但是在工業(yè)應(yīng)用中部署這些技術(shù)和解決方案并不容易，因為在工業(yè)環(huán)境中，要求通常很高，系統(tǒng)故障、實時性等對工業(yè)生產(chǎn)和應(yīng)用來說是至關(guān)重要的。而工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0舊是著手于解決虛擬化和云計算等先進IT創(chuàng)新技術(shù)運用于工業(yè)領(lǐng)域并提高工業(yè)生產(chǎn)效率的變革和技術(shù)實現(xiàn)。在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0的實踐當(dāng)中，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0技術(shù)在當(dāng)前來說，是否已經(jīng)如此發(fā)達和可靠，以至于它們可以在需要滿足穩(wěn)定性和實時計算等較高要求的工業(yè)控制環(huán)境中使用，這是值得懷疑的。但是從一些公開發(fā)表的案例和統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，制造商已經(jīng)開始從工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0技術(shù)中受益，這些受益的部分主要是利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)或工業(yè)4.0技術(shù)，他們可以使用實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)來幫助更有效地規(guī)劃生產(chǎn)過程，從而提高生產(chǎn)效率和降低運營成本。這些案例的成功使得人們在備受鼓舞的同時，積極投入成本研發(fā)下一步的技術(shù)解決方案和完善當(dāng)前技術(shù)實現(xiàn)。在當(dāng)前，類似西門子等工控設(shè)備廠商和從事IT領(lǐng)域的虛擬化云計算廠商均將目光投入到嘗試虛擬化控制平面上面，使用軟件而不是物理硬件來降低運營成本，并擁有更加靈活的控制環(huán)境。PLC虛擬化或軟件定義的PLC，換句話說，使用虛擬PLC（vPLC）或軟件定義的PLC是他們下一步研究和實現(xiàn)的目標(biāo)。至少從目前的技術(shù)實現(xiàn)和研究方向上以及IT的成功經(jīng)驗上看，大勢是如此的。
PLC虛擬化或軟件定義的PLC，其技術(shù)思想都是將傳統(tǒng)專用的硬件功能解耦。因為在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)或工業(yè)4.0時代，工廠車間中具有更高級別應(yīng)用程序的機器的數(shù)據(jù)集成主要是使用傳統(tǒng)協(xié)議完成的，而傳統(tǒng)協(xié)議缺乏對新設(shè)備靈活集成的支持。兩者之間總是存在著矛盾，如何解決這種矛盾？只能在這兩者之間引入一個中間層，通過虛擬化PLC控制器或軟件定義PLC將控制邏輯與機器分離，可以獲得更靈活的重新配置。
PLC虛擬化或軟件定義PLC通過允許用戶更換或添加組件而不影響系統(tǒng)的其他部分，實現(xiàn)輕松的可擴展性和系統(tǒng)模塊化。PLC虛擬化或軟件定義PLC設(shè)計為開放平臺，允許用戶選擇首選組件和解決方案，這意味著用戶可以靈活地選擇不同的供應(yīng)商（無供應(yīng)商鎖定）。在工業(yè)3.0系統(tǒng)中，在同一個體系結(jié)構(gòu)中使用多個供應(yīng)商的組件并不那么容易，或者根本不可能。PLC虛擬化或軟件定義PLC中通常沒有硬件依賴性，所以很容易遷移和重用軟件。PLC虛擬化或軟件定義PLC使用虛擬化或軟件定義技術(shù)，使用更多的軟件而不是硬件，因為所需的硬件數(shù)量較少，所以降低了成本，縮小了占用空間。目標(biāo)是提供現(xiàn)成的和可供銷售的COTS（COTS =商業(yè)現(xiàn)成的）軟件/硬件產(chǎn)品以實現(xiàn)整體解決方案的靈活選擇和可擴展性。虛擬化技術(shù)和軟件定義的體系結(jié)構(gòu)是以軟件為中心的模式，在系統(tǒng)集中管理、網(wǎng)絡(luò)處理和安全性方面具有優(yōu)勢。遠程監(jiān)控降低了運營成本，而維護工程師或操作員并不總是需要現(xiàn)場檢查機器的狀態(tài)。集中管理簡化了遠程監(jiān)控，因為只需訪問一個軟件平臺即可管理您的資產(chǎn)。通過云計算和使用智能傳感器（包括通信能力和板載診斷的傳感器），機器數(shù)據(jù)被推送到云端，數(shù)據(jù)可以通過用戶界面（HMI）訪問。機器數(shù)據(jù)可以用于預(yù)測性維護，這意味著機器數(shù)據(jù)可以用來預(yù)估機器即將發(fā)生故障的時間。
PLC虛擬化在這里并非是指軟件PLC（SoftPLC）或安裝虛擬機里面的軟件PLC，而是指將PLC執(zhí)行環(huán)境與I/O模塊解耦，并將PLC執(zhí)行環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、虛擬化的實現(xiàn)。而軟件定義則是將PLC的邏輯抽象出來，利用軟件定義網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)思路，通過一個應(yīng)用程序商店的方式實現(xiàn)針對PLC執(zhí)行動作的程序開發(fā)和管理，讓應(yīng)用程序定義硬件PLC的功能。也就是將PLC的邏輯控制、程序存儲和IO模塊分離，利用應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)邏輯控制部分。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)或工業(yè)4.0在實現(xiàn)PLC虛擬化或軟件定義的PLC時，均使用到了以下技術(shù)：
l 基于管理程序或容器的虛擬化
l 軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）
l 網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）等
PLC虛擬化典型的架構(gòu)實現(xiàn)在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界比較典型的架構(gòu)和描述是：
PLC虛擬化或軟件定義的PLC，其技術(shù)思想都是將傳統(tǒng)專用的硬件功能解耦。因為在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)或工業(yè)4.0時代，工廠車間中具有更高級別應(yīng)用程序的機器的數(shù)據(jù)集成主要是使用傳統(tǒng)協(xié)議完成的，而傳統(tǒng)協(xié)議缺乏對新設(shè)備靈活集成的支持。兩者之間總是存在著矛盾，如何解決這種矛盾？只能在這兩者之間引入一個中間層，通過虛擬化PLC控制器或軟件定義PLC將控制邏輯與機器分離，可以獲得更靈活的重新配置。
PLC虛擬化或軟件定義PLC通過允許用戶更換或添加組件而不影響系統(tǒng)的其他部分，實現(xiàn)輕松的可擴展性和系統(tǒng)模塊化。PLC虛擬化或軟件定義PLC設(shè)計為開放平臺，允許用戶選擇首選組件和解決方案，這意味著用戶可以靈活地選擇不同的供應(yīng)商（無供應(yīng)商鎖定）。在工業(yè)3.0系統(tǒng)中，在同一個體系結(jié)構(gòu)中使用多個供應(yīng)商的組件并不那么容易，或者根本不可能。PLC虛擬化或軟件定義PLC中通常沒有硬件依賴性，所以很容易遷移和重用軟件。PLC虛擬化或軟件定義PLC使用虛擬化或軟件定義技術(shù)，使用更多的軟件而不是硬件，因為所需的硬件數(shù)量較少，所以降低了成本，縮小了占用空間。目標(biāo)是提供現(xiàn)成的和可供銷售的COTS（COTS =商業(yè)現(xiàn)成的）軟件/硬件產(chǎn)品以實現(xiàn)整體解決方案的靈活選擇和可擴展性。虛擬化技術(shù)和軟件定義的體系結(jié)構(gòu)是以軟件為中心的模式，在系統(tǒng)集中管理、網(wǎng)絡(luò)處理和安全性方面具有優(yōu)勢。遠程監(jiān)控降低了運營成本，而維護工程師或操作員并不總是需要現(xiàn)場檢查機器的狀態(tài)。集中管理簡化了遠程監(jiān)控，因為只需訪問一個軟件平臺即可管理您的資產(chǎn)。通過云計算和使用智能傳感器（包括通信能力和板載診斷的傳感器），機器數(shù)據(jù)被推送到云端，數(shù)據(jù)可以通過用戶界面（HMI）訪問。機器數(shù)據(jù)可以用于預(yù)測性維護，這意味著機器數(shù)據(jù)可以用來預(yù)估機器即將發(fā)生故障的時間。
PLC虛擬化在這里并非是指軟件PLC（SoftPLC）或安裝虛擬機里面的軟件PLC，而是指將PLC執(zhí)行環(huán)境與I/O模塊解耦，并將PLC執(zhí)行環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、虛擬化的實現(xiàn)。而軟件定義則是將PLC的邏輯抽象出來，利用軟件定義網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)思路，通過一個應(yīng)用程序商店的方式實現(xiàn)針對PLC執(zhí)行動作的程序開發(fā)和管理，讓應(yīng)用程序定義硬件PLC的功能。也就是將PLC的邏輯控制、程序存儲和IO模塊分離，利用應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)邏輯控制部分。
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)或工業(yè)4.0在實現(xiàn)PLC虛擬化或軟件定義的PLC時，均使用到了以下技術(shù)：
l 基于管理程序或容器的虛擬化
l 軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）
l 網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）等
PLC虛擬化典型的架構(gòu)實現(xiàn)在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界比較典型的架構(gòu)和描述是：
圖2PLC虛擬化架構(gòu)
