用于虚拟分布式控制系统的自动委托的系统和方法
【专利说明】用于虚拟分布式控制系统的自动委托的系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本专利要求享有于2013年9月27日递交的美国临时专利申请N0.61/883,737的权益，其以引用方式将其全部内容并入本文。
技术领域
[0003]本公开一般涉及过程控制系统，更特别地涉及用于虚拟分布式控制系统的自动委托(automated commiss1ning)的系统和方法。
【背景技术】
[0004]典型的控制系统包括多个工作站、服务器、控制器和I/O子系统的网络。开发、测试、训练和在线生产所需的多个系统的建立和维护可能是昂贵且耗时的。当必须维护多个软件和硬件版本时，对于这些系统的支持进一步复杂化;尤其是当旧的操作系统(OS)软件在较新的更换工作站硬件上得不到支持时。
【附图说明】
[0005]图1是可以实现本公开教导的示例过程控制系统的示意图。
[0006]图2是配置图1的虚拟过程控制环境的示例虚拟网络配置系统的框图。
[0007]图3是与图2的示例虚拟网络配置系统相结合使用的示例配置对话。
[0008]图4是与图2的虚拟网络配置系统相结合使用的示例配置数据结构对话。
[0009]图5A和5B示出了与图2的示例虚拟网络配置系统相结合使用的示例配置数据结构。
[0010]图6是与图2的示例虚拟网络配置系统相结合使用的示例网卡配置对话。
[0011]图7和图8是与图2的示例虚拟网络配置系统相结合使用的示例网卡配置对话。
[0012]图9是与图2的示例虚拟网络配置系统相结合使用的示例SAN配置对话。
[0013]图10是与图2的示例虚拟网络配置系统相结合使用的示例网卡配置对话。
[0014]图11是与图2的示例虚拟网络配置系统相结合使用的示例虚拟机创建对话。
[0015]图12示出了由图2的示例虚拟网络配置系统生成的虚拟过程控制系统网络的示例可视概要。
[0016]图13是示出实现图2的示例虚拟网络配置系统以配置图1的虚拟过程控制环境的示例方法的流程图。
[0017]图14是示出实现图2的示例虚拟网络配置系统以配置或设置图1的主机服务器的示例方法的流程图1400。
[0018]图15是示出实现图2的示例虚拟网络配置系统以配置图1的主机服务器的网卡的示例方法的流程图。
[0019]图16是示出实现图2的示例虚拟网络配置系统以配置与图1的主机服务器相关联的网卡的示例方法的流程图。
[0020]图17是示出实现图2的示例虚拟网络配置系统以配置与图1的主机服务器相关联的网卡的示例方法的流程图。
[0021]图18是示出实现图2的示例虚拟网络配置系统以配置图1的SAN的示例方法的流程图。
[0022]图19是示出实现图2的示例虚拟网络配置系统以配置图1的集成共享存储设备的示例方法的流程图。
[0023]图20是示出实现图2的示例虚拟网络配置系统以在虚拟过程控制环境中创建虚拟工作站的示例方法的流程图。
[0024]图21是示出实现图2的示例虚拟网络配置系统以基于现有的过程控制系统生成虚拟过程控制系统的示例方法的流程图。
[0025]图22是示出实现图2的示例虚拟网络配置系统以发现现有过程控制系统的网络的示例方法的流程图。
[0026]图23是示出实现图2的示例虚拟网络配置系统以生成过程控制系统网络的可视概要的示例方法的流程图。
[0027]图24是可以用来和/或编程以实施图13-23的示例方法，和/或更一般地实现图2的示例虚拟网络配置系统的示例处理器平台的示意图。
【具体实施方式】
[0028]计算机体系结构、联网和虚拟化的技术进步的结合已经使得能开发出有效的、易于管理的虚拟化的计算环境。这些虚拟化环境已经由IT部门使用来降低成本以及提高系统有效工作时间。简言之，虚拟化是一种封装计算机的方法，包括其操作系统和应用，使其能够在主机计算机上作为称为虚拟机(VM)的客体来运行。还可以从主机计算机运行多个虚拟机。虚拟机是一种包含启动和运行应用所需的除硬件之外的每个事物的文件。要运行虚拟机，主机计算机典型地需要虚拟化软件层(例如，管理程序(hypervisor )，诸如Microsoft?的Hyper-V?)，其提供主机计算机的虚拟机与硬件之间的映射，包括网络连接、USB端口以及其它外围设备。
[0029]包括过程控制系统在内的虚拟化系统成功的最大的挑战之一在于基础结构的初始建立和不间断的维护。无虚拟化的如De I taV?的分布式控制系统(DCS)的当前部署模型可以包括除了专有DCS硬件之外的数百计算机工作站和服务器节点。在这些大量的计算机中，原始设备制造商(OEM)和/或销售商(例如，Dell)来预配置计算机硬件会变得成本效益好。例如，与控制系统销售商相结合创建的硬盘镜像被在计算机硬件运出之前在工厂处应用。然而，中型规模和大型规模的虚拟化需要很多不可镜像的附加组件，诸如例如交换机和/或存储区域网络(SAN)。结果，终端客户就地建立系统涉及到相当大的IT开销。换言之，虽然虚拟化减少了诸如路由以太网、监控器和/或其它计算机电缆和组件的简单计算机建立开销，虚拟化伴随着复杂IT设置的增加的开销，诸如可以抵消虚拟化在安装劳动力成本方面所预期到的任何增益的配置虚拟网络交换机、SAN设备、VLAN(虚拟局域网)等。另外，诊断和维护更复杂的虚拟器件系统的能力也具有与其相关联的成本。
[0030]高可用(HA)虚拟化DCS设置的最复杂的步骤之一是存储区域网络(SAN)和群集配置。群集是提供用于实现虚拟化过程控制系统的物理骨干的主机服务器的网络。经常地，主机服务器的群集被配置为连接到共同的或共享的存储器存储位置(硬盘驱动器)。群集被配置为使得每个主机与共享的存储设备交互，就好像存储设备在单独的主机本地一样。通常，与群集连接的共享存储设备由提供块级存储的SAN设备(经常简称为SAN)来实现。SAN配置的群集使得能实现高可用性，因为如果一个主机服务器故障，则运行于该主机上的虚拟机能够自动地在另一主机服务器上实现。
[0031]通常，SAN和群集配置涉及对符合因特网小型计算机系统接口(iSCSI)协议的主机服务器和SAN设备中的每一个进行接线。这种配置程序易于出现人为错误，因为一个或多个电缆插入错误的端口、网卡和/或对应的主机被不一致地标记或加标签、因特网协议(IP)信息(例如，IP地址)被不正确地输入(例如，由于打字错误)等的可能性大。由于配置的技术本质，工程师花费多日来完成虚拟过程控制环境的设置是常见的。此外，完全配置的系统会相对脆弱。例如，重命名主机计算机名称或改变时区会导致群集变得不可用且设置的部分可能必须重复。另外，设置的任何错误可能不容易检测到。
[0032]这些上述挑战中的一些挑战可以部分地通过将主机服务器和共享存储设备(例如，SAN)集成到独立组件中来克服。例如，主机服务器可以是具有集成共享存储设备(例如，来自De 11?的PowerEdge VRTX)的机箱(chassis)中的单独刀片。在一些这样的示例中，刀片服务器和共享存储设备直接根据串行附接SCSI协议来附接。经由具有集成存储设备的机箱中的刀片服务器实现虚拟过程控制环境简化了一定的复杂度，因为刀片、共享存储设备和网卡位置之间的网络结构是固定的。因此，一些配置步骤能够由机箱的OEM预先配置。然而，主机(刀片)服务器(包括相关联的网卡)和共享存储设备仍需要针对在其中实现它们的特定应用(例如，过程控制系统)而配置。因此，这种虚拟系统的配置仍涉及到会导致如上所述的错误的复杂度。
[0033]本文公开的示例通过使得每个这样的设置进行一次且在整个系统中应用而使冗余的配置选择自动化，来克服这些挑战。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，在每个主机服务器和SAN设备中)上的多个地点中输入单个参数值(例如，网卡名称)。本文公开的示例强制执行由群集中的全部服务器使用的共同命名公约。以此方式实现固定命名公约有助于避免诸如例如打字错误和在网卡选择时的人类疏忽的共同错误源。在一些示例中，向终端用户呈现对话，其允许用户分配固定(例如，预定义)标记、标签或名称给每个物理网卡和/或分配名称给单独的网络端口。在一些示例中，固定名称被设置为对应于由主机服务器服务的控制系统器具的最常见使用情况的缺省名称。在其它示例中，终端用户可以定义固定名称(例如，以容纳定制硬件配置)。在任一情况下，固定名称可以存储在单个配置数据结构或文件中(例如，在简单的逗号分隔值(.CSV)文件中)。另外，在一些示例中，配置数据结构还可以包括IP信息，诸如针对与不同主机服务器相关联的不同网卡和/或网络端口，定义IP地址、子网地址和/或域名系统(DNS)地址的值(本文统称为IP信息)。其中包含有固定名称的配置数据结构/文件起到了由OEM计算机销售商供应的镜像的作用。在一些示例中，配置数据结构/文件由OEM预填充和/或由过程控制系统销售商在用于配置通过过程控制系统实现的硬件的软件包中提供。
[0034]在一些示例中，主机服务器和共享存储设备的配置基于配置数据结构文件中的值(例如，名称，IP信息，等等)。也即，在一些示例中，配置数据结构/文件在虚拟过程控制环境的整个配置过程中被引用以确保同一名称用于每个适合的实例。通过这种方式，不存在名称或值不匹配的风险。此外，在一些示例中，包含在配置数据结构/文件中的信息由虚拟网络配置系统自动访问，具有极少来自终端用户的输入或者没有来自终端用户的输入，从而大幅减少了时间、花费以及来自设置系统的同时做出配置决策的技术人员的错误的几率。
[0035]另外，本文公开的示例基于包含用于任何期望类型的工作站(例如，操作员站，历史数据采集等)的全部泛化设置的虚拟机模板，提供了过程控制系统中虚拟工作站的相对快速配置。此外，本文公开的示例使得能发现整个过程控制系统网络连接以生成用于参考的连接的可视概要(例如，在故障检修期间)。更进一步地，网络连接的发现和生成能够用于创建用于故障检修、仿真、训练和/或系统迀移的复制虚拟化系统。另外，本文所描述的网络发现能够应用于物理网络，从而使得能将物理控制系统转换成虚拟控制系统。
[0036]关于在过程控制系统背景下的虚拟化的一般背景信息提供于“DeltaV?Virtualizat1n，，中(Emerson Process Management，DeItaV Whitepaper，可获得于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，可获得于http://www 2.emersonprocess.com/sitea dm incenter/PM %20DeltaV%20Docume nts/ProductDataSheets/FOS+DeItaV_Virtual_Stud1.pdf，2014年7月)，该两篇文献通过引用方式以其全文并入本文。
[0037]具体转到附图，图1是可以实现本公开的教导的示例过程控制系统或DCS100的示意图。如本文使用的，短语“过程控制系统”与短语“分布式控制系统”(DCS)互换使用。图1的示例DCS 100包括过程控制器102，其利用任何期望的通信介质(例如，无线，硬接线等)和协议(例如，基础现场总线，Profibus，HART等)与多个智能现场设备和/或非智能现场设备104通信地親合。图1的示例控制器102可以为例如Emerson Process Management公司的Fisher-Rosemount System有限公司出售的DeltaV?控制器。虽然本公开的教导是结合DeltaV?硬件、软件和/或固件来描述的，但是教导可适合于由其它实体制造和/或开发的其它硬件(例如，其它控制器)、固件和/或软件。此外，虽然在图1中显示了两个控制器102，但是可以在示例DCS 100中实现任何期望类型和/或类型组合的附加的和/或更少的控制器和/或过程控制平台。
[0038]典型地，过程控制系统中的控制器与可以关联于一个或多个计算机的一个或多个操作员站、应用站和/或其它工作站(本文统称为工作站)通信地耦合。然而，在图示的示例中，控制器102与示例虚拟过程控制环境106通信地耦合。图1的示例虚拟过程控制环境106包括了示例域控制器108、示例第一主机服务器110、示例第二主机服务器112、示例第三主机服务器114和示例存储区域网络(SAN)116。在图示的示例中，虚拟过程控制环境106实现了对应于表格118中列出的多个虚拟工作站117的虚拟机。
[0039]如表格118中所表示的，为DCS100实现的虚拟工作站117包括八个虚拟操作员站120、四个虚拟应用站122以及一个虚拟主控制系统应用站124(例如，DeltaV? ProPlus工作站)。特别地，在图示的示例中，第一主机服务器110实现虚拟操作员站120中的三个和虚拟应用站122中的两个，第二主机服务器112实现虚拟操作员站120中的另外三个和虚拟应用站122中的一个，第三主机服务器114实现虚拟操作员站120中的剩余两个、最后一个虚拟应用站122、以及虚拟主控制系统应用站124。虽然在表格118中显示出示例虚拟工作站的示例划分，但是示例虚拟工作站可以根据每个主机服务器110、112、114的需求，以任意组合被分配给主机服务器110、112、114中的任一个。另外地或者可替代地，在一些示例中，虚拟工作站中的一个或多个的复制副本可以实现在主机服务器110、112、114中的分开的一个主机服务器上。
[0040]在图示的示例中，主机服务器110、112、114和SAN 116通信地互连而形成通称为群集的网络。域控制器108与群集通信且管理群集且控制对存储在群集