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「工控自動化先進技術研討會」會後報導
CTIMES科技論壇

【作者: 編輯部】   2012年10月26日 星期五

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過去提升產能、促進空間有效利用、有效降低成本、滿足特定市場需求(如嚴苛工作環境)等議題,是工控自動化技術發展的重點。如今仍然重要,但如何創造市場的區隔性,卻是更重要的發展重點。其中與雲端應用的整合是大勢所趨,同時,工控自動化系統也必須有更強大及彈性的運算核心,並導入機器視覺、圖形化介面、觸控等功能,同時要符合節能設計要求。


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全達國際FAE技術工程師蔡明衛表示,工業自動化是產業發展的趨勢,並已擴散應用於電力監控、交通運輸、無人機房、遠距醫療、農業等領域,而隨著科技日新月異和產品製造的複雜性,如何有效的智慧化管理自動化設備,將是未來產業發展的重點之一。


工業局統計,自動化設備、自動化產品與自動化規劃服務業,去年三者合計產值達到 8,650 億元。講求生產效率的工業製造流程,更應該因應市場需求、提升產能、促進空間有效利用,以及有效降低生產成本。未來工業控制走向高整合趨勢,企業要如何整合來解決生產製造流程上的需求,以具備更高競爭力與生產力?「微軟嵌入式系統自動化控制」將扮演著關鍵的因素。


圖一 :  CTIMES工控自動化先進技術研討會,講師正講演精彩內容。
圖一 :  CTIMES工控自動化先進技術研討會,講師正講演精彩內容。

微控制器概況及發展趨勢

微控制器(MCU)在電子產品中所扮演的角色越來越重要,市場版圖也愈發的擴大,促使MCU業者無不絞盡腦汁,搶搭市場商機。隨著MCU功耗降低、價格下滑快速與效能不斷提升,節能、安全、感測、聯網與汽車已成為MCU熱門應用領域,並吸引業者積極搶進。而近來熱門的觸控介面,以及工業控制等,也成為MCU重要的應用市場。


Silicon Labs芯科實驗室/茂宣企業專案經理林銘欣指出,EFT、ESD和浪湧抗擾度一直都在困擾著電子產品設計師。在MCU控制系統中,一些無法預期的干擾例如脈衝信號等,經常會引起系統紊亂,甚至發生故障,嚴重的話,還可能導致設備損壞和人員傷亡。而MCU的性能以及系統設計、PCB佈局等因素,則是影響這些問題的主因。其中,MCU本身的抗干擾能力,對這些問題的解決至關重要。


在工業控制領域,MCU主要用於進行馬達驅動與控制;至於消費市場上,包括家電、冰箱、洗衣機、空調、微波爐、電動自行車、汽車電子、電錶、電鑽、紡織機等,更是MCU大展身手的地方。


圖二 :  輕鬆幽默的上課過程,吸引滿座的學員參與。
圖二 :  輕鬆幽默的上課過程,吸引滿座的學員參與。

高性能、低功耗無線 MCU 選用要訣

現在MCU產品需求和市場挑戰,首先在於需要具備更高性能與更低的功耗、具備更廣的無線連結能力、使代碼重用的利用率更高,還必須處理並連接新一代的類比設備。此外,在無線感測器、引擎控制和智慧電錶等市場使用的MCU產品,需具備更高效能。而隨著終端產品性能越來越複雜,對於記憶體和頻率的要求也會變得更高,這使得MCU已經不能在如同過去一般設計,而是必須徹底解決這些問題。


Silicon Labs芯科實驗室/茂宣企業專案經理楊智光指出,工業控制已經是MCU重要的應用方向,該市場與消費產業全然不同。以智慧電錶為例,它必須整合測量、通訊、電路、數位信號處理和電腦技術於一身,其功能包括電能計量、多功能電量測量、費率控制、預付費和負荷控制、資料處理及儲存、通訊、顯示等多種功能。並且為了滿足聯網趨勢,MCU還得整合多種通訊介面,同時具有多種工作模式以減少系統功耗。因此,對於MCU的高精度和高可靠性要求非常高。


其實,低功耗和高性能始終都存在著矛盾,正因如此,既能降低功耗,又能提供高性能的MCU,一直是供應商所面臨的技術挑戰。由於工控領域產品正朝向多樣化、介面圖形化、介面網路化的趨勢發展,並同時要求MCU需具備高速、高可靠性、多功能與低功耗,這使得雖然挑戰增加,但工業控制和智慧電錶市場,仍將提供MCU產品一個高度成長的需求。


圖三 :  學員聚精會神聽課。
圖三 :  學員聚精會神聽課。

FPGA的彈性與創新應用優勢

在談到FPGA的彈性與創新應用優勢方面,Altera亞太區工業業務部市場開發高級經理江允貴指出,台灣的工具機產業一枝獨秀,既使走過2008年的金融海嘯,卻依然健壯,2011年台灣是全球工具機的第四大出口國。而滿足工具機需求的工業控制應用,正提供了FPGA再一次成長的新動能。


江允貴說,目前全球針對工業自動化市場,有三大挑戰,第一是強調性能的提升,不論是智慧電網、或者自動化生產工具機等應用,都強調性能的提升。第二是降低成本,可透過單晶片來達成此目的,減少使用過多零件的缺點。第三則是強調功能安全,也就是保護機器不受損壞、人員不會傷亡。FPGA之所以在工業市場越來越受到重視,就是因為其本身的特性,可針對這三大挑戰進行最佳化的參考設計,提升性能、降低成本,並增加功能安全。讓FPGA在工控市場上,平步青雲。


圖四 :  研討會後的交流時間
圖四 :  研討會後的交流時間

PoE應用潛力與優勢

乙太網路供電(PoE)技術使用傳輸資料的同一電纜供電,將大幅簡化網路接入點和終端的導入工作。原因在於PoE技術在乙太網電纜上傳輸的電量逐漸增加,故能支援從PTZ攝影機和802.11n接入點到出入控制系統和纖薄型客戶端等範圍更廣泛的設備;也由於大多數產品已達到高功率IEEE 802.3at標準,如何以最高效率傳輸電源,已成非常重要的設計考量。


Linear Tech /茂宣企業專案經理胡緯翰指出,PoE非常適合工業應用,包括出入控制系統、RFID接入點及範圍廣泛的緊急停止裝置(E-stop)、逆變器、線性編碼器、致動器、閘道、控制器、感測器、簡單的運動設備和工業介面I/O裝置。至於每個埠輸送25.5瓦的新型高功率標準,PoE Plus可能很快就能經由乙太網開關上的連接埠,為全面的監視控制和資料擷取(SCADA)系統供電,且同時為工廠的非傳統IP終端供電,包括無線接入點、電話、相機、筆記型電腦和纖薄型客戶端。


此外,對於整合式工業網路來說,PoE也是非常重要的工具,可用於從物流程序控制和相關庫存追蹤,到製作過程控制和生產計畫的應用。在這些應用中,電源效率皆非常重要,且在各處導入IP終端所需要的電源插座也非常困難。


圖五 :  研討會後的交流時間
圖五 :  研討會後的交流時間

圖形化設計平台的趨勢介紹

圖形化設計平台現在已成為程式設計的發展趨勢與主流,其特點是讓使用者利用圖形化元素進行程式設計,有別於以往文字條列式的程式呈現方式,其利用圖塊、接線與其他的輔助標誌進行圖形上的排列,讓整體圖形的呈現具有邏輯性與功能性,相較於傳統文字式程式設計語言,讓設計者更容易瞭解程式所組成的功能與設計概念。


美商國家儀器行銷工程師黃翔鉎指出,以LabVIEW為核心的圖形化系統設計平台,從量測、控制,到監控、嵌入式系統等,或是任何以上的組合,透過 LabVIEW 的整合,皆可加快開發速度與平台互通的需求性,在任何一個平台所開發出來的程式,都能簡易的轉移到另一個硬體平台上去執行。


所謂的圖形化系統設計平台,簡單的說就是以直覺的LabVIEW軟體加上一系列的儀器模組平台,硬體會跟著電腦與晶片技術的演進而不段的升級,透過彈性的軟硬體整合,工程師與科學家們可以簡易的開發出符合自己的量測解決方案,並且用更快的方法、更少的人力、更有彈性的方式,解決棘手的工程問題。同時,NI再把這個概念,往前延伸並跨越了電腦的限制,讓軟體在許多嵌入式系統中都能使用,這個完整的軟、硬體平台整合,就是NI所倡導的圖形化系統設計平台。


現在整個市場的需求就是不斷的要求更快上市時間,這也代表著所有工程師與科學家們,需要用更少的時間來完成更多的工作。在這樣的情況下,NI 所推出的圖形化系統設計平台,將可幫助大家用更好、更快、更有效率的方法,協助工程師或科學家進行創造、解決問題,且用有格調且創新的方法,來改善人類的生活。


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