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PLC虚拟化或软件定义PLC通过允许用户更换或添加组件而不影响系统的其他部分,实现轻松的可扩展性和系统模块化。PLC虚拟化或软件定义PLC设计为开放平台,允许用户选择***组件和解决方案,这意味着用户可以灵活地选择不同的供应商(无供应商锁定)。在工业3.0系统中,在同一个体系结构中使用多个供应商的组件并不那么容易,或者根本不可能。PLC虚拟化或软件定义PLC中通常没有硬件依赖性,所以很容易迁移和重用软件。PLC虚拟化或软件定义PLC使用虚拟化或软件定义技术,使用更多的软件而不是硬件,因为所需的硬件数量较少,所以降低了成本,缩小了占用空间。目标是提供现成的和可供销售的COTS(COTS =商业现成的)软件/硬件产品以实现整体解决方案的灵活选择和可扩展性。虚拟化技术和软件定义的体系结构是以软件为中心的模式,在系统集中管理、网络处理和安全性方面具有优势。远程监控降低了运营成本,而维护工程师或操作员并不总是需要现场检查机器的状态。集中管理简化了远程监控,因为只需访问一个软件平台即可管理您的资产。通过云计算和使用智能传感器(包括通信能力和板载诊断的传感器),机器数据被推送到云端,数据可以通过用户界面(HMI)访问。机器数据可以用于预测性维护,这意味着机器数据可以用来预估机器即将发生故障的时间。
PLC虚拟化在这里并非是指软件PLC(SoftPLC)或安装虚拟机里面的软件PLC,而是指将PLC执行环境与I/O模块解耦,并将PLC执行环境标准化、模块化、虚拟化的实现。而软件定义则是将PLC的逻辑抽象出来,利用软件定义网络的实现思路,通过一个应用程序商店的方式实现针对PLC执行动作的程序开发和管理,让应用程序定义硬件PLC的功能。也就是将PLC的逻辑控制、程序存储和IO模块分离,利用应用程序实现逻辑控制部分。
工业互联网或工业4.0在实现PLC虚拟化或软件定义的PLC时,均使用到了以下技术:
l 基于管理程序或容器的虚拟化
l 软件定义网络(SDN)
l 网络功能虚拟化(NFV)等
PLC虚拟化典型的架构实现在学术界和工业界比较典型的架构和描述是:
图3 PLC虚拟化架构
在PLC虚拟化中,PLC I/O总线被高速网络功能所取代,SDN允许在I/O结构上创建灵活的虚拟通道,以适应vPLC实例和I/O模块之间的连接流,例如传感器接口或运行控制器,并且基于SDN的控制可以提供灵活的业务隔离。此外,由于近年来在现场可编程门阵列(FPGA)和专用集成电路(ASIC)技术方面的进展,这种I/O模块可以使用FPGA或ASIC模块以更低的复杂度来构建。在这种架构中,SDN重新配置是通过SDN控制器经由与其北向接×××互的高可用性(HA)服务器(图中未示出)来管理的。HA服务器连续监视SDN交换机统计信息和路径可达性,在性能下降或故障的情况下触发重新配置过程。
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Gerät in neuwertigem Zustand, Rechnung & Gewährleistung
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