在工业控制领域,软硬件解耦是大势所趋,可实现软硬件解耦的虚拟PLC正崭露头角。目前,一些工控厂商已推出虚拟PLC;同时行业领先的制造企业也在探索虚拟PLC的实际应用。
伴随着
智能制造的深入推进以及IT系统与OT系统的加速融合,打破工业
控制系统的封闭性和专用性,实现软硬件解耦、互操作性、可移植性和复用性,是近年来工业控制技术发展和演进的重要方向。而且,在最终用户的倒逼之下,软硬件解耦势头正劲。在此背景下,可实现软硬件解耦的虚拟
PLC也开始崭露头角。目前,一些工控厂商已推出虚拟PLC技术与解决方案;同时,行业领先的制造企业也正在探索虚拟PLC的实际应用。
软硬件解耦是指将软件和硬件进行分离,使得软件和硬件能够独立设计、开发、测试和部署,从而提高系统的灵活性、可扩展性和可维护性。在工业控制领域,由于PLC(可编程逻辑控制器)产品品牌众多,且通常软硬件深度捆绑,各品牌PLC之间兼容性差,导致最终用户在升级维护的时候,只能依赖原来的厂家,一旦服务缺失(如备件不能供应、难以引进新的软件技术等),最终用户就无能为力。这也使得在最终用户的倒逼下,实现工业控制系统的软硬件解耦成为共识,且发展势头强劲。
正因如此,能够独立于硬件架构,实现软硬件解耦的虚拟PLC技术和解决方案开始在工业控制领域崭露头角。一般而言,虚拟PLC是指在通用计算机中建立若干个虚拟机的环境,并在这些虚拟机环境中运行PLC程序。
虚拟PLC超脱于传统PLC的软硬件强制绑定,实现了PLC的数字孪生,其主要优势包括:最终用户可不被供应商锁定,可以根据需求进行硬件的选择、升级和更换;能够采用先进的IT技术和方法来管理OT硬件,并可实现高扩展性和灵活性,让低成本的硬件也有可能采用更先进的
自动化控制系统;以及可通过工业边缘系统访问虚拟PLC,更加便捷地实现远程控制等。
虚拟PLC的出现,解决了传统工业控制技术所面临的硬件交付周期长、维护成本高、控制器产品品牌众多且兼容性差、方案可复用性差等问题。目前,包括CODESYS、西门子、菲尼克斯电气等工控厂商已推出了虚拟PLC及相关技术解决方案。
例如,CODESYS推出了其具有里程碑意义的新产品——CODESYS Virtual Control SL(虚拟控制技术)解决方案。它集成了许多先进的IT技术,如Containers、Hypervisor、Kubernetes、OPC UA、Web协议等技术,不仅可以实现软硬件解耦,同时更可以借助通用的硬件平台、容器技术、实时操作系统等实现
自动化软件IT化,并能够在传统控制器、边缘
服务器、私有云或公有云服务器等多种环境下部署运行,实践了“硬件平台提供资源,软件系统定义功能”的理念。
CODESYS虚拟控制技术解决方案(图源:CODESYS)
西门子在其最新的博途全集成自动化软件TIA Portal V19中,加入了首款虚拟工业控制器Simatic S7-1500V。作为是一款完全虚拟的PLC,它基于SIMATIC S7-1500 PLC的功能和操作,且独立于硬件,扩展了SIMATIC产品组合,并作为西门子增强自动化产品组合Industrial Operations X的一部分,支持实现更灵活、模块化的生产工厂设计以及高度适应性的生产过程。
菲尼克斯电气推出了PLCnext Virtual Control软件解决方案。PLCnext Virtual Control利用虚拟化技术将PLCnext Technology的环境部署在客户的硬件设备上。作为Automation Runtime Platform软件平台底座,它能够轻松部署多种IEC61131、IEC61499运行时软件,以满足不同的产品设备或需求,如PLC、DCS、
工业机器人、
数控机床、工业物联网等智能制造相关场景,使得工业自动化系统的部署和管理更加高效和灵活。而且,PLCnext Virtual Control还支持在单一硬件设备上部署多个PLC,为节省空间、降低成本、提高管理效率提供新思路。
同时,一些领先的制造企业也在与工控厂商一道,共同探索虚拟控制的实际落地应用。例如,福伊特纸业与CODESYS成立了项目研发测试实验室,共同完成了CODESYS Virtual Control解决方案的部署。通过部署CODESYS Virtual Control虚拟控制技术解决方案,福伊特公司的造纸项目自动化应用程序灵活性更强,且更易于维护。奥迪也探索在其工厂中部署虚拟PLC,以实现更加灵活的工业控制。
总之,当前在工业控制领域,软硬件解耦正劲,而能够实现能够独立于硬件架构,实现软硬件解耦的虚拟PLC的也开始崭露头角。然而,整体而言,传统PLC依然具备一系列的突出优势,包括能够在严酷的工业环境下长期可靠运行、易用性好等,这也是其能够长盛不衰,成为工业自动化领域的常青树的原因所在。而且,软硬件解耦也并不意味着,今后PLC领域将会是虚拟PLC一统天下。如今,虚拟化PLC及虚拟控制技术仍处于探索试验阶段,并且也面临着如何解决PLC的时间确定性和IT云服务的不确定性等关键挑战,要想在工业控制领域发扬光大,仍然有很长的路要走。
参考链接:
软硬件解耦势头强劲,开放自动化成为共识,PLC虚拟化正“狂飙”
PLCnext Virtual Control:工业自动化的未来之选
虚拟PLC迈向实用化 软件定义自动化的新号角
CODESYS虚拟控制技术引领智能自动化新时代
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