虚拟PLC热战正酣，巨头争先，难觅中国企业

摘要：随着“软件定义”理念在制造业中加速渗透，IT与OT的融合创新促进了产业的高质量发展虚拟PLC（vPLC）正逐步成为自动化领域探索的新方向，其中的布局者有传统工业自动化巨头，也有来自CT的企业共同促进变革。提出至今，距离vPLC规模应用尚远，但行业入局者们正在证

随着“软件定义”理念在制造业中加速渗透，IT与OT的融合创新促进了产业的高质量发展虚拟PLC（vPLC）正逐步成为自动化领域探索的新方向，其中的布局者有传统工业自动化巨头，也有来自CT的企业共同促进变革。提出至今，距离vPLC规模应用尚远，但行业入局者们正在证实其价值所在，控制系统正从封闭走向开放，从物理走向数字，从点状控制转向更高维度的数据驱动决策，更加开放、更具兼容性、更具互操作性的未来已经可以预见。

今年春季，奥迪德国Böllinger Höfe工厂率先实现全球首个量产级vPLC应用，引发行业广泛讨论。这一事件背后，不仅代表了技术跃迁，更切实演绎着控制系统架构向“类IT”演进的加速。

从汽车行业的试验场，到vPLC的四大挑战

vPLC目前的主要应用集中在汽车制造领域。该行业对柔性制造、系统集成度和成本敏感性要求极高，因此更愿意在可控范围内尝试新架构。

不同于传统PLC依赖专用硬件部署控制逻辑，奥迪联合西门子开发的虚拟PLC（vPLC）通过云端或边缘数据中心运行控制逻辑，其基于西门子工业基础模型（IFM）和微软Azure平台构建，能够处理包括3D模型和传感器数据在内的多源工业信息，实现语义理解与实时控制。

尽管像奥迪这样的制造商正在探索vPLC的应用，但vPLC市场仍处于非常早期的阶段，目前在整个PLC市场中所占份额仅为个位数。IoT Analytics 最新研究结果显示，目前虚拟 PLC整体技术成熟度较低，尚未满足传统硬件 PLC 的全部技术要求。供应商在 vPLC 完全取代硬 PLC 并成为行业规范之前必须满足的四个关键技术要求，包括：控制任务支持、功能安全、控制逻辑可移植性和冗余性。vPLC 目前能够执行基本的控制任务，但存在以下局限性：

1 控制周期限制：目前没有vPLC 能够处理执行时间低于 1 毫秒的控制任务，而硬PLC已实现微秒级响应。

2 功能安全认证：目前没有 vPLC 公开支持在操作安全至关重要时所需的功能安全认证（IEC 61508 是电气、电子和可编程电子系统功能安全的基础标准）

3 控制逻辑可移植性：大多数 vPLC 无法在不修改代码的情况下在不同厂商的运行时之间无缝切换（例如，在供应商 A 的运行时以及供应商 B 的运行时上运行），这使得它们无法真正独立于硬件。

4 冗余能力：大多数 vPLC 缺乏冗余，因此如果在集中式服务器上安装了多个 vPLC，一旦发生故障，那么 vPLC 运行时间和运行控制逻辑的能力也会随之下降。

这些限制表明，vPLC距离全面替代传统硬PLC还有不短的距离。值得注意的是，软PLC与vPLC市场的年增长率均维持在高位，其中vPLC预计增速更快。IoT Analytics预计，到2030年，新售PLC中将有四分之一为虚拟或软PLC。

由此来看，虚拟PLC依然是业内值得长期关注的潜力技术，这并非一日之功，而虚拟PLC与传统PLC之间也并非非此即彼二选一的关系。

ARC advisory中有一篇文章曾经提到，IT技术一直在影响工业自动化系统，也一直在向厌恶风险的自动化从业者展示使用“类IT”架构的价值和好处。从工业以太网的普及，到工业边缘计算的兴起，再到如今的控制层虚拟化，控制系统架构已逐渐脱离原本封闭的专用硬件范式，拥抱云原生、容器化、微服务等“IT化属性”。这一转变不仅提升了部署灵活性，也为生产系统引入了更多数据分析和智能化能力。

这一趋势并不意味着vPLC将全面取代传统PLC硬件。相反，两者将在相当长一段时间内共存。vPLC更适合对周期时间要求不高、具备IT基础设施的场景，如AGV控制、工厂物流系统等；而对于微秒级响应、高可靠性要求的核心工艺控制，传统PLC依然不可替代。

中外技术派的“攻防战”？主流厂商布局一览

这场由OT领域的传统巨头主导的虚拟PLC竞争愈演愈烈，近两年我们时常可以听见相关成果，西门子、倍福、施耐德、CODESYS等自动化巨头相关解决方案声量逐渐增大，我们也在其中寻觅，是否有中国厂商的身影。

西门子

西门子今年汉诺威工博会展示了由奥迪率先应用的虚拟可编程逻辑控制器（vPLC）。在奥迪位于Böllinger Höfe的工厂，虚拟可编程逻辑控制器（vPLC）被首次用于实际生产控制。这意味着，控制系统不再依赖部署在机器或机器人旁的传统硬件，而是由远在数公里外的数据中心的虚拟控制器远程运行。西门子也由此成为全球首家获得德国技术监督协会TÜV安全认证的vPLC供应商。

菲尼克斯电气

Dr. Tobias Frank（菲尼克斯电气集团自动化系统副总裁）在今年的一次访谈中指出，Virtual PLCnext Control是我们基于硬件PLCnext控制器的补充。在周期时间要求小于1毫秒的应用中，硬件控制器目前仍是首选。在已经有工业PC或基于IT的硬件的应用中，将可以看到vPLCnext软件的身影。在这种情况下，可以直接省去硬件PLC，AGV就是一个很好的例子。同时其应用范围正在从边缘侧拓展到云端。基于硬件的PLCnext控制系统已通过IEC 62443认证，具有很高的安全性，Virtual PLCnext Control基于相同的技术。这意味着vPLCnext软件中也包含了所有已知的、经过验证的安全机制。

Virtual PLCnext Control架构允许用户在工业PC上运行vPLC，无需额外PLC硬件，特别适合AGV等已有IT基础的场景。其已完成IEC 62443安全认证，确保虚拟控制系统与现有硬件PLC具备相同的安全等级。

倍福

TwinCAT for Linux® 不仅支持基于 Linux® 操作系统执行 TwinCAT 自动化软件，还能够以容器的形式部署和运行 TwinCAT。ADS-over-MQTT 技术为跨网络通信提供了有力支持，并且也可用于集成虚拟化开发系统。这种虚拟 PLC 的实现方式进一步拓宽了应用程序选择范围，使其能够延伸至本地数据中心，从而可以将某些特定的控制、仿真以及测试任务从机器或其控制 PC 中分离出去。这种运行模式尤其适用于那些对实时性要求不高的应用场景。

CODESYS

聚焦“中立性”与“开放性”，CODESYS Virtual Control 解决方案集成了许多先进的IT技术，如Containers, Hypervisor, Kubernetes, OPC UA, Web协议等技术。CODESYS 虚拟控制解决方案可根据客户的确定性和实时性需求，既可以在传统控制器中部署运行，也可以在边缘服务器、私有云或公有云服务器中部署运行。目前，CODESYS SoftPLC（软PLC）每天都稳定运行在遍布全球的数百万个控制系统和自动化设备中，而 CODESYS 虚拟控制技术使 CODESYS 软PLC更加独立于硬件，并使 CODESYS SoftPLC 能够在容器（如Docker ）和 Hypervisor 平台中稳定地实时运行。

施耐德电气

施耐德电气上海普陀工厂已经成功部署了“5G+云化PLC”控制的高速全自动铆银机设备以及全自动柔性装配线，云化PLC由部署在本地云上的施耐德电气EcoStruxure开放自动化平台（简称EAE）实现，同时通过5G私网和工厂产线上各工站相连，实现了20ms内的运动控制。借助EAE和工业蜂窝网，将原有的硬接线通过无线方式代替，提高了产线的柔性，利用EAE SoftdPAC，还能实现软硬件解耦，提高软件的可重用性；另一方面，基于面向对象的建模方式，还大大提高了开发效率，降低了现场运维难度。

在虚拟PLC领域，国内已有先行者，走的是和上述巨头截然不同的道路。但目前，国内厂商在此方面的动作似乎并不多，我们上一次看到有所动作的，还要追溯到2021年。

2021年，华为携手紫金山实验室、上海交通大学、宝信软件正式发布了全球首个广域云化PLC（可编程控制器）技术试验成果。本次试验基于确定性广域网技术和下一代工业控制边缘计算架构，在CENI（未来网络试验设施）上实现了沪宁两地间传输距离近600公里的广域云化PLC工业控制系统的部署和稳定运行。

2024年11月，阿里云与菲尼克斯电气达成合作，将集成Virtual PLCnext Control软件解决方案，从而为菲尼克斯电气中国乃至亚洲的制造业客户提供阿里云的云服务以及边缘云基础设施产品。阿里云将云计算解决方案拓展至OT领域。借助菲尼克斯电气推出的开放式工业自动化生态系统PLCnext Technology，通过Virtual PLCnext Control软件解决方案，用户可使用PLCnext Engineer进行编程以及访问PLCnext Store自动化应用商店。