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「工控自动化先进技术研讨会」会后报导
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【作者: 編輯部】2012年10月26日 星期五

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过去提升产能、促进空间有效利用、有效降低成本、满足特定市场需求(如严苛工作环境)等议题,是工控自动化技术发展的重点。如今仍然重要,但如何创造市场的区隔性,却是更重要的发展重点。其中与云端应用的整合是大势所趋,同时,工控自动化系统也必须有更强大及弹性的运算核心,并导入机器视觉、图形化介面、触控等功能,同时要符合节能设计要求。


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全达国际FAE技术工程师蔡明卫表示,工业自动化是产业发展的趋势,并已扩散应用于电力监控、交通运输、无人机房、远距医疗、农业等领域,而随着科技日新月异和产品制造的复杂性,如何有效的智慧化管理自动化设备,将是未来产业发展的重点之一。


工业局统计,自动化设备、自动化产品与自动化规划服务业,去年三者合计产值达到 8,650 亿元。讲求生产效率的工业制造流程,更应该因应市场需求、提升产能、促进空间有效利用,以及有效降低生产成本。未来工业控制走向高整合趋势,企业要如何整合来解决生产制造流程上的需求,以具备更高竞争力与生产力? 「微软嵌入式系统自动化控制」将扮演着关键的因素。


图一 : CTIMES工控自动化先进技术研讨会,讲师正讲演精彩内容。
图一 : CTIMES工控自动化先进技术研讨会,讲师正讲演精彩内容。

微控制器概况及发展趋势

微控制器(MCU)在电子产品中所扮演的角色越来越重要,市场版图也愈发的扩大,促使MCU业者无不绞尽脑汁,抢搭市场商机。随着MCU功耗降低、价格下滑快速与效能不断提升,节能、安全、感测、联网与汽车已成为MCU热门应用领域,并吸引业者积极抢进。而近来热门的触控介面,以及工业控制等,也成为MCU重要的应用市场。


Silicon Labs芯科实验室/茂宣企业专案经理林铭欣指出,EFT、ESD和浪涌抗扰度一直都在困扰着电子产品设计师。在MCU控制系统中,一些无法预期的干扰例如脉冲信号等,经常会引起系统紊乱,甚至发生故障,严重的话,还可能导致设备损坏和人员伤亡。而MCU的性能以及系统设计、PCB布局等因素,则是影响这些问题的主因。其中,MCU本身的抗干扰能力,对这些问题的解决至关重要。


在工业控制领域,MCU主要用于进行马达驱动与控制;至于消费市场上,包括家电、冰箱、洗衣机、空调、微波炉、电动自行车、汽车电子、电表、电钻、纺织机等,更是MCU大展身手的地方。


图二 : 轻松幽默的上课过程,吸引满座的学员参与。
图二 : 轻松幽默的上课过程,吸引满座的学员参与。

高性能、低功耗无线 MCU 选用要诀

现在MCU产品需求和市场挑战,首先在于需要具备更高性能与更低的功耗、具备更广的无线连结能力、使代码重用的利用率更高,还必须处理并连接新一代的类比设备。此外,在无线感测器、引擎控制和智慧电表等市场使用的MCU产品,需具备更高效能。而随着终端产品性能越来越复杂,对于记忆体和频率的要求也会变得更高,这使得MCU已经不能在如同过去一般设计,而是必须彻底解决这些问题。


Silicon Labs芯科实验室/茂宣企业专案经理杨智光指出,工业控制已经是MCU重要的应用方向,该市场与消费产业全然不同。以智慧电表为例,它必须整合测量、通讯、电路、数位信号处理和电脑技术于一身,其功能包括电能计量、多功能电量测量、费率控制、预付费和负荷控制、资料处理及储存、通讯、显示等多种功能。并且为了满足联网趋势,MCU还得整合多种通讯介面,同时具有多种工作模式以减少系统功耗。因此,对于MCU的高精度和高可靠性要求非常高。


其实,低功耗和高性能始终都存在着矛盾,正因如此,既能降低功耗,又能提供高性能的MCU,一直是供应商所面临的技术挑战。由于工控领域产品正朝向多样化、介面图形化、介面网路化的趋势发展,并同时要求MCU需具备高速、高可靠性、多功能与低功耗,这使得虽然挑战增加,但工业控制和智慧电表市场,仍将提供MCU产品一个高度成长的需求。


图三 : 学员聚精会神听课。
图三 : 学员聚精会神听课。

FPGA的弹性与创新应用优势

在谈到FPGA的弹性与创新应用优势方面,Altera亚太区工业业务部市场开发高级经理江允贵指出,台湾的工具机产业一枝独秀,既使走过2008年的金融海啸,却依然健壮,2011年台湾是全球工具机的第四大出口国。而满足工具机需求的工业控制应用,正提供了FPGA再一次成长的新动能。


江允贵说,目前全球针对工业自动化市场,有三大挑战,第一是强调性能的提升,不论是智慧电网、或者自动化生产工具机等应用,都强调性能的提升。第二是降低成本,可透过单晶片来达成此目的,减少使用过多零件的缺点。第三则是强调功能​​安全,也就是保护机器不受损坏、人员不会伤亡。 FPGA之所以在工业市场越来越受到重视,就是因为其本身的特性,可针对这三大挑战进行最佳化的参考设计,提升性能、降低成本,并增加功能安全。让FPGA在工控市场上,平步青云。


图四 : 研讨会后的交流时间
图四 : 研讨会后的交流时间

PoE应用潜力与优势

乙太网路供电(PoE)技术使用传输资料的同一电缆供电,将大幅简化网路接入点和终端的导入工作。原因在于PoE技术在乙太网电缆上传输的电量逐渐增加,故能支援从PTZ摄影机和802.11n接入点到出入控制系统和纤薄型客户端等范围更广泛的设备;也由于大多数产品已达到高功率IEEE 802.3at标准,如何以最高效率传输电源,已成非常重要的设计考量。


Linear Tech /茂宣企业专案经理胡纬翰指出,PoE非常适合工业应用,包括出入控制系统、RFID接入点及范围广泛的紧急停止装置(E-stop)、逆变器、线性编码器、致动器、闸道、控制器、感测器、简单的运动设备和工业介面I/O装置。至于每个埠输送25.5瓦的新型高功率标准,PoE Plus可能很快就能经由乙太网开关上的连接埠,为全面的监视控制和资料撷取(SCADA)系统供电,且同时为工厂的非传统IP终端供电,包括无线接入点、电话、相机、笔记型电脑和纤薄型客户端。


此外,对于整合式工业网路来说,PoE也是非常重要的工具,可用于从物流程序控制和相关库存追踪,到制作过程控制和生产计画的应用。在这些应用中,电源效率皆非常重要,且在各处​​导入IP终端所需要的电源插座也非常困难。


图五 : 研讨会后的交流时间
图五 : 研讨会后的交流时间

图形化设计平台的趋势介绍

图形化设计平台现在已成为程式设计的发展趋势与主流,其特点是让使用者利用图形化元素进行程式设计,有别于以往文字条列式的程式呈现方式,其利用图块、接线与其他的辅助标志进行图形上的排列,让整体图形的呈现具有逻辑性与功能性,相较于传统文字式程式设计语言,让设计者更容易了解程式所组成的功能与设计概念。


美商国家仪器行销工程师黄翔鉎指出,以LabVIEW为核心的图形化系统设计平台,从量测、控制,到监控、嵌入式系统等,或是任何以上的组合,透过LabVIEW 的整合,皆可加快开发速度与平台互通的需求性,在任何一个平台所开发出来的程式,都能简易的转移到另一个硬体平台上去执行。


所谓的图形化系统设计平台,简单的说就是以直觉的LabVIEW软体加上一系列的仪器模组平台,硬体会跟着电脑与晶片技术的演进而不段的升级,透过弹性的软硬体整合,工程师与科学家们可以简易的开发出符合自己的量测解决方案,并且用更快的方法、更少的人力、更有弹性的方式,解决棘手的工程问题。同时,NI再把这个概念,往前延伸并跨越了电脑的限制,让软体在许多嵌入式系统中都能使用,这个完整的软、硬体平台整合,就是NI所倡导的图形化系统设计平台。


现在整个市场的需求就是不断的要求更快上市时间,这也代表着所有工程师与科学家们,需要用更少的时间来完成更多的工作。在这样的情况下,NI 所推出的图形化系统设计平台,将可帮助大家用更好、更快、更有效率的方法,协助工程师或科学家进行创造、解决问题,且用有格调且创新的方法,来改善人类的生活。


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