在生存竞争的压力下,适者生存,不适者被淘汰;物种所保留的有利性状在世代传递过程中逐渐变异,经过性状分异和中间类型消失便形成新种。
——达尔文
在地球漫长的历史长河中,环境的不断变化,推动了生命的不断进化。在“诞生、演化、消亡”的轮回中,从无机物到有机物,从原始菌类到低级海洋生命...一直到恐龙...人类,在优胜劣汰的自然法则面前,优势性状不断积累叠加,使得新生命的环境适应能力更加顽强,智慧力更加强大。
相比漫长的地球生命进化史,人类文明就是长河中的一滴浪花,现代技术就是浪花跳跃瞬间的夺目光芒。然而这一瞬间建立起的工业与科技优势,足以让人类笑傲所有地球上存在过的“生命”。如今
智能工业时代的到来,数字化、网络化和智能化技术的发展,为工业深化发展带来了无限可能,同时也形成了新的挑战,而克服挑战的唯一方法,就是科技力的再进化。
随着智能制造的持续深入,物联网、大数据、云计算以及边缘计算等新一代
数字化技术快速融入到工业,传统工业迎来了无限可能。新的制造模式和商业模式的出现,在推动工业制造转型的同时,也给企业带来巨大的挑战。
在智能工厂构建过程中,企业车间设备需要互联互通,生产过程状态数据需要及时的采集与分析,各个自动化控制系统要实现一体化集成,这都需要“更高阶“的SCADA系统予以支撑。传统SCADA虽然能让企业方便地监控散布在各地的生产过程和设备仪表,然而随着工业智能化落地场景的不断增多,面对日趋增长的数字化和智能化互联协作需求,传统SCADA系统却力有不逮。在此背景趋势下,SCADA系统也开始不断创新和优化。
从当下SCADA系统应用趋势看,其发展可概括为5个方向,即大数据、大集成、虚拟化、智能化和云平台。
大数据就是为未来企业的物联网和智能工厂建设搭建控制数据平台;大集成指的是根据发展的需要扩展系统或者将多个系统集而为一,能够将大量的生产数据和设备仪表信息无缝集成控制工程网版权所有,方便控制和监测;虚拟化能够让用户减少硬件和维护;智能化有助于生产操作的高效化和管理决策的科学化;云平台支持SCADA的远程运行。
例如,霍尼韦尔就与微软合作CONTROL ENGINEERING China版权所有,为企业的物联网和智能工厂建设搭建了开放的控制数据平台,使得SCADA系统能够在云端运行。罗克韦尔与Stratus合作,在ftServer平台部署SCADA虚拟化解决方案,通过灵活的连接和从车间到企业的可靠信息共享,提供很好的延展性。
通过将SCADA部署到云端,不仅能提供更低的入门成本,省去大额资本支出。从人力维护角度来看,IT设备减少了,需要投入的IT运维人员也减少了。通常情况下,IT运维人员只有少量的与VPN网关设备相关的现场工作,比如处理云与企业网络或现场设备之间的私有网络。这减少了雇佣稀有IT人才所带来的麻烦。
此外,利用虚拟化技术部署,一方面可以让用户减少主机的数量和维护量,另一方面可以使SCADA功能完全为云技术开放,可以基于云平台进行操作,充分满足智能工厂对数字化、互联、协同和智能的要求。
打造“永远在线”SCADA
SCADA作为一种行业需求覆盖广泛,技术应用十分成熟的工业系统,在工业发展中扮演着十分重要的角色。特别在远动系统中占重要地位,既可以对现场的运行设备进行监视和控制,以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能,即我们所知的"四遥"功能。如今也能通过物联网、云计算以及边缘计算,将数据采集和监视控制能力从远端延伸到边缘端,实现对远程分布式系统的“超远程”监控。
这一过程现在是如何实现的?SCADA系统组成包括监控计算机、远程终端单元(RTU)、可编程逻辑控制器(PLC)、通信基础设施、人机界面(HMI)。其中,监控计算机是SCADA系统的核心,负责收集过程数据并向现场连接的设备发送控制命令,这些现场连接控制器就是RTU和PLC,包括运行在操作员工作站上的HMI软件。
随着工业智能化转型升级的持续深入,SCADA将不再只是一个仅仅用于数据采集和监视控制的系统,而是正在成为工业大数据的“汇聚地”,它即可以作为工业互联网平台的底层,肩负起现场数据采集和设备监控的重任,也能为平台的数据分析提供坚实的支撑。日趋重要的能力,让其牢牢的占据智能互联时代的“C”位,不容任何闪失。
但根据领先工业自动化厂商的经验,随着时间的推移和数据持续增长,SCADA系统会变得不太稳定,从而引发操作、安全性和维护等方面的问题。目前传统SCADA系统所采用的双机热备和集群方案,只能保证故障发生不蔓延、扩散,属于灾难恢复方案,只能部分解决连续工作的问题。因此,如何提升SCADA系统的可用性、可操作性和安全性,成为企业推进工业智能化转型升级过程中必须解决的问题。
为应对挑战,近年包括罗克韦尔、西门子、通用电气、艾默生以及ABB等在内的全球工业自动化领导厂商,都致力于通过与Stratus公司合作,将其ftServer容错服务器和ztC Edge工业边缘计算系统用于SCADA系统部署,主要用来替代传统服务器,提升工业环境下服务器平台的可靠性和可用性。
通常SCADA系统分为两个层面,即客户机/服务器体系结构。服务器与硬件设备通信,进行数据处理和运算。而客户机用于人机交互,如用文字、动画显示现场的状态,并可以对现场的开关、阀门进行操作。目前,ztC Edge和ftServer两大产品可分别用于替换客户机和服务器,以其高冗余节点架构提供高达99.9999%的可用性,能确保SCADA系统每年的非计划停机时间在几秒钟,基本能杜绝任何形式的宕机。
Stratus公司的目标是,故障预防的专家,而不是故障恢复专家,将任何形式的故障完全“扼杀在摇篮”之中,即便是硬件故障,也不影响业务连续性。那么,Stratus是如何做到的?
实际上控制工程网版权所有,为保证系统的高容错能力,ftServer和ztC Edge均采用的是单一系统的两个紧凑坚固的冗余节点组成,如果其中一个节点出现故障,则可自动实现系统切换。
1 ftServer
例如,ftServer服务器是由两台刀片服务器组成的一体机,在这种情况下,企业只需要购买一个操作系统和数据库license,所有应用系统由两台服务器自动运行。其中,有一台服务器出现故障,例如掉电时另一台服务器可以继续运行CONTROL ENGINEERING China版权所有,不会造成任何损失,更换设备可以直接热插拔。通过在单一操作系统内实现CPU、内存、芯片组、磁盘、I/O部件的冗余设计,加上独家DMR Lockstep(锁步)技术、故障自动切换机制、故障部件热插拔替换等,可以做到零切换时间,防止宕机发生。
如果只考虑单机硬件成本,单台容错服务器可能会比单台配置相当的传统服务器要贵。但保证业务的连续和可用性,传统服务器就必须做复杂的双机热备,不仅部署实施复杂,而且成本远高于单台ftServer容错服务器,这样一来,Stratus产品的优势就显现出来了。不仅如此,再从TCO看,容错成本与双机差不多却拥有更高的可靠性,出现问题时比双机更短的转换时间。对于管理员来说,ftServer容错服务器的安装、部署、等操作更容易,步骤更少,维护起来更简便。
2 ztC Edge
同样,ztC Edge也是由两个节点组成,它们自动镜像内存中的所有数据和写入磁盘的所有数据,以提供更好的保护。即便节点发生故障,系统会自动使该故障节点上运行的任何VM在其他节点上重新启动,以确保服务的连续性,即使是在另一层楼或另一建筑的节点,它也会自动完成这一切,无需任何用户干预。
由于Stratus通过产品的架构创新,极大地提高了平台的可用性。目前,全球各大工业自动化领导厂商都在强化与Stratus的合作,将其作为重要的产业合作伙伴融入到各自的平台生态建设控制工程网版权所有,而基于ftServer服务器打造的SCADA解决方案也不负众望,常年保持在99.9999%的超高可用性,并被推广应用到制药、能源、水管理、餐饮、石油和天然气、化学品、消费品、汽车等行业,为这些行业打造“永远在线”SCADA。