一文搞懂Hard PLC、Soft PLC和Virtual PLC（vPLC）!

我们每天的工作都要和PLC打交道，但是不能仅限于目前上手头的PLC产品，有些产品基本到了退市的风险。

那么，作为关注自动化和AI的号主来说，我们这次聊聊PLC的方向，同时分享下PLC的几种技术路线。

可能有些朋友对于这几种类型的PLC，不是特别熟悉，我们实际上已经介绍过软PLC：

Soft PLC（软PLC）会成为未来的主流PLC吗？

为什么选择SoftPLC，而不选择传统PLC了呢？

这期用一文让你搞懂Hard PLC、Soft PLC和Virtual PLC（vPLC）!

Hard PLC硬件PLC

硬 PLC（Hard PLC或基于硬件的 PLC）——一种专为工业自动化和控制任务设计的专用独立计算设备。硬 PLC 与供应商特定的硬件紧密耦合，旨在仅与专有系统独家运行。

这里PLC实际就是我们目前接触的常规PLC，比如西门子SMART200系列、汇川H5U系列等等。

关于常规的PLC，大家都非常了解，我们这里不做介绍。

Soft PLC 软PLC

除了上述Hard PLC外，还有目前应用在工业IPC比较多的是Soft PLC，软PLC的方案。

Soft PLC软 PLC——硬 PLC 的基于软件的版本，模仿其功能但提供不同程度的硬件独立性。软 PLC 可以是硬件特定的或硬件无关的．SoftPLC 这个术语已经使用了多年，就像许多技术术语一样，它对不同的人意味着不同的事情。

SoftPLC 结合了传统 PLC 的功能以及数据记录器、通信网关和其他元素，如人机界面（HMI）和 Web 服务器。在 SoftPLC 的早期，使用工业 PC 硬件作为平台是很常见的。这种方法是许多关于 SoftPLC 能做什么和不能做什么的错误观念的原因之一，包括：

• 非确定性操作：早期的工业 PC 硬件倾向于运行 Microsoft Windows 操作系统。因为这些是非确定性的，许多人认为 SoftPLC 永远不能替代传统 PLC。
• 可靠性和坚固性：Windows 操作系统的可靠性经验，加上 PC 硬件可能较低的环境规格，导致许多人低估了该解决方案在工业应用中的价值。
• 安全：一旦工业控制系统安全成为问题，维护过时的操作系统，如 SoftPLC 硬件上的 Windows NT，可能成为限制因素。

下方是软PLC已经应用的示例，包含了工业上大部分行业，例如：能源、供水、交通、食品饮料、金属加工、木工、石油工业、智能楼宇等等。

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实际上，国产基于IPC工控机＋CodeSys RTE开发的PLC产品均属于软PLC的范畴。所以，这几乎也是目前PLC类型的一种。

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Virtual PLC 虚拟PLC

基于目前最新的技术资讯看，还有一类PLC正在启航。那就是vPLC（Virtual PLC）。

虚拟 PLC（vPLC）- 一种基于软件的 PLC，在虚拟化环境中运行，如云、边缘服务器或工业 PC。虚拟 PLC 利用容器化和虚拟机管理程序技术，使其能够独立于底层硬件部署控制逻辑。

截至 2024 年，目前只有两个符合 IEC 61131-3 标准的、可用于生产的虚拟 PLC 运行时：

• CODESYS Virtual Control SL
• Siemens SIMATIC S7-1500V 西门子 SIMATIC S7-1500V

虚拟 PLC 对终端用户的优势主要有以下几点：

• Flexibility and Scalability灵活性和可扩展性

虚拟 PLC 不受特定硬件的限制，允许轻松扩展。终端用户可以根据需求增加或减少 vPLC 实例的数量，只需为使用的部分付费。

移除 PLC CPU 硬件可以降低与高 CPU 交货期相关的风险。最近的供应链问题和自动化供应商库存不足的趋势，一直给最终用户带来巨大风险。

• Cost Efficiency 成本效益

通过消除对专用硬件的需求，虚拟 PLC 降低了与硬件采购、维护和升级相关的成本。此外，它们可以部署在现有的 IT 基础设施上，降低资本支出成本。最终用户无需携带备用 PLC CPU，从而降低了拥有成本。

• Centralized Management 集中管理

vPLCs 可以集中管理，简化了更新、维护和配置的过程。这种集中化还简化了安全补丁的部署、版本控制、固件升级和 PLC 逻辑备份。

• Improved Resource Utilization　资源利用率提升

虚拟化允许更好的资源分配，确保计算能力得到高效利用。这对于资源密集型任务，如机器学习和人工智能，尤其有益。

托管在现代边缘服务器上的 vPLCs 可以拥有潜在无限的资源，使它们能够执行如人工智能等重型任务。

• Security 安全

虚拟 PLC 可以借助 IT 安全机制，提供比传统 PLC 更高的保护级别。集中管理还有助于更快地部署安全更新。

安全更新的简化部署可以从中央位置进行，无需技术人员访问每个 PLC 并与之连接。

关于虚拟PLC，我们后面几期重点介绍下其内部技术栈和已经实现的PLC产品。

总结

一句话来概括就是：

• Hard PLC（硬PLC / 传统PLC）： 一个独立的、专用的硬件设备，其控制系统与硬件紧密绑定。
• Soft PLC（软PLC）： 一个在通用工业计算机（如工控机）上运行的软件，通过硬件接口连接现场设备。
• Virtual PLC（虚拟PLC）： 一个在虚拟机或容器中运行的软件，是软PLC的一种更灵活、更云化的形态。

三者的对比，总结如下表所示：

如何来理解它们的关系呢？可以将其看作一个 “从专用到通用，从物理到虚拟” 的演进过程：

1. Hard PLC是“基石”：它是过去几十年工业自动化的支柱，以其无与伦比的可靠性和实时性占据着主导地位。
2. Soft PLC是“融合”：它代表了OT（运营技术）与IT（信息技术）的初步融合。它利用IT领域的强大算力和开放性，来满足更复杂的控制与数据需求。
3. Virtual PLC是“未来”：它是软PLC在云计算和虚拟化技术下的自然演进。它进一步抽象了硬件，使控制功能可以像软件一样被灵活地部署、管理和调度，是构建“软件定义工厂”的关键技术。

参考链接：

1. https://blog.isa.org/taking-a-look-at-the-virtual-plc-technology-stack
2. https://www.phoenixcontact.com/en-us/products/plcs-controllers-and-i-os/virtual-control
3. https://www.isa.org/intech-home/2022/february-2022/departments/what-you-may-not-know-about-softplcs
4. https://iot-analytics.com/virtual-plcs/
5. https://www.siemens.com/global/en/products/automation/systems/industrial/plc/simatic-s7-1500/virtual-plc.html