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善用SCADA打造可视化愿景
软硬两端同步进化

【作者: 王明德】2017年02月08日 星期三

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SCADA以往是工厂制程的唯一作业软体,与HMI搭配,成为工厂可视化的最佳软硬体拍档,这两者作为操作者与生产机台的中介桥梁,多年来稳定性都是企业采购的第一要求,相容性只要到一定程度即可,并未多所要求,不过在PC技术大举跨入自动化控制领域后,PC周边成为厂房中轻易可见的设备,相容性逐渐成为人机介面的采购重点之一,而在工业电脑厂商的推波助澜下,开放式架构的SCADA 与HMI已陆续问世,虽然就目前工控市场应用来看,传统式架构仍有绝大部分市场,不过如果将时间拉长,工控PC化将成为主流之一,制程可视化架构走向开放式也在所难免。


HMI推动可视化潮流


从硬体端来看,HMI市场多为传统大厂如西门子、施耐德、富士、三菱等国际大厂所独占,以PC Based控制器进军工控领域的工业电脑厂商,在HMI市场仍不是这些传统大厂的敌手,主要原因就出在稳定性,乘载了庞大产值的生产设备,只要机器一开启,就是庞大成本的开始,让生产设备能够稳定的顺利运作,便成为制造业MIS的最重要课题。



图一
图一

HMI以往多仅作为自动化设备如PLC的控制介面,功能相当简单明确,因此所需规格也不高,处理器以单晶片(SoC)或低阶CPU即可,画面尺寸则在3.5吋~7吋之间,对外连接埠为RS-232等Serial Port,这些技术在IT产业都已相当成熟,在稳定度方面已无问题,对需长时运作的自动化系统来说相当适合,不过在可视化程度快速提升下,过去这些规格逐渐不敷使用,在此情况下,HMI厂商纷纷推出高规格的产品。


HMI的快速整合,不只是硬体,软体端也面临同样趋势,以往的HMI除了做为PLC的控制介面外,顶多就是在加上SCADA的撷取资料显示,但如今SCADA已快速与MES甚或ERP整合,让制程可视化再往前跨进一步。


MES挑起制程可视化重责


MES使用于工厂现场各项生产资讯收集整合的系统,从整体运作来看,它连接于上层之制造业企业资源规划系统(Enterprise Resource Planning,ERP)、供应链管理系统(Supply Chain Management,SCM)和现场作业/生产设备之间,提供即时且准确的实际生产资料来源。


从现场管理来看,它整合了工厂现场各单位(如物料、生管、制造、品管、仓管等)的各项资料,使各单位得以迅速得到作业所需之资讯,以提升生产效率、产品品质与客户满意度。


台湾制造业非常发达,尤其是资讯产业,更是执世界之牛耳; 近十年来,各行业工厂生产规模均大幅扩大,以资讯组装业来看,年营业额超过新台币千亿元者已超过10家。各家厂商为求大量生产,并提高生产效能,不断地投资扩充厂房,架设多条生产线,在生产线增加及客户要求更多更严苛下,若还用早期以人工表单与人员视察对生产现场之管理,势必无法满足。


因此,在即时资讯的需求下,对生产线所面临实际问题与瓶颈排除,可透过导入工厂制造执行系统,借以提升管理效能,针对传统工厂管理所面临的问题,便发展出一套能掌握厂区活动的状态及资讯给管理者,使管理者下达有效命令管控厂区,这套系统就称为工厂制造执行系统,而如果广义定义,SCADA的环境资料撷取功能,也会被归属工厂制造执行系统底下,成为制程可视化的重要软体。


SCADA功能越见完善


在工厂可视化环境中,HMI除了仍负责PLC的操控介面外,与MES、SCADA的链结也成为重要功能之一,这两者的结合,让自动化系统产生了多样附加功能,包括生产追踪管理、品质管理、零配件管理、机台预修保养、物料管理、报表入口网页、载具管理等,除了MES外,SCADA也有不同于以往的设计,让制程可视化功能更加完整,以往SCADA的设计系统,多为单方向作业流程,也就是说使用厂商提出需求,系统整合厂商向原厂下订单购买相关系统,再来撰写、设计程式,这种作法长期为业界采用,优点是作业模式广为各厂商所熟希,缺点则是无法广纳各环节意见,系统设计后必须来回修正,方能切合使用者所需。


现在有厂商采用协同式设计,在系统上建置设计平台,让上下游有权限的厂商都能进入一同设计,如此一来所有的意见都能在网路平台上同时表达,就像在同一部电脑上作业,最后设计出来的结果也就会是客户最能接受的系统,之后系统的修改次数及时间也可降至最低。


除了协同设计之外,现在也有厂商SCADA架构将整合电子地图系统(GIS),SCADA被大量应用在公共建设领域,例如炼油厂、发电厂、自来水厂等,这些厂所占地都十分辽阔,尤其是旗下的各种管线都会有数十甚至数百公里之长,SCADA所侦测的地点也必须随之广布,因此在系统设计时,必须考量地理特性,方能准确掌握施工时的布建规划,SCADA系统整合了GIS之后,在设计布建时,可以先发现哪个布建点可能会有问题,提前准备应对策略,将风险损失降至最低。


这些新功能多是软体厂商所推出的模组,过去这些模组都必须在各节点另行架构一台PC,不过在HMI被重新定义并强化功能后,已开始取代一部份PC功能,让自动化系统的架构逐渐简化,在工厂可视化渐受重视下,未来HMI所担负的功能,还有可能再提升。


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