虛擬 PLC，你怎么看？
其實，前年e-works的黃培博士就和我交流過這個話 題，我還專門打電話請教過彭瑜老先生。彭老師談到，最早 是一家德國IT領域的公司主推這個“虛擬PLC”，另外也是某 家汽車巨頭用戶提出這一需求，據說業(yè)界某大廠不愿意做， 但被用戶威脅以后就沒有生意了，才開始著手開發(fā)出一款虛 擬PLC產品?？梢娝膩碓粗饕悄切┰噲D顛覆傳統(tǒng)PLC廠商 的力量——這也很正常，IT業(yè)界想進入OT世界，就必須得把傳 統(tǒng)的PLC顛覆一下，才能顯得自己的“英明神武”。
最近幾年里， IT向下、OT向上的這種發(fā)展趨勢非常明 顯。與之對應的就是，自動化廠商也在不斷通過新技術的集成，同樣去拓展在虛擬化、容器方面的能力，以增強其 方案輸出能力——主要為了邊緣/云端的任務，這類計算性任 務，通常解決的是全局性的任務，需要數據的“匯集”后， 來實現全局的洞察(Insight)，并通過AI、數據分析類的 任務實現對全局的調度、優(yōu)化。目前，各家自動化廠商如 SIEMENS、B&R、Schneider、Phoenix等均在布局虛擬控制 技術的基礎設施、任務編排及垂直應用等。
1 虛擬PLC是一種用戶端的需求
確切地說，虛擬PLC對于終端生產企業(yè)是一種顯著的需求，這里的需求主要來自于對優(yōu)化、調度類任務的處理需 求。借助于通用的服務器/云來部署Runtime，并可以借助 于像Linux這樣的操作系統(tǒng)所構建的生態(tài)中的資源，無論是 運行還是編程，以及開源社區(qū)的算法、庫資源來實現其IT化 的應用。
虛擬PLC是建立在現代IC技術登峰造極的工藝水平上 的，通常一個多核處理器可以達到數十乃至百級的核，每個 核可以運行獨立的Runtime或Linux/Windows——在這里， 硬件的處理器能力、存儲都不會成為障礙。
2 虛擬PLC是自動化行業(yè)IT化的表現
自動化這個行業(yè)其實一直離芯片、IT、AI這些前沿科技 比較近，這是因為與下游的機械裝備、生產領域相比，肯定 是技術源離IT最近。
但是，自動化的確越來越傾向于IT化，尤其是AI化趨勢 比較明顯。
(1)容器化
容器技術是一種高效的應用程序部署方法，允許開發(fā)人 員在隔離環(huán)境中打包和運行應用程序，這一過程被稱為容器 化。容器，它將應用所需的資源、配置、程序打包，并獨立 運行，相互也不打擾，這是一種純的軟硬件解耦的機制，以 高效地使用資源，并建立靈活的應用編排、配置、調度、串 聯工作。
圖1是容器運行機制，容器運行時(Container Runtime)可以為應用提供相互隔離的運行環(huán)境。容器化技 術也包括了一套完整的創(chuàng)建、管理、編排容器任務。
貝加萊的X20Edge是一個采用容器運行時來支持容器化 應用的控制器，它包括基礎的IIoT Connector——這主要用于 OPC UA/MQTT連接的通信數據接入。各種應用以及用戶自 己的應用均可運行于這個控制器上(如圖2)。
(2)IT化的操作系統(tǒng)
Linux操作系統(tǒng)會逐漸代替原有的一些μC/OS-II/QNX/ VxWorks等操作系統(tǒng)。經過裁剪的RT-Linux其實本身就已經 能夠做到100微秒內的調度。而Linxu生態(tài)的資源包括數據 分析、AI類軟件，以及人力資源(懂得相應軟件開發(fā)的工程 師)也更為豐富。
自動化一向都是借助橫向科技來解決問題的行業(yè)——解 決問題，包括機電工程本身是自家的“吃飯”東西。至于選什么工具，就看什么工具合適解決問題。 AI化的時代 —— Linux生態(tài)肯定是一個較好的選擇。
(3)通信連接的IT化
其實，OPC UA FX就從設計思路上更傾向于IT化，OPC UA的框架就是一個典型的IT系統(tǒng)，面向對象、模塊化、資產 評估、精益運營都被納入其中。而TSN則基于IEEE的標準， 而非以前的IEC標準組織的標準。 TSN又是一個典型的基于 “模塊化”思維搭建的網絡， 因為實際上它的調度器就分為 很多種，時鐘機制、配置方法都是模塊化的。這與傳統(tǒng)的現 場總線、實時以太網的三層(通常L1/L2/L7)整體集成是完 全不同的。
OPC UA FX，之前稱為OPC UA over TSN，考慮到5G和 Wi-Fi的無線通信納入，整體改為Field eXchange。在目前的進程中，C2C(控制器的橫向通信集 成)和C2D(控制器與驅動、遠程I/O 站、視覺等)的通信也在推進中，預計 C2D IEC60802工作組的規(guī)約會在2026 年底發(fā)布。
其實，OPC UA FX就是為了整個架 構，從底層到云端的全集成通信，從圖 3在中可以看到。圖4則顯示了目前的 OPC UA FX的測試床。主要的自動化廠 商均參與其中，比較突出的是華為，作 為IT廠商他們也積極地納入到OT的生態(tài) 中，體現了其在投身工業(yè)領域的決心和 行動力。
(4)AI分析與調度管理
在很多應用上，無論是工藝控制 的迭代，因為要解決品質的問題，以及 隨著復雜的生產所帶來的生產排程、調 度等問題，也需要AI人工智能技術來給 予支撐。利用數據積累來實現工藝知識 的挖掘，尤其是長流程、大規(guī)模的制造 業(yè)，大家都對機器學習寄予厚望。
打通產品設計/實驗室工程測試與 驗證、生產營現場、商業(yè)智能系統(tǒng)，并 實現全流程的數字孿生，在動態(tài)過程中 不斷挖掘數字價值，這似乎是個愿望。 但是，其實，這個基礎設施都在建設當中。比如OPC UA對于動態(tài)數據交互的支持，包括文件、代 碼的交互支持，以及AI與自動化、云與現場的連接接口、數 字化設計與運營之間的交互接口等等，其實一直都在逐步推 進之中。
在如此復雜交織的多維數據空間里，將會是AI人工智能 技術發(fā)揮作用的地方，因為，人類已經無法通過計算或者依 靠“公式”來表達這個系統(tǒng)，而AI將代替人與傳統(tǒng)的統(tǒng)計學 方法，在這個新的空間里尋找數字的洞見。
(5)輕量化軟件
傳統(tǒng)的軟件，都有點“重”，可能為了某個特定的功能，就會將整個軟件買下來。但，虛擬PLC上所運行的這些 優(yōu)化類任務，它是根據場景變化的，如果說為了開發(fā)、部署這些軟件，而又要特別的軟硬件綁定的一套系統(tǒng)，尤其是來 自多個廠商的話，這意味著或者是在旁邊加一套系統(tǒng)，或者 運行多個任務，還得加載所需的Runtime、工程環(huán)境。
采用新的容器技術，就使得公用底層操作系統(tǒng)資源 —— 而不同的應用，即使來自不同廠商，它也可以被隔離運行。 這為各種輕量化的獨立應用創(chuàng)造了一個運行環(huán)境，即使來自 不同的廠商，也可以獨立運行。
這就使得“輕量化”軟件設計得以實現——并不需要額 外部署所需的硬件，以及相應的軟件環(huán)境，就可以利用APP ——這種輕量化的軟件，使得用戶可以按需購買應用，同時， 這也使得跨學科的應用，例如材料工藝、機電控制、機器視 覺、機器人、過程控制等等，都能獨立設計并應用。
3 虛擬PLC需要強軟件服務能力
如果能夠按照用戶的各種需求來定制，那么自動化行業(yè) 的公司“吃”什么?——這個時候，用戶會表達愿意支付工程 開發(fā)費用、解決特殊問題的APP授權費用，以及機電工程服 務等項目。我感覺這將會讓一些自動化行業(yè)的公司變成為純 粹的軟件公司，即純IT化的公司。
因此，虛擬PLC，進一步提出了對自動化公司在軟件開 發(fā)能力上的更高要求。因為，在硬件和平臺工具軟件都“平 權”的未來時間內，一個自動化公司的價值究竟是什么?—— 那就是你必須要有對行業(yè)的理解、對工藝封裝的掌握，能夠 用AI人工智能技術解決特定的問題，并以此為客戶提供更高 的應用價值。
4 虛擬PLC是未來嗎?
在我看來，“虛擬PLC是未來”這里暗含了“非此即彼” 的黑白判斷，其實，產品與市場并不是個斷代史。就技術而 言，它是一種未來，但從產品和市場的視角，傳統(tǒng)的僅邏 輯控制的PLC不是還在大量的銷售嗎，而且仍然是市場的主體，虛擬PLC目前還在概念階段。
虛擬PLC的到來，通常建立在真正的需求之上——即，一 個大型的、擁有非常好的自動化基礎、且整個IT架構非常完 善，AI人工智能技術的應用條件也很好。這一般都是非常頂 級的產業(yè)用戶，不過，這樣的用戶通常數量極少。因此，虛 擬PLC在短期內，它仍然是一個概念，需要至少三到五年的 時間，才能會看到更多的規(guī)?；瘧?。
比較客觀地說，虛擬PLC是未來的一個選項。因為，以 此同時，也有人提出SoftPLC、云PLC、AI PLC都將會是未 來;并且人們還可以創(chuàng)造出“元宇宙PLC”、“量子PLC”等 等一些新概念——誰敢說它們不會成為未來的可能嗎?當然， 討巧地說，這些都屬于虛擬PLC的范疇——虛擬，是指相對物 理硬件實體的PLC而言的。從自動化行業(yè)的本質來看，它一 直都是一個解決問題的行業(yè)，解決什么問題，用什么方法和 工具——這是一種選擇。
正如任正非老先生所說的：“不要炫耀鋤頭，而忘了種 好地。”
