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一种基于软件的冗余服务器组态方法研究

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  摘 要 冗余服务器一直都是服务器管理中重要的技术之一。在系统发生故障,数据面临丢失的情况下,仍能保障数据的安全以及系统的正常运行。文章采用组态软件FactoryTalk View SE对服务器进行冗余组态,详细叙述了组态的方法与步骤,不仅快捷高效而且出错率低。
  关键词 组态软件;服务器;冗余技术
  中图分类号 TP3 文献标识码 A 文章编号 1674-6708(2019)235-0103-02
  1 服务器冗余技术
  在个人电脑出现系统崩溃或者硬件损坏的情况下,会造成一定程度的损失,但是这仅限于个人的损失,而对于服务器来说,如果出现这样的情况,其造成的损失难以估计,很多重要的数据都将丢失,更坏的情况下可能会使整个网络进入瘫痪。因此,服务器必须采取措施来保护数据的安全。
  针对上述出现的情况,针对服务器的不同组件,使用不同的冗余技术。冗余服务器是对不同的部件进行重复的配置,如果某个部件发生了故障,冗余配置的部件就会介入工作,代替故障部件,避免了因故障带来的损失[1]。下面介绍最常见的三种冗余技术:1)磁盘冗余。因为服务器存储了大量重要的数据,因此在存储方面必须要做好保护措施,RAID(磁盘阵列)技术即是保障数据安全的一种。磁盘阵列技术的原理很简单,就是将同一份数据分开存储到多个磁盘中,在一个磁盘出现损坏的情况下,数据仍然不会丢失。另外,RAID技术不仅能大幅提高传输速率并且还提供CRC(循环冗余校验)功能。2)电源冗余。如果电源损坏服务器将出现停机,也会导致数据丢失。因此一般通过两台热插拔电源来提供电源冗余。两台共同分担系统的功率,当其中任何一个电源出现故障时,另一台自动承担工作,并发出告警,此时就可以在不关闭服务器的情况下进行处理解决。3)网卡冗余。与电源冗余类似,网卡冗余也是使用了两块具有自动控制技术的网卡,在正常工作时,两块网卡共同分担网络流量,当其中一个出现故障时,将会自动切换到另一张网卡。这种技术可以保证出现网卡故障时仍然可以正常运行系统,从而避免网络瘫痪。
  2 自动控制系统的冗余
  自动控制系统的基本结构是由现场设备信号级、控制级和操作管理级3层构成的,根据生产规模和对生产及管理的需要,系统一般设几台操作管理站、几台控制站,通过控制网络实现系统的通信。当控制级与现场设备信号级融合为一体时,即构成FCS控制系统。
  操作管理站一般选用工业PC机或商用PC机,在自动化软件平台下通过编程实现系统的操作、监视、报警、记录、存储和报表生成等功能;控制站一般选用PLC或性能类同的其它产品,实现对现场设备信号的采集、处理和控制,如Rockwell公司的PLC-5,Siemens的57-400,Schneider的Modicon TSXQuantum等。控制网络目前用的较多的是工业以太网,其它控制网的使用则根系统的硬件配置和系统对通信速率的要求而定,使用较多的有DH+网、Device Net网、MB+网、PROFIBUS现场总线等。
  自动控制系统的冗余包括操作管理站的冗余和控制站冗余,自动控制系统冗余结构。控制器的冗余一般通过配置双CPU的冗余控制器、配套的热备模块等从硬件结构上实现,有的产品需配合以相应的热备驱动软件。系统配置的冗余控制器可以保证在主控制器发生故障时系统的自动切换,热备处理器切换时间为13-48ms;通讯速率是10M波特率。在冗余控制器基础上采用双缆结构,增强了系统冗余性能的可靠性。
  3 FactoryTalk View SE软件
  FactoryTalk View Site Edition是罗克韦尔开发的集成软件包[2]。需求决定市场,开发它的初衷是为了简化人类与机器交互的方式,用于监视和控制分布式服务器/多用户应用程序。它不仅可以用于开发人机接口HMI,还可以对网络中分布的应用程序进行运行和开发。该软件包有很多实用的工具,并且还提供一个非常详细的使用指南,使得开发者能更加轻松地掌握并使用它。目前FactoryTalk View SE在上月末已经发布了最新的10.0版本,添加了许多新的功能。比如改进了信息访问方式、增加了对移动设备的支持以及集成了ThinManager软件,此外在新版本中,还引入了ASM(异常情况管理)的多监视器框架等。
  4 组态方法及步骤
  4.1 HMI服务器冗余
  FactoryTalk View SE的服务器就是HMI服务器,主要对项目组件进行存储,并使用它们来对客户端提供服务。HMI服务器功能强大,提供对历史数据进行管理、发现异常时报警并进行检测等功能。当HMI服务器发生故障时,为了使损失达到最小,需要设置HMI冗余服务器。首先需要在HMI从服务器上安装IIS和FactoryTalk View SE Server软件,然后分别按如下步骤进行:
  第一步,HMI服务器手动加入应用项目之后,就可以通过软件设定该服务器。在FactoryTalk View Studio 和SE Administration Console( FactoryTalk 管理控制台)的 Application Explorer(应用项目浏览器)中,右键点击HMI服务器,然后点击属性 Properties。打开管理控制台SE Administration Console,其路径是:programs\Rockwell Software\FactoryTalk View\ Tools\SE Administrator Console。在HMI服务器属性的界面,将每一栏的信息都按照要求填好,完成后点击“OK”退出。
  第二步,在上述步骤中设置好常规属性后,就可以对HMI服务器的冗余进行组态。打开“HMI Server Properties”界面,勾选提供冗余方框,單击“Redundancy”,最后指定其计算机名称即可。另外,也可以通过“Component”选项来选择需要运行的组件。   第三步,设置好冗余之后,找到路径programs\Rockwell Software\FactoryTalk View\ Tools\SE Service Manger,点击打开面板后,可以选择冗余服务器的启动与结束。如果需要将冗余服务器进行移除,打开FactoryTalk View Studio即可对HMI服务器进行删除。
  4.2 OPC数据服务器冗余
  数据服务器的冗余组态也非常重要,因为数据服务器可以通过应用软件和数据库进行数据交换。OPC技术[3]是一个先进的标准,尤其在工业领域解决了很多难以攻坚的问题。OPC数据服务器不仅提供数据采集、数据冗余、远程数据访问等技术,还会在服务器发生异常时进行报警和时间处理。以下对OPC数据服务器的冗余组态进行分析。
  第一步,首先新建区域,命名为“data server”,然后在跳出的选项中选择“OPC Data Server”(也可以选择RSLinx Enterprise数据服务器,操作步骤相同)。然后点击“General”面板设置属性,分别对“名字”“计算机即将运行OPC服务器”以及“OPC server名字”进行设置。
  第二步,设置冗余OPC数据服务器。在上述的属性界面中,点击“Redundancy”,勾选提供冗余功能的按钮,并且设置冗余数据服务器名。如果主数据服务器在出现故障之后恢复了正常,勾选“切换回选项”按钮之后,就会自动从服务器切换到主服务器。值得注意的是,在“Redundancy”旁边的选项卡“Advanced”中,通过勾选同步按钮,就可以自动同步缓存。
  第三步,在对数据服务器进行了冗余组态之后,如果要移除它,只需要对数据服务器进行右键点击,再选择“Remove”即可以进行删除。当删除数据服务器之后,会连带缓存文件一并删除。
  5 实际应用及优势
  目前服务器冗余技术被广泛应用,除了硬件方面冗余外,利用软件组态实现冗余技术也越来越普遍。基于软件的组态方法不仅易于操作,而且周期短,能很大程度上节省资源的消耗。在分布式网络架构中就常常应用了冗余服务器技术,尤其是大型的分布式网站对架构的要求很高,在可伸缩、高性能、可扩展等方面提出高标准,在安全方面更是苛刻。
  在服务器发生故障无法运作期间,用户不需要通过重新启动FactoryTalk View SE Client 软件,再打开继续使用这样的繁琐操作。通过设置之后,系统可以自动切换到冗余的HMI服务器或者OPC数据服务器,以维持正常的运行。此时从服务器变成主服务器,一旦之前的故障服务器进行正常工作后,角色就进行互换,不需要手动设置,系统将自动切换回来。
  6 结论
  服务器冗余技术已经被应用于很多大型的网络架构中,随着技术的成熟,不仅提供了更为安全高效的保障,同时还大大节省了成本。本文主要详细介绍了基于FactoryTalk View SE 的画面服务器冗余和OPC数据服务器冗余,通过软件对服务器项目进行冗余不仅易于操作,而且周期短,能很大程度上节省资源的消耗,可广泛用于分布式网络架构中,因此提高了服务器内存储项目的安全性、可靠性。
  参考文献
  [1]张晓东.电厂辐射监测系统服务器冗余方案研究[J].核电子学与探测技术,2016,36(6):643-646.
  [2]武海虹.基于Rockwell Automation 的7m装煤车控制系统[J].机械工程与自动化,2016(4):157-159.
  [3]沈治国.OPC技术在多工业機器人联动控制中的应用[J].电子技术与软件工程,2017(2):94.
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