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智慧生活設計事務所

2017年2月3日 星期五

上午2:30:00


工業4.0、物聯網、雲計算、虚實整合…等等尖端創新的名詞,一直推陳出新競相面世。

可是自從第一次工業革命至今230餘年間,人類開始使用電力從事生產至今大約不到150年,第一套可程式控制系統面市至今,也還不到50年,人類的逐步進化配合科技進程的腳步雖不停歇,到如今面臨工業4.0的面市,似乎翻轉了整個世界!

可是核心的基礎及本質有變嗎?不論再怎麼令人目眩神迷的新興的名詞冒出頭,其實工業4.0的最基礎核心本質,還是在自動控制。若我們能把這基礎工夫打好,就不用怕千變萬化的物聯網時代來臨了!





但一談到自動控制,很多人都會有一種莫明的恐懼感,好像這是多麼專業的高深學問!其實就幾個觀念及專有名詞的釐清,就很容易豁然開朗的。


談自動控制,大概可以從以下幾個面向來討論:架構、控制器、輸出入點、軟體控制訊號類別格式,以及整合等;我們下面會依這幾個面向分別簡單介紹說明,這中間當然會有一些專業領域的專有名詞,但是這些專有名詞,自從有了“Google 大師”後都很容易在網路上查到了!

一.系統及連線架構
首先我們談架構,基本上自動控制的架構不外乎以下二種:

1.  集中式架構-這是自動控制最基礎的核心部分,及最簡單的初始架構,這個核心是由所謂的控制器組成,簡單的控制器可以是由單晶片結合基本的記憶體,再加上連結少數輸出入點位組成;較複雜的集中式控制器,則會採用較高階的高級運算型CPU+記憶體,及二階儲存媒體組合,這類型控制器通常除了可以處理的輸出入點位較多外,通常也會具備各類型通訊功能,以利整合下屬系統,或者更進一步擴充為分散式架構下的離散元件。

2.  分散式架構-既然是謂之分散就必然需要網路及通訊協定來連結各個離散元件,現在已經是網路當紅的時代了,所以這裡的網路,我們把它直接定義為乙太網路,大概不會有人有其他異議吧!所以分散各處的離散型控制器,透過乙太網路相連結組合而成的控制器網路,就是所謂的分散式架構,當然這個架構一定會有人質疑各自為政,何處為大腦?沒錯!雖有手腳眼耳但總是需要大腦統合吧!分散式架構通常需要加設一套自動控制維運中心(這部分會留待後面再談),現在這個角色都是由電腦結合一套中控軟體來扮演了!





二.控制器分類
接著我們來談談控制器,我個人把控制器簡單分為三類,分別為PLC、DDC及其他類,我們下面分別來談談這三者的差異:

1. PLC(Programmable Logic Controller)-可程式邏輯控制器,顧名思義即可知道它是需要書寫程式才能運作的一個控制器類型,一般程式書寫、修改及運作的過程需要一定的程序-書寫-編譯-載入-執行,所以PLC必定存在一個人機溝通介面,較常見如RS-232、RS-422、RS-485、USB、乙太網路等均是,另外如記憶體及二階儲存媒體,以及基本的輸出入介面等,均是必要元件。由於國內教職體系,及工控行業這方面的教育及資訊很多,所以我們就不多著墨了!






2.  DDC (Direct Digital Control)-直接數位控制器,其實DDC的組成元件和PLC”是沒有什麼差異性的,若要說有所差別的話就是DDC比較針對特殊領域的應用,最早期是用在冷暖空調HVAC (Heating, Ventilating, and Air Conditioning) 領域,由於應用領域固定,所以它的基本應用程式在產品出廠時已經書寫內建了!所以應用DDC作業,不需要額外另請程式設計師進行程式設計,但也不是說這樣就可以幫老闆省下一筆費用了,因為一套DDC雖說出廠已經內建程式,可是可以應用的範疇還是很廣,內建的程式還是需要該領域應用工程師來挑選-設定-執行,比較複雜的應用,甚且可能還需要時序、邏輯組合等基本設定,才能達到該有及正確的功效!






一般說來PLC比較適合工廠自動化作業,DDC則比較適合大樓自動化系統;PLC比較適合作動控制作業反之DDC則比較適合環境資料收集。


3.  其他類-凡是無法歸類上述二類的我都把它歸為此類,譬如從很簡單的無擴充及連線功能的控制應用如冷氣機內建機板,各式家電控制機板等,到比較複雜具備通訊功能的電動馬達控制器,多功能廻路控制器、燈光調光控制器、現在愈來愈夯的各式物聯網控制器等均屬此類。這類型的控制器基本上功能單一沒有像DDC這麼複雜,但是也沒有統一的規格,所以要使用這類型的控制器,唯有靠工程師一頁一頁翻原廠使用手冊囉!



總結說來PLC可以從很簡單(如國產品永宏、泓格、研華等廠牌)到很複雜(如西門子 SIMATIC 系列),價位從分別從數千元到數十萬元間,分佈非常廣泛!

至於DDC則多屬進口品牌的天下(不是我們硬體做不出來實在是我們在特定應用領域的軟功夫太弱了),價位通常在上萬起跳至數萬元間分佈。

拜科技進步之賜,微處理器進步神速、記憶體及儲存媒體價格直直落,所以中低階PLC及DDC的硬體規格,已經趨於一致,沒有多大分別了!差別只是在PLC出廠如白紙一般,需要好的設計工程師巧手裝扮,DDC則因內含各類型應用領域知識(Domain Knowhow),所以會比同規格PLC稍貴一些,可是這部分費用,可以由工程師及後續維護費用中彌補回來,至於如何取用就見人見智囉!

下回我們再來談其它部分,期待再相見!

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