VIRTUALIZACIJA SCADA SISTEMA V TERMOELEKTRARNI … · VIRTUALIZACIJA SCADA SISTEMA V TERMOELEKTRARNI BRESTANICA Klju čne besede: virtualizacija, SCADA sistem, VMware UDK: 681.51:621.311(043.3)

Mitja Ribič

VIRTUALIZACIJA SCADA SISTEMA

V

TERMOELEKTRARNI BRESTANICA

Krško, december 2010

i

Magistrsko delo


V


Študent: Mitja Ribič

Študijski program: MAG Energetika

Mentor: doc. dr. Gorazd Hren

Somentor: prof. dr. Andrej Predin

Lektorica: Simona Golčman Ribič

Krško, december 2010

iii

ZAHVALA

Zagotovo je v slovarju kakšna mogočnejša beseda kot le »hvala«, saj ta nikakor ne more izraziti vsega, kar občutim v zvezi z vami in vso podporo, ki ste mi jo dali.

(Margot Thomson)

Hvala mentorju doc. dr. Gorazdu Hrenu in somentorju prof. dr. Andreju Predinu za pomoč in nasvete pri izdelavi magistrskega dela.

Hvala Termoelektrarni Brestanica, ki mi je omogočila študij.

Hvala moji ženi Simoni za lektorstvo magistrskega dela in moralno podporo na moji študijski poti. Hvala ti za tvojo neizmerno potrpežljivost in razumevanje.

iv


V


Klju čne besede: virtualizacija, SCADA sistem, VMware

UDK: 681.51:621.311(043.3)

POVZETEK

Priča smo največji revoluciji v informacijski tehnologiji po uvedbi interneta, to je virtualizacija ali računalništvo v oblaku. Poslovni sistemi se selijo v tako imenovane oblake, medtem ko so industrijski računalniški sistemi še bolj konservativni in se v večini še vedno poslužujejo klasičnih strežniških sistemov.

Namen magistrskega dela je opisati izvedbo virtualizacije v industrijske računalniške sisteme. Delo opisuje osnove virtualizacije in kronologijo prenosa SCADA (Supervisory Control and Data Aquisition) sistema v virtualno okolje.

Magistrsko delo v uvodnem delu opisuje virtualizacijsko tehnologijo, njene komponente, funkcije in značilnosti. Opisana je analiza stanja pred in po uvajanju virtualizacije, težave pri uvajanju in reševanje le-teh. Posebna pozornost je namenjena prestavitvi SCADA sistema in vseh pripadajočih povezav v virtualno okolje.

V zaključku je povzeta učinkovitost novega sistema, analiza stroškov in predlogi za nadaljnje delo.

v

VIRTUALIZATION OF SCADA SYSTEM

IN

TERMOELEKTRARNA BRESTANICA

Key words: virtualization, SCADA system, VMware

UDK: 681.51:621.311(043.3)

ABSTRACT

We are witnessing the biggest revolution in the field of information technology after the Internet was introduced. It is called virtualization or cloud computing. Business systems are moving into so called clouds while the industrial computer systems are still more conservative and most are still relying on traditional server systems.

The purpose of my final work is introducing virtualization technology of the industrial computer systems. It describes the chronology of the transfer of SCADA (Supervisory Control and Data Aquisition) system of Termoelektrarna Brestanica in a virtual environment.

My final work in the introductory section describes the virtualization technology, its components, functions and features. The analysis of current situation before and after introduction of virtualization, problems and solutions are also stated in my final work. Further analysis of the situation describes the main types of communication links in the SCADA system of Termoelektrarna Brestanica. Special attention is given to the transfer of the SCADA system and all its components in to the virtual environment.

Performance of the new system, cost analysis and proposals for further work are described in conclusion.

vi

VSEBINA

1 Uvod .............................................................................................................................. 1

1.1 Opis problema ......................................................................................................... 2

1.2 Termoelektrarna Brestanica .................................................................................... 3

2 Virtualizacija na splošno ............................................................................................. 10

2.1 Zgodovina virtualizacije ....................................................................................... 11

3 VMware tehnologija .................................................................................................... 12

3.1 VMware vSphere ................................................................................................... 12

3.2 VMware vSphere komponente .............................................................................. 14

4 Analiza obstoječega stanja SCADA sistema ............................................................... 23

4.1 Splošno o SCADA sistemih .................................................................................. 23

4.2 Procesni SCADA sistem TEB .............................................................................. 24

4.3 Splošni koncept procesnega sistema TEB ............................................................ 24

4.4 Zajem podatkov iz obstoječih sistemov vodenja .................................................. 27

5 Prestavitev SCADA sistema v virtualno okolje .......................................................... 36

5.1 vCenter Converter – prenos fizičnih strežnikov v virtualne strežnike ................. 36

5.2 Licenčna vzpostavitev delovanja SCADA sistema s »strojnim ključem« ............ 37

5.3 Povezava komunikacije plinskih turbin PB4, PB5 in požarne centrale z virtualnim SCADA sistemom ........................................................................................................... 39

6 Analiza delovanja SCADA sistema v virtualnem okolju ............................................ 41

6.1 Umestitev SCADA sistema v virtualno okolje ..................................................... 41

6.2 Poraba procesorske moči ...................................................................................... 43

6.3 Pretok napačnih podatkov ..................................................................................... 44

6.4 Lokalni dostop do virtualnega SCADA sistema ................................................... 47

6.5 Vzdrževanje virtualnega SCADA sistema ............................................................ 48

6.6 Finančno breme virtualizacije ............................................................................... 49

6.7 Prihodnost virtualizacije v TEB ............................................................................ 49

7 Sklep ............................................................................................................................ 50

8 Literatura ..................................................................................................................... 51

9 Priloge .......................................................................................................................... 53

9.1 Seznam slik ........................................................................................................... 53

vii

UPORABLJENI SIMBOLI

MW – mega wat

MVA – mega voltamper

kV – kilovolt

A – amper

Hz – hertz

viii

UPORABLJENE KRATICE

TEB – Termoelektrarna Brestanica

EES – Elektroenergetski sistem

SCADA – Supervisory control and data aquision

IT – Informacijska tehnologija

GIS – Zaprta izvedba stikališča

OS – Operacijski sistem

ABB – Podjetje, ki je izdelalo turbine

DRS – Distributed Resource Scheduler

HA – High Availability

DPM – Distributed Power Management

FIX – Programska oprema za avtomatizacijo tehnoloških sistemov

OPC – Object Linking and Embedding for Process Control

USB – Universal Serial Bus

TCP/IP – Komunikacijski protokol

RS232 – Serijski vmesnik

RAID – Redundant Array of Independent Disks

RDP – Remote Desktop Protocol

Univerza v Mariboru – Fakulteta za energetiko

1

1 UVOD

Termoelektrarna Brestanica [Slika 1] (v nadaljevanju TEB) ima zaradi uporabe plinske tehnologije in ugodne lokacije specifično mesto v slovenskem elektroenergetskem sistemu (v nadaljevanju EES), in sicer kot hitro prilagodljiv in zanesljiv proizvajalec električne energije in ponudnik sistemskih storitev:

o v obdobju kritičnih obremenitev sistema, o v sistemu varnosti Nuklearne elektrarne Krško, o v okviru trapeznega in koničnega dela dnevnega diagrama porabe.

Ker ima TEB specifično vlogo v EES, potrebuje visoko zagonsko zanesljivost in posledično visoko zanesljivost obratovanja vseh tehnoloških sistemov. Ključnega pomena je vzdrževanje in v primeru izpadov podvojenost vseh ključnih sistemov.

Slika 1: Termoelektrarna Brestanica, [1].


2

1.1 Opis problema

Informacijska tehnologija (v nadaljevanju IT) je v TEB ključnega pomena saj so vsi sistemi vodeni preko namenskih informacijskih sistemov. Zaradi vedno večje uporabe IT v TEB so se začele pojavljati težave glede vzdrževanja strežnikov:

- vzdrževanje je postalo zelo časovno in stroškovno obsežno, - podaljšala so se obdobja nedelovanja sistemov med vzdrževanjem, - programska oprema ima veliko daljšo življenjsko dobo kot strojna oprema, zato je

bila kompatibilna strojna oprema zelo težko dobavljiva in posledično draga, - zaradi specifičnih aplikacij v industriji je priporočljivo, da se posamezne aplikacije

nameščajo na posamezne strežnike. Posledica tega je, da je imela večina strežnikov neenakomerno razdeljena sredstva,

- pri posodobitvah programske opreme je bila predpriprava (popolna varnostna kopija sistema, pregled kompatibilnosti) zelo zamudna in v primeru, ko posodobitev ni bila uspešna, je bila vzpostavitev prvotnega stanja mogoča samo s povrnitvijo iz varnostne kopije,

- za uvajanje novega strežnika v podjetje je bilo potrebno veliko časa in administrativnih procesov (nabava strežnika, kompatibilnost strojne opreme, ponovni izračuni porabe energije, hlajenje sistema itd…).

Največji problem v TEB je zastarelost programske opreme glede na strojno. Programska oprema, ki je v večini pisana na »ključ«, je vezana tudi na strojno opremo. V primeru okvare zastarele strojne je strošek nabave novih, težko dobavljivih komponent zelo velik. Poleg tega je potrebna ponovna namestitev operacijskega sistema in vseh pripadajočih komponent in programov. Ta problem se največkrat pojavlja v tehnoloških sistemih, za katere več ne moremo dobiti strojne in programske podpore s strani dobavitelja.


3

1.2 Termoelektrarna Brestanica

1.2.1 Plinski bloki PB1, PB2 in PB3

Plinski bloki PB1, PB2 in PB3 [Slika 2] lahko delujejo v enostavnem ali v kombiniranem procesu. Plinske turbine so izvedene v paketni izvedbi z močjo 3 × 23 MW. Dimni plini iz plinskih turbin v primeru enostavnega procesa so vodeni mimo kotlov na odpadno toploto, v primeru kombiniranega procesa pa skozi kotle na odpadno toploto, kjer oddajo toploto za proizvodnjo pare. Vsak parni kotel v eni uri proizvede 40 ton pare s temperaturo 440 °C in s tlakom 40 bar. Ta para poganja dve parni turbini [Slika 3] z močjo 12,5 in 13,5 MW.

Vsi trije plinski bloki uporabljajo gorivo ekstra lahko kurilno olje, plinska bloka PB2 in PB3 tudi zemeljski plin. Zagon plinskih blokov do nazivne moči traja 15 minut, zagon parnega procesa pa približno eno uro in pol. Vsi bloki imajo možnost zagona brez zunanjega vira napajanja, t.i. »zagon iz teme«, zato služijo tudi za lastno rabo pri varni zaustavitvi Nuklearne elektrarne Krško v primeru njenega izpada iz elektroenergetskega omrežja.

Slika 2: Plinski bloki PB1, PB2 in PB3, [1].


4

OSNOVNI TEHNI ČNI PODATKI PLINSKIH BLOKOV PB1, PB2 in PB3

Plinska turbina (AEG) leto izdelave 1974

Nazivna moč 23 MW

Število enot 3

Proces enostaven ali kombiniran

Generator plinske turbine (AEG) leto izdelave 1974

Nazivna moč 32 MVA

Nazivna napetost 10,5 kV

Število enot 3

1.2.2 Plinska bloka PB4 in PB5

Plinska bloka PB4 in PB5 [Slika 3] z močjo 2 x 114 MW obratujeta v enostavnem procesu. Za gorivo uporabljata zemeljski plin ali ekstra lahko kurilno olje, lahko pa obratujeta tudi z obema gorivoma sočasno. Delovanje turbin je okolju prijazno, vsebnosti škodljivih snovi v izpušnih dimnih plinih (NOx, CO, SO2) in emisije hrupa so pod zakonsko določenimi mejami. Turbini se odlikujeta po hitrem zagonu - manj kot 15 minut od ukaza za start do nazivne moči. Visoko avtomatizirani turbini imata možnost hitrega spreminjanja obremenitve in daljinskega vodenja.

Slika 3: Plinski bloki PB4 in PB5, [1].


5

OSNOVNI TEHNI ČNI PODATKI PLINSKIH BLOKOV PB4 in PB5

Plinska turbina (ABB –GT11N2) leto izdelave 1999

Število enot 2

Čas do sinhronizacije 9-10 min

Obratovanje z ekstra lahkim kurilnim oljem

Nazivna moč 114,2 MW

Izkoristek na generatorju 32,7 %

Poraba goriva 8,3 kg/s

Poraba tehnološko obdelane vode 7,7 kg/s

Pretok izpušnih plinov 379 kg/s

Temperaturo izpušnih plinov 5230C

Obratovanjem z zemeljskim plinom

Nazivna moč 108,9 MW

Izkoristek na generatorju 34 %

Poraba goriva 6,5 kg/s

Pretok izpušnih plinov 370 kg/s

Temperaturo izpušnih plinov 5270C

Generator (ABB)

Število enot 2

Nazivna moč 155 MVA

Nazivna napetost 11,5 kV

Nazivni tok 7785 A


6

Blok transformator (ABB)

Število enot 2

Nazivna moč 150 MVA

Prestava 11,5/110 kV

Transformator lastne rabe (ABB)

Število enot 2

Nazivna moč 7/5,6/1,5 MVA

Prestava 11,5/2,1/0,4 kV


7

1.2.3 Stikališča

TEB je priključena na EES preko 110 kV stikališča v »GIS« izvedbi [Slika 4]. Za potrebe rezervnega napajanja splošne lastne porabe je elektrarna priključena tudi na 20 kV distribucijsko omrežje. Za razvod električne energije na nižjih napetostnih nivojih pa služita stikališči 10,5 kV ter 0,4 kV stikališča.

Osnovne značilnosti stikališča so:

• stikališče 110 kV (GIS): 8 daljnovodnih polj, 8 transformatorskih polj, 1 zvezno, merilno in ozemljilno polje, izvedba z dvojnimi zbiralnicami,

• stikališče 10,5 kV: 12 celic izoliranih z dušikom, izvedba z dvojnimi zbiralnicami: • stikališče 0,4 kV: štirje sektorji.

Slika 4: Stikališče 110 kV - GIS izvedba, [1].


8

1.2.4 Sistem oskrbe z gorivi

Plinski bloki obratujejo na dve vrsti goriv in sicer na zemeljski plin in na ekstra lahko kurilno olje.

Za oskrbo elektrarne z zemeljskim plinom je zgrajen plinovod, ki se zaključuje z merilno –reducirno plinsko postajo. Od tu sta speljana dva lokalna plinovoda, eden do PB2 in PB3 (20 bar) ter drugi do PB4 in PB5 (27 bar).

Sistem oskrbe plinskih blokov z ekstra lahkim kurilnim oljem zajema tri nadzemne rezervoarje [Slika 5] s skladiščno kapaciteto 3 x 6500 m3, črpalnico goriv, povezovalne oljevode, merilno opremo, ustrezno protipožarno zaščito ter skupno avtocisternsko pretakališče.

Slika 5: Rezervoarji s ekstra lahkim kurilnim oljem, [1].


9

1.2.5 Kemična priprava vode

Za potrebe procesa proizvodnje električne energije je potrebna dekarbonatizirana in demineralizirana voda, ki se pripravlja v obratu kemične priprave vode [Slika 6]. Zmogljivost naprav je 175 m3/h dekarbonatizirane vode in 70 m3/h demineralizirane vode.

Slika 6: Kemična priprava vode, [1].

1.2.6 Varstvo pred požarom

TEB ima glede na njeno vlogo in uporabo goriv (v skladu z merili požarne ogroženosti) zelo veliko požarno ogroženost, zato je temu primerno organizirana protipožarna pripravljenost oziroma zaščita.

Vsi pomembnejši objekti, naprave in tehnološki sistemi so varovani z vgrajenimi sistemi aktivne požarne zaščite. Proces nadzora sistemov v primeru nastanka požara omogoča takojšnje posredovanje usposobljene gasilske enote.

V TEB imamo vzpostavljen sistem BS OHSAS 18001 - vodenje sistema varnosti in zdravja pri delu ter varstva pred požarom, s pomočjo katerega ocenjujemo in sistematično obvladujemo tveganja z navedenih področji.


10

2 VIRTUALIZACIJA NA SPLOŠNO

V računalništvu je virtualizacija širok pojem, ki se nanaša na abstrakcijo računalniških sredstev. Ena izmed definicij virtualizacije je sledeča[2]:

»Virtualizacija je tehnika skrivanja fizičnih možnosti računalniških sredstev na način, kot komunicirajo s temi sredstvi različni sistemi, aplikacije ali končni uporabniki. To pomeni, da lahko posamezno fizično sredstvo (strežnik, operacijski sistem, aplikacija ali medij za shranjevanje) navidezno deluje kot množica logičnih sredstev ali pa, da več fizičnih sredstev (strežnikov, medijev za shranjevanje) navidezno deluje kot posamezno logično sredstvo. Z virtualizacijo lahko tudi navidezno spremenimo različne karakteristike, kot jih ima dejansko fizično sredstvo.«

Na sliki 7 so prikazane osnovne plasti virtualizacije. Na spodnji plasti je fizična strojna oprema. Nad fizično strojno premo je nameščena programska oprema, ki fizično strojno premo spremeni v virtualno (jo prikazuje virtualnim računalnikom/strežnikom) in hkrati komunicira (upravlja) z dejansko fizično strojno opremo. Sami virtualni računalniki dejansko ne prepoznajo ali je njihova strojna oprema virtualna ali fizična, zato enako komunicirajo obema. Virtualizacija omogoča obsežno zmanjšanje strojne opreme – predvsem fizičnih strežnikov (podjetje VMware zagotavlja, da je možno razmerje 50:1). Vzdrževanje strojne opreme se poenostavi in se lahko izvaja brez prekinitev virtualnih računalnikov/strežnikov. Programska oprema ni več odvisna od fizične strojne opreme, zato ni več težav z zastaranjem strojne opreme in s kompatibilnosti le-te glede s programsko opremo. Prednost virtualne strojne opreme je ta, da je lahko spremenljiva glede na potrebe virtualnega računalnika/strežnika, porablja samo toliko sredstev kot jih potrebuje (in toliko sredstev tudi porablja fizična strojna oprema), sredstva ki so ostali so lahko na voljo ostalim virtualnim računalnikom. S tem se pridobi dinamična razporeditev sredstev in boljša izkoriščenost fizične strojne opreme. Virtualizacija omogoča tudi tako imenovane predloge virtualnih računalnikov/strežnikov, s pomočjo katerih lahko postavimo nov strežnik v nekaj minutah.


11

Slika 7: Osnovne plasti virtualizacije, [2].

2.1 Zgodovina virtualizacije

O virtualizaciji aktualna predvsem v zadnjih letih. Korenine virtualizacije [2] segajo v začetek šestdesetih let preteklega stoletja, ko so s takratnimi računalniškimi sistemi želelo doseči boljše izkoriščanje strojne opreme. Prvič jo je v praksi uporabilo podjetje IBM pred tridesetimi leti, ko je obstoječi sistem razdelilo na več navideznih sistemov. Ta način razdelitve virov je omogočal istočasno izvajanje več procesov in zagon več aplikacij. Ta tehnologija je znana pod imenom večopravilnost (multitasking). Prihod osebnih računalnikov v osemdesetih letih je pomenil začasno mrtvilo na tem področju.

Razvoj strojne opreme x86 je z leti pripeljal do takšne stopnje, da so tovrstni sistemi postali sprejemljiva platforma za strežniške sisteme. Pojavila so se podjetja, ki so pričela zgodbo o virtualizaciji, kot jo poznamo danes. Da je zadeva že več let aktualna, dokazuje tudi zanimanje Microsofta, ki je v letu 2003 od podjetja Connectix kupil rešitve za virtualne naprave (Connectix Virtual Machine Technology). Podjetje Connectix je bilo znano po paketu Virtual PC, ki ga je prevzel Microsoft in ga čez nekaj let dal v brezplačno uporabo ter iz njega razvil pravo platformo za virtualizacijo Hyper-V.


12

3 VMWARE TEHNOLOGIJA

3.1 VMware vSphere

VMware vSphere [3] preoblikuje podatkovna središča v poenostavljen oblak računalniške infrastrukture in omogoči informacijskim organizacijam fleksibilne in zanesljive informacijske storitve. To pomeni, da lahko virtualizira temeljno fizično strojno opremo v bazen virtualnih sredstev, ki jih lahko virtualni sistemi izkoriščajo. Kot oblačni operacijski sistem lahko VMware vSphere razpolaga z veliko zbirko infrastrukture kot so procesorji (CPU), diskovna polja in mrežni sistemi.

Tehnologijo VMware vSphere lahko razdelimo na naslednje storitve:

- infrastrukturne storitve : Infrastrukturne storitve omogočajo neposreden dostop do strojne opreme nekega virtualnega okolja in jih razdelimo v več tipov:

• VMware vComputer je skupek tehnologij, ki dodeljuje sredstva virtualnim strežnikom, ti pa naknadno operacijskemu sistemu in pripadajočim programom,

• VMware vStorage je skupek tehnologij, ki omogoča najbolj učinkovito izrabo diskovnih sredstev v virtualnem okolju.

• VMware vNetwork je skupek tehnologij, ki poenostavijo in povečajo omrežni pretok podatkov v virtualnem okolju.

- aplikacijske storitve: Aplikacijske storitve so skupek tehnologij, ki zagotavljajo dostopnost, varnost in zanesljivost aplikacij, ki tečejo v virtualnih okoljih (več o tem v nadaljevanju),

- VMware vCenter Server omogoča centraliziran nadzor nad celotnim virtualnim okoljem. Z njim lahko upravljamo virtualne strežnike, diskovna polja, dostopne pravice, monitoriranje zmogljivosti sistema, itd.

- upravljanje z uporabniki Uporabniki lahko dostopajo do VMware vSphere podatkovnega centra na sledeče načine:

• s programom vSphere client, ki se poveže na VMware, • preko internetnega dostopa z internetnim brskalnikom.


13

- VMware vSphere Web dostop VMware vSphere Web dostop omogoča upravljanje fizičnih in virtualnih računalnikov preko interneta ali intraneta.

Slika 8 prikazuje povezavo med odseki VMware vSphere komponentami.

Slika 8: VMware vSphere komponente, [5].


14

3.2 VMware vSphere komponente

Da lahko razumemo vse tehnologije VMware vSphere [5][3], je potrebna razlaga njegovih glavnih komponent. VMware je spremenil licenciranje tako, da lahko sedaj namestimo samo tiste komponente, ki jih potrebujemo in ne več paketnih namestitev komponent (ESX->ESXi), zato je začel opuščati ESX in strankam svetuje prehod na ESX-i komponento.

3.2.1 VMware ESX/ESXi komponenta

Komponenta ESX/ESXi [Slika 9] je osnova za vSphere. VMware ESX/ESXi komponenta se namesti neposredno na strojno opremo (strežnik). Je vmesnik med strojno opremo in virtualnimi komponentami (virtualnimi računalniki/strežniki). Omogoča dostop sredstev virtualnim komponentam (pomnilnik, procesorsko moč, diskovna polja).

Na sliki 9 je prikazana lokacija namestitve ESXi komponente.

Slika 9: ESXi komponenta, [4].


15

3.2.2 VMware DRS komponenta

VMware DRS komponenta [Slika 10] skrbi, da imajo virtualne komponente dovolj sredstev. To pomeni, da glede na potrebo po sredstvih virtualno komponento prestavi na ustrezno mesto v virtualnem okolju (na fizični strežnik z dovolj sredstvi). DRS komponento je možno nastaviti na tri načine. Lahko deluje popolnoma samodejno – prerazporeja virtualne komponente glede na trenutno porabo sredstev popolnoma avtomatsko, polavtomatsko ali jih pa lahko sam uporabnik porazdeli ročno.

Na sliki 10 je prikazana selitev virtualne komponente med fizičnimi strežniki.

Slika 10: VMware DRS komponenta, [3].


16

3.2.3 VMware HA komponenta

VMware HA komponenta [Slika 11] skrbi, da v primeru izpada katerega od fizičnih strežnikov avtomatsko preseli virtualne komponente iz okvarjenega fizičnega strežnika na drug delujoči fizi čni strežnik, ki deluje v okviru virtualnega okolja. Deluje tudi v primeru, ko so fizični strežniki v mirujočem stanju. Avtomatsko dvigne strežnik v stanje delovanja in nanj prestavi virtualno komponento iz okvarjenega strežnika. V času prestavitve virtualnega strežnika iz okvarjenega na delujoči fizi čni strežnik so prekinjene vse povezave virtualnega strežnika v računalniškem omrežju.

Na sliki 11 je prikazano delovanje HA komponente.

Slika 11: VMware HA komponenta, [3].

3.2.4 VMware DPM komponenta

VMware DPM komponenta [Slika 12] v povezavi z VMware DRS komponento skrbi za dinamično zmanjševanje porabe električne energije fizičnih strežnikov. To pomeni, da glede na porabo sredstev virtualnih komponent dinamično centralizira le-te in ugaša, oziroma daje v pripravljenost tiste fizične strežnike, ki v danem trenutku ne razpolagajo z nobeno virtualno komponento. To se dogaja predvsem v času manjše obremenjenosti sistema (ponoči, prazniki… ). S tem prihranimo porabo električne energije in optimiramo strojno opremo (fizične strežnike).


17

Na sliki 12 je prikazano delovanje komponente DPM v povezavi s komponento DRS.

Slika 12: DPM komponenta, [13].

3.2.5 VMware vMotion komponenta

VMware vMotion komponenta [Slika 13] omogoča premeščanje delujočih virtualnih komponent med fizičnimi strežniki brez omrežne prekinitve. V praksi se izkaže, da dejansko pride do nekaj mili-sekundne prekinitve vendar to bistveno ne vpliva na samo delovanje virtualnih komponent. Ta komponenta je uporabna pri vzdrževalnih delih fizičnih strežnikov. Dejansko lahko vzdržujemo fizične strežnike brez prekinitve virtualnih komponent, kar omogoča brezprekinitveno vzdrževanje fizičnih strežnikov.

Na sliki 13 je prikazano delovanje komponente vMotion.

Slika 13: vMotion komponenta, [3].


18

3.2.6 VMware Storage vMotion komponenta

VMware Storage vMotion komponenta [Slika 14] omogoča premeščanje virtualnih komponent iz enega diskovnega sistema na drugega, brez prekinitve le-teh. To komponento najpogosteje uporabljamo pri vzdrževanju diskovnih sistemov, ki so vezani na fizične strežnike bodisi preko »fibre chanel« povezav, »ISCSI« povezav, ali fizičnih diskovnih polj v strežniku. V primeru vzdrževanja enega diskovnega polja, ki je vezano v virtualno okolje, enostavno prenesemo virtualno komponento iz obstoječega diskovnega polja na drugega. VMware Storage vMotion komponenta ima eno pomanjkljivost: ne omogoča prenosa virtualnih komponent v primeru izpada diskovnega polja. Tega zaenkrat ne omogoča nobena druga komponenta VMware-ja. Rešitev tega problema je replikacija celotnega diskovnega polja in programska oprema, ki jo običajno vsebuje diskovno polje.

Slika 14: VMware Storage vMotion komponenta, [14].


19

3.2.7 VMware vStorage Thin Provisioning komponenta

VMware vStorage Thin Provisioning komponenta [Slika 15] omogoča optimizacijo porabe diskovnega prostora. To pomeni, da virtualna komponenta zasede samo toliko prostora, kot ga uporablja. Primer: namestitev Windows strežnika 2008 R2 na virtualni ali fizični strežnik zahteva 20 GB prostora, vendar ga sistem dejansko zasede samo 10 GB. VMware vStorage Thin Provisioning komponenta posreduje Windows strežniku, da ima na voljo 20GB in s tem omogoči namestitev, vendar tisti nezasedeni prostor, ki nastane ob namestitvi, lahko ponudi tudi ostalim virtualnim komponentam. To pomeni, da lahko izkoristimo več prostora kot je prikazano. Pri VMware vStorage Thin Provisioning komponenti moramo biti pazljivi, ker lahko v primeru nezadostnega poznavanja virtualnih komponent, oziroma njihove porabe diskovnega polja, pride do prezasedenosti le-tega.

Slika 15 prikazuje optimizacijo porabe diskovnega polja VMware vStorage Thin Provisioning komponente.

Slika 15: VMware vStorage Thin Provisioning komponenta.


20

3.2.8 VMware Data Recovery komponenta

VMware Data Recovery komponenta [Slika 16] omogoča izdelavo enostavnih varnostnih kopij virtualnih komponent. Nova verzija VMware Data Recovery omogoča tudi obnovitev datotek iz varnostne kopije virtualne komponente, tako na windows kot na linux sistemih. Komponenta deluje tako, da izdeluje tako imenovane posnetke virtualnih komponent (snapshots). Varnostno kopira samo spremembe, ki so nastale na virtualni komponenti od prejšnje varnostne kopije in s tem znatno skrajša čas izdelave ter količino prenosa podatkov varnostne kopije. Varnostne kopije se izvajajo kljub delovanju virtualne komponente in ne motijo delovanja le-teh.

Slika 16 prikazuje delovanje VMware Data Recovery komponente. VMware Data Recovery (preko vCenter strežnika) izvede posnetek virtualne komponente in ga shrani na eno od diskovnih polj, ki se nahaja v virtualnem okolju. Za obnovitev virtualne komponente se izbere, katero varnostno kopijo je potrebno obnoviti in kam jo je potrebno odložiti.

Slika 16: VMware Data Recovery komponenta, [3].


21

3.2.9 Vmware vCenter

Vmware vCenter strežnik [Slika 17] omogoča popoln centraliziran nadzor nad vsemi fizičnimi in virtualnimi komponentami. vCenter razpolaga in nadzira tudi z vsemi komponentami, ki so opisane v prejšnjih poglavjih.

Zagotavlja naslednje funkcije:

• integracija aktivnega imenika,

• spremlja vse dogodke, ki potekajo v virtualnem okolju, • omogoča nadgradnje ESX/ESXi strežnikov in virtualnih komponent, • obvešča administratorje o morebitnih napakah tako na fizičnih kot virtualnih

komponentah, • upravlja z varnostnimi kopijami,

• upravlja s pooblastili za uporabnike, ki dostopajo do virtualnih komponent, • upravlja s prenosi fizičnih strežnikov slik strežnikov v virtualno okolje.

Slika 17 prikazuje centralizacijo vseh VMware komponent v VMware vCenter strežnik.

Slika 17: VMware vCenter strežnik, [3].


22

3.2.10 VMware orodja

VMware orodja so gonilniki za virtualne komponente. VMware okolje je zgrajeno iz virtualne strojne opreme, ki jo operacijski sistem prepoznava kot fizično strojno opremo. Da lahko operacijski sistem komunicira z virtualno strojno opremo, potrebuje gonilnike VMware orodja. Ti gonilniki so na voljo za vsak operacijski sistem, ki ga podpira VMware.

S posodabljanjem ESXi programa, ki je nameščen na fizičnih strežnikih, se posodablja tudi virtualna strojna oprema. Zato je potrebno ob posodobitvi virtualne strojne opreme običajno posodobiti tudi gonilnike za virtualno strojno opremo.

Ker je virtualizacija v informatiki postala zelo priljubljena, se je začela spreminjati in optimirati tudi pripadajoča strojna oprema. Tako najdemo strežnike, ki imajo posebne funkcije v procesorjih, da še bolj optimirajo virtualna okolja, mrežne kartice z dodatnimi funkcijami virtualizacije itd.


23

4 ANALIZA OBSTOJE ČEGA STANJA SCADA SISTEMA

4.1 Splošno o SCADA sistemih

Program SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) [15] služi za nadzor in kontrolo tehnološkega procesa s pomočjo računalniškega sistema. Te vrste programov srečujemo tudi pod imenom programi za vizualizacijo, ali programi za nadzor in vodenje procesov.

Program SCADA tvori grafični model tehnološkega procesa. Stroje in naprave, ki sodelujejo v proizvodnem procesu, narišemo v grafičnem urejevalniku (DRAW, WINDOW MAKER, … ). Dobimo tako imenovane objekte, ki jim priredimo dinamične lastnosti. Dinamične lastnosti se imenujejo zato, ker se njihove vrednosti spreminjajo glede na vrednosti v pomnilniku programabilnega krmilnika. Najpomembnejši lastnosti SCADA sistemov sta zanesljivost in multiprocesiranje (pogosto vodijo z enim SCADA sistemom več naprav ali objektov).

Pred pojavom SCADA sistemov so procese prikazovali s pomočjo sinoptike (brez računalniškega sistema) ali s pomočjo programskih jezikov na računalniku. V obeh primerih je bil postopek izdelave grafičnega prikaza težak. SCADA sistem omogoča uporabniku, ki ni posebej usposobljen, hitro izdelavo grafičnega prikaza procesa.

SCADA programski paket je namenjen tudi za zbiranje podatkov. Podatke dobi od procesa, preko krmilnikov. SCADA sistem lahko podatke, ki jih dobi od različnih krmilnikov obdela in z njihovo pomočjo generira poročila o procesu.

V svetu obstaja veliko SCADA sistemov. Najsodobnejši sistemi delujejo v Windows in Windows NT okolju. Najpogosteje uporabljena sistema sta FIX in InTouch. Ta dva sistema omogočata delo na različnih krmilnikih.

4.1.1 Programski paket FIX

FIX (Fully Integrated Control System) in FIX MMI (Man Machine Interface) sta najnovejša izdelka podjetja Intellution. Spadata v družino programske opreme za avtomatizacijo. Sta v bistvu programa za nadzor avtomatizacijskega sistema. Na tržišču trenutno obstaja kar nekaj izdelkov s podobno zasnovo (program SCADA od podjetja Omron). Prednost programa FIX je ta, da podpira mnogo gonilnikov za različne krmilnike (slabost pa zelo slabo napisan Skript Editor). FIX je prisoten na tržišču že od leta 1983, takrat še pod operacijskim sistemom DOS. Prvič se je FIX pojavil v okolju Windows leta 1991.


24

4.2 Procesni SCADA sistem TEB

TEB je vzpostavila procesni sistem [1], ki zajema podatke iz vseh procesnih sistemov. V ta namen je zgrajen skupni SCADA strežnik, ki zajema podatke iz posameznih procesnih sistemov, ter jih prikazuje in shranjuje v relacijsko Microsoft SQL 2000 bazo iz katere aplikacije za vodenje in nadzor elektrarne črpajo ustrezne podatke o obratovanju.

Poleg tega skupni procesni sistem omogoča:

• avtomatski zajem podatkov iz obstoječih sistemov nadzora in vodenja, • nadzor obstoječih sistemov nadzora in vodenja, • arhiviranje sprejetih podatkov v SQL strežniško bazo, • pregled arhivskih podatkov preko WEB vmesnika, • osveževanje podatkov iz nadzornih računalnikov na WEB strežnik.

4.3 Splošni koncept procesnega sistema TEB

Skupni procesni sistem temelji na SCADA strežniku [1], ki zbira podatke iz posameznih procesnih sistemov. Te podatke SCADA strežnik obdeluje glede na analogne vrednosti in alarmna stanja ter jih shranjuje v lokalno bazo podatkov. Tako obdelani podatki se prikazujejo na procesnih shemah, ki jih lahko operater pregleduje na SCADA strežniku, velikostenskem prikazovalniku in oddaljenemu računalniku preko WEB aplikacije. Izbrani podatki se vpisujejo v Microsoft SQL strežnik bazo, ki se nahaja na podatkovnem strežniku.

Ključnega pomena procesa virtualizacije SCADA sistema v TEB je preučitev vseh povezav, ki so potrebne za pridobitev podatkov, njihove možnosti uvedbe v virtualno okolje in primerjava delovanja z obstoječim »ne virtualiziranim« sistemom. Da lahko SCADA sistem licenčno deluje, potrebuje »strojni ključ«. Na obstoječem strežniku je »strojni ključ« vklopljen preko serijskega vmesnika in SCADA sistem z njim nenehno komunicira.


25

Na sliki 18 je prikazana nadzorna mreža vseh tehnoloških sistemov, ki so povezani s SCADA sistemom in podatkovnim strežnikom.

Slika 18: Shematski prikaz nadzorne mreže skupnega procesnega sistema TEB, [1].

SCADA strežnik deluje na Windows 2000 platformi in omogoča zajem podatkov preko:

- OPC gonilnika, - ODBC vmesnika, - standardnih gonilnikov za zajem procesnih podatkov, - namenskih gonilnikov za zajem procesnih podatkov.

Skupni SCADA strežnik komunicira z naslednjo opremo sistemov vodenja:

• Računalnik PB1 – sistem vodenja plinske turbine PB1, • Računalnik PB2 – sistem vodenja plinske turbine PB2, • Računalnik PB3 – sistem vodenja plinske turbine PB3, • Krmilnik AC450 PB4 – sistem vodenja plinske turbine PB4, • Krmilnik AC450 PB5 – sistem vodenja plinske turbine PB5, • Računalnik komunikator – sistem vodenja parnih kotlov in turbin, • Računalnik KPV – sistem vodenja kemične priprave vode, • Računalnik SYS1 – sistem vodenja stikališč, • Računalnik SYS2 – sistem vodenja stikališč, • Računalnik TEB-ECO – sistem ekološkega monitoringa, • Računalnik goriva – sistem nadzora meritev goriv, • Računalnik DGC300 – sistem nadzora meritev električne energije,


26

• Požarna centrala, • Računalnik ISEC – Sistem kontrole pristopa, • Računalnik PGDTEB– Stabilna gasilna naprava, • Računalnik VP – velikostenski prikazovalnik.

Zajem podatkov iz obstoječih procesnih sistemov poteka na naslednji način:

• PB1 – sistem vodenja plinske turbine 1 – OPC strežnik, • PB2 – sistem vodenja plinske turbine 2 – OPC strežnik, • PB3 – sistem vodenja plinske turbine 3 – OPC strežnik, • PB4 – sistem vodenja plinske turbine 4 – Modbus protokol, • PB5 – sistem vodenja plinske turbine 5 – Modbus protokol, • KPV – kemična priprava vode – iFix network – OPC strežnik, • EKO monitoring – datoteka – OPC strežnik, • meritev goriv – iFix network – OPC strežnik, • meritev električne energije – SCTM protokol, • požarna centrala – ASCII gonilnik, • parni kotli in turbine – ODBC, • sistem tehničnega varovanja – OPC.

Na sliki 19 je grafična ponazoritev vseh načinov zajema tehnoloških podatkov, ki se preko SCADA sistema arhivirajo v podatkovni strežnik.

Podatkovni strežnik

Modbus MB1Modbus MB1

ZARJA gonilnik

iFix OPC Client

ODBC gonilnik

Gonilnik EKO MON.

FIX->SQL

iFix Procesna baza

iWEBServer

EKO MON.POŽ.

CENTRALA ZARJA

PB4 AC 450

PB1 MONITOR

PROStikal 1 Stikal 2

MER. EL. EN. DGC 300

Gonilnik MER. EL.

EN.

Microsoft SQL Server

2000

Velikostenski prikazovalnik

iClient

OPC strežnik Delphi



Gonilnik STIKAL.

Grafični vmesnik

Baza alarmov Baza meritev

KONTROLA PRISTOPA

Integra Security OPC Data Access

Server

OPC Client

OPC Client

OPC strežnik OPC strežnik

PB2 MONITOR

PRO

PB3 MONITOR

PRO

OPC strežnikiFixiFix

KPV iFix

Meritev goriv iFix

MODBUS MODBUS

PB5 AC 450

Datoteka DatotekaOPC strežnik OPC strežnikASCII kom.UDP kom.

Parni kotli

SYBASE

Gonilnik PK OPC


ODBC

STAB. GAS. NAPRAVA

MPRO

OPC strežnik

Slika 19: Načini zajemanja tehnoloških podatkov v SCADA sistem, [1].


27

4.4 Zajem podatkov iz obstoječih sistemov vodenja

Procesni informacijski sistem [1] v TEB ni enovit, temveč ga sestavlja več neodvisnih sistemov. Vsak sistem predstavlja samostojen tehnološki proces, ki je avtomatiziran na osnovnem nivoju z ustreznim krmilnikom in nadzorovan na višjem nivoju z ustreznim SCADA sistemom. Oprema omenjenih sistemov ni poenotena niti na nivoju krmilnikov niti na nivoju SCADA sistemov. Gre za različne krmilnike in različne SCADA sisteme, ki delujejo povsem samostojno in medsebojno niso povezani.

Procesni sistem TEB je sestavljen iz neodvisnih procesov, ki so podani v spodnji tabeli.

Proces Krmilniška oprema Nadzorni sistem

Plinske turbine PB 1, 2, 3 Schneider A 250 Monitor PRO 2.0

Sistem črpališča vode Gespac – GESSBS Factory Link – 4.3.2

Plinski turbini PB 4 in 5 ABB – AC160, AC450 ADVANT

Sistem parnih kotlov WB1, WB2 in WB3 in parnih turbin TA1 in TA2

Schneider – Quantom

Omron – C 200 HS

SCADACOM

Kemična priprava vode Siemens – S7 FIX Dynamics

Sistem stikališč ABB REC in REF MicroSCADA

Ekološki monitoring Namenska aplikacija

Sistem meritev goriv ITG 70 iFix SCADA

Sistem meritev el. Energije FAG 12.4 Siemens DGC 300

Požarna centrala Namenska oprema

Kontrola pristopa Namenska oprema Integra Security

Stabilna gasilna naprava MODICON Monitor PRO 7.0


28

4.4.1 OPC komunikacija

OPC komunikacija omogoča povezovanje programskih paketov različnih proizvajalcev tako, da vsak strežnik podatkov potrebuje gonilnik »OPC strežnik« in odjemalec podatkov potrebuje gonilnik »OPC odjemalec«.

Povezavo OPC strežnikov in odjemalcev preko računalniškega omrežja omogoča COM/DCOM tehnologija.

Za zajemanje podatkov na OPC platformo je najprej potrebno namestiti OPC strežnik.

Po namestitvi in zagonu se določeni OPC strežniki sami nastavijo in locirajo računalniško omrežje ter vse točke, ki jih lahko nadzorujejo. To pomeni, da ob namestitvi OPC strežnika le-ta sam poišče vse točke v bazi operativnega SCADA sistema in jih da na voljo odjemalcu.

V primeru, ko operativni SCADA sistem ne omogoča avtomatskega zajema točk, je potrebno te točke nastaviti ročno.

Ker OPC komunikacija poteka preko TCP/IP – standardnega računalniškega protokola, je prenosljiva v virtualno okolje.


29

4.4.2 Komunikacija s sistemom plinskih turbin PB1, PB2 in PB3

Vsak sistem plinskih turbin PB1, PB2 in PB3 ima svoj sistem vodenja in SCADA sistem. Skupni SCADA strežnik pridobiva procesne podatke iz SCADA sistema posamezne turbine. Na SCADA sistemu vsake od plinskih turbin, kar pomeni na vsakem od računalnikov PB1, PB2 in PB3, je nameščen Monitor PRO OPC strežnik. Priključitev na skupni procesni sistem je izvedena preko mrežnega Hub-a. Gonilnik iFix OPC Client, ki je nameščen na SCADA sistemu, bere podatke z vseh treh OPC strežnikov.

Na sliki 20 je prikazana povezava starih plinskih turbin PB1, PB2 in PB3 do skupnega SCADA strežnika.

Skupni SCADA strežnik

Računalnik PB1

Glavno stikalo

OPC Strežnik

SQL Server 2000


Računalnik PB2

Računalnik PB3

OPC Strežnik

OPC Strežnik

HUB

koaksialni kabel

UTP kabel

Komandni pult

Omara skupnega SCADA strežnika

Omara podatkovnega strežnika

iFix OPC odjemalec

TEB Arhiviranje FIX->SQL

Procesna baza

iFix

Slika 20: Povezava starih plinskih turbin PB1, PB2 in PB3 s SCADA sistema, [1].


30

4.4.3 Komunikacija s sistemom plinskih turbin PB4 in PB5

Sistem novih plinskih turbin PB4 in PB5 ima svoj ADVANT krmilnik. Skupni SCADA strežnik pridobiva procesne podatke iz krmilnika AC450 posamezne turbine. V obeh krmilnikih AC450 je vgrajen komunikacijski modul s protokolom MODBUS RTU. Vsak komunikacijski modul je preko optične povezave in pretvornika FO/RS-232 priključen na enega od serijskih vrat skupnega SCADA strežnika. Gonilnik MB1 MODBUS, ki je nameščen na skupnem SCADA strežniku, bere podatke z obeh komunikacijskih kanalov.

Na sliki 21 je prikazana povezava novih plinskih turbin PB4 in PB5 na SCADA sistem. Funkcija pretvornik RS232/FO je pretvorba protokola RS232 v optično povezavo, pretvornik FO/RS232 pa ima funkcijo, da pretvori optično povezavo nazaj v RS232 protokol. To izvedbo je bilo potrebno narediti zaradi močnih elektromagnetnih sevanj, ki nastajajo na poti od MODBUS-a do SCADA strežnika, zaradi katerih bi prihajalo do motenj. Optična povezava namreč ni občutljiva na elektromagnetno sevanje.

Slika 21: Povezava novih plinskih turbin s skupnim SCADA strežnikom, [1].


31

4.4.4 Komunikacija s sistemom parnih kotlov in turbin

SCADA sistem parnih kotlov in turbin, SCADACOM, deluje na UNIX – Solaris 7.0 platformi. Na ta SCADA sitem so vezani sistemi parnih kotlov WB1, WB2 in WB3 ter sistem parnih turbin TA1 in TA2. SCADACOM ima integrirano Sybase SQL relacijsko bazo. Sistemi so povezani v lokalno omrežje in preko mrežnega stikala na skupno tehnološko omrežje.

Gonilnik »PKT Data Access Server«, ki je nameščen na skupnem SCADA strežniku, bere podatke relacijske baze SYBASE preko ODBC gonilnika. Podatke nato preko OPC strežnika posreduje iFix OPC odjemalcu ter jih zapisuje v bazo podatkovnega strežnika.

Na sliki 22 je prikazana ODBC povezava SYBASE baze do skupnega SCADA strežnika. SCADA sistem parnih kotlov in turbin je ena prvih SCADA sistemov v TEB in je zanj težko dobiti podporo za morebitne dodatne funkcionalnosti in posodobitve.


stikalo

SQL Server 2000Podatkovni strežnik

baza SYBASE

stikalo

ODBC gonilnik

Komunikator

PKT gonilnik

OPC Strežnik

iFix OPC odjemalec

Procesna baza

iFix

Slika 22: ODBC povezava SYBASE podatkovne baze do SCADA strežnika, [1].


32

4.4.5 Komunikacija s sistemom kemične priprave vode

Sistem vodenja kemične priprave vode zajema SCADA strežnik in SCADA odjemalec. Skupni SCADA strežnik pridobiva procesne podatke s SCADA strežnika sistema kemične priprave vode. SCADA orodji iFix in FIX Dynamics imata funkcionalnost »FIX Networking«. Če sistem vsebuje IFIX SCADO ne potrebuje dodatnega OPC strežniškega gonilnika. Odjemalec avtomatsko prepozna njegove komponente in jih poveže z odjemalcem, ki je v tem primeru skupni SCADA sistem.

Na slika 23 je prikazano povezava SCADA sistema kemične priprave vode s skupnim SCADA strežnikom. Optična povezava je ponovno uporabljena zaradi eliminacije možnih motenj v omrežju.

Slika 23: Povezava sistema kemične priprave vode s SCADA strežnikom, [1].

Glede na funkcijo »FIX Networking« imajo vsi moduli orodja iFix možnost branja podatkov z vseh vozlišč v mreži, ki imajo procesno bazo sistema FIX in v tem primeru TEB sta to SCADA strežnik kemične priprave vode in SCADA strežnik meritev goriv.


33

4.4.6 Komunikacija s sistemom stikališč

Na strežniku sistema stikališč je nameščen OPC strežnik. Na skupnem SCADA strežniku se nahaja gonilnik »OPC-Data-Access«, ki komunicira z obema strežnikoma sistema stikališč.

4.4.7 Komunikacija s sistemom ekološkega monitoringa

Komunikacija poteka preko datotek. Sistem ekološkega monitoringa ustvarja skupino datotek, ki jo pošilja v obdelavo. Gonilnik datoteke prenese na skupni SCADA strežnik. Datoteke prebere in podatke preko OPC strežnika posreduje iFix OPC odjemalcu ter jih zapisuje v bazo podatkovnega strežnika.

Na sliki 24 je prikazana povezava sistema ekološkega monitoringa s SCADA strežnikom.

Slika 24: Povezava sistema ekološkega monitoringa s SCADA strežnikom, [1].


34

4.4.8 Komunikacija s sistemom meritev električne energije

Sistem meritev električne energije vsebuje 23 števcev, dva registratorja FAG in nadzorni računalnik z orodjem DGC300. Skupni SCADA strežnik pridobiva podatke iz nadzornega računalnika DGC300.

Komunikacija poteka preko datotek. Sistem DGC300 ustvari dve datoteki vsako za en FAG. »MEE OPC Data Access Server« gonilnik prekopira datoteki na skupni SCADA strežnik. Datoteki SCADA strežnik prebere in podatke preko OPC strežnika posreduje iFix OPC odjemalcu ter jih zapisuje v bazo podatkovnega strežnika.

Na sliki 25 je prikazana povezava sistema meritev električne energije s SCADA sistemom.

Slika 25: Povezava sistema meritev električne energije s SCADA sistemom, [1].


35

4.4.9 Komunikacija s požarno centralo

V TEB je nameščena analogna požarna centrala »NJVP-300A«, s katere pridobiva podatke skupni SCADA strežnik. Požarna centrala ima komunikacijski kanal, po katerem lahko komunicira z nadrejenimi sistemi po lastnem protokolu. Priključek na skupni SCADA sistem je izveden preko tokovne zanke in pretvornika 20mA/RS-232. Pretvornik je s serijskim kablom priključen na serijska vrata skupnega SCADA strežnika.

Na sliki 26 je prikazano, kako požarna centrala pošilja podatke. Gonilnik »zarjaopc2s« jih bere in potrjuje ter spremembe posreduje preko UDP protokola gonilniku »zarjaopc2c«, ki podatke preko OPC strežnika streže iFix OPC odjemalcu.


iFix OPC odjemalec


Komunikacijski gonilnik "master"

TEB Arhiviranje FIX->SQL

Procesna baza

SQL Server 2000

Požarna centrala ZARJA

komunikacijski terminal

(kabelski prostor)Tokovna zanka

Tokovna zanka/RS232

zarjaopc2c

OPC Strežnik

iFix

zarjaopc2s ZARJA gonilnik

"slave"

UDP

port 1

Slika 26: Povezava požarne centrale s SCADA strežnikom, [1].

4.4.10 Komunikacija s sistemom tehničnega varovanja

Skupni SCADA strežnik pridobiva podatke iz komunikacijskega računalnika tehničnega varovanja. Na računalniku tehničnega varovanja je nameščen »OPC-Integrasecurity« strežniški gonilnik. Gonilnik »iFix OPC Client«, ki je nameščen na SCADA strežniku bere podatke preko strežniškega gonilnika na sistemu tehničnega varovanja in pošilja podatke v SCADA sistem.


36

5 PRESTAVITEV SCADA SISTEMA V VIRTUALNO OKOLJE

SCADA sistem je zaradi velike količine povezav ter prenosa in procesiranja podatkov procesorsko zelo potraten strežnik. Zajema 20000 točk s povprečno frekvenco zajemanja 10 sekund na točko. Točke so posamezni signali iz določenega tehnološkega sistema v TEB (meritev električne energije, meritev goriv, plinske turbine PB1, PB2, PB3…), ki se prenašajo v SCADA sistem.

Zaradi konstantne obremenitve procesorske moči se je SCADA strežnik po petih letih delovanja pokvaril. Ponovna postavitev in vzpostavitev vseh povezav bi bila stroškovno neupravičena. Ker strežnik ni bil več operativen, je bilo potrebno na čim hitrejši, cenejši, varen in zanesljiv način vzpostaviti njegovo prvotno stanje.

5.1 vCenter Converter – prenos fizičnih strežnikov v virtualne strežnike

VMware je izdelal brezplačno orodje vCenter Converter [6] [Slika 27], ki lahko večino oblik fizičnih računalnikov pretvori v virtualne računalnike. Prav tako lahko pretvarja virtualne računalnike ostalih proizvajalcev (Microsoft Hyper-V, Microsoft Virtual PC in Microsoft Virtual Server) v VMware obliko virtualnega računalnika.

Fizične računalnike lahko pretvarja v virtualne na dva načina:

- pretvarja fizične strežnike med delovanjem (v praksi se te vrste pretvarjanj ne zaključijo vedno uspešno, še posebej, če ima fizični strežnik opravka z veliko količino programov, ki tečejo v ozadju - servisi),

- pretvarja tako imenovane slike fizičnih računalnikov (Symantec Backup Exec System Recovery, Norton Ghost, Acronis).

Pretvorba v virtualni računalnik poteka tako, da se osnovni fizični sistem ne spreminja in v primeru pretvarjanja med delovanjem osnovni sistem deluje nemoteno.


37

Slika 27: vCenter converter – načini pretvorb sistemov v virtualne računalnike, [12].

V primeru prenosa SCADA sistema je bilo potrebno narediti sliko celotnega diska s programom Acronis true image. To sliko diska je program vCenter Converter pretvoril v virtualni računalnik.

5.2 Licenčna vzpostavitev delovanja SCADA sistema s »strojnim klju čem«

Po pretvorbi v virtualno okolje je zagon virtualnega SCADA sistema potekal brez težav, vendar programska oprema iFix ni delovala, saj sistem ni zaznal »strojnega ključa«. »Strojni ključ« je bil priklopljen v SCADA sistem preko paralelnega vmesnika, vendar strojna oprema na kateri je nameščeno virtualno okolje (ESXi), tega nima. V primeru, ko programska oprema iFix ne zazna »strojnega ključa«, sistem deluje samo 2 uri (demo delovanje).

Programska oprema iFix lahko komunicira s strojnim ključem preko serijskega ali USB vmesnika, vendar strojna oprema na kateri je nameščeno virtualno okolje prav tako nima USB vmesnika. Potrebno je bilo najti rešitev pretvorbe serijskega ali USB vmesnika preko TCP/IP računalniškega omrežja v SCADA sistem.


38

5.2.1 Pretvornik USB-> IP »AnywhereUSB« podjetja DIGI

USB naprava (v tem primeru USB »strojni ključ«) se lahko nahaja kjer koli v računalniškem omrežju [Slika 28]. Pogoj je, da mora biti viden fizičnemu ali virtualnemu računalniku. To pomeni, da pretvornik USB->TCP/IP [7] [Slika 29] pretvori USB protokol na način, da lahko komunicira preko računalniškega omrežja (TCP/IP). Da lahko naprava komunicira s strežnikom je, potrebno na strežnik namestiti virtualne USB gonilnike. Ti gonilniki so priloženi pretvorniku USB->TCP/IP. Gonilnik, ki je nameščen na strežniku, avtomatsko najde pretvornik USB->TCP/IP v omrežju in ga pripne strežniku kot realni USB protokol. To pomeni, da operacijski sistem, ki teče na strežniku, ne prepozna razlike med pretvornikom USB->TCP/IP in fizičnim USB protokolom. Zato tudi vsa programska oprema, ki je vezana na USB protokol, ne prepozna razlike.

Na ta način je bilo mogoče pripeljati »strojni ključ« do virtualnega strežnika brez uporabe dejanskega USB priklopa, ki bi bil vgrajen v fizični strežnik.

Ker je med fizičnim »strojnim ključem« in virtualnim računalnikom računalniško omrežje (TCP/IP), ni potrebe po identični strojni opremi fizičnih strežnikov, ki so vezani v virtualno okolje. To pomeni, da se v primeru okvare fizičnega strežnika in vklopa komponente HA (poglavje 3.2.3) virtualni strežnik brez prekinitev avtomatsko prestavi na drug fizični strežnik in ne pride do prekinitve med »strojnim ključem« in programsko opremo iFix, ki ga uporablja.

Pri sami uvedbi te vrste rešitve je prišlo do težave in sicer do prepozne inicializacije gonilnika in pretvornika USB->TCP/IP v omrežju. Ko je virtualni strežnik zaganjal operacijski sistem, se je avtomatsko zaganjala programska oprema iFix, ki je za zagon potrebovala »strojni ključ«. Vendar je gonilnik potreboval nekoliko več časa, da je v računalniškem omrežju prepoznal pretvornik USB->TCP/IP in ga priklopil v operacijski sistem. Za rešitev tega problema smo uvedli zakasnitev zaganjanja programske opreme iFix tako, da je pred zagonom iFix programske opreme gonilnik poiskal pretvornik USB->TCP/IP in ga priklopil operacijskemu sistemu.

Na sliki 29 je prikazan pretvornik USB->TCP/IP. Ta vrsta pretvornika lahko komunicira s petimi USB napravami hkrati (zato tudi 5 USB vrat – slika 29). Pretvornik USB->TCP/IP ima to lastnost, da je lahko priklopljen na en virtualni ali fizični strežnik. To pomeni, da ne more hkrati komunicirati z več operacijskimi sistemi. Ta sistem se uporablja zaradi varnostnih omejitev, saj bi lahko »strojni ključ« komuniciral z več programske opreme hkrati kar pa bi bilo v nasprotju z licenčnimi pogoji.


39

Na sliki 28 je prikazana povezava USB »strojnega ključa« do virtualnega SCADA strežnika.

Slika 28: Povezava USB->TCP/IP pretvornika z virtualnim SCADA sistemom.

Slika 29: Pretvornik USB->TCP/IP, [7].

5.3 Povezava komunikacije plinskih turbin PB4, PB5 in požarne centrale z virtualnim SCADA sistemom

Obstoječa komunikacija plinskih turbin PB4, PB5 in požarne centrale je potekala preko RS232 protokola (poglavje 4.3.3, 4.3.9). Ker fizična strojna oprema na kateri je nameščeno virtualno okolje ne vsebuje serijskega vmesnika, neposredne povezave ni bilo mogoče vzpostaviti.

Problem smo rešili tako, smo pretvorili oziroma prenesli protokol RS232 preko mrežne povezave (TCP/IP) v virtualno okolje (podobno kot v poglavju 5.2.1). Za takšno rešitev obstajajo na tržišču pretvorniki RS232->TCP/IP.

Virtualni centralni SCADA strežnik z

nameščenim USB virtualnim gonilnikomMrežno stikalo USB->TCP/IP pretvornik

s vstavljneim „strojnim ključem“


40

5.3.1 Pretvornik RS232->TCP/IP NPORT 6410 podjetja MOXA

Pretvornik RS2323->TCP/IP [8] [Slika 31] deluje na popolnoma enak princip kot pretvornik USB->TCP/IP, ki je opisan v poglavju 5.2.1, le da se tu pretvarja RS232 protokol v TCP/IP standardno računalniško omrežje.

Na sliki 30 je prikazana povezava plinskih turbin PB4 in PB5 ter požarne centrale na virtualni SCADA strežnik.

Slika 30: Povezava pretvornika RS232->TCP/IP z virtualnim SCADA sistemom.

Slika 31: Pretvornik RS232->TCP/IP, [8].

Virtualni centralni SCADA strežnik z

nameščenim RS232 virtualnim gonilnikomMrežno stikalo

PB4 – AC 450

Požarna centrala

PB5 – AC 450

RS232->TCP/IP pretvornik


41

6 ANALIZA DELOVANJA SCADA SISTEMA V VIRTUALNEM OKOLJU

Virtualni SCADA sistem deluje v virtualnem okolju že dve leti. V tem obdobju je prišlo do nekaterih težav pri delovanju, ki jih je bilo potrebno sanirati. Napake so se pojavljale pri prenosu podatkov iz plinskih turbin PB4 in PB5 v SCADA sistem.

6.1 Umestitev SCADA sistema v virtualno okolje

Virtualno okolje v TEB je zgrajeno iz enega eno-procesorskega in štirih dvo-procesorskih fizičnih strežnikov. To pomeni, da sistem vsebuje 9 fizičnih procesorjev (licenciranih) in 30 logičnih procesorjev skupaj 71GHz procesorske moči in 100GB delovnega spomina. Trenutno v virtualnem okolju teče 26 virtualnih strežnikov.

Na sliki 32 je prikazana poraba procesorske moči in delovnega spomina za trenutno situacijo virtualnih strežnikov v TEB. Iz grafa je razvidno, da se porablja cca 12% procesorske moči in cca 50% delovnega spomina.

Slika 32: Poraba procesorske moči in delovnega spomina v VMware okolju TEB.

Na sliki 33 je prikazano vpetje SCADA strežnika v virtualno okolje TEB. Virtualni SCADA strežnik (ScadaTeb) je vpet v 5 fizičnih strežnikov. VMware HA komponenta (poglavje 3.2.3) skrbi za prenos virtualnega strežnika na drugi fizični strežnik v primeru okvare gostiteljskega strežnika. Vseh pet fizičnih strežnikov in tudi virtualni strežnik ji vezanih na diskovno polje, ki je v RAID 5 izvedbi.


42

Slika 33: Vpetje SCADA strežnika v virtualno okolje.


43

6.2 Poraba procesorske moči

Kot je bilo že povedano v prejšnjih poglavjih, je SCADA sistem procesorsko zelo potraten strežnik. V celotnem virtualnem okolju TEB uporablja največ procesorske moči.

Na sliki 34 je prikazana poraba procesorske moči virtualnega SCADA strežnika. V povprečju virtualni SCADA strežnik porablja 2.7 GHz procesorske moči, med tem pa ob špicah doseže tudi do 4.1 GHz. Vzrok za tako močno porabo procesorske moči je sočasno pridobivanje podatkov iz tehnoloških sistemov TEB. Tu je vključeno preko 20000 točk s povprečno frekvenco pridobivanja podatkov 10/sekundo.

V teku je projekt optimizacije virtualnega SCADA strežnika. Optimizacija bo zajemala tri glavne točke:

- reduciranje neuporabljenih točk in njihova zaustavitev pridobivanja podatkov, - reduciranje frekvence pridobivanja podatkov iz posameznih točk, - sprememba intervalov zajemanja točk, kar pomeni, da se zajemanje ne bo izvajalo za

vse točke hkrati .

Slika 34: Poraba procesorske moči virtualnega SCADA strežnika.


44

6.3 Pretok napačnih podatkov

Po polovici leta delovanja virtualnega SCADA sistem smo v zgodovini podatkov zaznali nerealno vrednost določenih podatkov. Ker so na določene točke vezani tudi alarmi v obliki SMS sporočil, so se generirala sporočila za dogodke, ki se v resnici niso zgodili.

To se je dogajalo predvsem na plinskih turbinah PB4 in PB5. Povezava do kontrolerja AC450 poteka preko pretvornikov RS232->TCP/IP (poglavje 5.3.1). Na prvi pogled so se nerealni podatki pojavljali naključno, zato smo izvedli naslednje ukrepe za analizo problema:

1.) Preverili smo povezavo od kontrolerja AC450 do SCADA sistema za morebitne motnje na njej. To pomeni, da kontroler AC450 in virtualni SCADA sistem nista bila vključena v analizo, vendar so bili v to vključeni vsi pretvorniki (RS232->TCP/IP, OP/RS232, RS232/OP).

2.) Preverili smo celotno povezavo od kontrolerja AC450 do SCADA sistema povezavo SCADA sistema.

Analizo smo izvajali s pomočjo programa »serial loopback« [9] [Slika 35]. Da je lahko program »serial loopback« deloval, smo izdelali serijski vmesnik [Slika 36], da je dobil avtomatski odgovor (echo) z druge strani povezave. Na sliki 36 je prikazana vezava serijskega vmesnika, ki je bil priklopljen na drugi strani linije.

Program »serial loopback« deluje tako, da na serijska vrata nenehno pošilja podatke in pričakuje odgovor (echo). Podatke pošilja z vsemi standardnimi hitrostmi in v primeru, ko ne dobi enakega odgovora, prijavi napako.

Slika 35: Izgled delovanja programa »serial loopback«, [9].


45

Slika 36: Vezava »loopback« serijskega vmesnika, [10].

Prva analiza je pokazala, da na sami liniji ni nobenih prekinitev, šumov ali drugih napak.

Pri drugi analizi smo program »serial loopback« namestil neposredno na virtualni SCADA sistem. V tem primeru je program »serial loopback« zaznal napake na prenosu, oziroma ni dobil vseh odgovorov, ki jih je pričakoval.

To pomeni, da je lokacija napake na samem virtualnem SCADA sistemu. Pri bolj detajlni analizi, zakaj prihaja do določenih prekinitev v prenosu podatkov, smo ugotovili, da je vzrok v treh dejavnikih:

1) Izgubo podatkov povzročajo visoke, konične porabe procesorske moči. Sam procesor ne zmore opraviti toliko operacij hkrati (poglavje 6.2).

2) Izgub podatkov povzroča varnostna kopija podatkov. Ko VMware data recovery

komponenta izvede varnostno kopijo, za par milisekund zamrzne virtualni SCADA sistem in naredi sliko virtualnega računalnika, ki ga skopira na odložišče za varnostne kopije. V primeru, da se isti čas z izdelavo slike virtualnega računalnika prenašajo podatki iz plinskih turbin v virtualni SCADA sistem, so podatki popačeni ali izgubljeni.

3) Izgubo podatkov povzroča VMware vMotion komponenta (poglavje 3.2.3). VMware vMotion komponenta skrbi za prenos virtualnih komponent med fizičnimi strežniki in je v večini primerov nastavljena tako, da avtomatsko prestavlja le-te. Med tem ko se virtualna komponenta prestavlja na drug fizični strežnik, zaradi preklopa za nekaj milisekund izgubi povezavo. V primeru, da se istočasno, s prestavitvijo virtualnega računalnika prenašajo podatki iz plinskih turbin v virtualni SCADA sistem, so podatki popačeni ali izgubljeni.


46

Ob vseh teh napakah se nam je pojavilo naslednje vprašanje: »Zakaj se to ne dogaja na ostalih tehnoloških sistemih (meritve goriv, kemična priprav vode, itd…)?«.

Ti tehnološki sistemi v osnovi ne uporabljajo RS232 protokola za povezavo do virtualnega SCADA sistema. V primeru, da za trenutek pride do prekinitve TCP/IP protokola, sam protokol to zazna in od odjemalca zahteva, da ponovno pošlje paket, ki ga je izgubil. Zaradi tega uporabnik ne zazna nobenih napak na prenosu. Protokol RS232 nima funkcije preverjanja kakovosti in celovitosti prenosa. Zaradi navedenih napak smo morali uvesti dodatne rešitve, da so se lahko težave omilile:

1.) Optimizacija točk virtualnega SCADA sistema, da se zmanjša poraba procesorske moči.

2.) Omejitev varnostnih kopij virtualnega SCADA sistema na dva krat letno. V

vmesnem obdobju se bodo varnostno kopirale samo tiste datoteke, ki se dejansko spreminjajo v virtualnem strežniku.

3.) Izklop VMware vMotion komponente (poglavje 3.2.5). To pomeni, da se virtualni

SCADA strežnik seli na ostale fizične strežnike ročno in ne avtomatsko.

Vsi ukrepi še niso dokončani, zato občasno še prihaja do anomalij podatkov, ki jih pridobimo preko RS232 protokola. Programska oprema iFix ima tudi ugotovi, če podatek, ki pride iz določenega tehnološkega sistema, ustreza okvirjem verodostojnosti podatka. Preverjamo tudi možnost zamenjave kontrolerja na turbinah PB4 in PB5, vendar je to zelo draga investicija, ki se ne bi povrnila glede na pričakovano izboljšavo sistema.


47

6.4 Lokalni dostop do virtualnega SCADA sistema

Z virtualizacijo SCADA sistema onemogočen lokalni dostop do strežnika. Lokalni dostop je potreben za obratovalno osebje turbin, ki lahko sproti nadzira vse parametre obratovalnega procesa, pripravlja poročila o obratovanju in preverja, če ima sistem realne vrednosti.

Ker je tehnološko računalniško omrežje fizično ločeno od poslovnega računalniškega omrežja, bi bilo za to potrebno namestiti nov računalnik z Windows okoljem in nanj namestiti VMware vSphere odjemalca, ki bi se lahko povezal do virtualnega SCADA sistema. VMware vSphere odjemalec je neprimeren za dostop uporabnikov do virtualnih računalnikov, saj vsebuje preveliko število funkcij tudi samo ob osnovnih uporabniških pravicah.

V obratovalnem prostoru je že toliko računalnikov in obratovalnih naprav, da se ni zdelo smiselno vgrajevati še enega računalnika za odjemniško mesto. Zato smo poiskali rešitev v obliki tankih odjemalcev WYSE [11].

6.4.1 WYSE

Tanki odjemalec WYSE [11] [Slika 37] deluje kot navaden osebni računalnik, vendar je zelo majhen in neslišen, saj ne vsebuje nobenih delov, ki bi povzročali hrup. WYSE naprava je le terminal med virtualnim računalnikom in uporabnikom. Nameščen ima poseben operacijski sistem (izpeljanka unix sistema) in omogoča RDP (remote desktop protocol) – standardni protokol za povezovanje v oddaljene sisteme. Te vrste naprav je možno uporabljati tudi kot delovne postaje.

Slika 37: Naprava WYSE, [11].


48

Naprava WYSE [Slika 38] vsebuje video priključek za monitor, USB priključek za miško, tipkovnico in prenosne naprave, avdio vhod, RS232 serijski vmesnik in mrežni priključek za komunikacijo. VMware ima za WYSE naprave vso podporo, da se lahko naprava popolnoma poveže z virtualnim okoljem, zanj napisane posebne gonilnike (VMware orodja – poglavje 3.2.10).

Slabost WYSE naprav je, da podpirajo USB protokol 1.1 in je zato povezava med USB vmesnikom in virtualiziranim računalnikom počasnejša. Ker je to standardni RDP dostop do virtualnega računalnika, je onemogočeno 3D pospeševanje, ki pa se za strežnike v večini primerov ne uporablja.

Slika 38: Sestava naprave WYSE, [11].

6.5 Vzdrževanje virtualnega SCADA sistema

Ena izmed bistvenih lastnosti virtualnih sistemov je lažje vzdrževanje. SCADA sistem se spreminja s spreminjanjem tehnološkega sistema v TEB. Pri fizičnih strežnikih je bila dograditev sistema oziroma odstranitev določene funkcionalnosti zelo zahteven in časovno zelo obsežen poseg v sistem. Priprave na spreminjanje sistema so potekale več dni in sistem je bil pogosto nedostopen. Ker sistem ni bil podvojen je vedno obstajala bojazen, da bo zaradi nadgradenj ali odstranitve funkcionalnosti postal nestabilen ali celo nedelujoč.

Virtualizacija je SCADA sistemu povečala zanesljivost in visoko pripravljenost. Spremembe sistema se lahko dogajajo na aktivnem sistemu ali na njegovi testni kopiji. Testna kopija je narejena v nekaj minutah, saj omogoča testiranje nove funkcionalnosti na neoriginalni kopiji, kar pomeni, da obstoječi sistem deluje neovirano.


49

6.6 Finančno breme virtualizacije

Analiza stroškov investicije v virtualizacijo in ponovnega nameščanja SCADA sistema je pripeljala do naslednjih ugotovitev:

1) Cena ponovnega nameščanja SCADA sistema je bila ekvivalentna ceni licence VMware virtualnega okolja in pripadajoče strojne opreme. Na tej strojni opremi dodatno teče še 25 ostalih virtualnih strežnikov, ki so vezani v druge sisteme. Zaradi te investicije je bilo brez dodatnih stroškov zamenjanih in virtualiziranih 90% vseh strežnikov v TEB.

2) Cena vseh licenc in strojne opreme za vzpostavitev virtualnega okolja se je

amortizirala s prestavitvijo SCADA strežnika. Poleg tega se je dostopnost in pripravljenost vseh strežnikov, ki so virtualizirani, podvojila.

6.7 Prihodnost virtualizacije v TEB

Virtualizacija je v poslovnem okolju TEB glavna pridobitev in glavno sredstvo za zmanjšanje stroškov investicij in vzdrževanja programske in strojne računalniške opreme.

Zaradi boljših izkušenj pripravljamo tudi virtualizacijski proces sistemov v industrijskem delu TEB. Po projektu prestavitve centralnega SCADA sistema v virtualno okolje, smo izvedli proces virtualizacije tudi SCADA sistem meritev goriv. Zaradi bojazni odpovedi strojne opreme smo testno proces virtualizacije izvedli tudi na SCADA sistemu za črpanja protipožarne vode, vode za hladilni stolp in tehnološko obdelane vode. V projektu imamo še načrtovane procese virtualizacije sistemov emisijske in imisijske postaje.

V poslovnem okolju je večina strežnikov že virtualiziranih. V prihodnosti načrtujemo tudi virtualizacijo delovnih postaj, saj centralizirano vodenje in vzdrževanje pripomore k hitrejšemu, zanesljivejšemu in varčnejšemu delovanju sistema.


50

7 SKLEP

Postopki procesov virtualizacije v TEB so v polnem zamahu. Poleg poslovnega dela računalniške infrastrukture poteka proces virtualizacije tudi za velik del industrije. Da se je začela uvajati virtualizacija v industriji, je bil potreben velik miselni preskok znotraj podjetja. To pomeni, da je bilo potrebno glavne odgovorne skrbnike tehnoloških sistemov prepričati o prednostih virtualizacijske tehnologije. Največja prednost virtualiziranih sistemov je njihova neodvisnost od specifične strojne opreme. Tako se je življenjska doba programske opreme brez dodatnih stroškov nove strojne opreme in storitev vezanih na njo podaljša do njene dejanske zastarelosti. Cena, čas in zahtevnost vzdrževanja virtualiziranih sistemov se je znatno znižala. Tako za industrijske kot poslovne sisteme, ki se uvajajo na novo, se že v začetni fazi načrtuje, da bodo postavljeni v virtualno okolje.

Nekoliko drugače je pri sistemih, ki prvotno niso bili namenjeni za virtualizacijo oziroma, takrat, ko so se uvajali v tehnološki sistem, virtualizacija še ni bila na voljo. Za te vrste sistemov obstajajo rešitve, ki spreminjajo njihove nestandardne protokole oziroma komponente v standardne. Ti sistemi pogosto ne morejo izrabljati virtualizacijske tehnologije v polni funkcionalnosti, vendar ima virtualno okolje več prednosti kot standardni strežniški način.

SCADA sistem v TEB je virtualiziran že dve leti in v tem času ni bilo zaznano izpada sistema, razen napak, ki so bile odpravljene. Vzdrževanje SCADA sistema se je poenostavilo do te mere, da je TEB prekinila vzdrževalno pogodbo z dobaviteljem strojne opreme in s tem so se dodatno zmanjšala stroške. Virtualizacija je SCADA sistemu povečala zanesljivost in pripravljenost. Največja pridobitev je neodvisnost strojne opreme, tako lahko obstoječa programska oprema in vse pripadajoče nastavitve delujejo nemoteno do njene dejanske zastarelosti.

Zaradi ugodnih izkušenj, ki so bile pridobljene z virtualizacijo SCADA sistema v TEB, so se pospešeno pričeli procesi virtualizacije drugih industrijskih sistemov. Virtualiziran je bil tehnološki sistem meritev goriv in sistem črpališča na potoku.

V prihodnosti so načrtovani še procesi virtualizacije na tehnoloških sistemih emisijske in imisijske postaje, tehničnega varovanja, meritev električne energije in sistema kemične priprave vode. Z uvajanjem procesov virtualizacije v TEB se izboljšuje zanesljivost in pripravljenost sistemov, zmanjšujejo se stroški in čas vzdrževanja, optimira se strojna oprema v smislu bolj enakomerne porazdelitve sredstev in posledično zmanjšanja količine strojne opreme.

Odločitev o investiciji v virtualizacijo tovrstnih sistemov je lahko za podjetje dokaj tvegana odločitev, saj v večini primerov tehnološki sistemi niso pripravljeni na njo. Vendar se je v primeru TEB investicija povrnila in ustvarila še bolj stabilen, enostaven in zanesljiv sistem.


51

8 LITERATURA

[1] Interna dokumentacija TEB

[2] http://www.mojmikro.si/v_praksi/mojster/uporabna_navideznost

Zadnjič obiskano 14.10.2010

[3] http://www.vmware.com/support/pubs


[4] http://www.hostway.co.uk/small-business/dedicated-hosting/cloud/vmware-esxi.php


[5] http://dkum.uni-mb.si/IzpisGradiva.php?id=13826

(Diplomsko delo: VIRTUALIZACIJA PODATKOVNEGA CENTRA Z VMWARE REŠITVAMI, Primož Rožič, april 2010 )

[6] http://www.vmware.com/products/converter/


[7] http://ftp1.digi.com/support/documentation/90001085_F.pdf


[8] http://www.moxa.si/moxa/zunanji_streznik.html


[9] http://www.madsencircuits.com/serial_loopback.html


[10] http://www.passmark.com/support/loopback.htm


[11] http://www.wyse.com/products/hardware/thinclients/S10/index.asp


[12] http://www.vmware.com/products/converter/



52

[13] http://www.nec.com/global/solutions/servervirtualization/vmware.html


[14] http://www.vmware.com/products/storage-vmotion/


[15] http://lpa.feri.uni-mb.si/Pedagosko_delo/Snovanje_sistemov_vodenja/5teden1.pdf



53

9 PRILOGE

9.1 Seznam slik Slika 1: Termoelektrarna Brestanica, [1]. .............................................................................. 1 Slika 2: Plinski bloki PB1, PB2 in PB3, [1]. ......................................................................... 3 Slika 3: Plinski bloki PB4 in PB5, [1]. .................................................................................. 4 Slika 4: Stikališče 110 kV - GIS izvedba, [1]........................................................................ 7

Slika 5: Rezervoarji s ekstra lahkim kurilnim oljem, [1]. ..................................................... 8 Slika 6: Kemična priprava vode, [1]. ..................................................................................... 9 Slika 7: Osnovne plasti virtualizacije, [2]. .......................................................................... 11 Slika 8: VMware vSphere komponente, [5]. ........................................................................ 13

Slika 9: ESXi komponenta, [4]. ........................................................................................... 14 Slika 10: VMware DRS komponenta, [3]. ........................................................................... 15

Slika 11: VMware HA komponenta, [3]. ............................................................................. 16

Slika 12: DPM komponenta, [13]. ....................................................................................... 17 Slika 13: vMotion komponenta, [3]. .................................................................................... 17

Slika 14: VMware Storage vMotion komponenta, [14]. ...................................................... 18 Slika 15: VMware vStorage Thin Provisioning komponenta. ............................................. 19 Slika 16: VMware Data Recovery komponenta, [3]. ........................................................... 20 Slika 17: VMware vCenter strežnik, [3]. ............................................................................. 21

Slika 18: Shematski prikaz nadzorne mreže skupnega procesnega sistema TEB, [1]. ....... 25

Slika 19: Načini zajemanja tehnoloških podatkov v SCADA sistem, [1]. .......................... 26 Slika 20: Povezava starih plinskih turbin PB1, PB2 in PB3 s SCADA sistema, [1]. .......... 29

Slika 21: Povezava novih plinskih turbin s skupnim SCADA strežnikom, [1]. .................. 30

Slika 22: ODBC povezava SYBASE podatkovne baze do SCADA strežnika, [1]. ............. 31 Slika 23: Povezava sistema kemične priprave vode s SCADA strežnikom, [1]. ................ 32 Slika 24: Povezava sistema ekološkega monitoringa s SCADA strežnikom, [1]. .............. 33

Slika 25: Povezava sistema meritev električne energije s SCADA sistemom, [1]. ............. 34

Slika 26: Povezava požarne centrale s SCADA strežnikom, [1]. ........................................ 35

Slika 27: vCenter converter – načini pretvorb sistemov v virtualne računalnike, [12]. ..... 37 Slika 28: Povezava USB->TCP/IP pretvornika z virtualnim SCADA sistemom. .............. 39

Slika 29: Pretvornik USB->TCP/IP, [7]. ............................................................................. 39 Slika 30: Povezava pretvornika RS232->TCP/IP z virtualnim SCADA sistemom. ........... 40

Slika 31: Pretvornik RS232->TCP/IP, [8]. .......................................................................... 40 Slika 32: Poraba procesorske moči in delovnega spomina v VMware okolju TEB........... 41

Slika 33: Vpetje SCADA strežnika v virtualno okolje. ....................................................... 42 Slika 34: Poraba procesorske moči virtualnega SCADA strežnika. .................................... 43 Slika 35: Izgled delovanja programa »serial loopback«, [9]............................................... 44

Slika 36: Vezava »loopback« serijskega vmesnika, [10]. ................................................... 45

Slika 37: Naprava WYSE, [11]. ............................................................................................ 47

Slika 38: Sestava naprave WYSE, [11]. ............................................................................... 48

Documents

VIRTUALIZACIJA SCADA SISTEMA V TERMOELEKTRARNI … · VIRTUALIZACIJA SCADA SISTEMA V TERMOELEKTRARNI BRESTANICA Klju čne besede: virtualizacija, SCADA sistem, VMware UDK: 681.51:621.311(043.3)