虚拟PLC技术之我见

可以想象这样的一个场景：手头有一台安装了Windows的电脑，但是需要用苹果的软件。此时，再购买一台Mac未免太贵了！怎么办呢？这时虚拟化就会告诉你，在安装了Windows的电脑上安装一个虚拟机软件，在软件中运行MAC的操作系统，这样，苹果的软件就能够在同一台电脑上顺利使用了！

PLC为什么要虚拟化

有一个现实不用争，生产现场的设备（OT资产）品种繁多，标准化通用化程度差，而IT资产设备早已高度标准化、通用化。

从通用化的角度对OT设备进行技术展望，一旦PLC能够实现虚拟化，人们无需更改现场的任何硬件资产，就能在相同的PLC硬件上对Siemens、Schneider和Rockwell等不同品牌的PLC系统进行操作。这样，一个PLC集群能够以软件的形式运行在一台通用的IT服务器上，或是运行在工业PC中上，就像在虚拟机软件VMWare或VirtualBox中运行多个不同的Windows和Linux操作系统环境一样。

虚拟化显然以灵活性、适应性见长。完全虚拟化的PLC能在很大程度上提高OT灵活性，特别是在市场越来越多倾向于小批量多品种的形势下。虚拟化技术可以让用户可以在自己的设备上部署所需要的软件，提高了灵活性和可用性。

虚拟化PLC和软PLC的区别

软PLC是将一个硬件作为一台PLC，注重一套软件可以运行在多种硬件平台下，而虚拟PLC则是作为一种中间件，要求可以在一台通用硬件系统上实例化多个PLC。

与软PLC相比，虚拟PLC有更快的运行速度和更短的响应时间，可以更好地满足工业自动化领域对实时性的要求；更强大的功能模块，可以实现各种复杂的控制任务，如运动控制、过程控制、通信控制等；更人性化的编程软件，操作更加简单方便，即使是初学者也可以轻松上手；采用了多种安全技术，如加密、认证、授权等，可以保证系统的安全性和可靠性。

虚拟化技术：容器化和虚拟化

技术	典型	特点
容器化	docker	轻量级、进程虚拟化
虚拟化	虚拟机和Hypervisor	主机虚拟化

如果要对PLC进行完整的虚拟化，那就需要做到对CPU、背板、机架、IO模块和相关网络，都要进行虚拟化。而采用光纤背板，则可对确定性现场总线或实时以太网系统进行切换；同样，虚拟化IO模块可考虑采用基于ARM的独立I/O端子排。还要支持商品化的冗余I/O模块/控制器等这些加在一起，形成一种虚拟PLC的软件容器。

而从本次展会来说，对PLC的虚拟化应该是应用到了对CPU的虚拟化技术来实现虚拟化PLC，比较典型的就是PLCnext技术。

什么是PLCnext？

PLCnext是一个四位一体的生态系统，包含PLCnext Control、PLCnext Engineer、PLCnext App Store和PLCnext community。目前在展会上看到的是PLCnext Control、PLCnext Engineer。
PLCnext community是一个开源的社区。

简单来说，菲尼克斯的PLCnext自动化平台主要是从Linux系统底层出发，右侧可以结合任何基于Linux的解决方案或者软件，例如视觉算法、SLAM算法、机械臂算法、AI算法等等以及第三方开源程序等等，左侧提供了标准的IEC61131编程环境，同时还提供C#、Matlab、C++等高级语言编程开发确定性实时程序，在框架内还提供丰富的IO组件、服务组件和系统组件。

基于PLCnext自动化平台，用户可以将右侧的开源代码结合PLCnext的SDK，将自己的开源程序或者算法嵌入到PLCnext框架中。

什么是PLCnext Virtual Control？

PLCnext Virtual Control不仅仅继承PLCnext Technology的开放性和灵活性，同时借助容器化和虚拟化技术，实现PLCnext软硬解耦，可轻松部署到客户的硬件平台。作为 Automation Runtime Platform 软件平台的核心，它支持轻松地部署多样的IEC61131和IEC61499兼容运行时软件，如eCLR、Codesys、Straton 和 nxtControl等，以适应不同产品设备或应用需求。

我的理解是而PLCnext Virtual Control属于下位机技术，运行时软件是其核心内容，目前通过容器化和虚拟化技术实现，而容器化技术是2024工博会着重展示的实现方式。

无论是PLC、DCS、工业机器人、数控机床还是工业物联网等智能制造场景，在助力客户实现“一机多控”的同时，实现了“硬件提供资源，软件定义自动化”的理念。

小结

虚拟化在IT领域的影响是巨大的，不过工业控制领域还在观察虚拟化是否可用于工业自动化。

不过曾几何时，软PLC作为一种技术产品出现时，也曾步履蹒跚，跌跌撞撞，市场接受度有限。现如今软PLC已经可以算是一种成熟产品，codesys的软PLC已经在市场上形成产品生态圈，其他公司的类似产品短时间内很难撼动其霸主地位。

而虚拟PLC作为一种新的技术，虽然目前应用场景也是不太明朗，但“硬件提供资源，软件定义自动化”的设计理念还是符合自动化技术的发展的，也许借助某一种支撑技术（如实时性、确定性和成本）的提升可以突破目前的应用瓶颈吧。

应该说菲尼克斯软件正在蓄力，通过发展PLCnext这种新的技术生态，找到一种“弯道超车”的可能性。在过去十几年激烈的市场竞争中，各家自动化厂商不断推陈出新，菲尼克斯也在数字化和自动化结合的潮流和趋势中不断向前迈进。自2017年正式推出PLCnext，菲尼克斯不仅是定义了一款PLC，或者一个自动化系统，相反的，菲尼克斯构建的是一个具有开放性和灵活性的PLC生态圈，以PLCnext Control、PLCnext Engineer、PLCnext App Store和PLCnext community四位一体的方式进行市场侧的破局。