其實(shí)，前年e-works的黃培博士就和我交流過這個(gè)話 題，我還專門打電話請(qǐng)教過彭瑜老先生。彭老師談到，最早 是一家德國(guó)IT領(lǐng)域的公司主推這個(gè)“虛擬PLC”，另外也是某 家汽車巨頭用戶提出這一需求，據(jù)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(chǎn)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(jìn)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(shì)非常明 顯。與之對(duì)應(yīng)的就是，自動(dòng)化廠商也在不斷通過新技術(shù)的集成，同樣去拓展在虛擬化、容器方面的能力，以增強(qiáng)其 方案輸出能力——主要為了邊緣/云端的任務(wù)，這類計(jì)算性任 務(wù)，通常解決的是全局性的任務(wù)，需要數(shù)據(jù)的“匯集”后， 來實(shí)現(xiàn)全局的洞察(Insight)，并通過AI、數(shù)據(jù)分析類的 任務(wù)實(shí)現(xiàn)對(duì)全局的調(diào)度、優(yōu)化。目前，各家自動(dòng)化廠商如 SIEMENS、B&R、Schneider、Phoenix等均在布局虛擬控制 技術(shù)的基礎(chǔ)設(shè)施、任務(wù)編排及垂直應(yīng)用等。

　　1 虛擬PLC是一種用戶端的需求

　　確切地說，虛擬PLC對(duì)于終端生產(chǎn)企業(yè)是一種顯著的需求，這里的需求主要來自于對(duì)優(yōu)化、調(diào)度類任務(wù)的處理需 求。借助于通用的服務(wù)器/云來部署Runtime，并可以借助 于像Linux這樣的操作系統(tǒng)所構(gòu)建的生態(tài)中的資源，無論是 運(yùn)行還是編程，以及開源社區(qū)的算法、庫資源來實(shí)現(xiàn)其IT化 的應(yīng)用。

　　虛擬PLC是建立在現(xiàn)代IC技術(shù)登峰造極的工藝水平上 的，通常一個(gè)多核處理器可以達(dá)到數(shù)十乃至百級(jí)的核，每個(gè) 核可以運(yùn)行獨(dú)立的Runtime或Linux/Windows——在這里， 硬件的處理器能力、存儲(chǔ)都不會(huì)成為障礙。

　　2 虛擬PLC是自動(dòng)化行業(yè)IT化的表現(xiàn)

　　自動(dòng)化這個(gè)行業(yè)其實(shí)一直離芯片、IT、AI這些前沿科技 比較近，這是因?yàn)榕c下游的機(jī)械裝備、生產(chǎn)領(lǐng)域相比，肯定 是技術(shù)源離IT最近。

　　但是，自動(dòng)化的確越來越傾向于IT化，尤其是AI化趨勢(shì) 比較明顯。

　　(1)容器化

　　容器技術(shù)是一種高效的應(yīng)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(yùn)行應(yīng)用程序，這一過程被稱為容器 化。容器，它將應(yīng)用所需的資源、配置、程序打包，并獨(dú)立 運(yùn)行，相互也不打擾，這是一種純的軟硬件解耦的機(jī)制，以 高效地使用資源，并建立靈活的應(yīng)用編排、配置、調(diào)度、串 聯(lián)工作。

　　圖1是容器運(yùn)行機(jī)制，容器運(yùn)行時(shí)(Container Runtime)可以為應(yīng)用提供相互隔離的運(yùn)行環(huán)境。容器化技 術(shù)也包括了一套完整的創(chuàng)建、管理、編排容器任務(wù)。

　　貝加萊的X20Edge是一個(gè)采用容器運(yùn)行時(shí)來支持容器化 應(yīng)用的控制器，它包括基礎(chǔ)的IIoT Connector——這主要用于 OPC UA/MQTT連接的通信數(shù)據(jù)接入。各種應(yīng)用以及用戶自 己的應(yīng)用均可運(yùn)行于這個(gè)控制器上(如圖2)。

　　(2)IT化的操作系統(tǒng)

　　Linux操作系統(tǒng)會(huì)逐漸代替原有的一些μC/OS-II/QNX/ VxWorks等操作系統(tǒng)。經(jīng)過裁剪的RT-Linux其實(shí)本身就已經(jīng) 能夠做到100微秒內(nèi)的調(diào)度。而Linxu生態(tài)的資源包括數(shù)據(jù) 分析、AI類軟件，以及人力資源(懂得相應(yīng)軟件開發(fā)的工程 師)也更為豐富。

　　自動(dòng)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(jī)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(shí)代 —— Linux生態(tài)肯定是一個(gè)較好的選擇。

　　(3)通信連接的IT化

　　其實(shí)，OPC UA FX就從設(shè)計(jì)思路上更傾向于IT化，OPC UA的框架就是一個(gè)典型的IT系統(tǒng)，面向?qū)ο?、模塊化、資產(chǎn) 評(píng)估、精益運(yùn)營(yíng)都被納入其中。而TSN則基于IEEE的標(biāo)準(zhǔn)， 而非以前的IEC標(biāo)準(zhǔn)組織的標(biāo)準(zhǔn)。 TSN又是一個(gè)典型的基于 “模塊化”思維搭建的網(wǎng)絡(luò)， 因?yàn)閷?shí)際上它的調(diào)度器就分為 很多種，時(shí)鐘機(jī)制、配置方法都是模塊化的。這與傳統(tǒng)的現(xiàn) 場(chǎng)總線、實(shí)時(shí)以太網(wǎng)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(jìn)程中，C2C(控制器的橫向通信集 成)和C2D(控制器與驅(qū)動(dòng)、遠(yuǎn)程I/O 站、視覺等)的通信也在推進(jìn)中，預(yù)計(jì) C2D IEC60802工作組的規(guī)約會(huì)在2026 年底發(fā)布。

　　其實(shí)，OPC UA FX就是為了整個(gè)架 構(gòu)，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(cè)試床。主要的自動(dòng)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(xiàn)了其在投身工業(yè)領(lǐng)域的決心和 行動(dòng)力。

　　(4)AI分析與調(diào)度管理

　　在很多應(yīng)用上，無論是工藝控制 的迭代，因?yàn)橐鉀Q品質(zhì)的問題，以及 隨著復(fù)雜的生產(chǎn)所帶來的生產(chǎn)排程、調(diào) 度等問題，也需要AI人工智能技術(shù)來給 予支撐。利用數(shù)據(jù)積累來實(shí)現(xiàn)工藝知識(shí) 的挖掘，尤其是長(zhǎng)流程、大規(guī)模的制造 業(yè)，大家都對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)寄予厚望。

　　打通產(chǎn)品設(shè)計(jì)/實(shí)驗(yàn)室工程測(cè)試與 驗(yàn)證、生產(chǎn)營(yíng)現(xiàn)場(chǎng)、商業(yè)智能系統(tǒng)，并 實(shí)現(xiàn)全流程的數(shù)字孿生，在動(dòng)態(tài)過程中 不斷挖掘數(shù)字價(jià)值，這似乎是個(gè)愿望。 但是，其實(shí)，這個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施都在建設(shè)當(dāng)中。比如OPC UA對(duì)于動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交互的支持，包括文件、代 碼的交互支持，以及AI與自動(dòng)化、云與現(xiàn)場(chǎng)的連接接口、數(shù) 字化設(shè)計(jì)與運(yùn)營(yíng)之間的交互接口等等，其實(shí)一直都在逐步推 進(jìn)之中。

　　在如此復(fù)雜交織的多維數(shù)據(jù)空間里，將會(huì)是AI人工智能 技術(shù)發(fā)揮作用的地方，因?yàn)?，人類已?jīng)無法通過計(jì)算或者依 靠“公式”來表達(dá)這個(gè)系統(tǒng)，而AI將代替人與傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)學(xué) 方法，在這個(gè)新的空間里尋找數(shù)字的洞見。

　　(5)輕量化軟件

　　傳統(tǒng)的軟件，都有點(diǎn)“重”，可能為了某個(gè)特定的功能，就會(huì)將整個(gè)軟件買下來。但，虛擬PLC上所運(yùn)行的這些 優(yōu)化類任務(wù)，它是根據(jù)場(chǎng)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(gè)廠商的話，這意味著或者是在旁邊加一套系統(tǒng)，或者 運(yùn)行多個(gè)任務(wù)，還得加載所需的Runtime、工程環(huán)境。

　　采用新的容器技術(shù)，就使得公用底層操作系統(tǒng)資源 —— 而不同的應(yīng)用，即使來自不同廠商，它也可以被隔離運(yùn)行。 這為各種輕量化的獨(dú)立應(yīng)用創(chuàng)造了一個(gè)運(yùn)行環(huán)境，即使來自 不同的廠商，也可以獨(dú)立運(yùn)行。

　　這就使得“輕量化”軟件設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)——并不需要額 外部署所需的硬件，以及相應(yīng)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(yīng)用，同時(shí)， 這也使得跨學(xué)科的應(yīng)用，例如材料工藝、機(jī)電控制、機(jī)器視 覺、機(jī)器人、過程控制等等，都能獨(dú)立設(shè)計(jì)并應(yīng)用。

　　3 虛擬PLC需要強(qiáng)軟件服務(wù)能力

　　如果能夠按照用戶的各種需求來定制，那么自動(dòng)化行業(yè) 的公司“吃”什么?——這個(gè)時(shí)候，用戶會(huì)表達(dá)愿意支付工程 開發(fā)費(fèi)用、解決特殊問題的APP授權(quán)費(fèi)用，以及機(jī)電工程服 務(wù)等項(xiàng)目。我感覺這將會(huì)讓一些自動(dòng)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(jìn)一步提出了對(duì)自動(dòng)化公司在軟件開 發(fā)能力上的更高要求。因?yàn)?，在硬件和平臺(tái)工具軟件都“平 權(quán)”的未來時(shí)間內(nèi)，一個(gè)自動(dòng)化公司的價(jià)值究竟是什么?—— 那就是你必須要有對(duì)行業(yè)的理解、對(duì)工藝封裝的掌握，能夠 用AI人工智能技術(shù)解決特定的問題，并以此為客戶提供更高 的應(yīng)用價(jià)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(shí)，產(chǎn)品與市場(chǎng)并不是個(gè)斷代史。就技術(shù)而 言，它是一種未來，但從產(chǎn)品和市場(chǎng)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(chǎng)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(gè)大型的、擁有非常好的自動(dòng)化基礎(chǔ)、且整個(gè)IT架構(gòu)非常完 善，AI人工智能技術(shù)的應(yīng)用條件也很好。這一般都是非常頂 級(jí)的產(chǎn)業(yè)用戶，不過，這樣的用戶通常數(shù)量極少。因此，虛 擬PLC在短期內(nèi)，它仍然是一個(gè)概念，需要至少三到五年的 時(shí)間，才能會(huì)看到更多的規(guī)模化應(yīng)用。

　　比較客觀地說，虛擬PLC是未來的一個(gè)選項(xiàng)。因?yàn)椋?此同時(shí)，也有人提出SoftPLC、云PLC、AI PLC都將會(huì)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(huì)成為未來的可能嗎?當(dāng)然， 討巧地說，這些都屬于虛擬PLC的范疇——虛擬，是指相對(duì)物 理硬件實(shí)體的PLC而言的。從自動(dòng)化行業(yè)的本質(zhì)來看，它一 直都是一個(gè)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。”