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自動化控制先進技術研討會活動報導
控制器扮演智慧化與技術升級之重要核心

【作者: 陳韋哲】   2013年10月29日 星期二

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控制器可謂為工業控制系統的大腦,在工控領域扮演著重要的角色。隨著機電整合技術的進步,控制器正朝PC-based和更智慧化的方向快速發展,預期未來它將與CAD/CAM、網路、製程監控軟體結合,讓工具機達到更高度自動化的境界。


展望控制器的發展,應有三大方向,即加工智慧化、溝通人性化及生產智慧化。更具體來說,當控制器進入高階PC-based化後,會進入模組化的時代,而手機、平板等行動裝置的應用也可能跨入工控領域。此外,不同工具機之間也能跨機同步整合,實現更複雜的自動化功能。


由於工控市場正穩定成長,控制器則扮演著智慧化與技術升級的核心,其發展備受矚目。為協助相關業者掌握控制器的先進及關鍵技術,CTIMES特別南下高雄地區規劃本次研討會,也邀請各界專家共襄盛舉,讓先進、關鍵技術進駐且根留台灣。


首先是由Silicon Labs亞太區微控制器市場經理彭志昌針對『高效能馬達應用技術與發展』議題進行深度探討,隨著科技的發展進步,生活水準的要求越來越高,對於工業用品或者生活家電的應用也越形重視,其中,馬達應用這一塊更是發展的重點。如何發展出低功率、高效能的馬達,又可以減少能源的消耗,並且在這樣的條件下可以解決空間的問題,變成馬達未來發展的趨勢。



圖一 : Silicon Labs亞太區微控制器市場經理彭志昌針對『高效能馬達應用技術與發展』議題進行探討。
圖一 : Silicon Labs亞太區微控制器市場經理彭志昌針對『高效能馬達應用技術與發展』議題進行探討。

隨著這幾年環保節能意識抬頭,接連帶動終端設備也開始走向節能環保新風潮,再加上,由於採AC電源設計的電器設備在能源轉換效率方面不甚理想,因而帶動採DC電源設計的電器設備迅速竄起。為了要通過歐美的環保節能標準規範,MCU業者也陸續採用DC電源設計的電器設備。


彭志昌進一步解釋,馬達控制和其他工業電力系統必須具備長期可靠性以及延長的保固期,並且能夠安全運行長達20年,不過容易發生故障狀況的光耦合驅動器往往成為關鍵問題。其主要的原因在於光耦合驅動器基於LED技術,使得訊號輸出容易受到輸入電流、溫度和老化的影響。


尤其是輸入開關電流的變化減小,開發人員無需擔心老化的影響,因此可以簡化系統設計。由於具備較高的元件可靠性和更長的生命週期,能夠讓系統供應商支援長期品質保證,並且降低產品維修和更換等成本。


接下來是由Silicon Labs資深應用工程師劉斐中針對『工控系統MCU節能控制關鍵技術』議題進行深度探討,現今MCU產品需求和市場挑戰,面臨到需要具備更高性能與更低的功耗以及具備高支援度的無線連結能力,除此之外,還須處理及連接新一代的類比設備。因此,使用在無線感測器、引擎控制和智慧電錶等的MCU產品,就必須具備更高效能。



圖二 : Silicon Labs資深應用工程師劉斐中針對『工控系統MCU節能控制關鍵技術』議題進行探討。
圖二 : Silicon Labs資深應用工程師劉斐中針對『工控系統MCU節能控制關鍵技術』議題進行探討。

隨著終端產品性能越來越複雜,不管是對記憶體與頻率的存取要求隨之增高,這使得以往設計的MCU已經無法負荷高複雜度的處理需求。劉斐中指出,在多個工業或消費電子領域深獲低功耗應用客戶青睞的EFM32系列MCU即是採用Cortex-M架構的32位元微控制器,透過低能源技術、以及快速的低功耗模式喚醒時間,能夠自主工作的周邊設備和周邊設備反射系統與架構良好的能源模式,更可以使用簡易快速的產品開發工具進行開發,相當適合作為廣泛的電池供電的解決方案。


緊接著是由Linear Tech / 茂宣企業高級應用工程師沈於峻針對『先進工控設備電源管理設計要領』議題進行深度探討。沈於峻表示,直流轉換主要分成兩種方式,即是線性調整器(Linear Regulator)與切換式調整器(Switch Regulator,亦稱:開關式、交換式),一般來說,線性調整器只能應用在降低輸出電壓,因此也被稱為線性降壓;而切換式調整器則可以應用於升壓、降壓或者是反相。



圖三 : Linear Tech / 茂宣企業高級應用工程師沈於峻針對『先進工控設備電源管理設計要領』議題進行探討。
圖三 : Linear Tech / 茂宣企業高級應用工程師沈於峻針對『先進工控設備電源管理設計要領』議題進行探討。

沈於峻表示,兩者(線性調整器與切換式調整器)最大的不異同處在於,切換式調整器是透過DUT的大小來決定提供至輸出所需的能量,而線性調整器則是利用MOSFET或是電晶體串聯於輸入與輸出的串聯路徑上,輸入與輸出的電壓差便降在此開關上,故線性調整器的效率較差。當輸出電路為0時,能夠讓線性調整器內部各功能運作正常的電流為Quiescent current;因此,想利用線性調整器達到良好的工作效率,Dropout voltage及Quiescent current偏低的元件是比較合適的選擇。


接下來是由RS Components亞太區技術行銷經理李國豪針對『免費PCB設計軟體 與 工業電路應用』議題進行探討。李國豪表示,以往在使用PCB設計工具時常常會遇到功能不足的情況,工程師如果想要在進一步地使用更進階的功能時,就必須花費上萬元的費用來購買完整版的軟體。李國豪進一步解釋,為了解決工程師成本上的考量以及實現DesignSpark的宗旨(希望工程師們自由實踐他們的創意),由RS Components開發的印刷電路板(PCB)設計工具-DesignSpark PCB不僅完全免費,更完整收錄開發及設計功能。



圖四 : RS Components亞太區技術行銷經理李國豪針對『免費PCB設計軟體 與 工業電路應用』議題進行探討。
圖四 : RS Components亞太區技術行銷經理李國豪針對『免費PCB設計軟體 與 工業電路應用』議題進行探討。

工程師可以透過DesignSpark進行原理圖捕獲(Schematic Capture)、設計及編輯原理圖和電路板佈線圖,除此之外,還可以使用Translate to PCB功能將原理圖轉換成佈線圖。李國豪說,DesignSpark PCB在最新的第五版整合了兩項新功能,分別為即時規則檢查與總線設計功能,能夠幫助工程師進一步縮短設計時間並減少設計過程中的錯誤。


研討會最後是由中正大學機械系教授兼工具機中心主任蔡孟勳針對『智能化PC-based CNC控制器之發展趨勢』議題進行深入探討,精密機械業所使用的CNC控制器,隨著電腦業的高度發展,亦同步呈現出向上發展的態勢。工具機產業在持續發展的過程中,CNC控制器技術與加值應用軟體開發亦是產業下一波競爭重點,過去台灣產業發展大都著重於硬體的開發,未來應可持續強化控制器的應用與智能化加值,創造競爭優勢。


蔡孟勳進一步表示,由於CNC控制器乃是各項機械相關產業的核心舉凡工具機、射出成型機、雷射加工機、工業用機器人等都必須仰賴CNC控制器才能達到高速與高精密的目標。至於該如何實現智能化的目標,蔡孟勳解釋,在設計、機構、結構、電控、組裝等努力下,依然無法達到預定的目標時,這時候就必須借助智能化技術來協助達成。



圖五 : 中正大學機械系教授兼工具機中心主任蔡孟勳針對『智能化PC-based CNC控制器之發展趨勢』議題進行探討。
圖五 : 中正大學機械系教授兼工具機中心主任蔡孟勳針對『智能化PC-based CNC控制器之發展趨勢』議題進行探討。

由於智能化技術與感測器選擇、電路設計、訊號處理以及控制法則習習相關,因此在應用智能化技術前,必須確保其結構、機構與電控技術是否已經達到一定的水準。同時,工具機與工業用機器人加入智能化技術對於提昇精度與速度將有很大的助益,因此開發出友善的人機畫面,可進一步將技術普及化到各種商用控制器中。


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