用于虛擬分布式控制系統(tǒng)的自動(dòng)委托的系統(tǒng)和方法
【專利說明】用于虛擬分布式控制系統(tǒng)的自動(dòng)委托的系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本專利要求享有于2013年9月27日遞交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.61/883,737的權(quán)益，其以引用方式將其全部?jī)?nèi)容并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本公開一般涉及過程控制系統(tǒng)，更特別地涉及用于虛擬分布式控制系統(tǒng)的自動(dòng)委托(automated commiss1ning)的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0004]典型的控制系統(tǒng)包括多個(gè)工作站、服務(wù)器、控制器和I/O子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)。開發(fā)、測(cè)試、訓(xùn)練和在線生產(chǎn)所需的多個(gè)系統(tǒng)的建立和維護(hù)可能是昂貴且耗時(shí)的。當(dāng)必須維護(hù)多個(gè)軟件和硬件版本時(shí)，對(duì)于這些系統(tǒng)的支持進(jìn)一步復(fù)雜化;尤其是當(dāng)舊的操作系統(tǒng)(OS)軟件在較新的更換工作站硬件上得不到支持時(shí)。
【附圖說明】
[0005]圖1是可以實(shí)現(xiàn)本公開教導(dǎo)的示例過程控制系統(tǒng)的示意圖。
[0006]圖2是配置圖1的虛擬過程控制環(huán)境的示例虛擬網(wǎng)絡(luò)配置系統(tǒng)的框圖。
[0007]圖3是與圖2的示例虛擬網(wǎng)絡(luò)配置系統(tǒng)相結(jié)合使用的示例配置對(duì)話。
[0008]圖4是與圖2的虛擬網(wǎng)絡(luò)配置系統(tǒng)相結(jié)合使用的示例配置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)話。
[0009]圖5A和5B示出了與圖2的示例虛擬網(wǎng)絡(luò)配置系統(tǒng)相結(jié)合使用的示例配置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
[0010]圖6是與圖2的示例虛擬網(wǎng)絡(luò)配置系統(tǒng)相結(jié)合使用的示例網(wǎng)卡配置對(duì)話。
[0011]圖7和圖8是與圖2的示例虛擬網(wǎng)絡(luò)配置系統(tǒng)相結(jié)合使用的示例網(wǎng)卡配置對(duì)話。
[0012]圖9是與圖2的示例虛擬網(wǎng)絡(luò)配置系統(tǒng)相結(jié)合使用的示例SAN配置對(duì)話。
[0013]圖10是與圖2的示例虛擬網(wǎng)絡(luò)配置系統(tǒng)相結(jié)合使用的示例網(wǎng)卡配置對(duì)話。
[0014]圖11是與圖2的示例虛擬網(wǎng)絡(luò)配置系統(tǒng)相結(jié)合使用的示例虛擬機(jī)創(chuàng)建對(duì)話。
[0015]圖12示出了由圖2的示例虛擬網(wǎng)絡(luò)配置系統(tǒng)生成的虛擬過程控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的示例可視概要。
[0016]圖13是示出實(shí)現(xiàn)圖2的示例虛擬網(wǎng)絡(luò)配置系統(tǒng)以配置圖1的虛擬過程控制環(huán)境的示例方法的流程圖。
[0017]圖14是示出實(shí)現(xiàn)圖2的示例虛擬網(wǎng)絡(luò)配置系統(tǒng)以配置或設(shè)置圖1的主機(jī)服務(wù)器的示例方法的流程圖1400。
[0018]圖15是示出實(shí)現(xiàn)圖2的示例虛擬網(wǎng)絡(luò)配置系統(tǒng)以配置圖1的主機(jī)服務(wù)器的網(wǎng)卡的示例方法的流程圖。
[0019]圖16是示出實(shí)現(xiàn)圖2的示例虛擬網(wǎng)絡(luò)配置系統(tǒng)以配置與圖1的主機(jī)服務(wù)器相關(guān)聯(lián)的網(wǎng)卡的示例方法的流程圖。
[0020]圖17是示出實(shí)現(xiàn)圖2的示例虛擬網(wǎng)絡(luò)配置系統(tǒng)以配置與圖1的主機(jī)服務(wù)器相關(guān)聯(lián)的網(wǎng)卡的示例方法的流程圖。
[0021]圖18是示出實(shí)現(xiàn)圖2的示例虛擬網(wǎng)絡(luò)配置系統(tǒng)以配置圖1的SAN的示例方法的流程圖。
[0022]圖19是示出實(shí)現(xiàn)圖2的示例虛擬網(wǎng)絡(luò)配置系統(tǒng)以配置圖1的集成共享存儲(chǔ)設(shè)備的示例方法的流程圖。
[0023]圖20是示出實(shí)現(xiàn)圖2的示例虛擬網(wǎng)絡(luò)配置系統(tǒng)以在虛擬過程控制環(huán)境中創(chuàng)建虛擬工作站的示例方法的流程圖。
[0024]圖21是示出實(shí)現(xiàn)圖2的示例虛擬網(wǎng)絡(luò)配置系統(tǒng)以基于現(xiàn)有的過程控制系統(tǒng)生成虛擬過程控制系統(tǒng)的示例方法的流程圖。
[0025]圖22是示出實(shí)現(xiàn)圖2的示例虛擬網(wǎng)絡(luò)配置系統(tǒng)以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有過程控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)的示例方法的流程圖。
[0026]圖23是示出實(shí)現(xiàn)圖2的示例虛擬網(wǎng)絡(luò)配置系統(tǒng)以生成過程控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的可視概要的示例方法的流程圖。
[0027]圖24是可以用來和/或編程以實(shí)施圖13-23的示例方法，和/或更一般地實(shí)現(xiàn)圖2的示例虛擬網(wǎng)絡(luò)配置系統(tǒng)的示例處理器平臺(tái)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、聯(lián)網(wǎng)和虛擬化的技術(shù)進(jìn)步的結(jié)合已經(jīng)使得能開發(fā)出有效的、易于管理的虛擬化的計(jì)算環(huán)境。這些虛擬化環(huán)境已經(jīng)由IT部門使用來降低成本以及提高系統(tǒng)有效工作時(shí)間。簡(jiǎn)言之，虛擬化是一種封裝計(jì)算機(jī)的方法，包括其操作系統(tǒng)和應(yīng)用，使其能夠在主機(jī)計(jì)算機(jī)上作為稱為虛擬機(jī)(VM)的客體來運(yùn)行。還可以從主機(jī)計(jì)算機(jī)運(yùn)行多個(gè)虛擬機(jī)。虛擬機(jī)是一種包含啟動(dòng)和運(yùn)行應(yīng)用所需的除硬件之外的每個(gè)事物的文件。要運(yùn)行虛擬機(jī)，主機(jī)計(jì)算機(jī)典型地需要虛擬化軟件層(例如，管理程序(hypervisor )，諸如Microsoft?的Hyper-V?)，其提供主機(jī)計(jì)算機(jī)的虛擬機(jī)與硬件之間的映射，包括網(wǎng)絡(luò)連接、USB端口以及其它外圍設(shè)備。
[0029]包括過程控制系統(tǒng)在內(nèi)的虛擬化系統(tǒng)成功的最大的挑戰(zhàn)之一在于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的初始建立和不間斷的維護(hù)。無(wú)虛擬化的如De I taV?的分布式控制系統(tǒng)(DCS)的當(dāng)前部署模型可以包括除了專有DCS硬件之外的數(shù)百計(jì)算機(jī)工作站和服務(wù)器節(jié)點(diǎn)。在這些大量的計(jì)算機(jī)中，原始設(shè)備制造商(OEM)和/或銷售商(例如，Dell)來預(yù)配置計(jì)算機(jī)硬件會(huì)變得成本效益好。例如，與控制系統(tǒng)銷售商相結(jié)合創(chuàng)建的硬盤鏡像被在計(jì)算機(jī)硬件運(yùn)出之前在工廠處應(yīng)用。然而，中型規(guī)模和大型規(guī)模的虛擬化需要很多不可鏡像的附加組件，諸如例如交換機(jī)和/或存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)。結(jié)果，終端客戶就地建立系統(tǒng)涉及到相當(dāng)大的IT開銷。換言之，雖然虛擬化減少了諸如路由以太網(wǎng)、監(jiān)控器和/或其它計(jì)算機(jī)電纜和組件的簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)建立開銷，虛擬化伴隨著復(fù)雜IT設(shè)置的增加的開銷，諸如可以抵消虛擬化在安裝勞動(dòng)力成本方面所預(yù)期到的任何增益的配置虛擬網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、SAN設(shè)備、VLAN(虛擬局域網(wǎng))等。另外，診斷和維護(hù)更復(fù)雜的虛擬器件系統(tǒng)的能力也具有與其相關(guān)聯(lián)的成本。
[0030]高可用(HA)虛擬化DCS設(shè)置的最復(fù)雜的步驟之一是存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)和群集配置。群集是提供用于實(shí)現(xiàn)虛擬化過程控制系統(tǒng)的物理骨干的主機(jī)服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)常地，主機(jī)服務(wù)器的群集被配置為連接到共同的或共享的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)位置(硬盤驅(qū)動(dòng)器)。群集被配置為使得每個(gè)主機(jī)與共享的存儲(chǔ)設(shè)備交互，就好像存儲(chǔ)設(shè)備在單獨(dú)的主機(jī)本地一樣。通常，與群集連接的共享存儲(chǔ)設(shè)備由提供塊級(jí)存儲(chǔ)的SAN設(shè)備(經(jīng)常簡(jiǎn)稱為SAN)來實(shí)現(xiàn)。SAN配置的群集使得能實(shí)現(xiàn)高可用性，因?yàn)槿绻粋€(gè)主機(jī)服務(wù)器故障，則運(yùn)行于該主機(jī)上的虛擬機(jī)能夠自動(dòng)地在另一主機(jī)服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)。
[0031]通常，SAN和群集配置涉及對(duì)符合因特網(wǎng)小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口(iSCSI)協(xié)議的主機(jī)服務(wù)器和SAN設(shè)備中的每一個(gè)進(jìn)行接線。這種配置程序易于出現(xiàn)人為錯(cuò)誤，因?yàn)橐粋€(gè)或多個(gè)電纜插入錯(cuò)誤的端口、網(wǎng)卡和/或?qū)?yīng)的主機(jī)被不一致地標(biāo)記或加標(biāo)簽、因特網(wǎng)協(xié)議(IP)信息(例如，IP地址)被不正確地輸入(例如，由于打字錯(cuò)誤)等的可能性大。由于配置的技術(shù)本質(zhì)，工程師花費(fèi)多日來完成虛擬過程控制環(huán)境的設(shè)置是常見的。此外，完全配置的系統(tǒng)會(huì)相對(duì)脆弱。例如，重命名主機(jī)計(jì)算機(jī)名稱或改變時(shí)區(qū)會(huì)導(dǎo)致群集變得不可用且設(shè)置的部分可能必須重復(fù)。另外，設(shè)置的任何錯(cuò)誤可能不容易檢測(cè)到。
[0032]這些上述挑戰(zhàn)中的一些挑戰(zhàn)可以部分地通過將主機(jī)服務(wù)器和共享存儲(chǔ)設(shè)備(例如，SAN)集成到獨(dú)立組件中來克服。例如，主機(jī)服務(wù)器可以是具有集成共享存儲(chǔ)設(shè)備(例如，來自De 11?的PowerEdge VRTX)的機(jī)箱(chassis)中的單獨(dú)刀片。在一些這樣的示例中，刀片服務(wù)器和共享存儲(chǔ)設(shè)備直接根據(jù)串行附接SCSI協(xié)議來附接。經(jīng)由具有集成存儲(chǔ)設(shè)備的機(jī)箱中的刀片服務(wù)器實(shí)現(xiàn)虛擬過程控制環(huán)境簡(jiǎn)化了一定的復(fù)雜度，因?yàn)榈镀?、共享存?chǔ)設(shè)備和網(wǎng)卡位置之間的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是固定的。因此，一些配置步驟能夠由機(jī)箱的OEM預(yù)先配置。然而，主機(jī)(刀片)服務(wù)器(包括相關(guān)聯(lián)的網(wǎng)卡)和共享存儲(chǔ)設(shè)備仍需要針對(duì)在其中實(shí)現(xiàn)它們的特定應(yīng)用(例如，過程控制系統(tǒng))而配置。因此，這種虛擬系統(tǒng)的配置仍涉及到會(huì)導(dǎo)致如上所述的錯(cuò)誤的復(fù)雜度。
[0033]本文公開的示例通過使得每個(gè)這樣的設(shè)置進(jìn)行一次且在整個(gè)系統(tǒng)中應(yīng)用而使冗余的配置選擇自動(dòng)化，來克服這些挑戰(zhàn)。例如，典型的SAN配置涉及到在同一硬件和/或跨不同硬件(例如，在每個(gè)主機(jī)服務(wù)器和SAN設(shè)備中)上的多個(gè)地點(diǎn)中輸入單個(gè)參數(shù)值(例如，網(wǎng)卡名稱)。本文公開的示例強(qiáng)制執(zhí)行由群集中的全部服務(wù)器使用的共同命名公約。以此方式實(shí)現(xiàn)固定命名公約有助于避免諸如例如打字錯(cuò)誤和在網(wǎng)卡選擇時(shí)的人類疏忽的共同錯(cuò)誤源。在一些示例中，向終端用戶呈現(xiàn)對(duì)話，其允許用戶分配固定(例如，預(yù)定義)標(biāo)記、標(biāo)簽或名稱給每個(gè)物理網(wǎng)卡和/或分配名稱給單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)端口。在一些示例中，固定名稱被設(shè)置為對(duì)應(yīng)于由主機(jī)服務(wù)器服務(wù)的控制系統(tǒng)器具的最常見使用情況的缺省名稱。在其它示例中，終端用戶可以定義固定名稱(例如，以容納定制硬件配置)。在任一情況下，固定名稱可以存儲(chǔ)在單個(gè)配置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或文件中(例如，在簡(jiǎn)單的逗號(hào)分隔值(.CSV)文件中)。另外，在一些示例中，配置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)還可以包括IP信息，諸如針對(duì)與不同主機(jī)服務(wù)器相關(guān)聯(lián)的不同網(wǎng)卡和/或網(wǎng)絡(luò)端口，定義IP地址、子網(wǎng)地址和/或域名系統(tǒng)(DNS)地址的值(本文統(tǒng)稱為IP信息)。其中包含有固定名稱的配置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)/文件起到了由OEM計(jì)算機(jī)銷售商供應(yīng)的鏡像的作用。在一些示例中，配置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)/文件由OEM預(yù)填充和/或由過程控制系統(tǒng)銷售商在用于配置通過過程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的硬件的軟件包中提供。
[0034]在一些示例中，主機(jī)服務(wù)器和共享存儲(chǔ)設(shè)備的配置基于配置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)文件中的值(例如，名稱，IP信息，等等)。也即，在一些示例中，配置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)/文件在虛擬過程控制環(huán)境的整個(gè)配置過程中被引用以確保同一名稱用于每個(gè)適合的實(shí)例。通過這種方式，不存在名稱或值不匹配的風(fēng)險(xiǎn)。此外，在一些示例中，包含在配置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)/文件中的信息由虛擬網(wǎng)絡(luò)配置系統(tǒng)自動(dòng)訪問，具有極少來自終端用戶的輸入或者沒有來自終端用戶的輸入，從而大幅減少了時(shí)間、花費(fèi)以及來自設(shè)置系統(tǒng)的同時(shí)做出配置決策的技術(shù)人員的錯(cuò)誤的幾率。
[0035]另外，本文公開的示例基于包含用于任何期望類型的工作站(例如，操作員站，歷史數(shù)據(jù)采集等)的全部泛化設(shè)置的虛擬機(jī)模板，提供了過程控制系統(tǒng)中虛擬工作站的相對(duì)快速配置。此外，本文公開的示例使得能發(fā)現(xiàn)整個(gè)過程控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接以生成用于參考的連接的可視概要(例如，在故障檢修期間)。更進(jìn)一步地，網(wǎng)絡(luò)連接的發(fā)現(xiàn)和生成能夠用于創(chuàng)建用于故障檢修、仿真、訓(xùn)練和/或系統(tǒng)迀移的復(fù)制虛擬化系統(tǒng)。另外，本文所描述的網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)能夠應(yīng)用于物理網(wǎng)絡(luò)，從而使得能將物理控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成虛擬控制系統(tǒng)。
[0036]關(guān)于在過程控制系統(tǒng)背景下的虛擬化的一般背景信息提供于“DeltaV?Virtualizat1n，，中(Emerson Process Management，DeItaV Whitepaper，可獲得于http://www2.emersonprocess.com/siteadmincenter/PM%20DeltaV%20Docume nts/Whitepapers/DV_WP_Virtualizat1n.pdf，2014年6月)，以及提供于“DeltaV? VirtualStud1，，(Emerson Process Management，DeItaV Product Data Sheet，可獲得于http://www 2.emersonprocess.com/sitea dm incenter/PM %20DeltaV%20Docume nts/ProductDataSheets/FOS+DeItaV_Virtual_Stud1.pdf，2014年7月)，該兩篇文獻(xiàn)通過引用方式以其全文并入本文。
[0037]具體轉(zhuǎn)到附圖，圖1是可以實(shí)現(xiàn)本公開的教導(dǎo)的示例過程控制系統(tǒng)或DCS100的示意圖。如本文使用的，短語(yǔ)“過程控制系統(tǒng)”與短語(yǔ)“分布式控制系統(tǒng)”(DCS)互換使用。圖1的示例DCS 100包括過程控制器102，其利用任何期望的通信介質(zhì)(例如，無(wú)線，硬接線等)和協(xié)議(例如，基礎(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)總線，Profibus，HART等)與多個(gè)智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和/或非智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備104通信地親合。圖1的示例控制器102可以為例如Emerson Process Management公司的Fisher-Rosemount System有限公司出售的DeltaV?控制器。雖然本公開的教導(dǎo)是結(jié)合DeltaV?硬件、軟件和/或固件來描述的，但是教導(dǎo)可適合于由其它實(shí)體制造和/或開發(fā)的其它硬件(例如，其它控制器)、固件和/或軟件。此外，雖然在圖1中顯示了兩個(gè)控制器102，但是可以在示例DCS 100中實(shí)現(xiàn)任何期望類型和/或類型組合的附加的和/或更少的控制器和/或過程控制平臺(tái)。
[0038]典型地，過程控制系統(tǒng)中的控制器與可以關(guān)聯(lián)于一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)的一個(gè)或多個(gè)操作員站、應(yīng)用站和/或其它工作站(本文統(tǒng)稱為工作站)通信地耦合。然而，在圖示的示例中，控制器102與示例虛擬過程控制環(huán)境106通信地耦合。圖1的示例虛擬過程控制環(huán)境106包括了示例域控制器108、示例第一主機(jī)服務(wù)器110、示例第二主機(jī)服務(wù)器112、示例第三主機(jī)服務(wù)器114和示例存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)116。在圖示的示例中，虛擬過程控制環(huán)境106實(shí)現(xiàn)了對(duì)應(yīng)于表格118中列出的多個(gè)虛擬工作站117的虛擬機(jī)。
[0039]如表格118中所表示的，為DCS100實(shí)現(xiàn)的虛擬工作站117包括八個(gè)虛擬操作員站120、四個(gè)虛擬應(yīng)用站122以及一個(gè)虛擬主控制系統(tǒng)應(yīng)用站124(例如，DeltaV? ProPlus工作站)。特別地，在圖示的示例中，第一主機(jī)服務(wù)器110實(shí)現(xiàn)虛擬操作員站120中的三個(gè)和虛擬應(yīng)用站122中的兩個(gè)，第二主機(jī)服務(wù)器112實(shí)現(xiàn)虛擬操作員站120中的另外三個(gè)和虛擬應(yīng)用站122中的一個(gè)，第三主機(jī)服務(wù)器114實(shí)現(xiàn)虛擬操作員站120中的剩余兩個(gè)、最后一個(gè)虛擬應(yīng)用站122、以及虛擬主控制系統(tǒng)應(yīng)用站124。雖然在表格118中顯示出示例虛擬工作站的示例劃分，但是示例虛擬工作站可以根據(jù)每個(gè)主機(jī)服務(wù)器110、112、114的需求，以任意組合被分配給主機(jī)服務(wù)器110、112、114中的任一個(gè)。另外地或者可替代地，在一些示例中，虛擬工作站中的一個(gè)或多個(gè)的復(fù)制副本可以實(shí)現(xiàn)在主機(jī)服務(wù)器110、112、114中的分開的一個(gè)主機(jī)服務(wù)器上。
[0040]在圖示的示例中，主機(jī)服務(wù)器110、112、114和SAN 116通信地互連而形成通稱為群集的網(wǎng)絡(luò)。域控制器108與群集通信且管理群集且控制對(duì)存儲(chǔ)在群集