某纺织厂数据中心建设方案
一、 功能需求
某纺织厂现有纺织工艺各级工序段机械设备 500 余台，由于新厂搬迁和部分设备升级改造，计划将新厂建设为高度自动化、智能化的生产车间。同时，工厂将建立私有的数据中心来采集多有生产设备的运行数据，以便形成大数据基础为以后提高生产能力做数据分析支撑。
二、 方案设计
2.1设计目标与原则
本方案主要解决将纺织厂各级生产车间自动化生产系统生产数据采集并上传至工厂数据中心，工厂数据中心将所有数据存储到数据库，同时进行必要的数据分析和展示。
整个系统的设计将贯穿以下设计原则：
先进性
网络传输方案先进性、数据中心建设先进性、数据分析展示先进性。选用先进的5.8GHz 无线网络设备，采用先进的设计思想， 使网络在今后一定时期内保持技术上的先进性。选用工业私有云作为数据中心载体，使数据中心在今后一定时期内保持方案和模式上的先进性。选用WISCADA软件作为数据分析平台，使数据分析和展示在一定时期内保持先进性。
稳定性
网络的稳定性、系统运行稳定性、数据采集稳定性。稳定性对系统的可用性和使用率来说至关重要。对无线传输而言，天线位置和朝向、发射功率、信号干扰等都是影响传输稳定性的源头，所以应选择可靠的产品和由经验丰富的团队来实施能最大程度保证稳定性。系统稳定运行依赖于所有硬件设备支撑，工业私有云模式可将硬件带来的影响降到最低。数据采集稳定性主要取决于软件对设备数据的访问， 所以采用工业协议通讯驱动会更好保证通信过程稳定可靠。
安全性
无线网络安全性、数据存储安全性。选用的WitLinc无线传输产品的原因就在于该产品支持64/128-bit WEP (Wired Equivalent Privacy) 、WPA & WPA-PSK &WPA2 -PSK(Wi-Fi Protected Access) 、MAC ID filter。等无线加密方式。采用工业私有云作为数据中心， 数据完全以虚拟磁盘的方式存储在磁盘整列上，这样会有效防止硬盘故障带来的数据损害。
可管理性
网络和数据中心应具有良好的可管理性，这点对无线网络来说尤其重要，因为无线网络设备多半铺设在人员不容易到达的地方。远程监控、远程升级、准确判断故障等功能能够使网络管理人员能方便及时地掌握诸如网络拓扑结构、网络性能统计、网络故障等信息，能简便地对网络进行统一配置和调整，确保网络工作在良好状态。以工业私有云平台作为工厂数据中心，可由管理人员统一管理私有云内所有应用程序。
可拓展性
网络设计在充分考虑当前情况的同时，必须考虑到今后设备扩展的需要，留有充分的升级和扩充的可能性。私有云平台会充分考虑今后一定时期内系统的可扩展性，包括网络、计算、存储等资源都可轻松扩展。
2.2设计步骤
2.2.1各车间设备与无线模块连接
如图所示，每个车间区域都将所有生产设备控制器通讯口转换为以太网后使用网线连接到车间及汇聚交换机上，此处汇聚交换机的数量需要根据车间设备数量情况决定。
2.2.2 现场无线网络搭建
将工厂按车间为单位划分为 4 个区域，分别为浆染车间区域、织布车间区域、后整车间区域、检验车间区域、空压机区域。为了将这几个区域的生产数据传送到数据中心，设计在数据中心所在位置安装一台 WL-245H-S 工业大功率无线传输模块，并且按照实际情况配置全向玻璃钢天线。
在每个区域同样放置一台 WL-245H-S 工业大功率无线传输模块， 同时每个区域设计配置定向玻璃钢天线。
数据中心与四个区域的无线传输模块采用星型拓扑方式，如下图所示：
2.2.3数据中心建设
数据中心采用工业私有云&虚拟化方案实现。即在机房安装一套WitLinc 公司的 WL-820B-B 系列高性能工业私有云。在私有云中的虚拟化平台里虚拟出用于采集现场控制系统数据的虚拟机、用于存储数据的数据库服务器、用于安装WiSCADA 软件作为处理并显示数据的HMI 服务器、用于安装 WiSCADA-Client 软件查看数据信息的客户端虚拟机等。并且为所有虚拟机配置高可用性。所有的虚拟机文件都会存储在工业磁盘阵列里面。工作人员使用瘦客户端连接远程桌面的方式连接到工业私有云中的虚拟机桌面，瘦客户端上的的所有操作都会在虚拟机里面执行，瘦客户端本地不会存储任何数据。一台瘦客户端可以连接多个虚拟机的远程桌面，这在一定程度上可以减少一定量的操作员站，实现经济高效操作和管理。
工程师可以使用自己拥有的特殊权限利用任意瘦客户端访问工业私有云内部，对虚拟化平台、虚拟机、虚拟机上运行的应用程序进行管理和维护，甚至在可以使用自己的笔记本在管理员允许的情况下远程维护工业私有云。
工业私有云平台支持主机，存储，网络的虚拟化，可以通过云平 台的管理轻松创建应用虚拟机，并提供结合工业应用软件的应用模板， 同时可以完成基于主机和存储的可迁移功能，并提供 HA 高可靠性支持。
2.2.4数据采集及处理平台建设
选用WiSCADA 2.0 软件作为选煤厂智能工业私有云架构的数据采集及处理平台。
WiSCADA 软件采用 C/S、B/S 架构，软件界面友好，编辑方式基于Windows 风格，在线帮助文档通俗易懂，用户只需稍微学习便可自己开发 HMI 画面。图像界面支持自由缩放、鼠标漫游、自适应屏幕、透明色、过渡色、旋转/倾斜、幻灯显示，内嵌JAVASCRIPT，用户可以自主开发更高级的功能。支持表达式、触发器、定时器、多语言、XML 支持、变量替换、定制图形。支持 Windows XP/7/8/CE/SERVER 的 32/64 位操作系统。网络版除了具有单机版的全部功能外，还支持WEB 端、网络客户端方式通过局域网访问，另外，网络版还支持智能移动终端安装 APP 通过互联网访问组态服务器，APP 支持 Android 和IOS。WiSCADA 软件支持 3D 功能，用户可以自由编辑 3D 图形，让自己的HMI 画面更加绚丽多彩。
在 WiSCADA 中配置报表显示界面，将工厂内需要汇集成报表的数据都集中整理在报表中，使其根据需要按日、周、月、季度、年时间节点备份成CSV 格式文件存储在私有云中。用户可登陆私有云中的报表服务器查看所有报表。
在WiSCADA 软件中，启用内网穿透功能，将已经做好的 HMI 画面通过安全的网络路劲发布到互联网，用户通过安卓或苹果的手机、平板电脑等智能移动终端设备通过 4G/ WiFi 就可以轻松的访问到 HMI画面，用户可配置APP 单独显示不同于 PC 的画面。用户使用手机或IPAD 等手持移动终端在现场巡检时可实时查看系统运行情况。
在 WiSCADA 软件中配置微信和 Email 报警功能，将整个系统所有需要报警的变量按照严重等级区别配置报警级别，将严重的报警微信推送到指定负责人，将中等程度的报警推送给厂区维护人员即可。将低等程度的报警信息只做报警提示即可。
在私有云中的客户端虚拟机上安装 WISCADA-Client 软件，用于监视和查看HMI 服务器的数据和画面，多个用户可以使用 RDP 协议时连接到该虚拟机查看画面。
三、 优势分析
工业私有云性能优势
•每台主机支持 2 颗逻辑处理器 & 最大 128G 物理内存
•每套工业私有云最大支持高达 64 个物理主机 & 8000 台虚拟机
•每台虚拟机最大可支持高达 4 颗虚拟处理器以及 128GB 内存
•支持虚拟机自动的故障转移和物理主机故障重启
•增强的集群共享卷，统一数据存储接口
•物理资源动态分配
•虚拟机关闭时内存、处理器等资源回收
•虚拟机网络健康监测
•无需虚拟机停机即可实现从硬件到系统的升级，比如有计划地将维护服务器
•在存储位置发生变化的情况下，支持利用无共享的实时迁移功能来迁移虚拟机
•迁移将只传输虚拟机的运行状态以实现更快的完成速度
•在系统运行时可创建虚拟机，对新建虚拟机配置进行修改
•管理员在目标主机可以直接启动虚拟机
•虚拟机之间内存动态分配，自动分页
•支持虚拟机与虚拟机之间的网络隔离与互访
•多通道网络容错
•无需停机可实现虚拟机的实时迁移 无线网络连接优势
•便于维护，故障排查简单方便
•易于管理，由一处节点可管理所有无线设备
•方便扩展，增加节点时只需在管理页面上将新节点配置到原有的网络中即可
•无需布线，省去了麻烦的铺设物理线路的过程，减少故障点
•移动性强，不受地域限制，可布置与车间顶部，腰部，哪里方便放哪里
•辐射范围广，用户连接方便
WISCADA 优势
灵活报表展示
在 WiSCADA 组态软件中，用户可以自由定义所需的报表格式，并且将该报表以友好的界面显示出来，该功能省去了用户采用传统工控组态软件需要使用脚本来编写报表的烦恼。用户定义报表就像使用Excel 表格那样简单、便捷。
完善的 IO 数据采集驱动
WiSCADA 组态软件内置了多种通讯协议，如 OPC、ModbusRTU、ModbusTCP/IP、SNMP、万能协议等，并且，还可以直接与西门子、三菱、欧姆龙、施耐德、罗克韦尔等厂家的 PLC 直接通讯，值得注意的是，如果用户需要采集串口连接的自定义协议设备的数据，万能协议便是最好的工具。除此之外，该软件还可直接与门禁系统、智能仪表、西门子变频器等设备连接，最大程度地帮助用户采集到工业现场设备数据。
P2P 内网穿透
P2P 功能专用于智能移动终端连接。启用该功能后，用户可以使用自己安卓或苹果手机通过 4G/WiFi 网络连接到自己组态好的画面，用户可以自定义手机端访问到的画面是否和 PC 端显示的一样，手机端显示的画面可设置自动适应屏幕大小显示。当然，用户也可以定义手机端显示不同于 PC 端的画面。值得一提的是，使用 P2P 内网穿透技术， 用户用于网络发布的机器不需要固定 IP 和公网 IP，只需要能够通过防火墙连接到互联网即可。
监控视频显示功能
WiSCADA 组态软件内嵌海康威视、萤石云、威视达康等厂家摄像头解码协议，可无缝连接到这些厂家的网络监控设备，如果该设备具备云台功能，还可使用WiSCADA 软件进行远程控制。
强大的报警功能
使用 WiSCADA 组态软件配置报警信息，可使用的重要报警随时随地提醒道关键人员，这种提醒方式包括微信、短信、Email、语音、弹窗等方式。
高效的关系数据库连接能力
WiSCADA 组态软件内嵌了数据库连接驱动，可以直接连接到 MS SQL Server、Access、Oracle 等常用的关系数据库，并且通过使用中文脚本的方式可方便地对数据库进行必要的操作。
网络客户端连接简单方便
使用WiSCADA_NetClient 网络客户端，只需在操作员站工控机上安装一个组态浏览器即可，网络客户端的授权都在 WiSCADA 软件服务端完成，操作员站无需安装繁琐的授权文件。