本文來自微信公眾號(hào)“物聯(lián)網(wǎng)智庫”，作者/彭昭。
話說西門子、艾默生、施耐德等老牌工業(yè)自動(dòng)化企業(yè)，擁抱起最新技術(shù)趨勢(shì)來，那可比初創(chuàng)企業(yè)還生猛。
在文章《麥肯錫最新報(bào)告解讀工業(yè)自動(dòng)化:未來屬于老牌企業(yè)西門子/ABB,還是互聯(lián)網(wǎng)巨頭亞馬遜/微軟?》中，我曾經(jīng)提到如果虛擬PLC、工業(yè)人工智能、工業(yè)無線等技術(shù)取得突破性增長(zhǎng)，那么工業(yè)自動(dòng)化可能會(huì)快速跨越臨界點(diǎn)，從過去那個(gè)緩慢演進(jìn)的賽道，邁入即將快速發(fā)展的康莊大道。
現(xiàn)在臨界點(diǎn)的信號(hào)越來越強(qiáng)烈，自從今年4月份在德國(guó)舉辦的漢諾威工博會(huì)以來，市場(chǎng)方向正在快速變化，軟硬件解耦形成共識(shí)，發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁。
大量的知名企業(yè)，包括西門子、施耐德電氣、博世力士樂、倍福等公司，都認(rèn)為軟硬件解耦是大勢(shì)所趨，推出了與硬件完全解耦的虛擬PLC產(chǎn)品。
尤其是西門子在漢諾威上正式展示的首款虛擬工業(yè)控制器Simatic S7-1500V，可以認(rèn)為是行業(yè)風(fēng)向標(biāo)。
而且這種變化不僅發(fā)生在離散制造領(lǐng)域，艾默生身先士卒，在流程工業(yè)也掀起了一股解耦浪潮。
多家老牌工控企業(yè)帶頭，用行動(dòng)說明：踐行“開放自動(dòng)化”，大家是認(rèn)真噠~~
可想而知，如果西門子們的控制軟件可以在任何第三方標(biāo)準(zhǔn)硬件上運(yùn)行，那么企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)將會(huì)發(fā)生快速變遷。這將造成工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展范式的劇烈變化。
因此今天這篇文章，我們來一起探討這一波愈演愈烈的工業(yè)自動(dòng)化軟硬件解耦浪潮。
開放自動(dòng)化成為新共識(shí)
西門子最新發(fā)布的這款虛擬PLC：Simatic S7-1500V，在國(guó)內(nèi)目前鮮有報(bào)道。
這款PLC雖然沿用了Simatic S7-1500這個(gè)產(chǎn)品編號(hào)，但它是與硬件解耦的，也就是說，它不需要在特定的硬件中運(yùn)行。
虛擬PLC超脫于傳統(tǒng)PLC的軟硬件強(qiáng)制綁定，實(shí)現(xiàn)了PLC的數(shù)字孿生。解耦之后，虛擬PLC可以通過云端完成部署和管理，遠(yuǎn)程控制更加簡(jiǎn)便。虛擬PLC更容易擴(kuò)展，開放的數(shù)據(jù)接口意味著它可以輕松被集成到其它IT系統(tǒng)之中。
這樣做的好處很多：
●首先，虛擬PLC能夠在很大程度上提高OT的靈活性。它讓工廠可以采用通用的IT設(shè)備進(jìn)入生產(chǎn)線的控制環(huán)節(jié)，讓低成本的硬件也有可能采用更先進(jìn)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)；
●其次，最終用戶不用再被供應(yīng)商鎖定，可以根據(jù)需求進(jìn)行硬件的選擇和更換；
●第三，由此用戶也就擺脫了授權(quán)經(jīng)銷商的束縛，不必在經(jīng)過指定渠道購(gòu)買硬件，減少了設(shè)備采購(gòu)的中間環(huán)節(jié)；
●第四，用戶可以通過工業(yè)邊緣系統(tǒng)訪問虛擬PLC，更加便捷的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。
虛擬PLC讓OT與IT之間的橋梁更為清晰和貫通。IT工程師可以在自己熟悉的環(huán)境中完成PLC的操作，打通OT與IT之間的隔閡，讓兩者的融合真正發(fā)生。
雖然這款虛擬PLC是西門子的首款，但是西門子并不是第一個(gè)擁抱開放自動(dòng)化的企業(yè)。施耐德電氣、博世力士樂、倍福等公司，都認(rèn)為軟硬件解耦是大勢(shì)所趨，推出了與硬件完全解耦的虛擬PLC產(chǎn)品。
在推出虛擬PLC的同時(shí)，已經(jīng)有客戶積極嘗試并為其買單。比如奧迪，正在工廠中使用虛擬PLC實(shí)現(xiàn)更加靈活的工業(yè)控制。
奧迪工廠中有數(shù)百個(gè)PLC，由大量工程師來對(duì)它們進(jìn)行管理。而部署了虛擬PLC之后，工業(yè)控制器硬件位于統(tǒng)一的機(jī)房運(yùn)行，升級(jí)和維護(hù)更加便利，成本也更加可控。以前PLC如果出現(xiàn)問題或者需要安裝更新，工程師往往到現(xiàn)場(chǎng)才能解決，現(xiàn)在奧迪的工程師們“躺平”在家就能應(yīng)對(duì)多種PLC疑難雜癥。
從傳統(tǒng)PLC切換到虛擬PLC的過程也并不復(fù)雜，如果是之前使用過全集成自動(dòng)化博途（TIA Portal）的用戶，按照奧迪和西門子的說法，只需要點(diǎn)擊10次（據(jù)稱工程師們掰著手指數(shù)過）就能實(shí)現(xiàn)切換，業(yè)務(wù)不會(huì)中斷。
未來工廠的終極目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)機(jī)器設(shè)備的自主生產(chǎn)，虛擬PLC讓我們朝向這一愿景又更近一步。
虛擬化的潘多拉之盒一旦開啟，更多可能就會(huì)發(fā)生，看到了這一趨勢(shì)，流程工業(yè)的企業(yè)也在蠢蠢欲動(dòng)。
比如艾默生就公布了“無界自動(dòng)化”的架構(gòu)愿景。艾默生的軟件定義自動(dòng)化架構(gòu)，建立在Plantweb數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上。
艾默生對(duì)行業(yè)的判斷與西門子、麥肯錫、施耐德等極為一致，他們認(rèn)為目前工業(yè)正處于一個(gè)關(guān)鍵的臨界點(diǎn)邊緣，一個(gè)遵循“老辦法”還是勇敢擁抱“技術(shù)驅(qū)動(dòng)未來”的十字路口。在這個(gè)關(guān)鍵期，OT與IT應(yīng)該更加緊密的結(jié)合，艾默生打破了過去的自動(dòng)化分層，允許用戶可以跨層訪問數(shù)據(jù)，并由此提出軟件定義自動(dòng)化的新架構(gòu)，跨越云端、邊緣和現(xiàn)場(chǎng)，消除功能孤島，形成“無界自動(dòng)化”平臺(tái)。
不僅工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的企業(yè)看到了虛擬PLC的價(jià)值，IT公司也在積極響應(yīng)。
英特爾正與VMware合作，優(yōu)化工廠底層的基礎(chǔ)設(shè)施，讓虛擬PLC能夠處理確定性控制周期時(shí)間<1ms的場(chǎng)景，使得虛擬PLC能夠更加貼近工廠實(shí)踐。
PLC即服務(wù)，一個(gè)新階段的開啟
硬件的標(biāo)準(zhǔn)化、軟件的通用化…很多在IT領(lǐng)域看似輕而易舉的事情，放到OT就變成難于上青天。這與行業(yè)本身對(duì)技術(shù)、對(duì)結(jié)果以及行業(yè)全局的嚴(yán)苛屬性高度相關(guān)。
好在，這種局面正在快速改觀。
開放自動(dòng)化，意味著過去各大廠商引以為傲的各種絕技，需要重塑。
過去，在大型工業(yè)控制系統(tǒng)中，往往存在數(shù)百甚至上千個(gè)異構(gòu)的硬件模塊單元，他們分別來自不同自動(dòng)化廠商。
西門子、施耐德、三菱、歐姆龍…他們使用的操作系統(tǒng)五花八門，比如各種經(jīng)過裁剪的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，VxWorks、Lynx、QNX、RT-Linux…還有Windows Embedded。
各家的編程軟件也不相同，比如西門子用TIA Portal、施耐德用Unity、TwidoSuite、羅克韋爾用Studio 5000、三菱用GX Developer、歐姆龍用Sysmac Studio。
這些控制器擔(dān)任著工廠生產(chǎn)線上“大腦”的重任，可以說是自動(dòng)化的穩(wěn)定性之基礎(chǔ)和智能化之核心。
就像過去我們將Microsoft Office、金山文檔等辦公軟件逐一安裝在PC上的情況一樣，更甚的是，不同工業(yè)軟件對(duì)于其被安裝的硬件更加挑剔，符合“脾氣”才能運(yùn)行。
而且現(xiàn)在，Office等辦公軟件是訂閱服務(wù)，不用在PC上安裝任何程序，就可以隨心所欲的調(diào)用Office、Google Doc、WPS、飛書…軟件和硬件完全解耦，進(jìn)入“X即服務(wù)”的階段。
這種趨勢(shì)終將覆蓋到工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，只是時(shí)間問題。“PLC即服務(wù)”正在發(fā)生，可能將會(huì)成為主流。
工業(yè)控制器可以稱作是工業(yè)領(lǐng)域的“PC”，雖然沒有鼠標(biāo)、鍵盤和屏幕，但它屬于廣義計(jì)算機(jī)的范疇。工程師們每天用它控制電梯、交通信號(hào)燈、工廠生產(chǎn)線…
虛擬PLC基于通用硬件完成各種功能，對(duì)于OT工程師們來說，他們可以繼續(xù)沿用自己習(xí)慣的環(huán)境和架構(gòu)，同時(shí)享受IT系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)；對(duì)于IT工程師們來說，他們也并不再對(duì)OT的系統(tǒng)感到陌生，OT與IT的融合自然而然的發(fā)生。
因此，推進(jìn)虛擬PLC并不是企業(yè)們一時(shí)興起，而是長(zhǎng)期趨勢(shì)：
首先，控制器最大限度的采用通用化的硬件，盡可能解除了傳統(tǒng)專用設(shè)備的綁定和局限。
其次，工程不再需要依賴任何特定的硬件和拓?fù)?，?shí)現(xiàn)硬件與軟件解耦，兩者相互獨(dú)立。
工程師只使用一種工具就能配置所有的控制應(yīng)用、HMI/SCADA系統(tǒng)和I/O連接，為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)IIoT應(yīng)用程序提供所需的基礎(chǔ)架構(gòu)?？刂破飨嚓P(guān)的軟件和程序可以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；芾?，尤其在迭代或升級(jí)過程中，降低成本和提高效率。
最后，通訊走向標(biāo)準(zhǔn)化。
通過南向接口，化解來自不同供應(yīng)商組件之間的互操作性難題；通過北向接口，開發(fā)豐富的應(yīng)用和服務(wù)，創(chuàng)造將云原生、DevOps等IT技術(shù)融入OT的可能性，享受由工藝技術(shù)更新和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)帶來的各種創(chuàng)新。
解耦，催生工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)的全新運(yùn)作方式
從誕生至今，PLC出色的完成了銜接設(shè)備層與信息層的任務(wù)，承擔(dān)了上傳下達(dá)的職責(zé)，并收獲了易用、可靠的美名。我們將工業(yè)領(lǐng)域的架構(gòu)，分為現(xiàn)場(chǎng)層、控制層、信息層等多個(gè)層級(jí)“金字塔”的做法，也伴隨PLC一起深入人心。
但是在最近幾年，工業(yè)領(lǐng)域發(fā)生了很大的變化，工廠需要更扁平的架構(gòu)、更簡(jiǎn)單的流程和更智能的分析。這時(shí)如果依然沿用過去的分層架構(gòu)思路，有些不合時(shí)宜。
跳出“金字塔”的架構(gòu)，過去的一些基本假設(shè)需要被重置：
●數(shù)據(jù)不必被分層，不同層級(jí)之間的數(shù)據(jù)可以相對(duì)自由的流動(dòng)
●數(shù)據(jù)的來源方和使用方，都更加豐富多樣
●每個(gè)節(jié)點(diǎn)具備一定的智能，就近可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析和處理
在文章《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，PLC或許該改個(gè)名字了…》中，我曾經(jīng)預(yù)判過PLC的發(fā)展趨勢(shì)，眼見著預(yù)判逐步進(jìn)入現(xiàn)實(shí)，憧憬的心情可想而知。
過去，工業(yè)企業(yè)大多“住在”一個(gè)由不同供應(yīng)商使用特定軟硬件創(chuàng)造，需要耗費(fèi)額外的資源和財(cái)力管理各種不同設(shè)備的異構(gòu)環(huán)境中。
然而，軟件正在“吞噬”世界的腳步從未停止，開放自動(dòng)化是一個(gè)必然趨勢(shì)，這個(gè)趨勢(shì)逐步匯聚了一股力量：整合工業(yè)控制領(lǐng)域各種促進(jìn)開放的力量，這種整合代表了新技術(shù)從獨(dú)立摸索走向商業(yè)化融合落地階段的轉(zhuǎn)變。
支撐開放的強(qiáng)大思維模式是解耦。解耦，也就是讓軟硬件之間、各個(gè)模塊之間彼此拆解和分離，做到資源和協(xié)作的最大化分離。
解耦，并不是軟件、硬件誰強(qiáng)誰弱，也不是OT與IT誰重要誰不重要的問題，而是大家通過實(shí)踐形成了共同遵守的共識(shí)。
解耦，意味著團(tuán)結(jié)各種力量，共同將市場(chǎng)蛋糕做大。
通過解耦獲得市場(chǎng)突破的實(shí)例有很多，比如眾所周知的以安卓為代表的操作系統(tǒng)。安卓通過虛擬抽象層實(shí)現(xiàn)了硬件和軟件的分離和解耦，即所有的軟件和應(yīng)用開發(fā)者只需根據(jù)操作系統(tǒng)提供的編程接口，開發(fā)出的應(yīng)用軟件就可以運(yùn)行在所有基于該操作系統(tǒng)的設(shè)備上，而無需考慮設(shè)備中各類硬件配置?；诎沧肯到y(tǒng)，迎來了智能手機(jī)市場(chǎng)的爆發(fā)。
這里所說的“解耦”，其實(shí)是在硬件抽象基礎(chǔ)上的標(biāo)準(zhǔn)化，不是軟件與硬件工程師之間不溝通、不交流了，而是因?yàn)樗麄儽舜艘呀?jīng)溝通充分，定義好了彼此之間的溝通邊界和交互平面，形成共識(shí)。而這種共識(shí)已經(jīng)固化成為標(biāo)準(zhǔn)和習(xí)慣，所以不需要再重復(fù)溝通。
虛擬PLC可以讓IT與OT更好的形成合力，共同推進(jìn)市場(chǎng)的發(fā)展。
“解耦”思維體現(xiàn)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域催生了虛擬PLC，體現(xiàn)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域便是各種平臺(tái)，因?yàn)楣I(yè)互聯(lián)網(wǎng)的操作系統(tǒng)就是平臺(tái)。
未來將有數(shù)萬億的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)規(guī)律將發(fā)揮重要作用，盡最大努力獲取更多的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備支持是操作系統(tǒng)或者工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)推廣的關(guān)鍵，各類組件、模塊、應(yīng)用的耦合度越低，其可復(fù)制性就越高。
通俗地講，解耦工業(yè)互聯(lián)就是將整個(gè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系化整為零，拆分后的各個(gè)組件各自發(fā)展，需要的時(shí)候像搭積木一樣再把它們?cè)谛碌墓I(yè)互聯(lián)網(wǎng)耦合框架里整合起來，實(shí)現(xiàn)各類模塊功能的高度內(nèi)聚但互不影響。
解耦后的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)具有微型、開放、通用、獨(dú)立等特點(diǎn)，有助于促進(jìn)各類解決方案服務(wù)商在專業(yè)領(lǐng)域深耕，從而充分發(fā)揮各方核心優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而通過互補(bǔ)合作降低跨行業(yè)推廣難度。
根據(jù)《解耦工業(yè)互聯(lián)，賦能轉(zhuǎn)型升級(jí)—工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)人工智能應(yīng)用白皮書》的分析，從解決方案供給的角度，“松耦合”應(yīng)用模式可充分賦能解決方案服務(wù)商，促進(jìn)各類服務(wù)商在領(lǐng)域垂直深耕，通過互補(bǔ)式合作充分發(fā)揮專業(yè)優(yōu)勢(shì)，從而推動(dòng)項(xiàng)目快速落地見效，加速解決方案的復(fù)制推廣。
從工業(yè)企業(yè)應(yīng)用的角度，解耦有助于工業(yè)企業(yè)快速找準(zhǔn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型切入點(diǎn)，分階段按需部署工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，并在新耦合框架下加速解決方案創(chuàng)新。
從生態(tài)構(gòu)建的角度，解耦工業(yè)互聯(lián)正在推動(dòng)形成“去中心化”的開放創(chuàng)新價(jià)值生態(tài)。
隨著工業(yè)微服務(wù)和行業(yè)知識(shí)的持續(xù)積累，廣大制造企業(yè)、初創(chuàng)企業(yè)、開發(fā)者不僅能獲得眾多低門檻、易操作、低成本的技術(shù)支持和應(yīng)用服務(wù)，還能在充分消化吸收原有經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步提升和創(chuàng)新，推動(dòng)整個(gè)工業(yè)知識(shí)體系的傳遞延續(xù)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的迭代更新，打造應(yīng)用創(chuàng)新生態(tài)。
寫在最后
PLC虛擬化要成為現(xiàn)實(shí)還面臨著一些挑戰(zhàn)，其中最關(guān)鍵的是如何解決PLC的時(shí)間確定性和IT云服務(wù)的不確定性的問題。因?yàn)镻LC常常要面對(duì)的是高節(jié)拍、高速度的控制要求。傳統(tǒng)PLC的一系列突出優(yōu)勢(shì)，諸如能在嚴(yán)酷工業(yè)環(huán)境下長(zhǎng)期可靠運(yùn)行、易于維護(hù)等，如何延續(xù)和發(fā)揚(yáng)，也是工程師們正在攻克的問題。
凡是有意義的事都有挑戰(zhàn)，凡有挑戰(zhàn)的事都要經(jīng)過長(zhǎng)長(zhǎng)的不確定性方能層層剝開。
PLC作為工廠中控制能力的源泉，位于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的核心位置，它的前世今生值得更多關(guān)注。
無論未來如何發(fā)展，PLC“可編程邏輯控制器”這個(gè)名稱似乎難以概括它的概念和定位，也許即將被賦予新的命名。
參考資料：
1.First virtual Simatic controller enables more flexible software based automation，來源：西門子官網(wǎng)
2.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，PLC或許該改個(gè)名字了【物女心經(jīng)】，作者：彭昭，來源：物聯(lián)網(wǎng)智庫
3.國(guó)內(nèi)首次解讀，IIoT背后潛伏的游戲規(guī)則顛覆者【物女心經(jīng)】，作者：彭昭，來源：物聯(lián)網(wǎng)智庫
4.解耦工業(yè)互聯(lián)，賦能轉(zhuǎn)型升級(jí)—工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)人工智能應(yīng)用白皮書，來源：兩化融合服務(wù)聯(lián)盟、微軟
