工业控制的未来：虚拟化PLC的潜力与挑战

 在信息技术（IT）领域，虚拟化已经成为一股不可逆转的潮流，它通过将硬件资源抽象化，实现了成本降低、灵活性提升以及可扩展性的增强。回顾过去六十年，鲜有其他技术进步能像虚拟化一样，为IT行业带来如此显著的变革。

 那么，为何虚拟化的浪潮在OT（运营技术）领域推进得相对缓慢呢？事实上，工业自动化行业花费了近十年时间观察和评估虚拟化在实际应用中的可行性。现在，越来越多的迹象表明，OT环境下的虚拟化应用正在加速发展，许多供应商也开始支持在虚拟化平台之上运行SCADA（ Supervisory Control and Data Acquisition，数据采集与监视控制系统）和DCS（Distributed Control System，集散控制系统）。

 值得注意的是，一些DCS供应商正悄然部署虚拟控制器CPU，以提升现有控制器的性能，或为特定客户降低成本。这些虚拟DCS控制器通常运行在基于通用IT硬件的服务器上，例如Windows或Linux系统。然而，这些虚拟化DCS控制器产品往往不会出现在公开的产品目录中，甚至没有正式的名称或库存编号。

 作为工业自动化的重要组成部分，PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）行业又将如何应对这场虚拟化浪潮呢？实现PLC的完整虚拟化，需要对特定供应商的CPU、背板、机架、I/O模块以及相关的网络进行全面模拟。这意味着在通用的工业PC上，需要虚拟运行PLC CPU的功能；或者，在通用的IT服务器硬件上集中运行PLC控制器集群。

 为了实现这一目标，可以考虑采用光纤背板来切换确定性现场总线和/或实时以太网系统；同时，采用基于ARM的独立I/O端子排，实现I/O模块的虚拟化。此外，还需支持商品化的冗余I/O模块/控制器等功能，最终形成一个虚拟PLC的软件容器。

那么，这个虚拟PLC软件容器能为OT行业带来哪些益处呢？

 PLC作为一类非常成熟的工业控制器，自1969年诞生以来，其基本结构和外形几乎没有发生太大变化。最初的设计经受住了时间的考验，其功能和特性至今仍是现代PLC的重要组成部分。六十多年的发展，使PLC成为工业控制领域的一棵常青树。

然而，面对不断变化的工业环境，PLC也面临着一些挑战。如果我们希望通过虚拟化来提升PLC的性能，弥补其不足，就必须 carefully 考虑具体的应用场景。

 对于大量使用小型PLC的OEM（Original Equipment Manufacturer，原始设备制造商）机械而言，对PLC进行虚拟化的收益可能并不明显，除非这些机械设备已经集中在一个车间，形成了一个PLC集群。传统PLC的可靠性通常非常高，抗干扰能力强，能够在严苛的工业环境下稳定运行多年，且维护需求极低。如果虚拟化的PLC在功能上可以替代传统PLC，但无法达到其可靠性、电磁兼容性和环境适应性，那么意义将大打折扣。

 尤其是在生产高产量、高价值产品的场合，例如卷烟机械和高速灌装机械，一旦发生停机，造成的损失将非常巨大。在这种情况下，PLC的虚拟化可能会得不偿失。同样，在生产节拍要求极高的场合，以及高速运动控制领域，虚拟化的PLC也难以发挥作用。因为从2012年至今，所有探索虚拟PLC的实验和软件产品，其确定性的实时控制周期尚未突破10毫秒的瓶颈。

结论

 虚拟化PLC是工业控制领域的一个 promising 方向，但并非所有应用场景都适合采用。在评估是否采用虚拟化PLC时，需要 carefully 权衡其潜在的优势和劣势，并结合具体的应用需求进行判断。只有在能够显著提升性能、降低成本或提高灵活性的情况下，虚拟化PLC才能真正发挥其价值，推动工业自动化向更加智能、高效的方向发展。