Virtual Machine软件在火力发电厂控制系统及课件培训中的应用
万首辉
【摘? 要】论文就Virtual Machine软件在火力发电厂Windows XP控制系统中应用遇到的问题进行了论述，并针对问题提出了相应的措施及方案，以期为Virtual Machine软件在更多领域中应用提供参考资料。
【Abstract】The paper discusses the problems encountered in the application of Virtual Machine software in Windows XP control system for thermal power plant， and proposes corresponding measures and solutions for the problems， with a view to providing reference materials for the application of Virtual Machine software in more areas.
【关键词】Virtual Machine软件;火力发电厂;控制系统;应用
【Keywords】Virtual Machine software; thermal power plant; control system; application
【中图分类号】TM621? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文献标志码】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章编号】1673-1069（2021）03-0186-02
1 引言
张掖电厂自2006年正式投产发电后，外围辅助车间控制系统多使用PLC控制。截至2013年，张掖电厂锅炉补给水系统、工业废水系统、制氢站、综合水泵房等系统下位编程软件及上位监控软件的运行环境为Windows XP系統。
2014年4月之后，微软不再提供Windows XP技术支持，所有硬件厂商陆续停止了硬件的驱动更新，随之带来了工控机硬件故障、新购置的工控机无法安装XP系统、相关监控软件无法运行的问题。
2 技术原理及解决方案
为避免外围辅助车间因工控机故障而导致的上下位软件无法安装、使用的情况发生，机控班技术人员建立了相关的研究课题，提出两种解决方案。
2.1 更新PLC硬件
通过与施耐德技术人员沟通，现张掖公司使用的53412CPU较为陈旧，已列入停产计划，其下位软件最高版本即张掖公司在用的Concept 2.6，该软件不再进行更新。可通过升级CPU和重新编译下位程序的手段来使用最新的下位编程软件Unity Pro。通过询问大致费用，仅锅炉补给水一个系统升级CPU及配套通信单元需花费近25万元。
2.2 采用Virtual Machine搭建虚拟运行平台
通过分析，当前急需解决的问题是硬件供应厂商已停止了对Windows XP系统硬件驱动的提供，Windows XP系统无法正常安装进而造成了工控软件无法运行。如果可以通过软件模拟具有完整硬件系统功能的计算机系统，把需要在实体计算机中完成的工作在虚拟机中实现，便可以解决问题，且不会发生任何费用[1]。
3 Virtual Machine软件的创造性与先进性
3.1 集成性
集成性指的是我们能够在一台计算机上面运作很多个虚拟平台，而且不同的虚拟平台能够安装很多的操作系统，这个过程不需要对计算机进行重新分区，或者安装的过程中重新启动计算机，即使计算机上面的硬件不同，依然能够正常使用，不受影响。虚拟平台能够和物理计算机进行信息传递，实现文件的共享[2]。
3.2 可移动性
就物理计算机来看，虚拟平台其实就是一个存储的文件，不一样的操作系统之间能够进行交流。用户可以把虚拟平台文件拷贝到存储设备上面，然后连接到其他的计算机上面使用，节约了时间成本，更方便快捷[3]。
3.3 节约性
虚拟平台是通过计算机软件模拟出来的，所以在使用的过程中不需要安装其他的设备，这样就能够在一台机器上面使用多个虚拟平台，这样便大大节约了机器维护的费用。
3.4 维护方便
虚拟平台和主机之间是相互隔离的，所以在虚拟平台上面进行的操作不会对物理计算机造成任何的影响，既不会影响操作系统，也不会影响主机的分区和存储的数据[4]。
3.5 试验性
因为虚拟平台和物理计算机是相隔离的，而且虚拟平台不会对物理计算机造成影响，因此，人们可以使用虚拟平台来进行各种各样的试验性操作。一旦在试验的过程中出现问题，其也不会破坏物理计算机[5]。
4 Virtual Machine软件的技术成熟度、适用范围及安全性
4.1 搭建虚拟XP系统环境，实现下位软件编程调试环境
以锅炉补给水系统为例，原工控机于2008年采购，其操作系统为Windows XP，现工控机硬件故障无法修复，而新购置的工控机最低版本仅能安装Windows 7系统，锅炉补给水系统下位软件Concept 2.6及上位软件iFIX 3.5无法与Windows 7系统兼容，无法进行逻辑组态及调试。此时选用Virtual Machine软件，在一个拥有较大容量的盘符中建立一个Windows XP的虚拟系统。将原工控机硬盘中的下位软件Concept 2.6、上位软件iFIX 3.5和工程备份程序拷贝至虚拟机中，将虚拟机网络适配器设置为桥接模式（直接连接物理网络），如图1所示。此时，Virtual Machine软件虚拟的Windows XP系统与物理工控机公用一个网络配置，测试Concept 2.6软件在虚拟Windows XP系统中是否完美运行，通过连接PLC测试，网络通信正常，可正常对下位程序进行组态及编辑。
4.2 创新培训平台，提升技术水平
2014年4月之后，微软不再提供Windows XP技术支持，所有硬件厂商陆续停止了硬件的驱动更新，张掖电厂新购置工控机系统无法与原有下位编程软件及上位监控软件兼容，PLC硬件与软件不能单一升级，新工控机系统下不能对PLC进行组态调试，采用Virtual Machine软件搭建虚拟运行平台解决软件的兼容性问题，避免硬件升级，节省费用25万元。同时，运用虚拟平台对软件操作组态培训，提高培训效果。
第一，锅炉补给水处理系统所用工控机用于设备的操作、监视和调试，上位机以及下位机软件的操作和维护练习条件受限，由于PLC控制逻辑查看方式单一，班组办公电脑均已升级为Windows 7操作系统，对班组人员进行技术培训以及提升技术水平缺乏必要的条件。基于Virtual Machine软件具有的可移动性优点，在物理机上拷贝虚拟的Windows XP系統的储存文件至移动介质，在办公电脑安装Virtual Machine软件后打开拷贝的虚拟Windows XP系统的储存文件，将工控机虚拟环境镜像到办公电脑，实现下位逻辑的查看和逻辑功能的仿真实验[6]。通过将Virtual Machine软件应用于锅炉补给水控制系统和日常专业技术培训中，解决了应用软件和操作系统的不兼容性问题，避免了PLC硬件升级产生的巨额费用，并且为后期其余系统改造打下良好基础。在培训中可以让更多的人进行实操，在软件组态培训中将理论和实操同步进行，提升了培训的效果。
第二，工业控制软件及其配套的操作系统安装和参数配置步骤复杂，一个环节出现错误则必须重新进行安装，所以参数配置对工控软件正常运行有决定性的作用。在这种情况下的解决办法只有重新安装物理机操作系统，经常重新安装操作系统会对物理硬盘进行集中的、频繁的读、写和反复的重新启动操作，对物理硬盘寿命有所损伤，执行安装时间较长[7]。Virtual Machine软件中的虚拟环境和物理计算机是相隔离的，而且Virtual Machine不会对物理计算机造成影响，因此，我们可以用Virtual Machine进行后续的试验性操作，避免了不必要的破坏问题。这种试验性操作可以让零基础的人员执行，可以完整地在Virtual Machine中进行电脑系统安装、工控软件的安装和配置、组态操作练习，这种培训效果良好，增强了动手能力。使用Virtual Machine软件进行人员培训可以不受环境、时间、平台的限制，可以通过磁盘拷贝、网络传输等方式进行培训、试验数据的备份和传播[8]。
5 结语
Virtual Machine软件在工业控制系统中应用，解决了工控应用软件和系统的不兼容性问题，避免PLC硬件升级，节省费用数万元。在培训中可以让更多的人自己动手操作，在软件组态培训中将理论和实操同步进行，为班组人员的培训创造了良好的条件，培训效果良好。
【参考文献】
【1】林庆忠.火力发电厂运行中的故障与对策分析[J].集成电路应用，2021，38（1）：36-37.
【2】邹阳林.火力发电厂自动控制创新优化研究[J].中国设备工程，2020（20）：191-193.
【3】陈兴昌.火力发电厂自动控制创新优化研究[J].科学技术创新，2020（5）：188-189.
【4】穆小亮，廉永，刘跃峰，等.火电厂AGC系统试验与分析[J].机电信息，2020（20）：11-12.
【5】石毅.探究大型火力发电厂电气控制系统的实现模式[J].科技视界，2020（15）：197-199.
【6】詹昌义.基于PLC的火电厂输煤控制系统研究与设计[D].合肥：合肥工业大学，2020.
【7】杨贺强.关于DCS分散控制系统在火力发电厂给水控制中的应用研究[J].自动化应用，2020（3）：92-93+96.
【8】许林波.大型火力发电厂AVC自动电压控制系统策略优化研究及应用[J].电子测试，2020（5）：113-114+58.
