【1746-OB16】

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即在工业控制系统环境中，其设计的虚拟化管理程序必须是具有半虚拟化特征的虚拟化管理程序，所以在物联网或工业互联网时代，Xen具有的先天优势又开始远远 与其他虚拟化管理程序。

在查看了目前国外厂家的工业控制系统虚拟化管理程序的设计后，其典型的情况大都是使用完全虚拟化模式和半虚拟化模式的混合，其中一些实例运行监控级功能，另一些实例运行硬实时控制功能。半虚拟化模式或特权模式不会引入任何延迟，因此使其适用于实时性应用程序。操作系统之间的通信通过虚拟网络或SDN网络、共享内存来实现。

而软件定义架构的PLC更强调的是一种体系，一种实现思想。即和软件定义网络、软件定义世界一样，PLC设备的智能化和标准化的体现就是典型的软件定义的PLC，包括PLC轻松连接至互联网；将APP和分析结果嵌入机器和云，实现智能化和自我意识；无需更换PLC硬件即可改变和升级PLC设备功能，为用户提供智能，实现持续改进；通过API和生态系统扩大工业互联网平台应用。

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一个典型的实现架构是：首先具有一台工业机器，可以用来测试整个生产过程。这台机器可以看作是一套可以通过OT控制协议控制的输入和输出。这是理想的实时协议，因为它确保消息在一定的时间窗内到达。然后开发一个雾计算或边缘计算层，通过工业控制协议在运行时间内与机器进行通信。其运行时会将读取的数据从机器发送到虚拟PLC，然后将PLC的输出返回给机器。如下图4所示：

图4 软件定义架构下的PLC实现

国外根据这个技术框架测试的技术方案实现，

图5 技术方案

该技术方案选择了将Raspberry Pi与UniPi扩展板结合模拟工业机器，UniPi扩展板为Raspberry Pi提供数字输入和继电器控制，使用CODESYS控制软件，这些输入和输出被映射到Mod寄存器，并 终由上层通过工业控制协议Mod来实现工业控制操作。然后在边缘层或雾计算层，使用OpenPLC充当逻辑控制器，OpenPLC是一个标准化的软件PLC，可以运行结构化文本（ST）程序。OpenPLC包含一个Web服务器，通过它可以将我们的PLC程序上传到PLC中运行。模拟工业机器与PLC之间的通信通过Mod完成。 是PLC需要实现与工业云连接，这一步通过Node-RED工具实现和OpenPLC的结合。Node-RED是一个基于流量的物联网工具。它可以连接不同的设备、API和其他服务。在边缘层或雾计算层中，通过Node-RED将PLC和OPC UA协议服务器连接起来实现通信，并在云端安装OPC UA客户端实现边缘层或雾计算层与云端的通讯工作。

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