PLC江湖无浪，自动化风云录
皮实、简单、可靠，这就是自动化控制系统的全部要义。智能制造的根基，也未能离开这一点，而可编程控制器PLC，则是一个传奇的产品常青树。
崛起之后就是洗牌
借助通用汽车产线的驱动力，美国莫迪康Modicon公司率先在1969年制造出第一台可编程控制器PLC。这是一个划时代的产品，如果按照德国工业4.0的说法，这是工业3.0开始启动的标志。如果把MO-DI-CON拆开了看，还是大有讲究的，它代表“模块化MOdular-数字化DIgital-控制CONtrol”三个字意思。这实在是一种经典传世的设想，五十年后今天的自动化领域，似乎都未曾离开过这个圈圈。
这种简单部署、成本相对较低的控制器，随后在机器产线上风靡。全球自动化界为之卷动。从70年代开始特别是80年代，到处都是PLC品牌的大发展。在日本，正是机械大发展的时代，机械与电子融合迅速成为日本自动化崛起的契机。日本富士、欧姆龙、日立、安川、东芝都有PLC，像安川就是购买Modicon许可证。在美国，除了Modicon，还有SquareD，瑞恩Reliance、AB等。法国的Telemachanique的PLC也不错，至今在港机大吊车上依然能够看到。新开的边疆，到处都是热土，到处都是新兴者的乐园。西门子也在这个时候，走向了PLC控制系统的舞台。
1980-1990年，是一个PLC亮出底牌的十年，技术诀窍变得不再神秘，企业家的管理开始发威。春秋无义战，收编时期开始。经营不善的Modicon也开始成为德国一家公司的猎物，并在辗转之后，卖给了施耐德 。法国TE也被施耐德收购。而反应灵敏的罗克韦尔，则在1985年并购了百年老店AB，并在1995年收购瑞恩电气，从此在自动化控制领域彻底站稳脚跟。至此，美国四家最早的PLC公司，全部被收购。
在日本这个内卷也很厉害的自动化市场，三菱电机脱颖而出。在1985前后，根据市场调研公司F&S的报告，在日本市场上三菱电机跟欧姆龙差不多，都是20%多。然而仅仅到了80年代末，日本市场已经是三菱独占50%。它只给欧姆龙、富士以及在传感器战无不胜的基恩士等同行，留下越来越小的市场。
到了1995年代，反复洗牌的PLC市场，基本呈现了明朗的态势。开创者Modicon在1996年被施耐迪电气收购之后，PLC发展的历史基本进入平静期。自动化控制系统的角色，像一处迟迟不能散场的演出，舞台的角色比观众的寿命还要长。
长盛不衰的角色
在这样的一个舞台上，西门子、罗克韦尔、三菱电机等，基本是长期盘踞国际市场PLC的头部位置。这有着技术实力、质量保证体系，以及培育用户策略的综合性支撑。
图 全球PLC市场 （Source：美国ARC咨询公司）
时间回到1983年。德国埃尔朗根西门子的PLC制造厂，当时只做中大型的PLC S5系列，而且很少对外销售，大部分是自己的工程配套用的。令人印象最深的是PLC的设计开发人员只有十几个人，而管制造工艺和质量控制的部门有三十多人，而且大部分是博士，实力之雄厚是前者的两倍。仅就这一点，没有哪一个国内自动化制造企业可以比。国内企业里技术最强的一定是开发设计部门，工艺和质量部门一定尾随其后。
而在90年代，如果去日本三菱电机参观访问，不能错过专门做小型PLC FX系列的姬路制作所。一个面积不算大的车间承担了全部FX系列的各种模块的生产。生产安排以半小时为一批，生产的品种和数量在看板上列出，记忆中每批就五六个品种、几百台的数量。令人惊讶的是元器件做到了零库存。每一批生产产品需要的元器件在半小时前由物流车送达，装在黄色的塑料盒内。除了元器件上料和整机下线后的老化有人辅助而外，生产线是全自动的，印版的焊接以至整机的装配都没有人干预。这种生产方式国内至今也难以做到。国内深圳有家生产PLC的公司，为了怕关键元器件断档，需要半年的库存量。对于PLC这种成本锱铢必较型的产品，库存，不仅仅是罪恶的，而且是致命的。
商场决战，大学早已定音
PLC的用户使用习惯，对于一个品牌而言，是一个巨大的护城河。很多在校学生习惯了某种品牌的PLC之后，走到社会上往往也会下意识推荐工厂使用。
西门子培育PLC用户的方式，可见一斑。它往往以极低成本给许多工科大学广泛提供PLC实验室，使得好多的大学开PLC的课就按机型教学。可以说，这些PLC充满了工科大学和高职高专的实验室。而在大学课堂里，很少会认真传授PLC控制标准的底层通识性内容（如IEC 61131-3标准规范等），而只传授品牌PLC的使用方式。这让大学生的教育，陷入了一个只知道表象，而无法探究底层基础原理的怪圈。这是当前非常普遍的现象。
在工业软件领域也是如此。学校热衷于传授国外软件的使用，学生则在工具的支撑下做着绚丽的图表。MatLab软件，几乎是高校理科生的必备软件，轻松进行各种仿真画图。然而，这种软件，也会遮掩掉最底层的原理推断，切断了大学生对物理本原的思考，也阻断了创新回路。有些有识之士，干脆不允许学生在研究生论文使用Matlab，就是从傅里叶变换这种最基础的数学公司开始。开人脑路，才是大学理工科教育最重要的方式。
西门子也会花费大气力，扶植出版机构，出版大量的西门子PLC的使用教科书。甚至培养和支持了很多著名的教授团队，写了许许多多西门子PLC、人界面HMI等的畅销教科书。据说有的书已经销售二三十万本。这使得这些PLC有了庞大的初学者基数。与此同时，“西门子杯”中国智能制造挑战赛，受到了上千院校的参加，已经都进入了十五届，也都是教育部官方认可。
教育部自动化教学指导委员会召开的会议上，也有很多人对PLC的通识教育很感兴趣。但似乎没有人能够改变这个局面，也很少有大学能够落实。
这样做其实并非西门子的孤例。三菱、罗克韦尔在大学院所实验室和培训教材的布局，也是同样的套路。有哪个大学，会拒绝企业主动提供的硬件、软件和配套教学书呢？而它带来最直接的结果就是，各科大学，各个技校的毕业生，就会成为这些PLC品牌的超级粉丝和拥趸。如果说工厂里PLC使用者，决定采购何种品牌，那么大学里的实验室就是品牌教育，而培训教材则是第一采购指南。
当然，这种方法，似乎也无可厚非。这应该算是教育和企业试图联合推动学生技能培养的一部分。对于工厂而言，也欢迎这样提前有一技之长的毕业生。这是一种市场存在的需要。只是，高校职高的认知与技能培育，会形成一种逐渐发酵的机制。大学教育者只是从前端只看到了一块面团，而真正面包的生意，是教授者没有见到的市场。
失败的追赶者
GE的PLC，就是美国PLC行业中追赶的苦行僧，修炼很苦，道行很差。在国内的市场份额也不大。在GE的自动化历史上，曾经有三次大型行动，意图扭转在控制系统的落后局面。
早在1993年前后韦尔奇刚刚上任的时候，新官三把火，第一把火就指向统一控制系统的工厂。那个时候，它拥有跟日本数控系统老大FANUC的合资公司，在机床控制有着很好的优势。这个以“未来工厂”命名、用单一控制系统，来整合所有机器的控制系统。当时数控系统，还是处于萌芽期，机器接口更是五花八门。这一大张旗鼓的行动，以耗费10亿美元而落败。在追求自动化大统一的战场上，GE栽了一个大跟头。这次技术上的失败，不过是一个小小的战术瑕疵，淹没在韦尔奇传奇的管理故事之中。GE的PLC继续保持颓势。没有人愿意提及这一点，GE控制系统在前进的道路上，还有更大的坑，等着抹掉记忆的人掉进去。
2001年美国自动化咨询公司ARC提出来PAC（可编程自动化控制系统），这是一个基于PLC控制和基于PC控制的混合体。意在通过开放的自动化控制标准，既有PLC编程简单成本低廉的特点，又有PC-Based强大的计算能力。PAC的概念，得到了GE Fanuc公司的积极响应，2003年发布了相应的产品。然而，似乎缺乏控制基因的GE，仍然无法通过PAC来改变面貌。实际上，机器控制要求高度可靠，无法直接采用PC技术来实现。英特尔芯片在工业环境，表现弱爆，散热问题需要专门解决。要把芯片改造成果适应PLC结构的模块，有很多工作要做。这非GE特长。而PAC在软件方面，没有做到面向对象、可建模的程度，于是这更像是一个噱头。随着旗手GE的弱势，PAC概念也就像一阵风的刮过去，市场上仍然是PLC的天下，只是基于PC控制的PLC结构已经开始呈现倔强的生命力。
2016年，GE与FANUC平静地分手。这场三十年的婚姻，双方各自分得家产，Fanuc保留数控领域的全球业务，而通用电气公司则继续保留软件，嵌入式系统和控制系统的全球业务，再加上前一年收购阿尔斯通也继承了一部分自动化业务，现在统称为智能平台GE-IP。这场合资的结果，被看成是日本制造蹭美国大腿的一个经典案例。美日合资没有不失败的，基本都以日本胜出而告终，无论是在机床，还是半导体，甚至还有汽车。在这三十年，日本FANUC已经从名不经传的数控系统，成为全球数控系统的王者地位，只有西门子才能与之匹敌。GE成功地将自己的渠道，做成了输液管，FANUC趁机扩散到整个北美市场。GE则仍然一脸茫然地面对多年来无法搞定的PLC市场。
此时，GE应该并没有意识到这是另外一次的失败，因为它有着更大的宏图正在展开：那就是工业互联网。GE已经坚决走向了数字化的路线。这次是Predix工业互联网平台。英雄造势，振臂高呼，天下机器，在此一联。这次打前锋的则是工业软件，思维方式又是大一统的控制平台。然而，应该说这次控制系统的振兴，选择一个糟糕的机会，首先是全球能源环境发生巨大变化，GE在这方面的投资出现巨大亏损；其次还有很多金融信托问题都一一暴雷。重要的是，工业互联网迅速开始褪色，证明自己光靠烧钱是不可靠的。对于需要强力支撑的工业而言，它还只是一条婴儿的小腿。
2018年，由于整个产品线受到了大环境的影响，GE数字化战略也因此受到了严重的干扰。GE不得不以22亿美元低价格，将整个GE-IP智能平台，卖给了流程行业的自动化巨头艾默生，后者一直试图在混合流程行业有所作为。
三次意欲一统机器江湖的失败，让GE应该彻底凉心。但GE自动化平台GE-IP应该感谢艾默生的野心，否则只有2亿美元的自动化业务，很难在当时卖出10倍的价格。然而，包袱终究是包袱，接手了GE多年郁闷不得志的PLC，艾默生最近三年也没有什么太多进展。
如果说有破局者
根据MIR睿工业咨询的估计，中国PLC市场大概有130亿元人民币的规模。而PLC的主阵地，在于机械设备制造市场，大约占比70%左右。其余则分布在各种工程项目中。西门子以覆盖小到大的产品广谱占据了国产市场40%左右的份额，而欧姆龙、三菱电机、罗克韦尔和施耐德则尾随其后。各自定位不同，罗克韦尔，则基本放弃小型PLC，专注在中型PLC之上。而日系在小型PLC市场有很大的发言权。
在传统PLC厂商的夹缝中，如果说表现卓越者，则有很小众的德国倍福和奥地利贝加莱（已经被ABB收购）的基于PC控制，抢出了一片生存空间。他们基本都是从高端市场切入，走高端市场低成本化的路线。
这是一种不同PLC简单图形编程的道路。倍福采用了控制和软件同步发展的策略，并且结合有力的通讯协议，软件/系统工程方法，实现了局部领域的突破。在中高端应用上，价格比西门子公司便宜，而且非常灵活。它充分展示PC机在软件工程方面的灵活性和开发性。倍福还通过提供软件开发套件的方式，支撑第三方厂家的深度定制需求。在这方面，那些领先的PLC厂商基本上是不会对外开放。
考虑到PLC在低廉成本、用户习惯成为天然壁垒的局面，经营利润太低的PLC并不是一个好的选择。对于大部分工业厂家而言，卖掉PLC反而是明智。这跟大企业很难进行大型自研工业软件的开发，是一样的道理，经济性往往很差。
而倍福和贝加莱，都早早地意识到了成本的问题，因此二者不约而同，采用了相同的策略，那就是高度重视细分行业的特殊功能模块的开发。
施耐德电气，则在最近几年呈现了更加积极的进取心。在美国倡导发起的开放自动化体系中，施耐德电气表现得异常活跃。作为一种开放环境的编程语言61499，成为自动化界一股新锐热潮，它基于模型的编程思路使得软件硬件解耦成为可能——这将打破生产线改动时所形成的漫长的调试切换。而施耐德似乎全力拥抱这种新的自动化规范，在整合了老牌Modicon和TE的PLC产品后，已经将Unity Pro软件作为未来中高端PLC的统一平台。
国产的路径
中国制造一向以低成本而著称。这听上去像是说，凡是低成本制造，中国所向披靡。然而，还真不是这样。在自动化领域，可编程控制器PLC以其编程简单、成本低廉一直是稳稳的常青树产品。但这个领域，中国PLC制造商，还没有形成决定性的力量。
可喜的是，这期间有很多挑战者。和利时、浙大中控凭借早先在过程自动化控制市场的积累，加上南大傲拓，在大型PLC领域也都有一些突破。但在离散制造业的PLC，尚未形成真正的挑战。目前看上去深圳汇川和无锡信捷，已经有不错的表现。但根据智研咨询的报告，在2019年，这两者加起来的市场份额，在整个国产品牌中也只有5%。
被称为小华为的汇川正在积极突围PLC领域。2020年汇川收入不到120亿，但目前市值已经接近2000亿。真是惊人的溢价。那么汇川能在PLC领域，杀开一条血路吗？
从既有的路径来看，德国倍福，奥地利贝加莱的思路，是往高端做的突破口。剩下的两条路，无论是做工艺配套，还是硬件成本血拼，都是比较狭窄的道路。
就中低端控制系统，各家自动化厂商，都会有自己的硬件。如和利时，中控等企业，工程项目依然很重。要养活庞大的的工程实施团队，继续血拼控制系统是必须的。
汇川更是有这方面的动力的，它要为自己的伺服和变频器而战。目前看上去，汇川的产品还是过于零散，小诸侯太多，但还缺乏强有力的粘合剂，能够将不同的驱动、伺服产品、控制系统整合在一起。最好的方法，当然还是软件平台。正如西门子的策略，采用TIA博途，将各个产品连接在一起。施耐德电气也很好地利用了Eco Sturxture的平台力量，将所有变频器、PLC、人机界面甚至低压电气，都统合在一起。
实际上， PLC硬件背后，还有一个沉默的尖刀：那就是软件编程平台。
这是一个狭小的市场。能够符合开放式PLC的61131-3编程平台，绝大部分都留给了3S公司的Codesys，和另外一个相对不知名的一方梯队Infoteam。作为第三方的PLC编程软件，Codesys是控制系统的隐者。像倍福、施耐德电气都有Codesys的影子。以电气连接见长的菲尼克斯则收购了另外一家KW编程平台，该平台正是三菱PLC进行二次开发的基础。而罗克韦尔则花费大气力开发了自有的编程平台。可以说，在自动化圈子里，看上去体量有些单薄的罗克韦尔（2020年营收为63亿美元），是最注重自我平衡的一家公司。为了避免各种眼红的自动化巨头的并购，罗克韦尔极尽腾挪之术，在外部构成了各种联盟。而在内部，则非常注意加强软件部门的投入。
实际上，让汇川最难受的应该就是它也坐在了Codesys的椅子上。太师椅，还是老虎椅，只有汇川自己知道，但看上去它也要向这种如坐针毡的局面告别了。然而，要彻底摆脱Codesys编程环境，还是路途遥远，不见星光。
小记：OT不点头，IT莫进来
借助于工业现场的复杂性，和恶劣的环境——现场的油气似乎让白领IT人员望而却步，自动化厂商，已经证明了它可以继续在数字化制造中大浪中闪闪发光。而PLC这个半百老翁，更是精神抖擞地挺直了腰杆。物联网，工业软件都让它变得更加强壮，进一步确立了它在自动化领域的中心位置。如果不能进入控制领域，工业互联网就没有进入主战场。PLC就是这样一个标杆。而四面八方的制造信徒，则有足够多理由继续向它的地盘发起进攻。
鸣谢和利时的丁研、奥特思的张海伟、致迪的周舟给予的大力支持。
虚拟PLC迈向实用化 软件定义自动化的新号角
作 者
彭 瑜： 上海工业自动化仪表研究院，PLCopen中国组织
编 审
林雪萍： 北京联讯动力咨询公司总经理，天津大学精仪学院兼职教授
虚拟PLC系统到底是什么样？一直听上去有些玄乎的想法，现在有了更加落地的行动。
今年德国汉诺威博览会亚马逊的AWS合作伙伴展区中，一个名为Software Design Automation的初创公司，展出了一个虚拟化PLC系统的解决方案。虚拟化PLC的系统不仅可以通过CPU的数字孪生，来取代传统PLC的硬件软件强制捆绑，还有可在云端运行对PLC群完成部署和管理的软件，以及管理PLC群运行的人机界面。
一个接近实用的解决方案
由于基于硬件的功能正在系统地被软件所取代，软件定义技术、软件定义装备的说法，在IT界很常见。但是这个概念，能否应用到工业机械装备的实时控制中呢?尽管这个想法听上去尚不切实际，但答案却是肯定的。前提是，必须搭建合适的框架，进行编程、部署和监视虚拟化自动化资产的性能。
设在慕尼黑以SDA命名的初创公司正在步IT领域的软件定义技术的后尘，引领OT领域开创一种软件定义自动化（Software Defined Automation, SDA）的解决方案。它将传统的PLC硬件虚拟化，并在此基础上对其进行管理。如同管理软件资产那样。他们为自动化工程师开发的PLC操作套件，通过控制器的数字孪生虚拟商用PLC。例如，它可以与博世力士乐和美国麻省开发的低代码供应商Tulip，形成紧密合作。或者是，它可以采用在GitHub托管的西门子或者倍福的开源PLC，实现了工控即服务ICaaS（Industrial-Control-as-a-Service）。
这条通过虚拟化进而实现服务化的技术路径，使工厂自动化从业者受益于独立于硬件的远程连接，简化的协同PLC工程，以及在标准的通用IT硬件（如服务器）上运行的具有实时确定性行为的虚拟PLC。截至目前为止，按SDA公司给出的数据，这种虚拟实时控制器实现了确定性控制周期时间<10ms的实际效果。这可能是当下最接近实用的虚拟PLC商业化的解决方案。这种vPLC解决方案允许在虚拟边缘服务器上执行确定性实时控制，并结合云基的全面vPLC管理接口。
与云自动化工程解决方案一起，它使客户能够提高灵活性、生产力和安全性，同时获得独立于特定于供应商的工业自动化硬件。SDA的解决方案支持客户从传统的PLC迁移到完全虚拟化的PLC控制，这些控制运行在靠近车间的传统IT服务器上的VMware Edge边缘计算栈上。自动化工程师可以通过云基的控制面板持续监控vPLC，就像使用传统PLC一样。SDA的云基应用程序允许用户从位于工厂的服务器调测、管理和监视vPLC的实例。
SDA工业控制即服务打破了控制技术堆栈中的专有竖井，并使实时控制层之上的微服务体系结构能够通过API进行原生交互，就像任何其他现代企业信息系统一样——将工厂变成软件系统。围绕云基的现有PLC管理软件（SDA TechOps），由Git赋予授权启动的PLC代码版本和协同软件（SDA DevOps），以及在边缘服务器上对PLC予以虚拟化的软件(SDA Virtual PLC)共同来实施虚拟化的PLC系统。
使用SDA TechOps的自动化工程师现在能够管理诸如西门子、博世力士乐和倍福等供应商的PLC，就像云基的软件系统那样，已部署的代码完全透明，代码更改具有完全的可跟踪性，并能够在几分钟内自动进行代码刷新。SDA DevOps为PLC引入了基于Git的版本控制，便于向现代开发人员的协同方式过渡。每个项目更新都被安全备份，对单个对象的更改都予以版本化，并通过一个简单的web界面在结构化文本语言和梯形图语言的应用程序中以明显的加深方式加以显示。以上这些措施有利于自动化工程团队更高效地一起工作，加快开发速度，并将风险被降到最低。一旦有新功能需要部署，按下一个按钮之后，在几分钟内便部署到整个PLC系统。
SDA的虚拟PLC通过虚拟化将实时控制与专有硬件解耦。SDA公司与著名的虚拟机软件开发商VMware合作，在任何x86服务器上运行虚拟PLC，确保每台虚拟PLC可实现<10ms的扫描周期时间。自动化工程师可连续地通过云基控制面板监控vPLC的运行，就像传统PLC一样。自动化工程师还能够在几分钟内调试投运新的Codesys控制器，并为每个虚拟控制器按月支付费用。
“这是行业的游戏规则的巨变”，SDA公司的创始人Josef Waltl认为，这样的工作方式使自动化成为制造业务转型的起点。无论是推动自动化复杂性进一步发展的庞大工程师团队，还是企业内部的自动化专家，都可以远程管理所有的PLC，再也不用像消防员那样，成天去监控PLC。与博世力士乐和Tulip等设备供应商紧密结合，作为领先的一线运营，为客户带来端到端解决方案。譬如任何来自Tulip的 Edge IO都可以转换为PLC，只要通过简单的API调用与实时控制器集成一线操作平台，而无需增加硬件成本。
这一举措，将使得工业自动化与IT软件开发的其他行业处于同等水平。自动化的步伐，终于可以迈得更快一点了。
PLC虚拟化的深层思考
虚拟化有一个简洁的定义：外特性和行为与特定硬件一致的软件，其实就是将特定硬件进行虚拟化。在过去60年的IT发展中，没有其他的进展比虚拟化提供了更多可量化的好处，例如降低成本，增加灵活性，展现更多的可伸缩性，提高可靠性，性能提升等。虚拟化在IT领域的影响是巨大的。
那么，为什么虚拟化趋势没有迅速延伸到OT领域呢?事实上，OT行业大约花了10年的时间来观察虚拟化是否可用于工业自动化。人们逐渐发现OT大环境下的虚拟化应用，正在有越来越多的趋势，而越来越多的供应商完全支持在虚拟化环境中运行SCADA和DCS平台。最近，人们还发现许多DCS供应商在需要提高其现有系列控制器所能实现的性能，或需要为战略客户降低控制器成本的情况下，部署了虚拟控制器CPU。这些虚拟DCS控制器运行在诸如Windows或Linux服务器的商用IT硬件上。通常，这些虚拟化DCS控制器产品不会出现在产品目录中，甚至没有款名或库存编号。
作为工业自动化的另一重要支柱的PLC行业，将如何应对虚拟化的进程呢？实际上，如果PLC要进行完整的虚拟化，那就必须对特定供应商的CPU、背板、机架、IO模块和相关网络，统统都要进行虚拟化。它需要在通用工业PC上，虚拟化运行PLC CPU的功能，或者在通用IT服务器硬件上集中运行的PLC控制器集群。而采用光纤背板，则可对确定性现场总线和/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。
那么，这个虚拟PLC软件容器对OT行业带来什么好处?
PLC是一类非常成熟的工业控制器，1969年推出的Modicon PLC从一开始几乎奠定了它的结构和外形，而现代的PLC在这些方面没有多少变化.这一原创设计，经受了时间的考验。至于它的功能和属性，即使1968年通用汽车GM提出的招标文件，至今仍不过时。它的功能要求仍然是现代PLC的重要组成部分。
60多年的发展，使得PLC成为工业控制的常青树。
如果我们试图通过虚拟化PLC来提高PLC的性能，弥补其某些方面的不足，首当其冲的是考虑瞄准合理的应用场景。大量使用小型PLC的OEM机械就没有必要对其PLC虚拟化，这样做的结果显然得不偿失，除非当这些机械装备集中在一个车间，已经形成一个PLC集群。一台PLC的可靠性足够高，抗干扰能力足够强，在严酷工业环境下可以正常地运行十几年，而且维修量极小。如果虚拟化的PLC在功能上可以取代，但不能达到其可靠性、电磁兼容性和环境适应性，那就意义不大。特别是用于若干生产高产量、高价值的产品的场合（如卷烟机械、高速灌装机械），一旦停机带来很大的损失，PLC的虚拟化就得不偿失了。同样，生产节拍很高的场合和高速运动控制的场合，虚拟化的PLC也没有用武之地，这是因为从2012年开始到现在十多年了，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从没有越过10ms这道坎。
是不是这是虚拟PLC难以逾越的鸿沟？这是不是正是虚拟PLC运行的本质，还尚待求证。
将PLC虚拟化的价值又如何体现呢？在工业环境中，PLC已经赢得了经济、可靠、健壮、模块化和容易支持等美誉。那么，虚拟化能帮助PLC变得更快、更便宜、更健壮吗? 如果企业分别统计他们公司的OT资产和IT资产时，常常会发现OT设备资产不但在数量上远远超过IT资产，而且在价值上也超过IT资产。譬如位居全球前三大能源公司之一的统计，这家有超过5万名的员工的跨国公司，他们的OT设备资产数量超过了他们的全球IT资产的两倍。
原因不点自明，OT资产的品种繁多，标准化通用化的程度差，而IT资产设备早已高度标准化、通用化。从这个意义上讲，一旦PLC能够实现虚拟化，人们能够在在同一的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VMWare或VirtualBox中运行多个不同的Windows和Linux操作系统环境那样。完全的PLC虚拟化将允许运行施耐德电气的Unity XL编程环境，然后迁移到罗克韦尔自动化Studio 5000环境，或西门子的STEP 7的环境，而无需更改现场的任何硬件资产。这一前景一定足够吸引更多的企业管理者，关键是必须足够的实用、可靠。
虚拟化何以降低OT成本？首先，它将创建一个“PC兼容”的PLC版本，并为更多的供应商打开大门。后来的商用设备，依然能够可以运行在原来由PLC主要供应商提供的工程工具。其次，客户将不再被锁定在单一供应商的所有硬件。多年来，现场总线和其他开放标准已经在一定程度上帮助解决了供应商锁定的问题。然而，在最初部署之后的几十年里，许多客户的大部分硬件和软件仍然受PLC / DCS供应商的支配。绑定的痕迹，非常明显。最后，它也将颠覆电气分销商模式。中间商的地位，变得岌岌可危，不必再经过授权经销商购买PLC / DCS软件和设备。因为更通用的、商品化的硬件，消除了对这些中间商的需求，中间商为这些产品服务所取得的利润也自然一笔抹掉。
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。而生产线配置的快速性和灵活性是智能制造一种关键特性，虚拟化PLC完全可以满足这一关键点。它采用通用的IT设备进入生产线的控制环节，无疑是让低成本的硬件装备更先进的自动化系统，促进OT环境中的创新，加速更换品种时所需要的对PLC集群的协同和调试时间。
与此同时，创建正在运行的流程的虚拟版本，并根据实时数据对更新的流程进行测试，以查看更改对系统的影响，也是生产切换时所迫切需要的功能。PLC虚拟化甚至能够在自动化硬件产品供应商之间无缝切换。例如，某个制造商采用罗克韦尔的一个产品运行，在他们决定改变生产方向后，可能转移到施耐德电气的系统为下一个产品运行作准备。这时虚拟化PLC可能不必或极少更改硬件，只需进行应用软件的更改和部署。在OT环境中L2以上的各层级的虚拟化，已经使得部署补丁、创建备份和支持端点保护等任务变得更加容易，那么这样的行动，现在已经瞄准了L2的层级，也就是即控制层的设施虚拟化。
如今，大多数PLC CPU的处理能力远不及商品IT的 CPU。即使退一步采用工业PC作为PLC 的CPU，那也可以获得可观的成本节省。当然，工业PC并没有像PLC CPU的情况一样设计成具有10到15年的寿命，但这种风险可以通过集群和额外的冗余级别来抵消。从信息安全的角度看，虚拟化的PLC所能获得的技术支持远超过传统的PLC。譬如虚拟容器也可以允许软件防火墙来控制出入PLC的流量；虚拟容器环境将运行在Linux或Windows环境上，这比传统部署在PLC上的实时操作系统（RTOS）在网络安全方面更为健壮。
当然，PLC虚拟化要成为现实还面临着一些挑战。其中最关键的是如何解决PLC的确定性和IT云服务的不确定性；将PLC这类特定软硬件捆绑的产品通过虚拟化形成的外特性和行为一致的软件，如何解决OT行业中的功能安全的问题；以及IT虚拟化以性能为中心的本质所带来的一些基本的挑战。此外，PLC的虚拟化还期待着包括PLC传统厂商在内的多个供应商参与到这一技术变革中，将这一潜在优势转换为现实的供应商有可能成为“OT中的VMWare”，将具有更大的市场影响力。
小记：面向未来的判断
OT领域中DCS、SCADA和PLC这三大最常用的基本系统，已经先后呈现出虚拟化的趋势，也引起了国内一些对技术敏感性较强的企业的关注。例如，华为的紫金实验室与宝信、上海交大的合作，尝试在确定性IP通信的支持下，开展的虚拟PLC系统的试验；中广核与上海交大、华为合作，针对核电站常规岛的虚拟化DCS，采用虚拟化控制器的多个热备份，来替代一对一的硬件备份。参考国际和国内在OT领域虚拟化的探索，笔者有如下基本判断：
虚拟化在OT领域的发展大有可为，潜力很大，特别是实现低成本的软件热冗余，以及实现PLC集群对生产工艺变化的灵活性和适应性，都具有相当巨大的吸引力。就单个PLC系统或DCS系统而言，这还不足以引起管理层的关注。但对于一个庞大的企业，虚拟化PLC/DCS的变革所带来的成本优势和性能优势，业已获得了一些高瞻远瞩的高层管理者的兴趣和支持。这正是虚拟化在OT领域发展的广阔天地和潜在力量。
PLC虚拟化要成为现实还面临着一些挑战，其中最关键的是如何解决PLC的时间确定性和IT云服务的不确定性的问题。因为PLC常常要面对的是高节拍、高速度的控制要求，不得不处理扫描时间在1ms数量级的应用程序。而相对来说，DCS和SCADA的虚拟化在这方面的要求就没有那么高。在目前的技术的支撑下，虚拟化的PLC尚只能实现数量级约为10ms的应用程序，那么虚拟化PLC的应用场景就应该有所局限。例如创建适合工业互联网要求的数据采集系统运用边缘服务器和边缘I/O的虚拟化解决方案，就可以规避虚拟化PLC带来的时间确定性不足的问题。同时也没有必要去尝试采用虚拟化PLC，去解决运动控制的问题。
目前较为合适的解决方案，看起来是在云服务器上实施虚拟化PLC的部署和监控，在边缘服务器上实施虚拟化PLC的运行控制。这一解决方案适合规模较大的PLC集群系统。
整体而言，传统PLC的一系列突出优势，诸如能在严酷工业环境下长期可靠运行，易用性好，模块化程度高，易于维护等。如何在新的情况下能够得到继承和发扬，是需要经历磨练和积累经验的，这都有赖于依靠在OT领域内富有实际经验，又能解决实际问题的工程技术人员。就这个意义上讲，虚拟化PLC要在工业控制中站稳脚跟，发扬光大，必须重视现有的传统PLC从业人员的作用。虚拟化PLC的技术改革，绝不是仅仅依靠纯粹软件开发人员所能胜任和推进的。
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