探讨用云计算技术在SCADA系统上的应用-天然气与石油.doc

探讨云计算技术在SCADA系统上的应用吴琋瑛，徐方辰（1.中国石油管道建设项目经理部，北京100101；2.中国石油西气东输管道公司，上海200122）摘 要：云计算技术是近年来快速发展的一种崭新计算模式，其计算+服务的模式正在很多行业得到应用并取得了显著的效果。本文探讨了应用云计算中的虚拟化和平台服务计算技术来解决目前存在输油气管道SCADA系统上的几个显著问题，从系统搭建和应用模式上给出了一种全新的实践方法。关键词：云计算 虚拟化 平台服务 服务器 管道文章编号： 文献标示码：AAbstract：Cloud computing technique is fire new fast developing compute mode in recent years，which Compute plus Service mode have been gotten widely application and remarkable effect in many enterprise. This article probe into using virtualization and platform as a service of cloud computing technique to solve a few existing problems in pipeline SCADA system and get application modes, and in the same time built a newly practical way. Key words：Cloud computing Virtualization Platform as a service Server Pipeline1、引言：1、在我们的油气管道主备调控中心购置了大量的服务器，包括了实时服务器、历史服务器，它们分别按照管道输送介质类型用来管理天然气管线、成品油管线和原油管线的SCADA系统数据。这些服务器按照设计要求热备份配置1，并且每台的可利用率要求最大不超过在40%。随着新建管道的不断增加，不但服务器购置的越来越多，而且极大地增加了运行维护管理工作量和设备电源功耗等；以天然气管线服务器配置为例，如图1所示， 基本上是每条管线都在主/备调控中心配置了用于本工程管理的实时服务器和历史服务器。图1. 天然气管道服务器配置现状图2、 随着管道工程近10年的大规模建设，油气管道尤其是天然气管道业务已作为集团公司主营业务，是今后一段时期需要集中突出加快发展的核心业务、关键业务，由此会产生多条管道在某一个站因不同管道项目、不同建设时期而不断被扩建，比如中卫压气站，4西气东输一线、二线、中卫贵阳输气管线都经过了中卫站，其站控因不同工程招标而采用了不同厂家的系统，无法整合成一套，结果是每条线的系统相互都不兼容，服务器等设备买了一大堆，运维人员要在不同的人机界面上操作和管理，西三线又要经过这里，再次面临这个问题。本文尝试结合目前国内在云计算方面的成熟技术，探讨解决以上2个问题的途径。二、云计算技术简介云计算到目前为止还没有一个统一的定义，它是一种大规模分步式计算模式，通过云计算可以形成一个抽象的、虚拟的、可动态扩展的资源池，该资源池可以通过互联网向用户按需提供计算能力、存储能力、开发平台和软件等服务。 云计算一般分为公有云和私有云。公有云通常指第三方提供商用用户能够使使用的云，一般可通过 Internet 使用，比如像我们常常使用的搜索引擎谷歌，就是采用了云计算技术在因特网上提供查询服务。这种云计算实例很多，为当今整个开放的公有网络中提供服务。 私有云是为一个客户单独使用而构建的，因而能够提供对数据、安全性和服务质量的最有效控制。可以控制公司拥有基础设施并在此基础设施上部署应用程序的方式。私有云可部署在企业数据中心的防火墙内，也可以将它们部署在一个安全的主机托管场所。云计算的核心思想，是将大量用网络连接的计算资源统一管理和调度，构成一个计算资源池向用户按需服务。其核心技术是将服务器“虚拟化”和将大量信息“分散处理”。服务器虚拟化，可以理解为，以一台服务器为中心，同时存在着许多小的服务器（理论上的服务器），它们由独立的计算机构成。虽然实际上只有一台服务器，但是通过虚拟化技术，能够在一个物理服务器上生成多个虚拟机，并且对这些虚拟机进行全面隔离。在云计算服务中，采用了虚拟化技术，在响应各种各样用户的请求时，资源能够发配开来进行处理。分散处理是一种对用户请求进行快速分散文件处理的技术，接受服务器将用户请求分解成上多个小的处理文件，在多个服务器进行分散处理，被发配到的服务器，迅速进行计算和处理，最后将结果返回到应答服务器，由它将处理结果回答给原始用户。在国内云计算目前应用最广泛和最成功的行业是IT行业和一线地市政府。Google是最早推出的云计算应用，是软件即服务思想的典型应用，使全球的用户能够感受其硬件条件优势、大型的数据中心和支柱应用的搜索引擎。北京市政府的“祥云”工程列入“十二五规划”，投资计划500亿，采用云计算技术发展智能电网、节能减排、移动互联、位置与导航服务、电子商务服务等新兴业务。电力系统已开始了云计算技术的应用研究，利用系统内部广域网建立私有电力云，通过电力云最大限度地整合电力系统现有的计算能力和存储资源，构建电网电能损耗、智能预警分析功能，并为系统提供超级计算能力2。云储存和计算资源的访问可以完全由电力系统自己控制，而不是由公有云计算服务商提供，以保证数据的安全。中海油在2009年就着手开始了对其数据中心的数百台服务器进行了虚拟化技术应用，改变了过去一个应用就需要一台服务器的状况，现在通过虚拟化技术就可以虚拟出多台服务器，物理上真实的服务器数量大大减少，还有利于散热与节能。按照计划，中海油还将继续推广虚拟服务器的应用。 三、云计算技术在SCADA系统上应用1、服务器虚拟化：将已有的每台服务器分拆为多台虚拟服务器，按照计算任务划分成若干部分，比如CPU池，内存池，存储资源池等，打破单服务器单任务的模式，通过添加虚拟化层，一台物理机相当于安装多个操作系统和应用，使得物理资源可以作为资源池灵活按需发配。比如，在A、B成品油管道的实时服务器A、B中，都有大量的业务和数据要使用，但是因为所面对的管道的站场的数据点数量的不同，存在CPU负荷最大消耗量不同，服务器A为14.19%，服务器B为26.4%，随着新建管道的增加，服务器B的资源最大可利用率按照40%配置已不能满足新建管道的需要，如果采用了虚拟技术，将存储在A、B每台服务器上的存储数据划分成若干部分，每台服务器运行相同的程序，由负载均衡器根据服务器的压力自动将访问请求均衡分配到其它服务器，跨资源池动态调整计算资源，服务器A上运行的处理转移到服务器B上，实现服务器负载均衡和利用率提升。如图2所示。对管理者来说，从操作员工作站向上看，分不出是哪条管线的实时服务器和历史服务器，所看到的是同类介质管线服务器云。图2.管道服务器云在介质云中，云计算技术实现服务器的资源被重新组合和分配。 虚拟技术的应用，由于将暂时不工作的服务器置于待机模式，需要时再恢复工作成在线状态，因而能够极大地节省电源功耗，以中海油服统计的数字为例，过去该中心30台服务器每天耗电1128度，采用虚拟化技术以后，现在每天耗电仅为54度3，真正实现了节能减排。2、云计算平台服务利用分布式平台服务，针对在一个站上各厂家站控系统不同难以合并成一套系统的问题，云计算技术能够给企业或个人提供研发的中间件平台，提供应用程序开发，数据库、应用服务器、试验、托管及应用服务，把开发环境作为一种服务来提供，用户相当于获得了一台计算和存储能力可以实时扩展的超级计算机。各厂家为用户提供一个用于软件开发和测试的平台，用户在其平台基础上根据使用操作编程、服务器平台、硬件资源等服务定制开发自己的应用程序并通过其服务器在站内局域网内通讯。云计算平台为站内每一个用户系统都创造了一个完全独立的虚拟系统环境，让用户可以通过局域网直接访问云计算平台上的应用软件，而不需要再本地计算机上安装该应用软件，免去了用户安装、维护、升级本地应用软件的麻烦，计算任务都将在云计算平台上完成，如图3 云计算中间平台应用。 图3 云计算中间平台应用通过建立云计算中间平台，实际上还可以通过国内公司开发自己的程序，能够用于规避国外公司对站控系统软件的长期垄断。四、结论本文的目的在于探讨，毕竟云计算技术在我们管道SCADA系统上尚无应用案例，还有待于进一步的研究和论证。但是可以肯定，由于该技术具有超大规模的分布式计算，可扩展性强，硬件投资少，软件开发简便等优点，并且具有国内自主产权的软件和硬件设备，一定能够在我们的管道数据存储和应用上发挥显著作用。毫无疑问我们要建的是私有云，即SCADA数据是在自己的专线专网内，物理结构上与外网完全隔离，这就避免了应用该技术目前普遍担心的安全性问题。参考文献：1 徐明，吴运逸. SCADA系统在天然气管道建设中的应用研究 J.天然气与石油，2008,34（5），92 沐连顺，崔立安，安宁.电力系统云计算中心的研究与实践 J.电网技术，2011，6（6）：1703 杜晖.虚拟化技术在中海油服的应用 J.中国科技信息，2009，24，814 段冲，梁建青，段绍明，王睿.SCADA系统在西气东输管道中的应用 J.天然气与石油，2007,4作者简介：吴琋瑛（1957-）， 女（汉），青海西宁人，高级工程师。主要从事天然气与石油管道工程项目建设与管理工作中的通信工程。电话：(010)84889862，手机工作单位：中国石油管道建设项目经理部通信地址：北京市朝阳区安立路80号马哥孛罗大厦1810室， 邮编：100101联系电话：01084889862；手机号份证号码mail：徐方辰（1985-）， 男（汉），福