VTScada——一种全新的冗余SCADA系统

显示全部楼层 · 2024-3-2 01:00:07

作者 | 虹科工业物联网事业部

“
SCADA（数据采集与监控）系统是工业领域最常见的控制系统之一，在电力、冶金、石油、化工、燃气和轨道交通等众多行业不可或缺。为了保障高度的可靠性与稳定性，SCADA系统一般都会从硬件、软件、通信链路等方面采用冗余设计。
”

由于几乎需要增加一倍的软硬件投入，SCADA冗余系统往往需要很高的投资，而且会使得整个控制系统变得异常庞大和复杂。

那随着技术的进步，有没有一种全新的冗余技术，能够大幅度减少软硬件投入并简化系统呢？今天，我们就通过一个实际应用案例，来介绍一种全新的冗余SCADA系统——VTScada。

加拿大自然资源有限公司（CNRL）以战略采购部分原油和天然气资产起家，目前已逐渐壮大成为世界最大的独立油气生产商之一。对于新购置的系统而言，通常都会配备一个监控与数据采集软件应用程序（SCADA）以用于数据信息的实时监控与历史数据的长期整合。目前，在加拿大西部地区拥有该类型系统的数量已高达200多个。考虑到简化操作、软件许可、系统支持以及相关的培训等，CNRL选择了虹科VTScada软件作为其所有站点的SCADA标准化解决方案。VTScada除了能够与遍布于各现场的控制器进行通信外，还提供了独特的冗余及数据同步选项功能，用以适应其分布广泛的结构体系。CNRL公司的SCADA专家Sam Lau讲述了VTScada是如何帮助公司实现应用程序的持续在线并保证历史数据安全性的。

▎CNRL公司利用多种冗余模型为分布在加拿大西部的应用程序提供服务，覆盖面积高达2258483平方公里。

VTScada让我们眼前一亮

“我们正在寻找可以取代现有老化SCADA系统的软件，为此我们对相当多的供应商和软件类型做出评估。VTScada的一些特性使我们眼前一亮，其优异的版本控制更是让我们异常惊喜，这是我们在其他软件中都未曾发现的。”虹科VTScada本地组件中提供了应用程序配置更改加密列表，用户可以利用其对更改记录中的变更者与变更原因进行追踪，大幅度减少因变更操作而产生的问题。

虹科VTScada还可以对用户站点及设备的监控表达方式进行复制与规范。“能够为相应资产设备等快速创建可重复使用的标签和模板，然后对由一个或多个应用程序传播的整体进行修改，这具有非常的价值。此外我们十分看重的另一方面是VTScada支持各种应用层，因此我们可以为集成商创建公司专门的OEM层。这些层使我们能够在沙箱中使用图标控件、字体等，并对其进行个性化设置。OEM层由公司控制，因此全公司VTScada应用程序在所有方面都保持一致性。”

冗余之途

“在公司，我们已经使用VTScada实现了多种不同类型的冗余架构。我们有传统的SCADA主机冗余，即两台物理机搭建主服务器和备份服务器。”

虹科VTScada软件使用一个集成的体系结构，许可证及安装包中涵盖了所有核心SCADA组件。一个应用程序即可包含任意数量的冗余服务器，且当其中一个服务器故障时，服务器可根据预先设定瞬间切换到另一个。虽然冗余服务器通常以此方式工作，但这种集成设计同时也为其他满足CNRL公司需求的冗余模型提供了思路。

双向同步是关键

每个数据点的时间标记将匹配到毫秒，一旦主数据库服务器发生故障，则关联的工作站和网络客户端将切换到下一个指定的数据库。而当该故障解除，服务器实现恢复后，之前的历史数据将自动以最高160,000点/秒的速度在整个LAN/WAN中进行同步。历史记录的同步速度可根据系统负载自动降低，从而保证该同步不会对SCADA服务器之间的实时通信造成影响。任一服务器丢失的任何历史数据都将自动同步传输，不论服务器数据库之间的通信时间有多长。

集中应用程序备份

“VTScada另一强大功能是能够在同一台服务器上运行多个应用程序，我们对此前所未见。传统意义上，一台服务器可以托管该SCADA应用程序中的一个实例，但VTScada同时允许多个实例，为我们展现了一个全新的冗余世界。”

“之前，获得冗余的唯一途径是拥有多个物理服务器，因此，如果需要主服务器和备份服务器，则必须安装搭建所有的双服务器组。在石油和天然气领域，我们拥有许多服务器各自遍布于油田各处，硬件消耗及维护成本相当高昂。”

“由于VTScada在一台服务器上支持多个应用程序的运行，这种能力使我们能够使用单个备份服务器，并通过支持多个应用程序实现整个区域的覆盖，即可以作为许多站点的备份服务器。我们现在已将这种架构应用于大多数系统。”

“对于大型的关键系统，我们确实有一些案例是在用几台物理服务器运行一个主服务器和一个备份服务器，但总体来讲，我们在数据中心只有一个大型中央备份服务器，主服务器均置于现场各处。在我们的案例中，中央备份是一个虚拟机，它的可扩展性使其可以选择并提供冗余，而传统上由于附加服务器的成本我们本来不会拥有任何冗余。”

使用本地数据进行本地监控

“我们有另一款创新型冗余服务器是在VTScada之前未曾见过的。在我们的某些应用程序中，单个应用程序包含多个重要设备。采用这种架构是完全有可能出现部分网络中断等问题的，这将会导致设备直接断开连接。当此种情况出现时，我们可能无法连接到主设备，从历史记录来看，由于失去与主设备的联系，后面的第二、三台设备将成为盲点。所幸的是，在VTScada系统中应用程序历史纪录仪是可分散的，因此不必要连接主设备。我们可以设置本地设备历史记录仅用于查看该设备的I/O而不影响工厂的运营。我十分欣赏这一点。”

“独立的服务器可以继续使用本地实时数据与历史数据提供本地监制此方法还支持公司在某些地方使用较小的VTScada I/O许可证来降低成本。“我们的VTScada应用程序可能有十万个I/O、多个设施及现场设备，但我们在其他一些重要的设备上设有备份，这些设备只使用五千个I/O的许可证。除本地设施数据检索外，新数据将记入到本地历史记录中，然后在设备运作时同步到主设备中。事实上，我们可以将一个大型应用程序减缩为更小的部分，这意味着它对于实现这种冗余级别所需的许可证和PC硬件来说十分经济。”

长期历史数据管理

“目前，公司并未耗费太多时间考虑如何管理历史数据的冗余，因为它由软件处理且运作正常。我们的主服务器中存放着一个历史记录副本，然后拷贝到位于卡尔加里的备份服务器中。随着VTScada应用程序数量的增加，在系统的下一阶段，我们正在对用数据中心实施历史记录服务进行评估。”

“由于VTScada允许我们为其若干服务指定服务器列表（如：历史记录仪、驱动程序、瘦客户端服务器等），因此用户可以在一台服务器上运行主应用程序，而在另一台服务器上运行历史记录功能。将历史纪录仪分成具有大量磁盘空间的较大型虚拟机可实现历史数据的长期存储，这与10年前的系统形成了鲜明对比，过去的系统只能实现一到三个月的存储。”

利用历史数据

“运营商们最喜欢的功能之一是VTScada对数据变化趋势的反映。油井数据的实时变化趋势使他们受益颇多。其实所有的数据都在那，很难有人注意到这点，就连我们的工程师们也才刚刚发现VTScada反映数据变化趋势功能的强大之处。”

未来展望

数据分析方法的普及使企业身处这样一个阶段：像这样数据量十分庞大的公司，面对众多数据甚至不知应该如何处理，此时数据分析便开始发挥作用。对此CNRL已采取了一些更有效的措施来使用这些数据，只针对数据中的问题点进行报告制定，而非查看所有数据。从现有数据分析来讲，我们可以看到一个巨大的发展空间。

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