北京時(shí)間06月28日消息，中國(guó)觸摸屏網(wǎng)訊， 隨著人力成本持續(xù)高漲，即便大型工廠、生產(chǎn)單位已逐步將生產(chǎn)基地轉(zhuǎn)往人力成本較低區(qū)域設(shè)置，但長(zhǎng)期觀察人力成本逐步提升是不可檔的發(fā)展趨勢(shì)，必須透過生產(chǎn)自動(dòng)化手段減少人力投入，搭配關(guān)鍵技術(shù)讓自動(dòng)化設(shè)計(jì)更為可行...

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    工廠可以賴以提高制造獲利的關(guān)鍵，在于有效控制成本、穩(wěn)定生產(chǎn)，而在設(shè)置工廠除了硬件與土地資源問題外，其實(shí)生產(chǎn)人力投入也是一大成本，而由人產(chǎn)生的成本除了工資持續(xù)上揚(yáng)、勞資糾紛外，生產(chǎn)在線的質(zhì)量管控在過多人工參與也難以達(dá)到一定水平的制造水平。

    在廠房集成應(yīng)用中，PLC技術(shù)方案可提供生產(chǎn)監(jiān)控所需的應(yīng)用功能。

     FPGA具備可程序化特性，可依據(jù)使用需求變更應(yīng)用功能，集成于工控設(shè)備可兼具低延遲與高彈性設(shè)計(jì)需求。

    集成FPGA的工控設(shè)備相當(dāng)常見，主要用以需面對(duì)低延遲實(shí)時(shí)應(yīng)用的系統(tǒng)需求為主。

    近年來，因自動(dòng)化控制系統(tǒng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)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(yōu)點(diǎn)的PAC（Programmable Automation Controller）系統(tǒng)，已被視為下一代的PLC。

    自動(dòng)化生產(chǎn)減少人力投入 效率效益吸引產(chǎn)業(yè)導(dǎo)入

    隨著科技持續(xù)進(jìn)展，制造業(yè)轉(zhuǎn)往尋求自動(dòng)化工具、自動(dòng)生產(chǎn)流程集成，進(jìn)而降低廠房的生產(chǎn)人力需求，在維持既有、甚至更高的工廠產(chǎn)能，同時(shí)又可提升現(xiàn)有產(chǎn)線的產(chǎn)品質(zhì)量，目前僅有導(dǎo)入自動(dòng)化生產(chǎn)工具、自動(dòng)化流程，透過生產(chǎn)機(jī)臺(tái)的自動(dòng)化改造，與引進(jìn)機(jī)器人取人工制造與處理，才有機(jī)會(huì)令生產(chǎn)工廠達(dá)到降低成本、穩(wěn)定生產(chǎn)，同時(shí)達(dá)到提升制品質(zhì)量的多重效益。

    但工控技術(shù)在導(dǎo)入自動(dòng)化升級(jí)需求，雖然也會(huì)帶來極大的市場(chǎng)商機(jī)，但實(shí)際上工控技術(shù)是大量機(jī)、電、信息等專業(yè)領(lǐng)域技術(shù)的高度集成，也需不同產(chǎn)業(yè)的專業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)與跨領(lǐng)域技術(shù)機(jī)電進(jìn)行集成，要達(dá)到具效益的自動(dòng)化技術(shù)導(dǎo)入，仍是個(gè)相當(dāng)大的挑戰(zhàn)，因?yàn)楝F(xiàn)有自動(dòng)化機(jī)臺(tái)與對(duì)應(yīng)技術(shù)還算是小事，但不同產(chǎn)業(yè)、工廠配置、生產(chǎn)流程也不見得能以制式套裝設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)改善，導(dǎo)入工控應(yīng)用也需要大量的客制化集成，讓自動(dòng)化工控設(shè)備可以融入現(xiàn)有生產(chǎn)流程，突破關(guān)鍵工作流程、工作站的生產(chǎn)瓶頸，甚至改善整體生產(chǎn)流程的效能與制品質(zhì)量。

FPGA/ASIC/SoC技術(shù) 成工控應(yīng)用熱門項(xiàng)目

    在工控領(lǐng)域技術(shù)方案中，其實(shí)已有相當(dāng)多的成熟技術(shù)涉入此領(lǐng)域，象是為了讓設(shè)備進(jìn)入智能化應(yīng)用領(lǐng)域，控制應(yīng)用解決方案的效能要求即相對(duì)較高！為了導(dǎo)入智能化應(yīng)用，也讓FPGA(Field-programmable gate array)應(yīng)用重要性持續(xù)提升。FPGA為可以重復(fù)改變組態(tài)的電路結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)者透過可程序化的邏輯閘元件建構(gòu)自動(dòng)化應(yīng)用基礎(chǔ)，由于可重復(fù)變更程序化內(nèi)容，對(duì)于產(chǎn)品開發(fā)過程需持續(xù)、不斷變更設(shè)計(jì)的應(yīng)用的場(chǎng)合尤其適用！亦可有效加速產(chǎn)品開發(fā)耗時(shí)。

    由于FPGA元件的可程序化邏輯閘特性，可依照設(shè)計(jì)者需求進(jìn)行變更，此外，新一代的FPGA也因應(yīng)市場(chǎng)需求與近似產(chǎn)品的規(guī)格挑戰(zhàn)，在FPGA內(nèi)也加入不少基本功能項(xiàng)，簡(jiǎn)化FPGA應(yīng)用開發(fā)難度，即便FPGA元件多數(shù)會(huì)較DSP(Digital signal processing)較為昂貴一些，而且元件特性在功耗表現(xiàn)亦較DSP高，此外與競(jìng)爭(zhēng)ASIC(Application-specific integrated circuit)產(chǎn)品相較FPGA的運(yùn)行速度亦顯得相對(duì)弱勢(shì)，同時(shí)也無法因應(yīng)相對(duì)高復(fù)雜度的設(shè)計(jì)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(shí)際在開發(fā)工控產(chǎn)品時(shí)，多半也會(huì)針對(duì)設(shè)計(jì)方案需求，在整體設(shè)計(jì)中分別采取DSP、ASIC與FPGA進(jìn)行功能集成，達(dá)到較佳成本與較大的功能變更彈性。

嵌入式系統(tǒng)集成設(shè)計(jì) 讓自動(dòng)化工具機(jī)應(yīng)用更彈性

    尤其是工控自動(dòng)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域，逐漸采向分散式的設(shè)計(jì)方案，而不是如同以往中心化的運(yùn)算架構(gòu)，尤其在嵌入式運(yùn)算技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)逐漸成熟且相對(duì)應(yīng)可用方案漸增，在性能表現(xiàn)與個(gè)生產(chǎn)分站的實(shí)時(shí)同步集成連結(jié)特性亦可輕松集成設(shè)計(jì)，在各終端工作站利用嵌入式設(shè)計(jì)降低成本、微縮工控設(shè)備體積、強(qiáng)化工控設(shè)備的環(huán)境耐受能力，已漸能受到相關(guān)業(yè)者青睞，亦積極導(dǎo)入產(chǎn)品設(shè)計(jì)中。

    而在此趨勢(shì)下，以往使用大量離散元件建構(gòu)工控設(shè)備主控電路載板的設(shè)計(jì)形式，不只容易令電路維護(hù)不易、成本增加，也會(huì)相對(duì)影響其惡劣環(huán)境的使用耐受度，甚至也會(huì)限制了工控系統(tǒng)終端載板的體積縮小化設(shè)計(jì)方向。目前工控主控載板的設(shè)計(jì)方式，大多以導(dǎo)入SoC(System on a chip)化集成元件，或是ASIC、ASIC SoC產(chǎn)品來進(jìn)行集成，一方面可讓載板面積大幅縮小、簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，也可讓工控成品的環(huán)境耐受度相對(duì)提升。

可程序化FPGA可提供更高應(yīng)用彈性

    此外，工業(yè)控制應(yīng)用在朝自動(dòng)化方向設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)功能可因應(yīng)需求調(diào)整的FPGA關(guān)鍵元件，現(xiàn)在也逐步在工控設(shè)備應(yīng)用中占有一席之地，因?yàn)樵诠た刈詣?dòng)化的嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用中，F(xiàn)PGA的可程序化元件特性，可讓工控機(jī)臺(tái)擁有更富彈性的功能集成空間，因?yàn)楫a(chǎn)線可能因應(yīng)的生產(chǎn)標(biāo)的隨時(shí)變更，面對(duì)產(chǎn)品項(xiàng)目的制作需求，自動(dòng)化的流程可能會(huì)因工作站的重組或是最佳化調(diào)校需求而需要針對(duì)單一自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行功能調(diào)校，此時(shí)有導(dǎo)入FPGA設(shè)計(jì)方案的自動(dòng)化設(shè)備即可因應(yīng)此需求進(jìn)行功能微調(diào)。

    另外，F(xiàn)PGA本身是利用平行運(yùn)算的架構(gòu)來提升運(yùn)行效能，為利用硬件來實(shí)踐功能設(shè)計(jì)，雖然運(yùn)算效能無法與ASIC直接抗衡，但集成的系統(tǒng)反應(yīng)效能已經(jīng)可以提供極低的系統(tǒng)延遲，將FPGA集成進(jìn)工控自動(dòng)設(shè)備的嵌入式系統(tǒng)運(yùn)算架構(gòu)，不只可讓設(shè)備具有高度的功能變更靈活度，也可提高自動(dòng)設(shè)備的效能表現(xiàn)。

PLC應(yīng)用要求越來越高

    除FPGA外，PLC(Programmable Logic Controller)也是工控自動(dòng)化設(shè)備被討論極為頻繁的選擇方案之一。PLC一直是工廠自動(dòng)化、工業(yè)控制系統(tǒng)架構(gòu)中重要的組成單元，例如工廠的自動(dòng)化照明環(huán)境、化學(xué)加工流程自動(dòng)應(yīng)用領(lǐng)域等，都可以發(fā)現(xiàn)PLC控制產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案。因應(yīng)工控應(yīng)用的市場(chǎng)需求，PLC在技術(shù)與應(yīng)用方案也持續(xù)進(jìn)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(shí)序控制、多單元通信、類比控制...等進(jìn)階應(yīng)用功能，甚至搭配嵌入式系統(tǒng)集成工業(yè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品。

    例如，利用PC- Base為基礎(chǔ)搭配嵌入式操作系統(tǒng)集成的PLC架構(gòu)控制器，即可透過數(shù)碼／類比的輸入／出模塊來進(jìn)行機(jī)器設(shè)備的控制應(yīng)用需求集成，PLC產(chǎn)品可因應(yīng)如制造產(chǎn)線的處理流程處理、或搭配其它控制模塊集成電子系統(tǒng)應(yīng)用需求。現(xiàn)今的PLC應(yīng)用技術(shù)，以可處理多樣化的電氣信號(hào)，或搭配終端更種工業(yè)感測(cè)終端，判讀制程中的壓力、濕度、溫度等數(shù)據(jù)，再轉(zhuǎn)換成電子訊號(hào)轉(zhuǎn)由PLC快速處理并產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的監(jiān)看數(shù)值或是對(duì)應(yīng)控制處理機(jī)制，可以相當(dāng)稱職地開發(fā)面對(duì)電氣信息與控制操作應(yīng)用機(jī)制的應(yīng)用環(huán)境需求。

    工控業(yè)對(duì)于PLC的控制器要求相當(dāng)高，必須是可達(dá)到可靈活配置的基本條件，此外，對(duì)于PLC的體積要求更高，甚至因?yàn)楸仨毰渲迷诋a(chǎn)線中，對(duì)于產(chǎn)品的環(huán)境溫度、濕度要求，也會(huì)以相對(duì)嚴(yán)苛的要求檢視產(chǎn)品！新一代的工控系統(tǒng)應(yīng)用PLC產(chǎn)品，必須能面對(duì)更艱困的運(yùn)行環(huán)境，同時(shí)需兼?zhèn)涓咝�能、小體積、高度配置靈活優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于PLC本身的電子電路系統(tǒng)，還須可以因應(yīng)電路突波或電流脈沖保護(hù)，例如對(duì)ESD/RFI/EMI環(huán)境問題的高度抵抗能力。

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