過去的製造系統(tǒng)中，控制器向來是核心元件，近年來工業(yè)4.0掀起浪潮，智慧生產(chǎn)成為未來趨勢(shì)，智慧生產(chǎn)系統(tǒng)訴求高整合，感測(cè)網(wǎng)路成為製造架構(gòu)中的重要子系統(tǒng)，在此趨勢(shì)下，無論是PLC或PC Based的PAC，都已不只單純將控制做為唯一功能，各廠商的都開始著手進(jìn)化及其下的相關(guān)產(chǎn)品。
各廠商的控制器產(chǎn)品，在各部位都已開始強(qiáng)化其中，臺(tái)達(dá)AS系列PLC是個(gè)相當(dāng)?shù)湫偷陌咐?，此產(chǎn)品可以看出目前業(yè)界的PLC趨勢(shì)，AS系列PLC採用了SoC CPU，大幅提升運(yùn)算能力（基本運(yùn)算指令可達(dá)25ns），其產(chǎn)品定位介於小型DVP系列與中高階的AH系列之間，擁有臺(tái)達(dá)DVP系列小體積設(shè)計(jì)、AH系列的強(qiáng)化結(jié)構(gòu)與多樣化功能，最高可支援1,024點(diǎn)I/O與32個(gè)擴(kuò)充模組，適合應(yīng)用於高階機(jī)械控制系統(tǒng)。
新世代PLC經(jīng)典規(guī)格
AS系列PLC主機(jī)的設(shè)計(jì)採用SoC CPU，大幅了提升運(yùn)算能力（基本運(yùn)算指令可達(dá)25ns），同時(shí)支援多樣化的功能卡插槽設(shè)計(jì)，可以依照實(shí)際的需求直接在主機(jī)上擴(kuò)充多種的通訊介面以及AIO介面，具有節(jié)省安裝空間以及成本上的優(yōu)勢(shì)，AS全系列採用無背板設(shè)計(jì)，同時(shí)以垂直滑動(dòng)的方式進(jìn)行模組的安裝與移除，除了減少控制盤的安裝空間之外，也增加模組更換時(shí)的便利性，通訊部分，除了基本的Ethernet介面外，搭配CANopen功能卡還可以支援多種不同的模式，臺(tái)達(dá)此一系列產(chǎn)品主要的市場(chǎng)目標(biāo)為中高端的OEM市場(chǎng)，所以在設(shè)計(jì)上考量速度、安裝空間、更換便利性、通訊介面之外，也具備基本的運(yùn)動(dòng)控制能力(6個(gè)高速計(jì)數(shù)器+6個(gè)200KHz脈衝輸出+8個(gè)CANopen伺服)。
從臺(tái)達(dá)的AS系列PLC可以看出幾個(gè)趨勢(shì)，包括CPU的強(qiáng)化、多通訊介面等，先從CPU來看，PLC過去面對(duì)的自動(dòng)化系統(tǒng)，所需處理的製程相對(duì)較為簡單，因此CPU效能需求不需太高，但近年來消費(fèi)性產(chǎn)品不但體積逐漸縮小，且內(nèi)建功能一再增加，所需的製程越來越精細(xì)，在此態(tài)勢(shì)下，CPU的效能必須快速提升，Maxim(美信半導(dǎo)體)系統(tǒng)與應(yīng)用行銷總監(jiān)Mr. Duc Ngo就指出，現(xiàn)在PLC需要更高的分辨率(Resolution)、更快的速度、更小的尺寸、更低的耗電與更多的安全認(rèn)證。
無論是智慧工廠或工業(yè)4.0，對(duì)製造業(yè)而言都是革命性的概念，未來的製造系統(tǒng)下的各式設(shè)備將不再只是單獨(dú)的個(gè)體，透過各類感測(cè)器與通訊技術(shù)，設(shè)備中所有設(shè)備將全面串連，各設(shè)備設(shè)置感測(cè)器擷取的數(shù)據(jù)，可無縫流動(dòng)，彙整至後端管理系統(tǒng)，形成Big Data，作為上層管理者的決策依據(jù)，同時(shí)底端的設(shè)備將有自我診斷功能，面對(duì)不同的產(chǎn)能需求，相互溝通、自行調(diào)整狀況，以維持最佳產(chǎn)能，面對(duì)新世代產(chǎn)線需求，PLC也須同步進(jìn)化，輸出監(jiān)控、能量控管方面，有更佳表現(xiàn)。
PLC控制與通訊並重
對(duì)於PLC的控制晶片，多數(shù)人認(rèn)為PLC的控制晶片要進(jìn)化，需要在數(shù)位技術(shù)部份著手，減少數(shù)位元件的體積，不過其實(shí)數(shù)位晶片只佔(zhàn)PLC電路板不到25％的面積，其他的離散元件與類比元件則佔(zhàn)了其他接近75%的面積，因此要縮小PLC的尺寸，必須由這兩類元件著手，但這兩類元件的技術(shù)不像數(shù)位元件容易擴(kuò)展，因此其難度相當(dāng)高，對(duì)此難題，現(xiàn)在市場(chǎng)上已有廠商推出整合晶片，將多數(shù)元件整合為單一晶片，降低尺寸、成本與功耗，透過整合，PLC的速度更快、散熱更佳，且體積更小。
PLC的控制晶片有兩類，一為PLC廠商自行設(shè)計(jì)，另一種則是晶片廠商提供，自行設(shè)計(jì)的控制晶片可貼合廠商本身需求，整合性與效能表現(xiàn)都較佳，不過這必須廠商的產(chǎn)品量有一定規(guī)模，方能分?jǐn)偢甙旱木O(shè)計(jì)成本，目前臺(tái)灣PLC廠商多採用自行設(shè)計(jì)的控制晶片，至於晶片廠商的產(chǎn)品，其優(yōu)勢(shì)是可快速取得、整體成本較低，效能也高，缺點(diǎn)則是PLC整機(jī)設(shè)計(jì)必須受制於控制晶片，整合性較弱，大陸廠商目前多採用這類型晶片。
第二個(gè)重點(diǎn)是多通訊模組，智慧工廠強(qiáng)調(diào)整合性，將各製造設(shè)備納為同一系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)的每一設(shè)備都必須能相互連結(jié)，此外製造系統(tǒng)還須與後端的IT管理系統(tǒng)鏈接，透過通訊，讓設(shè)備與設(shè)備、系統(tǒng)與系統(tǒng)都能互送訊息，讓各環(huán)節(jié)的資訊價(jià)值可以最大化，目前市場(chǎng)上的PLC，多已有Ethernet通訊埠，臺(tái)達(dá)的AS系列PLC也將之作為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，在現(xiàn)場(chǎng)總線方面，AS系列PLC選擇了CANopen標(biāo)準(zhǔn)，此一標(biāo)準(zhǔn)兼具易配線與高效率優(yōu)點(diǎn)，在工控市場(chǎng)上已然普及，由於現(xiàn)在的PLC需與馬達(dá)、I/O模組互連，CANopen的普及，可使PLC與其他設(shè)備的連接更容易，整合性也更高。
臺(tái)商往中小型PLC方向發(fā)展
臺(tái)達(dá)AS系列PLC主打中高階OEM市場(chǎng)，臺(tái)灣另一家老牌PLC廠商永宏電機(jī)的近來雖然推出的微型的PLC–B1系列，不過永宏經(jīng)理許祿沛指出，未來該公司的產(chǎn)品策略會(huì)往中小型方向走，許祿沛表示，永宏電機(jī)成立初期的產(chǎn)品即是中大型PLC，當(dāng)年的技術(shù)如今仍在，因此難度不高，而之所以會(huì)往中小型方向發(fā)展，最大的原因在於小型PLC後進(jìn)者的技術(shù)已然跟上，市場(chǎng)競爭過於激烈，且因其架構(gòu)簡單，應(yīng)用與功能都受限。
對(duì)於小型PLC的競爭態(tài)勢(shì)，臺(tái)達(dá)也指出，產(chǎn)品的發(fā)展到了一定的階段時(shí)，就會(huì)遇到市場(chǎng)上價(jià)格競爭的問題，如果只是注重成本的降低與控制，勢(shì)必會(huì)受到很大的發(fā)展限制，面對(duì)這樣的市場(chǎng)競爭，臺(tái)商必須要找出市場(chǎng)的新需求，並且進(jìn)行垂直與水平的產(chǎn)品與技術(shù)整合，發(fā)揮一加一大於二的效果，同時(shí)提供全方位的服務(wù)與完整的解決方案，「價(jià)格」只是客戶購買時(shí)的其中一項(xiàng)考量因素，唯有同時(shí)滿足客戶多種需求的產(chǎn)品與服務(wù)，才能夠獲得客戶的青睞，也才能在市場(chǎng)上穩(wěn)定成長。
目前臺(tái)灣業(yè)者在小型PLC市場(chǎng)，遇到最大的競爭者來自大陸廠商，近年來全球大廠如西門子，也推出小型PLC，讓此一領(lǐng)域的競爭日趨激烈，臺(tái)灣廠商一直以來的優(yōu)勢(shì)在於高性價(jià)比，臺(tái)灣廠商的產(chǎn)品品質(zhì)與大廠相近，但價(jià)格更為親民，因此一直以來在自動(dòng)化領(lǐng)域都佔(zhàn)有一席之地，不過隨著大陸廠商的價(jià)格進(jìn)逼，臺(tái)灣廠商產(chǎn)品品質(zhì)雖仍維持，不過價(jià)格方面的優(yōu)勢(shì)逐漸流失，因此現(xiàn)在多數(shù)臺(tái)灣業(yè)者都已開始往中小型PLC方向發(fā)展。
亞洲的中小型PLC最主要的競爭者為日商，另外西門子在此領(lǐng)域也有佈局，與小型PLC以單一產(chǎn)品為主的做法不同，中小型PLC必須搭配周邊的自動(dòng)化設(shè)備，以解決方案模式提供給客戶，以永宏為例，就將旗下的HMI與PLC整合，永宏的解決方案有多種選擇，HMI螢?zāi)挥?.3吋、7吋、10.2吋，CPU則為600MHz，已於2016年上市，許祿沛指出，此一產(chǎn)品的特點(diǎn)在於，其HMI與PLC可結(jié)合在一起，除了精簡製造系統(tǒng)空間外，通訊纜線也更穩(wěn)固、成本當(dāng)然也更佳。
FPGA讓PAC效能與彈性兼具
除了PLC外，PC Based的PAC也是自動(dòng)化系統(tǒng)的主流控制器之一，PLC與PAC之爭已超過10年，PAC的主要優(yōu)勢(shì)是相容性高，不過在問世初期，穩(wěn)定度一直為市場(chǎng)所質(zhì)疑，經(jīng)過長年發(fā)展，此以問題已逐漸克服，臺(tái)達(dá)認(rèn)為，隨著時(shí)間與技術(shù)的演進(jìn)，PLC與PAC的差異會(huì)越來越小，或應(yīng)該說兩者的融合程度會(huì)越來越高，以目前的技術(shù)與市場(chǎng)來看，PLC為OEM市場(chǎng)與簡易的系統(tǒng)中的主流，而PAC則借助著高速處理能力、龐大的資料存儲(chǔ)及優(yōu)越的系統(tǒng)擴(kuò)展能力，在大型的系統(tǒng)整合市場(chǎng)中獲得青睞，以目前來看，PLC強(qiáng)調(diào)的仍是穩(wěn)定性以及適宜的價(jià)格，而PAC則著重在較高的硬體規(guī)格與軟體功能。
PAC市場(chǎng)的主要廠商為工業(yè)電腦業(yè)者，其中美商國家儀器(NI)的CompactRIO是業(yè)界的指標(biāo)性機(jī)種之一，與PLC和一般PAC採用控制晶片或CPU不同，CompactRIO的控制單元使用FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可程式邏輯門陣列)，NI行銷工程師吳維翰表示，F(xiàn)PGA的最大特色就是效能與彈性兼具，使用者可根據(jù)身需求，定義FPGA的應(yīng)用，例如現(xiàn)在多數(shù)控制器的處理器都採用多核架構(gòu)，以平行運(yùn)算讓PLC可以多工運(yùn)作，不過多核CPU的運(yùn)作方式只是運(yùn)算核心的轉(zhuǎn)換，並不會(huì)有專屬的固定運(yùn)算核心，F(xiàn)PGA則可以由設(shè)計(jì)者自行設(shè)計(jì)切分不同的功能區(qū)塊，因此控制器會(huì)有固定的運(yùn)算與其他功能區(qū)塊，此一作法可以完全貼合該控制器的需求。
不過FPGA的缺點(diǎn)在於其程式語言如VHDL或Verilog，都有相當(dāng)門檻，一般工程師要上手並不容易，而CompactRIO之所以能夠採用FPGA而仍順利推廣，最主要的原因在於，NI的LabVIEW提供了相對(duì)簡程式易的圖形化設(shè)計(jì)介面，讓工程師在設(shè)計(jì)時(shí)更容易上手。
未來PLC的功能發(fā)展
在工業(yè)4.0浪潮中，「資訊的收集、整合與分析」無疑是未來製造系統(tǒng)的重要方向，臺(tái)達(dá)指出，控制器負(fù)責(zé)蒐集相關(guān)的設(shè)備運(yùn)作資料並進(jìn)行儲(chǔ)存，同時(shí)向上位監(jiān)控系統(tǒng)傳送資料，而企業(yè)的ERP與MES等系統(tǒng)則可以讀取資料中心的訊息，然後進(jìn)行分析，再根據(jù)分析數(shù)據(jù)擬定相關(guān)的決策與處理，由此架構(gòu)中可以看出，未來控制器必須要加強(qiáng)與IT介面的整合能力，同時(shí)具有大量資料存儲(chǔ)與無線/4G網(wǎng)路連接的能力，方能因應(yīng)這波工業(yè)革命的趨勢(shì)。
