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善用SCADA打造可視化願景
軟硬兩端同步進化

【作者: 王明德】   2017年02月08日 星期三

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SCADA以往是工廠製程的唯一作業軟體,與HMI搭配,成為工廠可視化的最佳軟硬體拍檔,這兩者作為操作者與生產機台的中介橋樑,多年來穩定性都是企業採購的第一要求,相容性只要到一定程度即可,並未多所要求,不過在PC技術大舉跨入自動化控制領域後,PC週邊成為廠房中輕易可見的設備,相容性逐漸成為人機介面的採購重點之一,而在工業電腦廠商的推波助瀾下,開放式架構的SCADA 與HMI已陸續問世,雖然就目前工控市場應用來看,傳統式架構仍有絕大部分市場,不過如果將時間拉長,工控PC化將成為主流之一,製程可視化架構走向開放式也在所難免。


HMI推動可視化潮流


從硬體端來看,HMI市場多為傳統大廠如西門子、施耐德、富士、三菱等國際大廠所獨占,以PC Based控制器進軍工控領域的工業電腦廠商,在HMI市場仍不是這些傳統大廠的敵手,主要原因就出在穩定性,乘載了龐大產值的生產設備,只要機器一開啟,就是龐大成本的開始,讓生產設備能夠穩定的順利運作,便成為製造業MIS的最重要課題。



圖一
圖一

HMI以往多僅作為自動化設備如PLC的控制介面,功能相當簡單明確,因此所需規格也不高,處理器以單晶片(SoC)或低階CPU即可,畫面尺寸則在3.5吋~7吋之間,對外連接埠為RS-232等Serial Port,這些技術在IT產業都已相當成熟,在穩定度方面已無問題,對需長時運作的自動化系統來說相當適合,不過在可視化程度快速提升下,過去這些規格逐漸不敷使用,在此情況下,HMI廠商紛紛推出高規格的產品。


HMI的快速整合,不只是硬體,軟體端也面臨同樣趨勢,以往的HMI除了做為PLC的控制介面外,頂多就是在加上SCADA的擷取資料顯示,但如今SCADA已快速與MES甚或ERP整合,讓製程可視化再往前跨進一步。


MES挑起製程可視化重責


MES使用於工廠現場各項生產資訊收集整合的系統,從整體運作來看,它連接於上層之製造業企業資源規劃系統(Enterprise Resource Planning,ERP)、供應鍊管理系統(Supply Chain Management,SCM)和現場作業/生產設備之間,提供即時且準確的實際生產資料來源。


從現場管理來看,它整合了工廠現場各單位(如物料、生管、製造、品管、倉管等)的各項資料,使各單位得以迅速得到作業所需之資訊,以提升生產效率、產品品質與客戶滿意度。


台灣製造業非常發達,尤其是資訊產業,更是執世界之牛耳; 近十年來,各行業工廠生產規模均大幅擴大,以資訊組裝業來看,年營業額超過新台幣千億元者已超過10家。各家廠商為求大量生產,並提高生產效能,不斷地投資擴充廠房,架設多條生產線,在生產線增加及客戶要求更多更嚴苛下,若還用早期以人工表單與人員視察對生產現場之管理,勢必無法滿足。


因此,在即時資訊的需求下,對生產線所面臨實際問題與瓶頸排除,可透過導入工廠製造執行系統,藉以提升管理效能,針對傳統工廠管理所面臨的問題,便發展出一套能掌握廠區活動的狀態及資訊給管理者,使管理者下達有效命令管控廠區,這套系統就稱為工廠製造執行系統,而如果廣義定義,SCADA的環境資料擷取功能,也會被歸屬工廠製造執行系統底下,成為製程可視化的重要軟體。


SCADA功能越見完善


在工廠可視化環境中,HMI除了仍負責PLC的操控介面外,與MES、SCADA的鏈結也成為重要功能之一,這兩者的結合,讓自動化系統產生了多樣附加功能,包括生產追蹤管理、品質管理、零配件管理、機台預修保養、物料管理、報表入口網頁、載具管理等,除了MES外,SCADA也有不同於以往的設計,讓製程可視化功能更加完整,以往SCADA的設計系統,多為單方向作業流程,也就是說使用廠商提出需求,系統整合廠商向原廠下訂單購買相關系統,再來撰寫、設計程式,這種作法長期為業界採用,優點是作業模式廣為各廠商所熟希,缺點則是無法廣納各環節意見,系統設計後必須來回修正,方能切合使用者所需。


現在有廠商採用協同式設計,在系統上建置設計平台,讓上下游有權限的廠商都能進入一同設計,如此一來所有的意見都能在網路平台上同時表達,就像在同一部電腦上作業,最後設計出來的結果也就會是客戶最能接受的系統,之後系統的修改次數及時間也可降至最低。


除了協同設計之外,現在也有廠商SCADA架構將整合電子地圖系統(GIS),SCADA被大量應用在公共建設領域,例如煉油廠、發電廠、自來水廠等,這些廠所佔地都十分遼闊,尤其是旗下的各種管線都會有數十甚至數百公里之長,SCADA所偵測的地點也必須隨之廣佈,因此在系統設計時,必須考量地理特性,方能準確掌握施工時的佈建規劃,SCADA系統整合了GIS之後,在設計佈建時,可以先發現哪個佈建點可能會有問題,提前準備應對策略,將風險損失降至最低。


這些新功能多是軟體廠商所推出的模組,過去這些模組都必須在各節點另行架構一台PC,不過在HMI被重新定義並強化功能後,已開始取代一部份PC功能,讓自動化系統的架構逐漸簡化,在工廠可視化漸受重視下,未來HMI所擔負的功能,還有可能再提升。


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