fù)服務(wù)器會自動將子系統(tǒng)離線和在線;(4)自動警報讓用戶不斷地了解問題;(5)在服務(wù)器正常工作時可以熱插拔所有硬件,不會出現(xiàn)宕機(jī)現(xiàn)象;(6)服務(wù)器出現(xiàn)硬件故障,故障組件會自動脫機(jī)而不會出現(xiàn)性能降級和宕機(jī),完全可以實(shí)現(xiàn)零時間停機(jī);(7)客戶可更換單元自動檢測,數(shù)據(jù)在更換后自動同步;(8)后期維護(hù)成本非常低。

        Stratus硬容錯服務(wù)器優(yōu)點(diǎn)環(huán)圖如圖1所示,Stratus硬容錯服務(wù)器硬件圖如圖2所示。

        圖1 Stratus硬容錯服務(wù)器優(yōu)點(diǎn)環(huán)圖

        圖2 Stratus硬容錯服務(wù)器硬件圖

        基于以上高可靠性優(yōu)點(diǎn),StratusftServer硬容錯服務(wù)器已在醫(yī)療、航空、高鐵、金融等重要領(lǐng)域中得以應(yīng)用。海洋油氣生產(chǎn)現(xiàn)場,選擇容錯服務(wù)器,從長期來看,將大幅減低故障成本和維護(hù)成本。

        3 虛擬化技術(shù)

        在海洋油氣生產(chǎn)平臺,往往會遇見控制系統(tǒng)中的操作電腦和服務(wù)器在多年使用后由于性能下降需要更換的問題。然而在更換過程中,可能會出現(xiàn)當(dāng)前市面上的新電腦無法與老的操作系統(tǒng)以及應(yīng)用軟件匹配現(xiàn)象,同時下位機(jī)中的DCS、ESD和火氣等控制系統(tǒng)自身又無法滿足軟件升級的需求。在這種情況下,利用虛擬技術(shù)將老電腦虛擬化,然后在各虛擬機(jī)上布置老的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件,這樣就避免了操作系統(tǒng)和軟件與硬件不匹配的問題,采用虛擬化技術(shù)將是一個既節(jié)約成本,又縮短升級改造時間的最佳方案。

        以虛擬鏡像(VM)的方式運(yùn)行于VMwarevSphere虛擬架構(gòu)下虛擬機(jī),是將基于應(yīng)用的服務(wù)與傳統(tǒng)的硬件PC剝離出來[3],在一臺計算機(jī)上可同時運(yùn)行多個具有不同操作系統(tǒng)的邏輯計算機(jī),并且應(yīng)用程序都可以在相互獨(dú)立的邏輯計算機(jī)上運(yùn)行而互不影響,從而節(jié)約硬件資源,提升物理計算機(jī)的使用效率[4]。在保證系統(tǒng)穩(wěn)定安全的前提下,除了充分利用新硬件資源提升各項(xiàng)應(yīng)用的流暢度外,工業(yè)控制現(xiàn)場利用虛擬化技術(shù)還可提升增強(qiáng)如下功能:(1)虛擬化架構(gòu)將應(yīng)用從傳統(tǒng)的物理設(shè)備剝離出來,即應(yīng)用程序無需關(guān)心具體部署的硬件設(shè)備,使得系統(tǒng)升級將更加容易;(2)強(qiáng)大的系統(tǒng)備份能力:可以在線備份整個系統(tǒng),并對現(xiàn)有運(yùn)行的系統(tǒng)無干擾;(3)無可比擬的系統(tǒng)恢復(fù)能力:可以在任何硬件資源上快速移植部署恢復(fù)系統(tǒng);(4)靈活的系統(tǒng)擴(kuò)展能力:系統(tǒng)可以依據(jù)工藝需求靈活方便地擴(kuò)展系統(tǒng);(5)數(shù)據(jù)訪問更加高效:基于以太網(wǎng)無處不在的實(shí)時訪問能力,相比于傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程桌面更加高效,可以靈活方便地訪問網(wǎng)絡(luò)中所有的虛擬化資源;(6)虛擬化有助于系統(tǒng)的整體可靠性:運(yùn)行于虛擬化平臺的各鏡像系統(tǒng),通過了權(quán)威的測試環(huán)境,鏡像中的操作系統(tǒng)已經(jīng)完成了工程應(yīng)用的優(yōu)化設(shè)置,理論上有效避免了工程應(yīng)用人員在工程實(shí)施中的人為失誤;(7)虛擬化架構(gòu)減少工程耗時及成本,減輕整個項(xiàng)目生命周期的管理難度,延長系統(tǒng)的使用壽命。

        4 虛擬技術(shù)+Stratus硬容錯服務(wù)器

        將強(qiáng)大的虛擬技術(shù)與Stratus硬容錯服務(wù)器相結(jié)合,給工業(yè)控制帶來極大的方便和極高的可靠性能。主要表現(xiàn)如下:(1)Stratus硬容錯服務(wù)器可靠性好,可實(shí)現(xiàn)硬件級別的雙服務(wù)器容錯,是目前全球中處于壟斷地位的硬容錯服務(wù)器;(2)硬容錯服務(wù)器性能在虛擬化架構(gòu)下性能可以得到充分利用,以Stratus ftServer 2810為例,單臺服務(wù)器可以部署10個RA標(biāo)準(zhǔn)鏡像文件,幾乎可以容納工業(yè)現(xiàn)場的常規(guī)服務(wù)器,操作員站,工程師站,甚至可以部署Historian服務(wù)器;(3)虛擬化架構(gòu)使傳統(tǒng)的工程師站和操作員站變成了客戶端,系統(tǒng)核心應(yīng)用托管于硬容錯服務(wù)器,使得應(yīng)用更加安全。

        在Stratus硬容錯服務(wù)器上布置各種VMware vSphere虛擬機(jī)后,整個服務(wù)器可以理解為一個局域網(wǎng)中的“私有云服務(wù)器”,只要Stratus硬容錯服務(wù)器的硬件資源滿足要求,就可以在它上面布置各種我們需要的虛擬化資源,外界只需通過局域網(wǎng)絡(luò),就可以實(shí)現(xiàn)對私有云資源的訪問。

        對于海上油氣生產(chǎn)平臺來說,當(dāng)中心平臺布置有私有云服務(wù)器后,其相關(guān)聯(lián)井口平臺,不需要再配置數(shù)據(jù)服務(wù)器、工程師站和操作員站等傳統(tǒng)實(shí)體電腦,我們可以在中心平臺的私有云服務(wù)器上來布置上訴實(shí)體電腦的虛擬化產(chǎn)品,從而節(jié)約硬件資源,實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理和高性能、高可靠性的要求。同時為控制系統(tǒng)的工程師在系統(tǒng)維護(hù)和升級改造中帶來極大的便利,不用往返于各平臺進(jìn)行操作,只需要訪問相應(yīng)的私有云服務(wù)器資源即可。

        將私有云服務(wù)器的概念擴(kuò)大到更大范圍,如大型油氣田群,以整個油氣田群來建立一個更為廣泛的私有云服務(wù)器,各個平臺的所有控制實(shí)體機(jī)都布置到私有云服務(wù)器上,則可以大幅度的降低控制系統(tǒng)投資成本、縮短建設(shè)周期和降低后期維護(hù)費(fèi)用[5],并可以隨著油氣田群的規(guī)模變化,來靈活的分配私有云服務(wù)器資源,從而為海洋石油油氣生產(chǎn)平臺的數(shù)字化打下基礎(chǔ)。

        5 結(jié)語

        以上內(nèi)容主要從應(yīng)用層面介紹了Stratus硬容錯服務(wù)器和虛擬化技術(shù)的各種優(yōu)點(diǎn),以此為基礎(chǔ)引出了私有云服務(wù)器的概念,以及它在海洋油氣生產(chǎn)平臺服務(wù)中的具體實(shí)現(xiàn)方式。

        云服務(wù)作為當(dāng)今社會的熱點(diǎn),它是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心。相對于私有云來說,更為廣泛的是公有云服務(wù)。目前公有云的主要屬性是共享資源服務(wù),依靠公有云服務(wù)平臺更為強(qiáng)大的云計算能力和靈活的資源配置,可以進(jìn)一步降低應(yīng)用公有云企業(yè)的成本和配置周期。而私有云對于重要企業(yè)來說,在數(shù)據(jù)安全和服務(wù)質(zhì)量上都較公有云有更好的保障,但布置成本比公有云要高。

        隨著時代技術(shù)的發(fā)展,不久的將來公有云服務(wù)的安全性會越來越高,海洋油氣生產(chǎn)平臺上可以將控制服務(wù)器布置到阿里云、騰訊云和華為云等公有云服務(wù)上,現(xiàn)場不再需要有實(shí)體的服務(wù)器,依靠云服務(wù)商提供的強(qiáng)大云計算能力、高可靠性和安全性的云服務(wù),通過5G移動技術(shù)和高速網(wǎng)絡(luò)通道,在油氣生產(chǎn)平臺與云服務(wù)之間建立數(shù)據(jù)交互,實(shí)現(xiàn)海洋油氣生產(chǎn)的數(shù)字化和智能化。

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