在许多组织中，自动化团队负责工业控制系统（ICS）的自动化，包括与计算机系统和网络等IT相关的挑战。工业控制设施的软件和硬件系统性能，维护和升级通常是自动化域的一部分。虽然它倾向于虚拟化，以缓解许多这些挑战，但这种技术尚未在自动化方面的常见做法 - 但是对福利的认识正在增加。
在研究后，测试和试验，塔科马动力，拥有和操作塔科马的水电植物和鱼类孵化器，清洗。，能够虚拟化其一些HMI / SCADA系统，最终实现了提高可靠性和减少的益处的偏振。术语成本。
虚拟化提供了什么
虚拟机使用安装在软件上的操作系统或应用程序环境来复制专用硬件。虚拟化在IT界很常见，根据Gartner Group的数据，大约75%的x86架构工作负载在服务器上虚拟化。尽管只有不到30%的系统在自动化和控制中进行了虚拟化，但其好处是相同的:服务器生产率可以提高10倍，将未充分利用的服务器的工作负载整合到单个服务器上。其他主要好处包括:
- 隔离：故障和安全隔离在硬件级别。高级资源控制保持性能。
- 封装：可以将虚拟机的整个状态保存到文件中。用户可以像移动和复制文件一样轻松地移动和复制虚拟机。
- 硬件独立性:用户可以将任何虚拟机提供或迁移到任何类似或不同的物理服务器。
- 分区：用户可以在一个物理机上运行多个操作系统，并在虚拟机之间划分系统资源。
塔科马电力公司的虚拟化决策
塔科马动力为四条河流提供九个水电设施的160,000个电动机。发电自动化团队，三位工程师和一个工程技术人员负责将23个水电发电机，四条鱼类孵化器，三条鱼收集设施和九个无人水电设施的整合，现代化和维护ICS集成。
10多年来，该团队使用GE iFix和大约50,000个数据点监测和控制湖泊水位和发电设施的过程控制变量，以及鱼类孵化场的流量、温度、泵状态、鱼类计数、运行门和其他区域。
除了可视化和控制外，塔科马电源使用IFIX进行趋势，故障排除和连续优化。数据收集和管理对于监管报告以及日常运营至关重要。运营商还可以从远程设备访问HMI屏幕以速度响应与孵化场相关的警报。
自动化团队认为IFIX HMI / SCADA系统的虚拟化，以改善运营，降低成本，但涉及缺乏对瘦客户环境的熟悉程度。“我们的团队最熟悉传统的厚客户环境，而且该行业仍然主要使用厚厚的客户，”塔科马电力发电自动化工程监督员。“但是，我们知道厚厚的客户也有缺点。”
传统的胖客户端环境比瘦客户端更容易发生故障——除非用户实现工业计算机，这可能会使硬件成本翻倍。此外，恢复或升级整个胖客户端系统可能需要几个小时到几个星期的时间。补丁和其他软件更新会使厚客户机环境变得不可靠。重新安装或更新操作系统和HMI软件可能会导致不可预知的结果。需要很大的开发空间，因为每个节点都是具有独立软件安装的独立硬件。最后但并非最不重要的一点是，使用标准Windows操作系统时，厚客户机环境更容易受到网络安全威胁。
有了虚拟环境，组织就不那么依赖物理硬件了。虚拟环境可以复制并加载到任何虚拟主机系统上，而不依赖于物理硬件。长期成本和风险降低，包括硬件成本和故障减少。
由于瘦客户机替换了胖客户机，因此在发生故障时不需要重新映像。“电力公司必须是可靠的，而我们的自动化系统是这种可靠性的关键，”Ferrin说。“虚拟化使得将系统恢复为灾难恢复就像将整个系统映像加载到虚拟主机一样简单。在我们做决定的过程中，风险明显降低了。”
此外，通过虚拟化，可以使用快照或检查点处理开发测试，这允许测试补丁或其他软件更新。如果发生了任何问题，则该团队可以轻松地对以前的状态反转变化。在重新启动主机服务器时，所有虚拟环境返回到以前的状态。通常，安全更新，恶意软件保护和防病毒更新控件更容易实现。
“现在，我们有一个核心位置来管理所有软件和操作系统，”弗林明解释说。“对于我们所有的设施，我们的开发实验室将减少到一个托管所有OS的服务器。在开发期间只需要安装必要的瘦客户，以远程访问虚拟机。“
复制类似的系统与复制和粘贴虚拟磁盘并将其安装到新的虚拟系统中一样简单。如果需要，可以轻松地创建其他虚拟实例，例如用于远程访问数据的鱼生物学家专用系统。
对遗留系统(如Windows XP虚拟环境)的增强支持可以加载到任何虚拟主机上。虚拟化还允许许可的灵活性，因为软件密钥可以用来激活软件，并且可以根据需要在系统之间移动。
然而，在没有一些前期成本的情况下，实施是不可能的。对于许多工业自动化和控制工程师来说，虚拟化是一种新事物，这意味着实现和维护的学习曲线。新员工需要有传统系统之外的额外知识基础，或者需要接受培训。
“虚拟化可能是恐吓，”弗林承认“，但它并不像自动化工程师最初感知一样难。他们可以将其视为一个学习机会。随着虚拟化在我们的行业继续增长，他们的知识和经验会增加他们的专业价值。“
如果虚拟环境需要更健壮的服务器设置，那么初始设置的成本可能比传统系统更高。然而，Ferrin表示，成本和风险的长期下降远远超过了初始设置的投资。
向前移动虚拟化
为了证明虚拟化的商业价值，Ferrin和他的团队与Tacoma Power管理层一起评估了成本和收益。理由很清楚——团队证明了前期投资很小，但在长期运行中节省了速度、正常运行时间，并显著降低了风险。
通过批准和支持继续进行，塔科马电力将虚拟化添加到其定期预算的系统生命周期更换，删除IT顾问进行一些专家建议，并计划部署过程。
该团队以分阶段的方法实现了虚拟化环境。从开发环境开始，Tacoma Power创建了一个新的虚拟机，可以在终端的两个可见屏幕上查看它。在第二阶段，团队在虚拟环境中安装了带有软许可的GE iFix。第三阶段是在第一个发电厂进行试点部署。该团队将虚拟部署纳入工厂的常规硬件/软件升级计划，从而消除了任何额外中断、停机或成本的可能性。
“随着飞行员的成功，我们改进了我们的最佳实践并制定了部署的标准操作程序，”弗林说。“今天，我们继续将虚拟化部署在我们所有工厂的一部分是常规硬件/软件升级时间表的一部分。”
Ferrin以虚拟化技术引领电力行业，预计在五年内完成所有发电自动化系统的迁移。通过目前的实施，该团队已经看到了更高的可靠性，例如，没有风扇或电源故障。如果由于某种原因瘦客户机出现故障，Tacoma Power不会丢失任何数据。此外，该团队已经能够将其他应用程序组合到虚拟系统中，供其他对等组使用。
“虚拟化是可实现的，值得努力，”弗林斯争辩。“自动化和控制工程师应该使用经验丰富的技术专业人员学习，探索和网络，以获得经验丰富的信息。具有正确的专业知识，您可以克服虚拟化的任何挑战，降低长期成本，降低风险。在这一点上，我无法想象在虚拟环境中没有我们的HMI / SCADA。“
