這是我的第288篇專欄(lan)文(wen)章。
話說西門子、艾默生、施耐德等老(lao)牌工業(ye)自動化企業(ye)，擁(yong)抱起(qi)最(zui)新技術趨勢來，那可(ke)比初創企業(ye)還生猛。
在文章《麥肯錫最新報告解讀工業自動化:未來屬于老牌企業西門子/ABB,還是互聯網巨頭亞馬遜/微軟?》中，我曾經提到如果虛擬PLC、工業人工智能、工業無(wu)線(xian)等(deng)技(ji)術取得突破(po)性(xing)增長，那么工業自動化可能會(hui)快速跨越臨界(jie)點，從過去那個緩(huan)慢演進(jin)的(de)賽道，邁(mai)入即將(jiang)快速發(fa)展(zhan)的(de)康莊大道。
現在臨界點的信號越來越強烈，自從今年4月份在德國舉辦的漢諾威工博會以來，市場方向正在快速變化，軟硬件解耦形成共識，發展勢頭強勁。
大量的(de)知名企業，包括西門(men)子、施耐德電氣、博世(shi)力士(shi)樂(le)、倍福(fu)等公司，都認為軟硬件(jian)解(jie)耦是大勢所趨(qu)，推出了(le)與硬件(jian)完全解(jie)耦的(de)虛擬PLC產品。
尤其是(shi)西門子在漢諾威上正式(shi)展示的首款虛擬工業(ye)控(kong)制器Simatic S7-1500V，可以(yi)認為是(shi)行(xing)業(ye)風(feng)向標(biao)。
而且這(zhe)種變化不僅發生(sheng)在(zai)(zai)離散制造領域，艾默生(sheng)身先士卒，在(zai)(zai)流程工業也(ye)掀(xian)起了(le)一(yi)股解耦浪潮。
多家(jia)老牌工(gong)控企業(ye)帶頭，用行動說明：踐(jian)行“開放自(zi)動化”，大(da)家(jia)是(shi)認真噠~~
可想而知，如果西門子們的控(kong)制軟(ruan)件可以在任何(he)第三方標準硬件上(shang)運行(xing)，那么(me)企業的競爭(zheng)優勢將(jiang)(jiang)會(hui)發(fa)生(sheng)快速變遷。這將(jiang)(jiang)造成(cheng)工業自(zi)動(dong)化(hua)發(fa)展范式的劇烈變化(hua)。
因(yin)此(ci)今天(tian)這篇文(wen)章，我們來一起探討這一波愈演愈烈的工業自動(dong)化軟硬件解耦浪(lang)潮(chao)。
開放自動化成為新共識
西門子最(zui)新發布的這款虛擬PLC：Simatic S7-1500V，在(zai)國內目(mu)前鮮有報道(dao)。
這款(kuan)PLC雖然(ran)沿用了Simatic S7-1500這個產品(pin)編號，但它是與(yu)硬(ying)件解耦的，也就是說，它不需要(yao)在特定的硬(ying)件中運行(xing)。
虛擬PLC超脫于傳統PLC的軟硬件強制綁定，實現了PLC的數字孿生。解耦之后，虛擬(ni)(ni)PLC可(ke)以通(tong)過云端完成(cheng)部署(shu)和(he)管理，遠程控制(zhi)更加簡便。虛擬(ni)(ni)PLC更容(rong)易擴展，開(kai)放的數(shu)據(ju)接口意味著(zhu)它可(ke)以輕松被集成(cheng)到其它IT系統之中。
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(rang)工廠可(ke)以(yi)采用通用的(de)IT設備進入生(sheng)產線的(de)控制環節，讓(rang)低成本的(de)硬(ying)件也有可(ke)能采用更先進的(de)自動(dong)化控制系統;
其次，最終用戶不用再被供應商鎖定，可以根據需求進行硬件的選擇和更換;
第三，由此用戶也就擺脫了授權經銷商的束縛，不必(bi)在經(jing)過(guo)指定渠道購(gou)買硬件，減少了(le)設備采購(gou)的中間環節;
第四，用戶可以通過工業邊緣系統訪問虛擬PLC，更(geng)加便捷的實現遠程控制(zhi)。
虛擬PLC讓OT與IT之間(jian)(jian)的橋梁更為清(qing)晰和貫通(tong)。IT工程師可(ke)以在自己熟悉的環境中完成(cheng)PLC的操作，打通(tong)OT與IT之間(jian)(jian)的隔閡，讓兩者(zhe)的融合真正發生。
雖然這款(kuan)虛(xu)擬PLC是(shi)(shi)西門(men)子(zi)(zi)的(de)首款(kuan)，但是(shi)(shi)西門(men)子(zi)(zi)并(bing)不是(shi)(shi)第(di)一個擁抱(bao)開放自動(dong)化(hua)的(de)企業(ye)。施耐(nai)德電(dian)氣、博世力(li)士樂、倍(bei)福等公(gong)司，都認為軟硬(ying)件(jian)解耦是(shi)(shi)大勢所趨(qu)，推出(chu)了與硬(ying)件(jian)完全解耦的(de)虛(xu)擬PLC產品。
在推出(chu)虛擬(ni)PLC的同時(shi)，已(yi)經(jing)有(you)客戶(hu)積極嘗試(shi)并為其買單。比如(ru)奧(ao)迪，正在工(gong)廠(chang)中使用虛擬(ni)PLC實(shi)現更加靈(ling)活的工(gong)業控(kong)制。
奧(ao)迪工廠中有數百個PLC，由(you)大量(liang)工程師來(lai)對(dui)它們進行(xing)管(guan)理。而部署(shu)了虛擬(ni)PLC之后，工業控制器硬件位于(yu)統(tong)一的機(ji)房(fang)運(yun)行(xing)，升(sheng)級和維護更加便利，成本也更加可控。以前PLC如(ru)果出(chu)現問題或者需要(yao)安裝更新，工程師往(wang)(wang)往(wang)(wang)到現場才能解決，現在奧(ao)迪的工程師們“躺平(ping)”在家就能應對(dui)多(duo)種PLC疑難雜癥。
從傳統PLC切換到虛(xu)擬PLC的過(guo)程也并不復雜(za)，如果是之前使用過(guo)全集成自動化博途(TIA Portal)的用戶，按照奧迪和西門(men)子的說法，只需要點擊(ji)10次(據稱工程師們(men)掰著手指(zhi)數(shu)過(guo))就能實現切換，業務不會(hui)中斷。
未來(lai)工廠的(de)終(zhong)極目標是實現機器設(she)備的(de)自主生產，虛擬PLC讓我們朝向這一愿景又更近(jin)一步。
虛擬化的潘多(duo)拉之盒一(yi)旦開啟，更(geng)多(duo)可能就會發生，看到(dao)了這(zhe)一(yi)趨勢，流程工業的企業也在蠢蠢欲(yu)動。
比如艾默(mo)(mo)生(sheng)(sheng)就公(gong)布了“無界(jie)自(zi)動化(hua)”的架構(gou)(gou)愿景。艾默(mo)(mo)生(sheng)(sheng)的軟件定義自(zi)動化(hua)架構(gou)(gou)，建立在Plantweb數字(zi)生(sheng)(sheng)態(tai)系統的基礎上(shang)。
艾默(mo)生(sheng)對行業的判(pan)斷與(yu)西(xi)門(men)子、麥肯(ken)錫、施耐(nai)德等極為(wei)(wei)一(yi)(yi)致，他(ta)們認為(wei)(wei)目前工(gong)業正處于一(yi)(yi)個(ge)關(guan)鍵(jian)的臨界點邊緣(yuan)，一(yi)(yi)個(ge)遵(zun)循(xun)“老辦法”還是勇(yong)敢擁抱“技術驅動未來”的十字(zi)路(lu)口。在這個(ge)關(guan)鍵(jian)期，OT與(yu)IT應該更加緊密的結合，艾默(mo)生(sheng)打破了(le)過去(qu)的自動化(hua)分層，允許用(yong)戶(hu)可(ke)以跨層訪(fang)問數(shu)據，并由(you)此提出軟(ruan)件定義自動化(hua)的新架構，跨越(yue)云端、邊緣(yuan)和現場，消除功(gong)能孤島，形成“無界自動化(hua)”平臺。
不僅工業自動化領域(yu)的(de)(de)企業看到(dao)了虛擬PLC的(de)(de)價值，IT公(gong)司也在積極響應。
英(ying)特(te)爾正與VMware合作，優化工廠底層的(de)基礎(chu)設(she)施，讓(rang)虛擬PLC能(neng)夠處理確(que)定性控(kong)制周期(qi)時間(jian)<1ms的(de)場景(jing)，使得虛擬PLC能(neng)夠更加貼近工廠實(shi)踐。
PLC即服務，一個新階段的開啟
硬件的標準化、軟件的通用化…很多在IT領域看似輕而易舉的事情，放到OT就變成難于上青天。這與行業本身對技術、對結果(guo)以及(ji)行業全局的(de)嚴(yan)苛屬(shu)性高度相關。
好在(zai)，這種(zhong)局面(mian)正(zheng)在(zai)快速改觀。
開放自動化，意味著過去各大廠商引以為傲的各種絕技，需要重塑。
過去，在大型工業控制系統(tong)中，往(wang)往(wang)存在數百甚至(zhi)上千個異構的硬件模塊單元，他們分別來(lai)自不(bu)同自動化廠商。
西門子、施耐德、三(san)菱、歐姆龍…他們使用的操作(zuo)系統五花八(ba)門，比如各種經過裁剪的實(shi)時操作(zuo)系統，VxWorks、Lynx、QNX、RT-Linux…還(huan)有Windows Embedded。
各家的編程軟件也不(bu)相同(tong)，比如西門(men)子用(yong)TIA Portal、施(shi)耐德(de)用(yong)Unity、TwidoSuite、羅克韋爾用(yong)Studio 5000、三菱用(yong)GX Developer、歐姆龍用(yong)Sysmac Studio。
這些(xie)控(kong)制器(qi)擔任(ren)著工(gong)廠生產線(xian)上(shang)“大腦”的重(zhong)任(ren)，可以(yi)說是自動化的穩定(ding)性之(zhi)基礎(chu)和智能化之(zhi)核心。
就像(xiang)過去我們將Microsoft Office、金山文檔等辦公(gong)軟件逐一安(an)裝(zhuang)(zhuang)在PC上的情況一樣，更甚的是，不(bu)同工(gong)業軟件對于其被(bei)安(an)裝(zhuang)(zhuang)的硬件更加挑剔，符合“脾氣(qi)”才能運行。
而且現在，Office等辦(ban)公(gong)軟件(jian)是(shi)訂閱服務，不用在PC上安裝任(ren)何程(cheng)序(xu)，就可(ke)以隨心所欲(yu)的調(diao)用Office、Google Doc、WPS、飛書…軟件(jian)和硬(ying)件(jian)完(wan)全解耦(ou)，進入“X即服務”的階段。
這種趨勢(shi)終將(jiang)覆蓋到(dao)工業自(zi)動化領域(yu)，只是時間問題。“PLC即服務”正在發生，可能將(jiang)會成為主流(liu)。
工(gong)業(ye)控制(zhi)器(qi)可(ke)以稱作(zuo)是工(gong)業(ye)領域(yu)的“PC”，雖然沒(mei)有鼠(shu)標、鍵盤(pan)和屏(ping)幕，但它屬于廣義(yi)計算(suan)機(ji)的范疇。工(gong)程師們每(mei)天用它控制(zhi)電(dian)梯、交通信號(hao)燈、工(gong)廠生產線(xian)…
虛擬PLC基于(yu)通(tong)用(yong)硬件完成各種功能，對于(yu)OT工(gong)程(cheng)師(shi)們(men)來說，他們(men)可以繼續沿用(yong)自己習慣的(de)環境和(he)架構，同(tong)時享(xiang)受IT系統的(de)優勢;對于(yu)IT工(gong)程(cheng)師(shi)們(men)來說，他們(men)也并不再對OT的(de)系統感到陌生，OT與IT的(de)融合自然(ran)而然(ran)的(de)發生。
因此，推進虛擬(ni)PLC并不是(shi)(shi)企業們一時興起，而是(shi)(shi)長期趨勢：
首先，控制器最大限度的采用通用化的硬件，盡可能解除了傳統專用設備的綁定和局限。
其次，工程不再需要依賴任何特定的硬件和拓撲，實現硬件與軟件解耦，兩者相互獨立。
工程師只使用一種工具就能配置所有的控制應用、HMI/SCADA系統和I/O連接，為工業互聯網IIoT應用程序(xu)提(ti)供所需的(de)基礎架(jia)構。控制器相(xiang)關的(de)軟件(jian)和(he)程序(xu)可以實現規模化(hua)管(guan)理(li)，尤(you)其在迭(die)代或(huo)升級(ji)過程中(zhong)，降低成本和(he)提(ti)高效率。
最后，通訊走向標準化。
通過南向(xiang)接口(kou)(kou)，化解(jie)來(lai)自不同供應商組件之間的(de)(de)互操作(zuo)性難(nan)題(ti);通過北(bei)向(xiang)接口(kou)(kou)，開發(fa)豐富的(de)(de)應用和服(fu)務，創(chuang)造將云(yun)原(yuan)生、DevOps等IT技(ji)術(shu)融入OT的(de)(de)可能(neng)性，享受由工(gong)藝技(ji)術(shu)更新和工(gong)業互聯(lian)網帶來(lai)的(de)(de)各種(zhong)創(chuang)新。
解耦，催生工業互聯網生態的全新運作方式
從(cong)誕生至今，PLC出(chu)色的(de)完成了(le)(le)銜(xian)接(jie)設備層(ceng)與信(xin)息層(ceng)的(de)任務，承(cheng)擔了(le)(le)上傳下達的(de)職責，并(bing)收獲了(le)(le)易用(yong)、可靠(kao)的(de)美名。我們將工業領域的(de)架構，分為現(xian)場層(ceng)、控制層(ceng)、信(xin)息層(ceng)等多(duo)個(ge)層(ceng)級“金字塔”的(de)做法，也伴(ban)隨PLC一起深入(ru)人心。
但是在最近幾年，工業領域發生了很大的(de)變化(hua)，工廠需(xu)要更扁平(ping)的(de)架構(gou)(gou)、更簡單的(de)流程和更智能的(de)分(fen)析。這(zhe)時如果依然沿用過去(qu)的(de)分(fen)層架構(gou)(gou)思路(lu)，有些不(bu)合時宜。
跳出“金(jin)字塔”的架構，過去的一些基本假設需要被(bei)重置：
數據不必被分層(ceng)，不同層(ceng)級之間的(de)數據可以相(xiang)對(dui)自由的(de)流動
數據的(de)來源方(fang)(fang)和使用(yong)方(fang)(fang)，都更加豐富多樣(yang)
每個節點具備一(yi)定的智能(neng)，就(jiu)近(jin)可以(yi)對數據進(jin)行初(chu)步分析和(he)處理
在文章《工業互聯(lian)網時代，PLC或許該改個名字了…》中，我曾經預判(pan)過PLC的發展趨勢(shi)，眼見著預判(pan)逐步(bu)進(jin)入(ru)現實，憧憬的心(xin)情(qing)可想而(er)知(zhi)。
過(guo)去，工業企業大多“住在”一(yi)個由不同供應商使用特(te)定軟硬件創造，需要耗費額外的資源和財(cai)力管理(li)各種(zhong)不同設備的異構環境中。
然(ran)而，軟(ruan)件正在“吞噬(shi)”世界的腳步從未停止，開(kai)放自(zi)動化(hua)是一(yi)個必然(ran)趨勢(shi)，這個趨勢(shi)逐(zhu)步匯聚了(le)一(yi)股(gu)力量：整合工(gong)業控制領域各種(zhong)促進(jin)開(kai)放的力量，這種(zhong)整合代(dai)表了(le)新技(ji)術(shu)從獨立摸(mo)索走向(xiang)商業化(hua)融(rong)合落(luo)地階(jie)段的轉(zhuan)變。
支撐開放的強大思維模式是解耦。解耦，也就是讓軟硬件之間、各個模塊之間彼此拆解和分離，做到資源和協作的最大化分離。
解耦，并不是(shi)軟件(jian)、硬件(jian)誰強誰弱，也不是(shi)OT與IT誰重(zhong)要誰不重(zhong)要的問(wen)題，而是(shi)大家通過實踐形(xing)成(cheng)了共同遵守的共識。
解耦，意味著團結各種力量，共同將市場蛋糕做大。
通過解耦(ou)獲得市場突破(po)的(de)(de)實(shi)例有很多，比如眾所周知的(de)(de)以安(an)卓為(wei)代表的(de)(de)操(cao)(cao)作系統(tong)(tong)。安(an)卓通過虛擬抽象層實(shi)現了硬(ying)件(jian)和(he)軟件(jian)的(de)(de)分離(li)和(he)解耦(ou)，即(ji)所有的(de)(de)軟件(jian)和(he)應(ying)用開(kai)發(fa)者只需根據操(cao)(cao)作系統(tong)(tong)提(ti)供的(de)(de)編程接(jie)口，開(kai)發(fa)出(chu)的(de)(de)應(ying)用軟件(jian)就可以運行(xing)在所有基(ji)于(yu)該操(cao)(cao)作系統(tong)(tong)的(de)(de)設(she)備上，而無(wu)需考慮設(she)備中(zhong)各類硬(ying)件(jian)配置。基(ji)于(yu)安(an)卓系統(tong)(tong)，迎(ying)來了智能手機(ji)市場的(de)(de)爆發(fa)。
這(zhe)里所說的“解耦”，其(qi)實是(shi)(shi)在硬(ying)(ying)件(jian)抽象基礎上(shang)的標準(zhun)化(hua)，不(bu)是(shi)(shi)軟(ruan)件(jian)與(yu)硬(ying)(ying)件(jian)工程師(shi)之間(jian)不(bu)溝通(tong)(tong)、不(bu)交(jiao)流了，而(er)是(shi)(shi)因為(wei)(wei)他(ta)們(men)彼(bi)此已(yi)(yi)經(jing)溝通(tong)(tong)充分(fen)，定義好了彼(bi)此之間(jian)的溝通(tong)(tong)邊界和(he)(he)交(jiao)互平面(mian)，形成(cheng)共(gong)識。而(er)這(zhe)種共(gong)識已(yi)(yi)經(jing)固化(hua)成(cheng)為(wei)(wei)標準(zhun)和(he)(he)習(xi)慣，所以不(bu)需要再重復溝通(tong)(tong)。
虛擬PLC可以讓(rang)IT與OT更好的形(xing)成合(he)力，共同推進市(shi)場的發(fa)展。
“解耦”思維體現在工業自動化領域催生了虛擬PLC，體現在工業互聯網領域便是各種平臺，因為工業互聯網的操作系統就是平臺。
未(wei)來將(jiang)有(you)數萬億的(de)(de)(de)聯(lian)網設(she)備(bei)，網絡經濟規律將(jiang)發揮(hui)重要(yao)作(zuo)用，盡最大努(nu)力獲取更多(duo)的(de)(de)(de)聯(lian)網設(she)備(bei)支持是操作(zuo)系(xi)統(tong)或(huo)者工業互聯(lian)網平臺推廣(guang)的(de)(de)(de)關鍵，各類組件(jian)、模塊、應用的(de)(de)(de)耦合度越(yue)低，其可復制性就(jiu)越(yue)高。
通俗(su)地講， 解耦工(gong)業互聯(lian)就是(shi)將整(zheng)個(ge)工(gong)業互聯(lian)網體系(xi)化整(zheng)為零，拆(chai)分后(hou)的(de)各(ge)個(ge)組件(jian)各(ge)自發展，需要(yao)的(de)時候像搭積木一樣再(zai)把(ba)它們在新的(de)工(gong)業互聯(lian)網耦合框架里(li)整(zheng)合起來，實(shi)現各(ge)類模塊功(gong)能的(de)高(gao)度內聚但互不影(ying)響。
解耦后的工業(ye)互聯(lian)網(wang)具(ju)有(you)(you)微型(xing)、開放、通用、獨立等特點，有(you)(you)助(zhu)于促進(jin)各(ge)類(lei)解決方案服務商在專業(ye)領域深耕，從而充分(fen)發揮各(ge)方核心優勢，進(jin)而通過互補(bu)合作降低(di)跨行業(ye)推廣難度。
根據《解(jie)耦(ou)工(gong)業互聯，賦(fu)能轉型(xing)升級(ji)—工(gong)業互聯網人工(gong)智能應(ying)用白皮書》的(de)分(fen)析，從解(jie)決方(fang)案供給(gei)的(de)角度，“松耦(ou)合”應(ying)用模(mo)式可充分(fen)賦(fu)能解(jie)決方(fang)案服務商(shang)(shang)，促進各(ge)類(lei)服務商(shang)(shang)在領域垂直深(shen)耕，通過互補式合作充分(fen)發(fa)揮專業優勢，從而推(tui)動項目快速落地見(jian)效，加速解(jie)決方(fang)案的(de)復制(zhi)推(tui)廣。
從工業企業應(ying)用的(de)角度，解(jie)(jie)耦(ou)有助于工業企業快(kuai)速找準數字化轉型(xing)切入點，分階段按需部(bu)署工業互聯(lian)網應(ying)用，并(bing)在新耦(ou)合框架下加速解(jie)(jie)決方案創新。
從生態(tai)構建(jian)的(de)角(jiao)度，解耦工業互聯正在推動形(xing)成“去中(zhong)心化(hua)”的(de)開放創(chuang)新價值生態(tai)。
隨著工業(ye)微服(fu)(fu)務(wu)(wu)和(he)(he)行業(ye)知(zhi)識的持(chi)續積累，廣大制(zhi)造企業(ye)、初創企業(ye)、開(kai)發者不僅能獲得眾多低(di)門(men)檻、易(yi)操作、低(di)成本的技術支持(chi)和(he)(he)應用(yong)服(fu)(fu)務(wu)(wu)，還能在充分消化吸收原(yuan)有(you)經驗的基礎上實(shi)現進一(yi)步提升和(he)(he)創新(xin)，推(tui)動整個工業(ye)知(zhi)識體系的傳遞延續和(he)(he)工業(ye)互聯網應用(yong)的迭代更新(xin)，打(da)造應用(yong)創新(xin)生態。
寫在最后
PLC虛擬(ni)化要成為現實還面臨著一些挑戰，其中最關鍵(jian)的(de)是如何解決PLC的(de)時間確定(ding)性(xing)和IT云服務的(de)不確定(ding)性(xing)的(de)問(wen)題。因為PLC常常要面對(dui)的(de)是高(gao)節拍、高(gao)速度的(de)控(kong)制要求。傳統(tong)PLC的(de)一系列突(tu)出優勢(shi)，諸如能(neng)在嚴酷工業環(huan)境下長期(qi)可靠運行、易于維護(hu)等，如何延續和發揚，也是工程師們(men)正(zheng)在攻克的(de)問(wen)題。
凡是有意(yi)義(yi)的(de)事都有挑戰，凡有挑戰的(de)事都要(yao)經過(guo)長長的(de)不確(que)定性方能層層剝開。
PLC作為工廠中控制(zhi)能(neng)力的源泉，位于工業互聯網的核心位置，它的前世今生值得更多關(guan)注(zhu)。
無論未來如何發展，PLC“可編程邏輯控制器”這個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：
First virtual Simatic controller enables more flexible software based automation，來源：西門子官網
工業互聯網時代，PLC或許該改個名字了【物女心經】，作者：彭昭，來源：物聯網智庫
國內首次解讀，IIoT背后潛伏的游戲規則顛覆者【物女心經】，作者：彭昭，來源：物聯網智庫
解耦工業互聯，賦能轉型升級—工業互聯網人工智能應用白皮書，來源：兩化融合服務聯盟、微軟
