北京時間06月28日消息，中國觸摸屏網訊， 隨著人力成本持續高漲，即便大型工廠、生產單位已逐步將生產基地轉往人力成本較低區域設置，但長期觀察人力成本逐步提升是不可檔的發展趨勢，必須透過生產自動化手段減少人力投入，搭配關鍵技術讓自動化設計更為可行...

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    工廠可以賴以提高制造獲利的關鍵，在于有效控制成本、穩定生產，而在設置工廠除了硬件與土地資源問題外，其實生產人力投入也是一大成本，而由人產生的成本除了工資持續上揚、勞資糾紛外，生產在線的質量管控在過多人工參與也難以達到一定水平的制造水平。

    在廠房集成應用中，PLC技術方案可提供生產監控所需的應用功能。

     FPGA具備可程序化特性，可依據使用需求變更應用功能，集成于工控設備可兼具低延遲與高彈性設計需求。

    集成FPGA的工控設備相當常見，主要用以需面對低延遲實時應用的系統需求為主。

    近年來，因自動化控制系統對標準性、開放性、可互操作性、可移植性的要求提升，因此集成了IPC與PLC兩者優點的PAC（Programmable Automation Controller）系統，已被視為下一代的PLC。

    自動化生產減少人力投入 效率效益吸引產業導入

    隨著科技持續進展，制造業轉往尋求自動化工具、自動生產流程集成，進而降低廠房的生產人力需求，在維持既有、甚至更高的工廠產能，同時又可提升現有產線的產品質量，目前僅有導入自動化生產工具、自動化流程，透過生產機臺的自動化改造，與引進機器人取人工制造與處理，才有機會令生產工廠達到降低成本、穩定生產，同時達到提升制品質量的多重效益。

    但工控技術在導入自動化升級需求，雖然也會帶來極大的市場商機，但實際上工控技術是大量機、電、信息等專業領域技術的高度集成，也需不同產業的專業生產經驗與跨領域技術機電進行集成，要達到具效益的自動化技術導入，仍是個相當大的挑戰，因為現有自動化機臺與對應技術還算是小事，但不同產業、工廠配置、生產流程也不見得能以制式套裝設備進行自動化生產改善，導入工控應用也需要大量的客制化集成，讓自動化工控設備可以融入現有生產流程，突破關鍵工作流程、工作站的生產瓶頸，甚至改善整體生產流程的效能與制品質量。

FPGA/ASIC/SoC技術 成工控應用熱門項目

    在工控領域技術方案中，其實已有相當多的成熟技術涉入此領域，象是為了讓設備進入智能化應用領域，控制應用解決方案的效能要求即相對較高！為了導入智能化應用，也讓FPGA(Field-programmable gate array)應用重要性持續提升。FPGA為可以重復改變組態的電路結構，設計者透過可程序化的邏輯閘元件建構自動化應用基礎，由于可重復變更程序化內容，對于產品開發過程需持續、不斷變更設計的應用的場合尤其適用！亦可有效加速產品開發耗時。

    由于FPGA元件的可程序化邏輯閘特性，可依照設計者需求進行變更，此外，新一代的FPGA也因應市場需求與近似產品的規格挑戰，在FPGA內也加入不少基本功能項，簡化FPGA應用開發難度，即便FPGA元件多數會較DSP(Digital signal processing)較為昂貴一些，而且元件特性在功耗表現亦較DSP高，此外與競爭ASIC(Application-specific integrated circuit)產品相較FPGA的運行速度亦顯得相對弱勢，同時也無法因應相對高復雜度的設計方案，因此即便FPGA在某種程度上可與ASIC、DSP采用效果接近，但實際在開發工控產品時，多半也會針對設計方案需求，在整體設計中分別采取DSP、ASIC與FPGA進行功能集成，達到較佳成本與較大的功能變更彈性。

嵌入式系統集成設計 讓自動化工具機應用更彈性

    尤其是工控自動化設計領域，逐漸采向分散式的設計方案，而不是如同以往中心化的運算架構，尤其在嵌入式運算技術、嵌入式系統逐漸成熟且相對應可用方案漸增，在性能表現與個生產分站的實時同步集成連結特性亦可輕松集成設計，在各終端工作站利用嵌入式設計降低成本、微縮工控設備體積、強化工控設備的環境耐受能力，已漸能受到相關業者青睞，亦積極導入產品設計中。

    而在此趨勢下，以往使用大量離散元件建構工控設備主控電路載板的設計形式，不只容易令電路維護不易、成本增加，也會相對影響其惡劣環境的使用耐受度，甚至也會限制了工控系統終端載板的體積縮小化設計方向。目前工控主控載板的設計方式，大多以導入SoC(System on a chip)化集成元件，或是ASIC、ASIC SoC產品來進行集成，一方面可讓載板面積大幅縮小、簡化電路設計，也可讓工控成品的環境耐受度相對提升。

可程序化FPGA可提供更高應用彈性

    此外，工業控制應用在朝自動化方向設計，在設計功能可因應需求調整的FPGA關鍵元件，現在也逐步在工控設備應用中占有一席之地，因為在工控自動化的嵌入式系統應用中，FPGA的可程序化元件特性，可讓工控機臺擁有更富彈性的功能集成空間，因為產線可能因應的生產標的隨時變更，面對產品項目的制作需求，自動化的流程可能會因工作站的重組或是最佳化調校需求而需要針對單一自動化設備進行功能調校，此時有導入FPGA設計方案的自動化設備即可因應此需求進行功能微調。

    另外，FPGA本身是利用平行運算的架構來提升運行效能，為利用硬件來實踐功能設計，雖然運算效能無法與ASIC直接抗衡，但集成的系統反應效能已經可以提供極低的系統延遲，將FPGA集成進工控自動設備的嵌入式系統運算架構，不只可讓設備具有高度的功能變更靈活度，也可提高自動設備的效能表現。

PLC應用要求越來越高

    除FPGA外，PLC(Programmable Logic Controller)也是工控自動化設備被討論極為頻繁的選擇方案之一。PLC一直是工廠自動化、工業控制系統架構中重要的組成單元，例如工廠的自動化照明環境、化學加工流程自動應用領域等，都可以發現PLC控制產品的設計方案。因應工控應用的市場需求，PLC在技術與應用方案也持續進化、改善，PLC從最初僅有電子電路邏輯控制的基本功能，逐步追加時序控制、多單元通信、類比控制...等進階應用功能，甚至搭配嵌入式系統集成工業計算機應用產品。

    例如，利用PC- Base為基礎搭配嵌入式操作系統集成的PLC架構控制器，即可透過數碼／類比的輸入／出模塊來進行機器設備的控制應用需求集成，PLC產品可因應如制造產線的處理流程處理、或搭配其它控制模塊集成電子系統應用需求�，F今的PLC應用技術，以可處理多樣化的電氣信號，或搭配終端更種工業感測終端，判讀制程中的壓力、濕度、溫度等數據，再轉換成電子訊號轉由PLC快速處理并產生對應的監看數值或是對應控制處理機制，可以相當稱職地開發面對電氣信息與控制操作應用機制的應用環境需求。

    工控業對于PLC的控制器要求相當高，必須是可達到可靈活配置的基本條件，此外，對于PLC的體積要求更高，甚至因為必須配置在產線中，對于產品的環境溫度、濕度要求，也會以相對嚴苛的要求檢視產品！新一代的工控系統應用PLC產品，必須能面對更艱困的運行環境，同時需兼備高效能、小體積、高度配置靈活優點，對于PLC本身的電子電路系統，還須可以因應電路突波或電流脈沖保護，例如對ESD/RFI/EMI環境問題的高度抵抗能力。

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