Virtual PLC trong công nghiệp

Xu hướng Virtual PLC trong công nghiệp

Lịch sử ngắn: PLC ra đời từ năm 1968; đến giai đoạn IIoT/edge, vPLC nổi lên nhờ hội tụ IT/OT và ảo hóa.

Yếu tố thúc đẩy chính: chi phí & độ linh hoạt (tăng/giảm số instance theo nhu cầu),  mô phỏng/virtual commissioning & digital twin, IIoT/edge để gom dữ liệu và triển khai AI gần hiện trường, quản trị tập trung & vá lỗi nhanh, đào tạo không cần phần cứng.

Xu hướng thị trường: theo IoT Analytics, thị trường vPLC còn “non trẻ”, hạn chế bởi hỗ trợ tác vụ điều khiển, thiếu chứng nhận an toàn chức năng, tính di động mã và dự phòng; ô tô là nhóm áp dụng sớm (gần 1/4 thị trường vPLC rất nhỏ năm 2023).

So sánh kỹ thuật Virtual PLC và PLC vật lý qua ví dụ thực tế

Độ trễ & thời gian thực: PLC vật lý được ưa chuộng nhờ tính ổn định và phản hồi nhanh. Nghiên cứu/thử nghiệm vPLC cho thấy đáp ứng 5 - 10 ms là khả thi cho nhiều bài toán điều khiển rời rạc; nhưng các tác vụ rất nhanh (cỡ <1 ms, motion đồng bộ) vẫn là vùng khó.

I/O: vPLC thường dùng I/O phân tán qua mạng (ví dụ: EtherCAT, Profinet coupler…), thay vì I/O gắn module trong tủ như PLC truyền thống.

Độ tin cậy: vPLC có thể tận dụng cơ chế dự phòng/failover kiểu IT; một luận điểm nổi bật là tự khôi phục bằng cách “restart trên server khác” khi phần cứng gặp sự cố.

Hỏi: Virtual PLC (vPLC) là gì?
Đáp: Là phiên bản ảo hóa (được container hóa) của PLC phần mềm (“Soft PLC”). Do hoàn toàn dựa trên phần mềm, chúng không phụ thuộc vào phần cứng cụ thể và có thể chạy trên bất kỳ thiết bị tính toán phù hợp nào như: máy tính công nghiệp, gateway IoT, edge server, v.v.

Hỏi: Chúng được ảo hóa như thế nào?
Cách cũ: Ảo hóa ở mức phần cứng, tức là chạy dưới dạng máy ảo (VM). Cách này tiêu tốn nhiều tài nguyên và cần CPU có các extension đặc biệt để đạt hiệu năng tốt.

Cách mới (phổ biến nhất): Ảo hóa ở mức hệ điều hành, tức là container hóa. Runtime của vPLC được đóng gói trong container và chạy trên các nền tảng như Docker. Phương pháp này không cần CPU đặc biệt, nhẹ, có mức cách ly tốt và hiệu năng gần như native.

Hỏi: Phần cứng nên được đặt ở đâu?
Trên cloud: Điều này tạo ra nhiều điểm lỗi và độ trễ cao giữa vPLC và máy móc điều khiển. Đây là lập luận thường bị dùng để “dìm hàng” vPLC.

Trong tủ điều khiển của máy hoặc gần đó: Tức là ngay vị trí mà PLC truyền thống thường được đặt. Càng gần càng tốt.

Hỏi: Chúng có an toàn không?
Đáp: Có! Container có một lớp cách ly với hệ điều hành host và gần như có firewall tích hợp, có thể đóng kín khi sử dụng kiến trúc Zero Trust. Cho đến khi PLC truyền thống có firewall tích hợp và hỗ trợ Zero Trust, các giải pháp điều khiển dựa trên phần mềm vẫn có lợi thế rõ ràng về bảo mật. 

Hỏi: Tại sao nên dùng Virtual PLC?
Đáp:

• Giá trị vượt trội (hiệu năng/chi phí)
• Tự do lựa chọn mọi thành phần hệ thống (phần cứng, container engine, remote I/O)
• Thông lượng dữ liệu cực cao phục vụ AI
• Bảo mật tốt hơn PLC truyền thống
  → Và danh sách lợi ích vẫn đang tiếp tục tăng.

Hỏi: Giải pháp điều khiển bằng phần mềm có thể xử lý real-time trên phần cứng thông thường không?
Đáp: Hoàn toàn có thể. Với cấu hình phần cứng phù hợp và thiết lập đúng, việc này rất dễ đạt được ngay cả khi có nhiều chương trình khác chạy đồng thời. Điều này bao gồm:

• Thời gian scan rất thấp
• Lập lịch và timing chính xác cao

Thậm chí bạn còn có thể thực hiện điều khiển chuyển động (motion control) nếu phần cứng đủ mạnh. 

Nguồn:  Jacob Abel (Kỹ sư chính tại Otee)/LinkedIn và Phoenix Contact