Virtual Machine軟件在火力發電廠控制系統及課件培訓中的應用

萬首輝

【摘? 要】論文就Virtual Machine軟件在火力發電廠Windows XP控制系統中應用遇到的問題進行了論述，并針對問題提出了相應的措施及方案，以期為Virtual Machine軟件在更多領域中應用提供參考資料。

【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.

【關鍵詞】Virtual Machine軟件;火力發電廠;控制系統;應用

【Keywords】Virtual Machine software; thermal power plant; control system; application

【中圖分類號】TM621? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2021）03-0186-02

1 引言

張掖電廠自2006年正式投產發電后，外圍輔助車間控制系統多使用PLC控制。截至2013年，張掖電廠鍋爐補給水系統、工業廢水系統、制氫站、綜合水泵房等系統下位編程軟件及上位監控軟件的運行環境為Windows XP系統。

2014年4月之后，微軟不再提供Windows XP技術支持，所有硬件廠商陸續停止了硬件的驅動更新，隨之帶來了工控機硬件故障、新購置的工控機無法安裝XP系統、相關監控軟件無法運行的問題。

2 技術原理及解決方案

為避免外圍輔助車間因工控機故障而導致的上下位軟件無法安裝、使用的情況發生，機控班技術人員建立了相關的研究課題，提出兩種解決方案。

2.1 更新PLC硬件

通過與施耐德技術人員溝通，現張掖公司使用的53412CPU較為陳舊，已列入停產計劃，其下位軟件最高版本即張掖公司在用的Concept 2.6，該軟件不再進行更新。可通過升級CPU和重新編譯下位程序的手段來使用最新的下位編程軟件Unity Pro。通過詢問大致費用，僅鍋爐補給水一個系統升級CPU及配套通信單元需花費近25萬元。

2.2 采用Virtual Machine搭建虛擬運行平臺

通過分析，當前急需解決的問題是硬件供應廠商已停止了對Windows XP系統硬件驅動的提供，Windows XP系統無法正常安裝進而造成了工控軟件無法運行。如果可以通過軟件模擬具有完整硬件系統功能的計算機系統，把需要在實體計算機中完成的工作在虛擬機中實現，便可以解決問題，且不會發生任何費用[1]。

3 Virtual Machine軟件的創造性與先進性

3.1 集成性

集成性指的是我們能夠在一臺計算機上面運作很多個虛擬平臺，而且不同的虛擬平臺能夠安裝很多的操作系統，這個過程不需要對計算機進行重新分區，或者安裝的過程中重新啟動計算機，即使計算機上面的硬件不同，依然能夠正常使用，不受影響。虛擬平臺能夠和物理計算機進行信息傳遞，實現文件的共享[2]。

3.2 可移動性

就物理計算機來看，虛擬平臺其實就是一個存儲的文件，不一樣的操作系統之間能夠進行交流。用戶可以把虛擬平臺文件拷貝到存儲設備上面，然后連接到其他的計算機上面使用，節約了時間成本，更方便快捷[3]。

3.3 節約性

虛擬平臺是通過計算機軟件模擬出來的，所以在使用的過程中不需要安裝其他的設備，這樣就能夠在一臺機器上面使用多個虛擬平臺，這樣便大大節約了機器維護的費用。

3.4 維護方便

虛擬平臺和主機之間是相互隔離的，所以在虛擬平臺上面進行的操作不會對物理計算機造成任何的影響，既不會影響操作系統，也不會影響主機的分區和存儲的數據[4]。

3.5 試驗性

因為虛擬平臺和物理計算機是相隔離的，而且虛擬平臺不會對物理計算機造成影響，因此，人們可以使用虛擬平臺來進行各種各樣的試驗性操作。一旦在試驗的過程中出現問題，其也不會破壞物理計算機[5]。

4 Virtual Machine軟件的技術成熟度、適用范圍及安全性

4.1 搭建虛擬XP系統環境，實現下位軟件編程調試環境

以鍋爐補給水系統為例，原工控機于2008年采購，其操作系統為Windows XP，現工控機硬件故障無法修復，而新購置的工控機最低版本僅能安裝Windows 7系統，鍋爐補給水系統下位軟件Concept 2.6及上位軟件iFIX 3.5無法與Windows 7系統兼容，無法進行邏輯組態及調試。此時選用Virtual Machine軟件，在一個擁有較大容量的盤符中建立一個Windows XP的虛擬系統。將原工控機硬盤中的下位軟件Concept 2.6、上位軟件iFIX 3.5和工程備份程序拷貝至虛擬機中，將虛擬機網絡適配器設置為橋接模式（直接連接物理網絡），如圖1所示。此時，Virtual Machine軟件虛擬的Windows XP系統與物理工控機公用一個網絡配置，測試Concept 2.6軟件在虛擬Windows XP系統中是否完美運行，通過連接PLC測試，網絡通信正常，可正常對下位程序進行組態及編輯。

4.2 創新培訓平臺，提升技術水平

2014年4月之后，微軟不再提供Windows XP技術支持，所有硬件廠商陸續停止了硬件的驅動更新，張掖電廠新購置工控機系統無法與原有下位編程軟件及上位監控軟件兼容，PLC硬件與軟件不能單一升級，新工控機系統下不能對PLC進行組態調試，采用Virtual Machine軟件搭建虛擬運行平臺解決軟件的兼容性問題，避免硬件升級，節省費用25萬元。同時，運用虛擬平臺對軟件操作組態培訓，提高培訓效果。

第一，鍋爐補給水處理系統所用工控機用于設備的操作、監視和調試，上位機以及下位機軟件的操作和維護練習條件受限，由于PLC控制邏輯查看方式單一，班組辦公電腦均已升級為Windows 7操作系統，對班組人員進行技術培訓以及提升技術水平缺乏必要的條件。基于Virtual Machine軟件具有的可移動性優點，在物理機上拷貝虛擬的Windows XP系統的儲存文件至移動介質，在辦公電腦安裝Virtual Machine軟件后打開拷貝的虛擬Windows XP系統的儲存文件，將工控機虛擬環境鏡像到辦公電腦，實現下位邏輯的查看和邏輯功能的仿真實驗[6]。通過將Virtual Machine軟件應用于鍋爐補給水控制系統和日常專業技術培訓中，解決了應用軟件和操作系統的不兼容性問題，避免了PLC硬件升級產生的巨額費用，并且為后期其余系統改造打下良好基礎。在培訓中可以讓更多的人進行實操，在軟件組態培訓中將理論和實操同步進行，提升了培訓的效果。

第二，工業控制軟件及其配套的操作系統安裝和參數配置步驟復雜，一個環節出現錯誤則必須重新進行安裝，所以參數配置對工控軟件正常運行有決定性的作用。在這種情況下的解決辦法只有重新安裝物理機操作系統，經常重新安裝操作系統會對物理硬盤進行集中的、頻繁的讀、寫和反復的重新啟動操作，對物理硬盤壽命有所損傷，執行安裝時間較長[7]。Virtual Machine軟件中的虛擬環境和物理計算機是相隔離的，而且Virtual Machine不會對物理計算機造成影響，因此，我們可以用Virtual Machine進行后續的試驗性操作，避免了不必要的破壞問題。這種試驗性操作可以讓零基礎的人員執行，可以完整地在Virtual Machine中進行電腦系統安裝、工控軟件的安裝和配置、組態操作練習，這種培訓效果良好，增強了動手能力。使用Virtual Machine軟件進行人員培訓可以不受環境、時間、平臺的限制，可以通過磁盤拷貝、網絡傳輸等方式進行培訓、試驗數據的備份和傳播[8]。

5 結語

Virtual Machine軟件在工業控制系統中應用，解決了工控應用軟件和系統的不兼容性問題，避免PLC硬件升級，節省費用數萬元。在培訓中可以讓更多的人自己動手操作，在軟件組態培訓中將理論和實操同步進行，為班組人員的培訓創造了良好的條件，培訓效果良好。

【參考文獻】

【1】林慶忠.火力發電廠運行中的故障與對策分析[J].集成電路應用，2021，38（1）：36-37.

【2】鄒陽林.火力發電廠自動控制創新優化研究[J].中國設備工程，2020（20）：191-193.

【3】陳興昌.火力發電廠自動控制創新優化研究[J].科學技術創新，2020（5）：188-189.

【4】穆小亮，廉永，劉躍峰，等.火電廠AGC系統試驗與分析[J].機電信息，2020（20）：11-12.

【5】石毅.探究大型火力發電廠電氣控制系統的實現模式[J].科技視界，2020（15）：197-199.

【6】詹昌義.基于PLC的火電廠輸煤控制系統研究與設計[D].合肥：合肥工業大學，2020.

【7】楊賀強.關于DCS分散控制系統在火力發電廠給水控制中的應用研究[J].自動化應用，2020（3）：92-93+96.

【8】許林波.大型火力發電廠AVC自動電壓控制系統策略優化研究及應用[J].電子測試，2020（5）：113-114+58.