工控技術(shù)的虛擬革命：是顛覆還是融合？

在數(shù)字化浪潮席卷全球的今天，工業(yè)自動化正站在一個(gè)新的十字路口。虛擬控制技術(shù)的崛起，仿佛為傳統(tǒng)制造業(yè)打開了一扇通往未來的大門。虛擬控制技術(shù)，這個(gè)聽起來頗具未來感的術(shù)語，正在工業(yè)自動化的浪潮中，以其獨(dú)特的魅力和潛力，成為推動制造業(yè)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵力量。隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和人工智能等技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬控制技術(shù)正逐步從實(shí)驗(yàn)室走向工廠，成為實(shí)現(xiàn)智能制造的重要工具。

虛擬控制技術(shù)，簡單來說，就是一種通過軟件模擬實(shí)現(xiàn)對工業(yè)過程的控制技術(shù)。它通過創(chuàng)建一個(gè)虛擬的控制環(huán)境，使得工程師能夠在不直接影響實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備的情況下，進(jìn)行控制策略的設(shè)計(jì)、測試和優(yōu)化。這種技術(shù)的核心優(yōu)勢在于其靈活性和可擴(kuò)展性，能夠快速適應(yīng)生產(chǎn)需求的變化，同時(shí)減少對物理設(shè)備的依賴。

目前，虛擬控制技術(shù)已經(jīng)在汽車制造、航空航天、化工生產(chǎn)等多個(gè)領(lǐng)域大顯身手。它不僅提高了生產(chǎn)效率，還降低了生產(chǎn)成本和風(fēng)險(xiǎn)。例如，在汽車制造中，通過虛擬控制技術(shù)，工程師可以在虛擬環(huán)境中測試不同的生產(chǎn)線配置，從而優(yōu)化生產(chǎn)流程，減少停機(jī)時(shí)間。

在工業(yè)領(lǐng)域，虛擬控制技術(shù)正扮演著愈發(fā)重要的角色。為適應(yīng)這一趨勢，工業(yè)自動化頭部廠商紛紛推出相應(yīng)的虛擬控制產(chǎn)品：

CODESYS：CODESYS軟件集團(tuán)推出了CODESYS Virtual Control SL解決方案，這是一個(gè)集成了多種先進(jìn)IT技術(shù)的產(chǎn)品，如Containers、Hypervisor、Kubernetes、OPC UA、Web協(xié)議等。該解決方案可以實(shí)現(xiàn)軟硬件解耦，支持在傳統(tǒng)控制器、邊緣服務(wù)器、私有云或公有云服務(wù)器等多種環(huán)境下部署運(yùn)行，體現(xiàn)了“硬件平臺提供資源，軟件系統(tǒng)定義功能”的理念。

西門子：西門子在其TIA Portal V19軟件中加入了首款虛擬工業(yè)控制器Simatic S7-1500V。這款虛擬PLC基于SIMATIC S7-1500 PLC的功能和操作，且獨(dú)立于硬件。它擴(kuò)展了SIMATIC產(chǎn)品組合，并作為西門子Industrial Operations X的一部分，支持實(shí)現(xiàn)更靈活、模塊化的生產(chǎn)工廠設(shè)計(jì)以及高度適應(yīng)性的生產(chǎn)過程。

菲尼克斯電氣：菲尼克斯電氣推出了PLCnext Virtual Control軟件解決方案，利用虛擬化技術(shù)將PLCnext Technology的環(huán)境部署在客戶的硬件設(shè)備上。它能夠輕松部署多種IEC61131、IEC61499運(yùn)行時(shí)軟件，以滿足不同的產(chǎn)品設(shè)備或需求，如PLC、DCS、工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等智能制造相關(guān)場景。

和利時(shí)：和利時(shí)推出的HiaVDCS V1.0虛擬化控制系統(tǒng)，是一套可運(yùn)行于通用計(jì)算機(jī)資源的軟件化智能控制器及高效冗余工業(yè)以太網(wǎng)通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅具備實(shí)體DCS控制系統(tǒng)的所有功能，更具有虛擬控制器算力的彈性擴(kuò)展能力，可為基于機(jī)器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)尋優(yōu)、智能控制等技術(shù)的智能應(yīng)用算法落地提供一體化閉環(huán)控制運(yùn)行環(huán)境。

霍尼韋爾：霍尼韋爾在其Experion DCS中實(shí)現(xiàn)基于PC的工作站的虛擬化，并宣布虛擬化將擴(kuò)展到一些在其Experion Control HIVE環(huán)境下運(yùn)行的Experion C300控制器。這些控制器將作為VMware軟件環(huán)境中的虛擬設(shè)備運(yùn)行。

羅克韋爾自動化：羅克韋爾自動化將NVIDIA Omniverse Cloud API和OpenUSD與其Emulate3D數(shù)字孿生軟件集成，為制造團(tuán)隊(duì)帶來數(shù)據(jù)互操作性、實(shí)時(shí)協(xié)作和基于物理學(xué)的可視化，實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)模數(shù)字孿生生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、構(gòu)建和運(yùn)行。

這些前沿的虛擬化產(chǎn)品，不僅向我們展示了虛擬化技術(shù)的最新發(fā)展，更是對未來工業(yè)自動化趨勢的一次大膽探索和實(shí)踐。在工廠自動化（FA）領(lǐng)域，虛擬化技術(shù)的應(yīng)用更側(cè)重于提高生產(chǎn)線的靈活性和可擴(kuò)展性，以及實(shí)現(xiàn)更快的產(chǎn)品變更和更高效的資源利用。而在過程自動化（PA）領(lǐng)域，虛擬化技術(shù)則更注重提高系統(tǒng)的可靠性和安全性，以及實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜過程的精確控制。

無論是在FA還是PA領(lǐng)域，虛擬化技術(shù)都正在引發(fā)一場深刻的變革。它不僅改變了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的架構(gòu)，還對工程實(shí)施、運(yùn)營效率和網(wǎng)絡(luò)安全性產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。

通過以上虛擬化的創(chuàng)新產(chǎn)品，我們也可以觀察到虛擬控制技術(shù)的顯著優(yōu)勢，以及未來工業(yè)自動化技術(shù)發(fā)展的趨勢：

軟硬件解耦：通過虛擬化技術(shù)，軟件和硬件可以獨(dú)立設(shè)計(jì)、開發(fā)、測試和部署，提高了系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性。

云集成：虛擬控制技術(shù)使得工業(yè)控制系統(tǒng)可以更容易地與云服務(wù)集成，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)管理。

靈活性和可擴(kuò)展性：虛擬控制技術(shù)允許用戶根據(jù)需求進(jìn)行硬件的選擇、升級和更換，同時(shí)可以在單一硬件設(shè)備上部署多個(gè)控制實(shí)例。

成本效益：通過使用通用的硬件平臺，降低了對專用硬件的依賴，從而降低了成本。

開放性和互操作性：虛擬控制技術(shù)推動了工業(yè)控制系統(tǒng)的開放性，促進(jìn)了不同廠商產(chǎn)品之間的互操作性。

此外，隨著人工智能技術(shù)的不斷進(jìn)步，虛擬控制技術(shù)與AI深度融合，實(shí)現(xiàn)更智能化的生產(chǎn)控制。AI可以幫助企業(yè)分析大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，預(yù)測設(shè)備故障，優(yōu)化生產(chǎn)流程。這種智能化的生產(chǎn)控制將使得企業(yè)在日益復(fù)雜的市場環(huán)境中，具備更強(qiáng)的競爭能力。

近年來，虛擬控制技術(shù)已經(jīng)被認(rèn)定為行業(yè)內(nèi)一個(gè)重要的發(fā)展趨勢，作為工業(yè)自動化領(lǐng)域的一項(xiàng)重要創(chuàng)新，它不僅提高了生產(chǎn)效率，降低了成本，還為企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了新的思路。對此，不免有人提出疑問：虛擬控制技術(shù)是否會取代傳統(tǒng)的工控設(shè)備呢？

從發(fā)展趨勢來看，虛擬控制技術(shù)的確在逐步走向成熟，并開始在某些應(yīng)用場景中取代傳統(tǒng)的工控設(shè)備。例如，一些DCS供應(yīng)商已經(jīng)開始部署虛擬化控制器CPU，以幫助用戶降低控制器成本。同時(shí)，虛擬PLC的概念也在逐漸落地，提供了一種通過軟件定義的自動化解決方案，這可能會改變自動化行業(yè)的未來。

然而，這并不意味著虛擬控制技術(shù)會完全取代傳統(tǒng)工控設(shè)備。傳統(tǒng)工控設(shè)備在特定應(yīng)用中仍然具有優(yōu)勢，它們經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)在可靠性、穩(wěn)定性和安全性等方面達(dá)到了較高的水平。許多關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)仍然依賴于這些設(shè)備的物理控制和實(shí)時(shí)監(jiān)測，尤其是在高可靠性和強(qiáng)實(shí)時(shí)性的場合。

虛擬控制技術(shù)也存在一定的局限性。例如，虛擬系統(tǒng)的可靠性和安全性仍然是一個(gè)重要問題。過度依賴虛擬環(huán)境可能導(dǎo)致企業(yè)在面對實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，無法及時(shí)應(yīng)對突發(fā)情況。此外，虛擬控制技術(shù)需要強(qiáng)大的計(jì)算能力和數(shù)據(jù)支持，這對于一些中小企業(yè)來說，可能是一種負(fù)擔(dān)。

當(dāng)然，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬控制技術(shù)將在某些應(yīng)用場景中發(fā)揮主導(dǎo)作用。虛擬控制技術(shù)與傳統(tǒng)工控設(shè)備的這種共存關(guān)系，將推動工業(yè)自動化行業(yè)向更高效、靈活和智能的方向發(fā)展，同時(shí)也為用戶提供了更多的選擇和靈活性。

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