DE102007032611A1 - Control and observation system for use in power plant, works with hardware servers, where server functionalities of technical system work in virtual environment by servers, and virtualized software on servers initializes each processor - Google Patents

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Abstract

The system works with hardware servers (60-62) allowing technical system' server functionalities to be worked in virtual environment. Data of the servers representing a aspect(RTM: Not defined) server (71), a connectivity server (72), a configuration server (73), a domain controller (74), a history server (75), a composer server (76) and an application server (77) is stored in a storage area network (90). Virtualized software on the hardware servers initializes each processor, is based on virtual machine ware infrastructure 3, and is provided for the servers (71-77) to create backup.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bedien- und Beobachtungssystem einer technischen Anlage oder eines technischen Prozesses, insbesondere für Kraftwerksanwendungen, gemäß den Ansprüchen 1 und 8.The The invention relates to an operating and monitoring system of a technical Plant or a technical process, in particular for power plant applications, according to claims 1 and 8.

Gegenwärtig eingesetzte Bedien- und Beobachtungssysteme in Kraftwerksanlagen weisen eine Vielzahl von Servern auf, um eine hohe Verfügbarkeit, insbesondere bezüglich der Redundanz der Anlage zu gewährleisten. Üblicherweise werden jeweils mehrere Aspect Server (Anwendungsserver), Connectivity Server zur Bereitstellung der Kommunikationsfähigkeit von Geräten unterschiedlicher Herstellung, Historien Server zur Sammlung, Langzeitspeicherung und zur Archivierung von Prozess- oder Messdaten, Domain Controller, also Steuergeräte für einen bestimmten Bereich innerhalb des Systems, Composer Server als Engineering-Werkzeug für das unternehmensweite Management- und Prozessleitsystem, Konfigurationsserver und Applikationsserver eingesetzt.Currently used Operator control and monitoring systems in power plants have a large number from servers to high availability, especially regarding the To ensure redundancy of the plant. Usually each will have multiple Aspect Servers (application servers), connectivity Server for providing the communication capability of devices of different types Production, history server for collection, long-term storage and for archiving process or measurement data, domain controllers, So control units for one specific area within the system, composer server as an engineering tool for the company-wide Management and process control system, configuration server and application server used.

Die Verwendung einer Vielzahl von unterschiedlichen Servern bedingt einen hohen Leistungsverbrauch, eine aufwändige und fehleranfällige Verdrahtung sowie einen großen Platzbedarf.The Using a variety of different servers conditionally a high power consumption, a complex and error-prone wiring as well as a big one Space requirements.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein Bedien- und Beobachtungssystem einer technischen Anlage oder eines technischen Prozesses, insbesondere für Kraftwerksanwendungen, anzugeben, wodurch vorgenannte Nachteile des Standes der Technik überwunden werden.Of the Invention is therefore based on the object an operating and monitoring system of a technical facility or of a technical process, in particular for power plant applications, whereby overcome the aforementioned disadvantages of the prior art become.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Bedien- und Beobachtungssystem mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen des erfindungsgemäßen Systems sind in weiteren Ansprüchen und in der Beschreibung angegeben.These The object is achieved by a Operating and monitoring system with the specified in claim 1 Characteristics solved. Advantageous embodiments and improvements of the system according to the invention are in further claims and stated in the description.

Erfindungsgemäß umfasst das Bedien- und Beobachtungssystem einer technischen Anlage oder eines technischen Prozesses eine Vielzahl von Serverfunktionalitäten, welche in einer virtuellen Umgebung von wenigstens zwei Hardwareservern installiert sind. Die Anzahl von mindestens zwei Hardwareservern ergibt sich aus der Redundanzanforderung. Auf den Hardwareservern, welche nachfolgend auch als Hardwaremaschinen bezeichnet werden, ist die dazu erforderliche Virtualisierungssoftware installiert. Die Virtualisierungssoftware stellt somit auf den Hardwareservern mehrere virtuelle Rechner bereit, welcher in der Lage sind verschiedene Serverfunktionalitäten auszuführen.According to the invention the operating and monitoring system of a technical system or a technical process a variety of server functionalities which in a virtual environment of at least two hardware servers are installed. The number of at least two hardware servers results from the redundancy requirement. On the hardware servers, which are also referred to below as hardware machines, is the required virtualization software installed. The Virtualization software thus provides several on the hardware servers virtual machines ready, which are capable of different server functionality perform.

Vorzugsweise wird als Virtualisierungssoftware das Produkt VMWare Infrastructure 3 eingesetzt, deren VMWare ESX Server als integraler Bestandteil auf einem VMwareeigenen Kernel basiert und daher kein Wirtsbetriebssystem, wie beispielsweise das Betriebssystem Windows benötigt. Die Verwendung der Virtualisierungssoftware VMWare Infrastructure 3, nachfolgend auch als ESX-Software bezeichnet, führt durch die Konsolidierung von Hardware zu deutlichen Kosteneinsparungen.Preferably As a virtualization software, the product VMWare Infrastructure 3 whose VMWare ESX Server is an integral part based on a VMware kernel and therefore no host operating system, such as the operating system Windows requires. The usage VMWare Infrastructure 3 virtualization software, below also known as ESX software, leads through the consolidation from hardware to significant cost savings.

Weitere Vorteile der Virtualisierung mit der ESX-Software VMWare Infrastructure 3 beruhen darauf, dass es mit dem ESX Server möglich ist einen auswählbaren virtuellen Server, beispielsweise vor einem Update, zu klonen und so eine Sicherheitskopie anzulegen, welche nach Bedarf wieder verwendet werden kann.Further Benefits of virtualizing with the ESX VMWare Infrastructure software 3 are based on the fact that it is possible with the ESX server a selectable virtual server, for example, before an update, clone and to create such a backup, which reuses as needed can be.

Weiterhin kann eine komplette virtuelle oder reale Anlage nach der Inbetriebnahme in einer virtuellen Umgebung vorgehalten werden, um die Arbeit für den Service einfacher zu gestalten.Farther can be a complete virtual or real plant after commissioning be held in a virtual environment to work for the service easier to design.

Ein weiterer Vorteil der Verwendung von VMWare Infrastructure 3 beruht darauf, dass diese ausgefallene virtuelle Maschinen erkennt und diese ausgefallenen Maschinen auf einem alternativen ESX Server automatisch neu starten.One Another advantage of using VMWare Infrastructure 3 is based insisting that these failed virtual machines recognize and these failed machines on an alternate ESX server restart automatically.

Auch erkennt die VMWare Infrastructure 3, wenn ein Anstieg der Aktivität in einer virtuellen Maschine die Leitungsgrenzen eines ESX Server-hosts erreicht und bewirkt automatisch eine Live-Migration auf einen anderen ESX-Server. Hierdurch ist eine Verlagerung der virtuellen Maschinen während des Betriebes auf andere ESX Server-Knoten gegeben, so dass alle notwendigen Anforderungen an die Ressource-Zuweisung erfüllt werden.Also detects the VMWare Infrastructure 3 when an increase in activity in one virtual machine reaches the line limits of an ESX Server host and automatically causes a live migration to another ESX server. This is a shift of the virtual machines during operation given to other ESX server nodes, so all the necessary requirements met the resource allocation become.

Das erfindungsgemäße System ist insbesondere für Bedien- und Beobachtungssysteme in einem Kraftwerk vorgesehen.The inventive system is especially for Operating and monitoring systems provided in a power plant.

Durch die erreichte Verringerung der Anzahl der verwendeten Server wird eine bessere Ausnutzung der Systemressourcen bei einem wesentlich geringerem Stromverbrauch erreicht, ohne die notwendige Verfügbarkeit des Bedien- und Beobachtungssystem einzuschränken. Durch die Reduzierung des Verdrahtungsaufwandes wird die Verfügbarkeit des Systems deutlich erhöht.By the achieved reduction will be the number of servers used a better use of system resources at a much lower level Power consumption achieved without the necessary availability of the operating and monitoring system. By the reduction the wiring effort, the availability of the system is clear elevated.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der Verringerung des Platzbedarfs des erfindungsgemäßen Bedien- und Beobachtungssystems, da weniger Hardware benötigt wird.One Another advantage arises from the reduction in space requirements of the operating and observation system because less hardware is needed.

Anhand des in den folgenden Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles sollen die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen, Verbesserungen und weitere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.With reference to the embodiment shown in the following figures, the invention and advantageous embodiments, improvements and further advantages of the invention will be explained and described in more detail.

Es zeigen:It demonstrate:

1 ein beispielhaftes Bedien- und Beobachtungssystem eines Kraftwerkes mit einer möglichen Aufteilung von virtuellen Servern auf realen Hardwareservern, auch Hardwaremaschinen genannt, und 1 an exemplary operating and monitoring system of a power plant with a possible distribution of virtual servers on real hardware servers, also called hardware machines, and

2 eine beispielhafte Verteilung der verschiedenen für das Kraftwerk notwendigen Serverfunktionalitäten auf den realen Hardwareservern. 2 an exemplary distribution of the various necessary for the power plant server functionalities on the real hardware servers.

1 zeigt ein beispielhaftes Bedien- und Beobachtungssystem eines Kraftwerkes mit zwei Bedienstationen 10, einer Engineering-Station 20, einem Administrationsserver 30 und einer als Ausbilder bezeichneten weiteren Station 40 zu Schulung und Ausbildung, die über entsprechende Clients und ein redundantes Netzwerk HSI (Human System Interface) mit drei Hardwareservern 60, 61, 62 verbunden sind. 1 shows an exemplary operating and monitoring system of a power plant with two operating stations 10 , an engineering station 20 , an administration server 30 and a further station called an instructor 40 for training and education, via appropriate clients and a redundant network HSI (Human System Interface) with three hardware servers 60 . 61 . 62 are connected.

Die Hardwareserver 60, 61, 62 weisen jeweils verschiedene virtuelle Serverfunktionalitäten 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, auch als virtuelle Server bezeichnet, auf. Die virtuellen Server 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77 sind beispielsweise Aspect Server 71, Connectivity Server 72, Historien Server 75, Domain Controller 74, Composer Server 76, Konfigurationsserver 73 und/oder Applikationsserver 77.The hardware servers 60 . 61 . 62 each have different virtual server functionalities 71 . 72 . 73 . 74 . 75 . 76 . 77 , also referred to as virtual servers, on. The virtual servers 71 . 72 . 73 . 74 . 75 . 76 . 77 are for example Aspect Server 71 , Connectivity Server 72 , History Server 75 , Domain controller 74 , Composer Server 76 , Configuration Server 73 and / or application server 77 ,

Der jeweilige virtuelle Server 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77 ist dabei eine Nachbildung eines entsprechenden realen Hardwareservers mit den Serverfunktionalitäten und läuft eigenständiges Betriebssystem eingebettet in der Virtualisierungssoftware des Hardwareservers 60, 61, 62 integriert.The respective virtual server 71 . 72 . 73 . 74 . 75 . 76 . 77 is a replica of a corresponding real hardware server with the server functionalities and runs an independent operating system embedded in the virtualization software of the hardware server 60 . 61 . 62 integrated.

Die Container- und Konfigurationsdateien, die einen virtuellen Server repräsentieren, werden in einem Storage Area Network (SAN) 90 gespeichert auf das alle Hardwareserver 60, 61, 62 Zugriff auf das SAN 90 haben.The container and configuration files that represent a virtual server are stored in a Storage Area Network (SAN) 90 stored on the all hardware server 60 . 61 . 62 Access to the SAN 90 to have.

Entsprechend vorgegebenen Redundanzanforderungen sind ausgewählte Serverfunktionalitäten 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, wie beispielsweise Aspect Server 71, Connectivity Server 72, Historien Server 75 und Domain Controller 74, jeweils auf wenigstens zwei verschiedenen Hardwareservern 60, 61, 62 angeordnet.Corresponding predetermined redundancy requirements are selected server functionalities 71 . 72 . 73 . 74 . 75 . 76 . 77 , such as Aspect Server 71 , Connectivity Server 72 , History Server 75 and domain controllers 74 , each on at least two different hardware servers 60 . 61 . 62 arranged.

2 zeigt die Verteilung der verschiedenen für das Kraftwerk notwendigen Serverfunktionalitäten 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77 auf drei realen Hardwareservern 60, 61, 62. Jeder dieser Hardwareserver 60, 61, 62 besteht beispielsweise aus einem erweiterbaren Arbeitsspeicher von beispielsweise 8 GB, aus zwei Mehrkernprozessor Prozessoren mit jeweils acht Kernen, auch als Multicore- Prozessoren oder Quad Core-Prozessoren bezeichnet, die mehr als einen vollständigen Hauptprozessor auf einem einzigen Chip aufweisen und wobei sämtliche Ressourcen mit Ausnahme des Busses und einiger Caches repliziert sind. 2 shows the distribution of the various server functionalities necessary for the power plant 71 . 72 . 73 . 74 . 75 . 76 . 77 on three real-world hardware servers 60 . 61 . 62 , Each of these hardware servers 60 . 61 . 62 For example, it consists of an expandable memory of, for example, 8 GB, two multi-core processor processors each having eight cores, also called multi-core processors or quad-core processors, which have more than one complete main processor on a single chip and all resources except the Buses and some caches are replicated.

Weiter ist jeder der Hardwareserver 60, 61, 62 mit zwei 80 GB Festplatten im Raid 1 ausgestattet, die zur Installation der Virtualisierungssoftware notwendig sind. Die Container- und Konfigurationsdateien, die einen virtuellen Server repräsentieren, werden in dem in 1 dargestellten Storage Area Network (SAN) 90 gespeichert, so dass alle Hardwareserver 60, 61, 62 auf das SAN 90 zugreifen können. Das SAN 90 ist als Speichernetzwerk zur Anbindung an das Serversystem ausgeführt.Next, everyone is the hardware server 60 . 61 . 62 equipped with two 80 GB hard drives in the Raid 1, which are necessary for the installation of the virtualization software. The container and configuration files that represent a virtual server are named in the 1 illustrated Storage Area Network (SAN) 90 saved, so all hardware servers 60 . 61 . 62 on the SAN 90 can access. The SAN 90 is executed as a storage network for connection to the server system.

In vorliegendem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Bedien- und Beobachtungssystems laufen auf den drei Hardwareservern 60, 61, 62 jeweils sechs bzw. sieben virtuelle Server 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77 mit den notwendigen Serverfunktionalitäten, wie beispielsweise dem Aspect Server 71, dem Connectivity Server 72, dem Historien Server 75, dem Domain Controller 74, dem Composer Server 76 dem Konfigurationsserver 73 und dem Applikationsserver 77.In the present embodiment of the operating and monitoring system according to the invention run on the three hardware servers 60 . 61 . 62 six or seven virtual servers each 71 . 72 . 73 . 74 . 75 . 76 . 77 with the necessary server functionalities, such as the Aspect Server 71 , the connectivity server 72 , the history server 75 , the domain controller 74 , the composer server 76 the configuration server 73 and the application server 77 ,

In einer vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Systems arbeiten die eingesetzten Hardwareserver 60, 61, 62 nicht unter einem Windowsbetriebssystem sondern mit einer Virtualisierungssoftware, wie beispielsweise ESX-Software VMWare Infrastucture 3. Dadurch ist sichergestellt, dass jedem virtuellen Server 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77 ein entsprechender Kern zuweisbar ist, auf denen der entsprechende Systemserver läuft. So wird beispielsweise dem Kern 1 der Aspect Server 71, dem Kern 2 der Connectivity Server usw. zugewiesen.In an advantageous embodiment of the system according to the invention, the hardware servers used work 60 . 61 . 62 not with a Windows operating system but with a virtualization software, such as ESX software VMWare Infrastucture 3. This ensures that each virtual server 71 . 72 . 73 . 74 . 75 . 76 . 77 a corresponding core is assignable on which the corresponding system server is running. For example, core 1 becomes the Aspect Server 71 , the core 2 of the connectivity server, and so on.

Der entsprechende Arbeitsspeicher 80 wird dynamisch vergeben, wobei die minimalen und maximalen Werte des Speichers festzulegen sind.The corresponding memory 80 is assigned dynamically, whereby the minimum and maximum values of the memory are to be defined.

Die Systemressourcen können frei konfiguriert werden, wodurch es möglich ist, die gegenwärtig übliche Rechnertechnik effektiv zu nutzen.The System resources can be freely configured, which makes it possible, the currently common computer technology to use effectively.

Mit dem vorliegenden Beispiel gemäß der 1 und 2 wird die Anzahl von vormals 20 einzelnen Servern des Bedien- und Beobachtungssystems des Kraftwerkes auf lediglich drei leistungsfähige Hardwareserver reduziert, welche weniger Platz in Anspruch nehmen und einen geringeren Stromverbrauch aufweisen.With the present example according to the 1 and 2 The number of previously 20 individual servers of the power plant's control and monitoring system is reduced to just three powerful hardware servers, which take up less space and have lower power consumption.

Claims (8)

Bedien- und Beobachtungssystem einer technischen Anlage oder eines technischen Prozesses mit einer Vielzahl von Serverfunktionalitäten (71, 72, 73, 74, 75, 76, 77), welche in einer virtuellen Umgebung von wenigstens zwei Hardwareservern (60, 61, 62) arbeiten und deren den virtuellen Server repräsentierende Dateien auf einem Speichernetzwerk (90) gespeichert sind.Operating and monitoring system of a technical system or a technical process with a large number of server functionalities ( 71 . 72 . 73 . 74 . 75 . 76 . 77 ), which in a virtual environment of at least two hardware servers ( 60 . 61 . 62 ) and their files representing the virtual server on a storage network ( 90 ) are stored. Bedien- und Beobachtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Virtualisierungssoftware auf den Hardwareservern (60, 61, 62) jeweils mehrere virtuelle Rechner bereitstellt, welche in der Lage ist die verschiedenen virtuelle Server (71, 72, 73, 74, 75, 76, 77) aufzuführen.Operator control and monitoring system according to claim 1, characterized in that the virtualization software on the hardware servers ( 60 . 61 . 62 ) each provide multiple virtual machines, which is capable of the various virtual servers ( 71 . 72 . 73 . 74 . 75 . 76 . 77 ). Bedien- und Beobachtungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Virtualisierungssoftware auf VMWare Infrastructure 3 basiert.Operating and monitoring system according to one of the previous ones Claims, characterized in that the virtualization software on VMWare Infrastructure 3 based. Bedien- und Beobachtungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen virtuellen Server (71, 72, 73, 74, 75, 76, 77) Nachbildungen realer Hardwareserver sind.Operating and monitoring system according to one of the preceding claims, characterized in that the respective virtual servers ( 71 . 72 . 73 . 74 . 75 . 76 . 77 ) Replicas of real hardware servers are. Bedien- und Beobachtungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Virtualisierungssoftware dafür vorgesehen ist, von wenigstens einem auswählbaren virtuellen Server (71, 72, 73, 74, 75, 76, 77) eine Sicherheitskopie zu erstellen.Operator control and monitoring system according to one of the preceding claims, characterized in that the virtualization software is provided by at least one selectable virtual server ( 71 . 72 . 73 . 74 . 75 . 76 . 77 ) create a backup copy. Bedien- und Beobachtungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Virtualisierungssoftware einen ausgefallenen virtuellen Server (71, 72, 73, 74, 75, 76, 77) erkennt und/oder den ausgefallenen Server (71, 72, 73, 74, 75, 76, 77) auf einem alternativen Server-Host automatisch neu startet.Operator control and monitoring system according to one of the preceding claims, characterized in that the virtualization software has a failed virtual server ( 71 . 72 . 73 . 74 . 75 . 76 . 77 ) and / or the failed server ( 71 . 72 . 73 . 74 . 75 . 76 . 77 ) automatically restarts on an alternate server host. Bedien- und Beobachtungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Virtualisierungssoftware dafür vorgesehen ist, die Leitungsgrenzen des Server-hosts zu erkennen und automatisch eine Live-Migration auf einen anderen Hardwareserver (60, 61, 62) ausführt.Operator control and monitoring system according to claim 6, characterized in that the virtualization software is intended to detect the line boundaries of the server host and automatically a live migration to another hardware server ( 60 . 61 . 62 ). Bedien- und Beobachtungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, vorgesehen für den Einsatz in einem Kraftwerk.Operating and monitoring system according to one of the previous ones Claims, reserved for the use in a power plant.
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