虚拟机技术在钢铁冶金行业的应用

汤颖

摘要：随着虚拟机技术的成熟，钢铁冶金工业也开始逐步推广使用虚拟机。虚拟机在冶金工厂设计、自动化编程调试和工业控制系统中的应用，使设计院、自动化公司和冶金工厂提升了工作效率，降低了投资成本。未来，随着5G网络时代的到来，工业云和智能工厂技术的发展，冶金行业虚拟机的应用必将更加广泛。

关键字：虚拟机、钢铁冶金、自动化

1.虚拟机技术概述

虚拟机技术是虚拟化技术的一种，虚拟机（Virtual Machine）是指采用软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统。虚拟机是一个虚拟“PC”的软件，可以使人们在一台电脑上同时运行二个或更多的操作系统。不同的虚拟机都是一个独立的操作系统。在一个虚拟机上的软件安装和操作都只影响该虚拟机的操作系统，不会影响其它虚拟机的操作系统。同时，不同的虚拟机共享电脑的文件、应用、硬件和网络資源。

虚拟机技术的应用，降低了电脑硬件的使用和维护成本;同时，给IT工程师提供了方便快捷的测试和软件运行平台，提高了劳动生产率。

2.虚拟机技术在冶金设计院中的应用

钢铁冶金设计院的计算机服务器硬件需求非常复杂。冶金工厂设计除了工艺主体专业之外，还需要水电风气等十几个专业的协同设计。每个专业在设计的不同阶段需要完成原理流程图、设备订货图和工厂施工图等多种类型的图纸设计。每种图纸设计都需要使用不同类型的设计软件。这些软件一般都采用C/S架构，工程师通过客户端授权使用。不同的设计软件对计算机服务器的要求各不相同。随着BIM技术的发展，各专业需要使用各自领域不同的专业BIM设计软件。如果为不同专业的不同设计软件都配置对应的服务器和客户端，硬件采购费用是一笔不小的投资。同时，仅安装一个专业设计软件的服务器并不能满负荷运行，造成不必要的硬件资源浪费。

3.虚拟机技术在自动化编程调试中的应用

钢铁冶金工厂的自动化水平比较高，冶金工厂中通常集成了各种不同品牌、不同架构的自动化控制系统。例如，DCS系统有浙大中控、科远、和利时、霍尼韦尔等品牌;PLC有AB、SIEMENS、Schneider等品牌;变频器传动也有ABB、SIEMENS、Schneider等不同品牌不同系列的产品。每种品牌的设备都需要工程师使用对应的编程调试软件及HMI软件。这些软件互不通用，同一个品牌的软件也有众多不同版本。如果将这些软件安装在同一个操作系统下，会出现许多bug，导致软件无法运行。

采用虚拟机技术，可以在工程师的一台编程器种将不同品牌、不同系列、不同版本的编程软件安装在各自独立的虚拟机中。虚拟机之间相互隔离，由此保证编程软件不会互相影响使用。虚拟机操作系统可由几位工程师共享，节省了企业采购多个授权的费用。在调试程序时，同时运行的多台虚拟机不仅可模拟不同设备之间的通讯，还可以设置不同的网络通讯协议与多台设备同时通讯，极大的方便自动化工程师的调试工作。一位工程师编程器安装了8个虚拟机。8个虚拟机对应的自动化和设计软件见表1：

由表1可见，一台自动化工程师的编程器，通过采用VMWare workstation虚拟机技术，安装了SIEMENS、Schneider、AB、Wonderware等4个PLC品牌不同版本的PLC及HMI软件。同时还安装了Orcle数据库、不同版本的Visual Studio编程软件以及AutoCAD绘图软件。如果没有采用虚拟机技术，该工程师即使拥有多台编程器，也可能无法高效的同时完成不同软件环境的编程调试工作。

4.虚拟机技术在钢铁冶金工厂自动化系统中的应用

随着虚拟机技术的发展，虚拟机的可靠性完全满足工业控制系统的要求。部分钢铁冶金企业开始将虚拟机技术应用于工业控制监控计算机。不仅满足了工厂数据采集的多样性，也保证了数据库的安全可靠，同时大幅降低了计算机维护工作量。

某钢厂烧结车间有2台烧结机。为了将烧结车间的生产数据实时传输到炼铁公司的L2级系统，并定时生成烧结车间的生产报表，需要新建一套烧结车间L2系统。烧结车间L2级系统需要1台数据库服务器，用于存储并处理烧结车间的L2级数据。还需要配置2台数据采集工控机，分别将2台烧结机的L1级生产数据采集到烧结车间L2级服务器。此外，为了将烧结车间L2级数据上传到炼铁公司L2级系统并接收炼铁公司L2级系统下达的生产任务，需要配置1台数据通讯工控机。还需要配置若干台烧结车间生产报表客户端工控机，供烧结车间分析查询生产报表。

采用传统的烧结车间L2级硬件架构，需要使用多台工控机和1台服务器。数据采集工控机、数据通讯工控机和服务器都没有备份的硬件配置。一旦某一台硬件设备出现故障，必将影响烧结车间L2级的功能。

当采用虚拟机技术后，使用VMWare ESXi and vSphere虚拟化平台在服务器A中建立数据采集机、数据库服务器和数据通讯机。使用服务器B定时对服务器A种的虚拟机进行在线备份。如果服务器A中的虚拟机出现故障，工程师可启用服务器B中的备份虚拟机接管运行。烧结车间使用2台高性能服务器即完成了L2级系统的冗余配置。不仅提高了系统的可靠性，也节省了硬件采购和维护的费用。

5.结束语

虚拟机技术，在硬件扩展性、维护便捷性和系统安全性方面，拥有传动硬件无法比拟的优势。随着5G网络时代的到来，工业云和智能工厂技术的发展。未来的虚拟机将不需要钢铁冶金设计院和生产企业自己搭建硬件平台，而是运行在工业云端。未来的企业将通过支付使用服务费用来获取云端的虚拟机资源。不仅节省了硬件采购费用，同时，也可降低后期的硬件维护成本并拥有更灵活的系统扩展能力和更高的系统安全等级。