Sistemi za oddaljen nadzor krajevnih procesnih sistemov

UVAJANJE NAVIDEZNIH STREŢNIKOV
V PROCESNE IN NADZORNE SISTEME
Dalibor Kranjčič, Jernej Brglez, Drago Taljan, Andrej Steinbach
Dravske elektrarne Maribor d.o.o
(Holding Slovenske elektrarne d.o.o )
Namen predstavitve je opis dosedanjih
izkušenj
pri
uvajanju
navideznih
strežnikov (virtualizacija) v procesne in
nadzorne sisteme Dravskih elektrarn
Maribor
DEM
(Holding
Slovenske
elektrarne).
2
AGENDA
• Tehnologija navideznih (virtualnih) strežniških okolij
• Struktura nadzornih in procesnih sistemov DEM (HSE),
• Praktične izkušnje pri zamenjavi zastarelih strežnikov z
navideznimi strežniki
• Zasnova bodočega umeščanja navideznih tehnologij v
procesne in nadzorne sisteme
3
VIRTUALIZACIJA
Virtualizacija se izvaja na določeni strojni platformi s
pomočjo kontrolnega programa, ki ustvari
simulacijsko računalniško okolje (navidezni
računalnik oz. strežnik).
Na trgu navideznih strežniških okolij sta trenutno
najboljše zastopana izdelka podjetji Microsoft
(Virtual PC, Hyper-V) in VMware
(VMware
Workstation, VMware Server).
4
Prednosti uporabe navideznih strežnikov so:
• nizki stroški (nakup dodatnih »fizičnih« strežnikov ni
potreben),
• ugoden izkoristek strojne opreme,
• prenosljivost navideznih streţnikov na druge fizične
streţnike,
• možnost pretvorbe večjega števila »fizičnih« strežnikov v
navidezne strežnike in njihovega nameščanja na en fizični
strežnik – zdruţevanje streţnikov,
• podpora zastarelih operacijskih sistemov.
5
Upravljanje strežnikov nadzornih in procesnih sistemov
se razlikuje od upravljanja strežnikov za poslovno
informatiko, saj se poleg storitev namenjenih
uporabnikom zahteva visoko kakovostna podpora
tehničnim rešitvam od katerih je odvisna
proizvodnja električne energije, ki je temeljni proces
v DEM (HSE). Poseganje sistemskih skrbnikov v
procesne/nadzorne strežnike je zahtevna naloga, saj
so ti vezani na realne in občutljive procese (električni
stroji, visokonapetostni sklopi).
6
Najpogostejši problem s katerim se srečujejo skrbniki
tovrstnih sistemov zastarelost strojne in programske
opreme.
Problem je prisoten v vseh različicah procesnih in
nadzornih sistemov, saj »ritem«zamenjave programske
opreme v veliki meri nakazuje podjetje Microsoft z
vedno novejšimi različicami OS in pripadajočih orodij.
Življenjska doba strojne opreme je prav tako omejena
zaradi zahtevane visoke zanesljivosti tovrstnih
sistemov.
7
Za sistemske skrbnike nadzornih/procesnih sistemov
tehnologija navideznih strežniških orodij prinaša vrsto
olajšav pri upravljanju opreme:
• Problem nadomestnih delov – strojna oprema ne predstavlja težavo, saj se stari
operacijski sistemi preprosto prenesejo na novo strojno opremo na katero je nameščeno
navidezno okolje.
• Problem varnostnih kopij (backup) streţnikov – celoten OS nameščen na starem
strežniku/računalniku po pretvorbi v navidezni računalnik (virtualizaciji) predstavlja le
datoteke, ki se lahko hitro in preprosto prenesejo na različno strojno opremo. Pogoj je le,
da je na novi strojni opremi nameščeno ustrezno navidezno okolje.
• Diagnostika – navidezna okolja vsebujejo vrsto orodij, ki omogočajo vpogled v
učinkovitost navideznih strežnikov (poraba pomnilnika, procesorska moč) in spletni
uporabniški vmesnik (konzolo) s katerim je možno izvajati oddaljeno delo z navideznimi
stroji.
8
STREŢNIŠKA STRUKTURA NADZORNIH /PROCESNIH SISTEMOV
DEM (HSE):
• Krajevni procesni sistemi elektrarn – strežniki za upravljanje
procesnih krmilnikov, za predstavitev uporabniških podatkov (SCADA) in
komunikacijo s CV.
• Sistemi za oddaljen nadzor krajevnih procesnih sistemov −
navidezni strežniki na katerih so nameščena inženirska orodja za
dostop do procesnih strežnikov, krmilnikov in ostale procesne opreme.
• Center vodenja DEM (HSE) − strežniki za vodenje proizvodnje,
predstavitev, arhiviranje in analizo procesnih podatkov.
9
KRAJEVNI
PROCESNI
SISTEMI
10
PROCESNI SISTEM GESPAC/KORONA
Procesni sistem na hidroelektrarni Fala v sedanji različici
deluje že od leta 1994 in s tem predstavlja najstarejši
procesni sistem na DEM.
Trenutno teče postopek iskanja idejnih rešitev za
njegovo posodobitev. Sistem sestavljajo v mrežo
povezani vgrajeni sistemi oziroma krmilniki GESPAC.
Uporabniški vmesnik je izveden na osebnem
računalniku na katerem v operacijskih sistemih DOS in
Windows 3.11 teče centralni nadzorni sistem SCADA
(namenski program podjetja Korona).
11
PROCESNI SISTEM ABB ADVANT/ SCADA VISPRO (VISUAL SYSTEMS)
Sistem, ki temelji na tehnologiji ABB Advant in SCADA-i Vispro, v sedanji različici deluje
od leta 2001 na elektrarnah: Mariborski Otok, Vuzenica, Dravograd, Formin in na jezu
Markovci.
12
PROCESNI SISTEM SIEMENS PCS7
Procesni sistemi ki temeljijo na tehnologiji SIEMENS PCS7 se uporabljajo na hidroelektrarnah Vuhred in
Ožbalt od leta 2003 (različica 5.1) ter elektrarni Zlatoličje in jezu Melje od leta 2008 (različica 6.1). Procesni
sistem PCS7 je zasnovan na visoko zmogljivih krmilnikih S7-400, ki so povezani v redundantni obroč
industrijskega omrežja ethernet in dostopajo po vodilu PROFIBUS DP do procesnih naprav:
13
SISTEMI ZA ODDALJEN
NADZOR KRAJEVNIH
PROCESNIH SISTEMOV
14
SISTEMI ZA ODDALJEN NADZOR KRAJEVNIH
PROCESNIH SISTEMOV
Sistemi za oddaljen nadzor so zasnovani na
centralnem fizičnem strežniku na katerem so
nameščeni navidezni strežniki, ki poganjajo ustrezno
različico operacijskega sistema in namenskih orodij za
dostopanje do posameznega procesnega sistema.
Trenutno je v uporabi več fizičnih streţnikov, na
katerih deluje od 3 do 4 navideznih strojev, ki so
ustvarjeni v navideznih strežniških okoljih Microsoft
Virtual PC 2004 in VMware Server, različica 2.0.
15
SISTEMI ZA ODDALJEN NADZOR KRAJEVNIH PROCESNIH SISTEMOV
16
CENTER
VODENJA
DEM (HSE)
17
CENTER VODENJA DEM (HSE)
upravlja s proizvodnjo in porabo v bilančni skupini HSE.
Glavne funkcije so:
• planiranje proizvodnje (izračun možne proizvodnje v hidro in
termoelektrarnah, planiranje dejanske proizvodnje),
• vodenje proizvodnje ( vodenje in regulacija proizvodnje,
hierarhično upravljanje elektroenergetskega sistema,
optimalno izkoriščanje virov energije)
• analiza proizvodnje (vpliv sistemskih storitev na realizacijo,
vpliv odstopanj družb, priprava poročil).
18
CV je začel obratovati februarja 2006. Uporabljajo se strežniki HP
Blade in diskovno polje HP EVA. Programska oprema centra
vodenja temelji na ABB-jevem programskem paketu Network
Manager, različica 2.17, ki vključuje naslednje aplikacije:
• SCADA funkcije (strežniki: scad1, scda2 –Red Hat Linux EE)
• avtomatska regulacija proizvodnje (AGC),
• vozni red (Prodplan),
• podatkovno skladišče - arhivi (Oracle),
• poročila (temeljijo na namenskem Excel programu ),
• optimizacijski paket (RO) z uporabniškim vmesnikom
• zajemanje podatkov iz števčnega sistema,
• posredovanje podatkov sistemu za zaščito,
• sporočilni sistem za izmenjavo depeš.
19
STREŢNIKI CV DEM (HSE)
20
UVAJANJE NAVIDEZNIH STREŢNIKOV V PROCESNE SISTEME ABB ADVANT IN GESPAC
Z letom 2008 se je začelo postopno posodabljanje zastarele strojne opreme: HP delovnih postaj
(SCADA) in strežnikov IBM x305 (računalniki agregatov). Zamenjani so naslednji računalniki:
21
Pri uvajanju navideznih strežnikov v procesne sisteme DEM
(HSE) so ugotovljene naslednje pomanjkljivosti:
• Uporaba odprtokodnih rešitev za OS gostitelja (Ubuntu Linux
9.04, 9.10) je privedla do pogostega sesutja navideznega
okolja − enkrat na 5 - 10 dni. Pojav je zabeležen za navidezno
okolje VMware Workstation, različice 6.5.2 in 6.5.4. Do
omenjenega pojava ni prišlo pri prihodu na operacijski sistem
XP/Windows 7 (32 in 64 bitna različica).
• Na OS XP/Windows 7 prihaja do sesutja okolja VMware
Workstation 7 pri minimizaciji okna uporabniškega vmesnika.
Inštalacija navideznih orodij VMware tools onemogoča delovanje
zaporednih vrat (COM) - OS Suse Linux 8.2.
22
Uvajanje navideznih streţnikov v CV
Pred kratkim je podjetje ABB prvič izvedlo delno
uvajanje navideznih strežnikov v sistem, ki je
podoben CV. V tem smislu se bo v CV v
prihodnosti izvedel prehod na navidezne
strežnike le pri manj pomembnih delih sistema,
saj podjetje ABB za enkrat še nima dovolj
izkušenj pri uvajanju tovrstnih tehnologij.
23
ZAKLJUČEK
Tehnologija navideznih strojev prinaša »osveţitev« računalniške
strukture procesnih sistemov, tako na ravni krmiljenja krajevnih
procesov, kot tudi na ravni nadzornih sistemov daljinskega
vodenja.
Uvajanje navideznih okolij prinaša vrsto prednosti pri upravljanju
navidezne strojne opreme, vendar so praktične izkušnje pokazale,
da neustrezna kombinacija gostiteljskega operacijskega
sistema in navideznega okolja lahko ustvari nezanesljive
navidezne stroje, predvsem pri uporabi odprtokodnih rešitev.
Omenjene napake se lahko odpravijo s pravilno izbiro OS in
navideznega okolja, ki je v veliki meri odvisna od izkušenj
sistemskih skrbnikov.
24
ZAKLJUČEK
Uvajanje navideznih strežnikov smo uspešno izvedli na
treh različnih procesnih sistemih in sistemih za
oddaljen nadzor krajevnih procesnih sistemov. Naše
izkušnje so pokazale, da so potrebni novi neposredni
načini sodelovanja z izdelovalci navideznih okolij, ki
morebiti celo presegajo uveljavljene oblike vzdrževalnih
pogodb, saj je bila tovrstna tehnologija preizkušena
predvsem v svetu poslovne informatike.
25
ZAKLJUČEK
Nadzorni in procesni sistemi ter pripadajoča programska
oprema imajo svoje posebnosti, ki niso primerljive s
poslovnimi informacijskimi sistemi (posebni komunikacijski
protokoli, obratovanje v realnem času).
Strokovni sodelavci DEM (HSE) smo mnenja, da so
navidezne tehnologije učinkovite in, da imajo zagotovljeno
prihodnost.
Odgovor na vprašanje o smiselnosti uvajanja
navideznih tehnologij v procesne in nadzorne sisteme
je vsekakor pozitiven, vendar le, če je zagotovljeno
tesno sodelovanje s izdelovalci navideznih okolij.
26
VPRAŠANJA IN ODGOVORI