帳號:
密碼:
CTIMES / 文章 /   
技術刺激架構翻轉 運動控制效能再提昇
 

【作者: 王明德】   2014年07月14日 星期一

瀏覽人次:【4444】
  

運動控制領域中,PLC與PC-Based是兩大控制主流,這兩者技術發展背景不同,由於PLC發展歷史悠久,從1969年美國DEC公司發表第一台產品至今已將近40年,這40年來,控制一直是PLC的唯一設計取向,因此不管是軟體程式或硬體架構,都有一定程度的封閉性,要導入其他技術並不容易,而且在穩定考量下,似乎也無此必要。


圖一
圖一

因此當PC Based技術開始跨入製造自動化時,自動化系統會否全面PC化這個問題在業界引起一陣討論,經過這幾年的發展,情勢逐漸底定,PC Based的確攻佔了一部分傳統自動化市場,但在部份整合需求不高但穩定度要求的領域,傳統自動化技術如PLC,仍有PC Based難以撼動的地位,不過不可否認,PC跨入自動化領域後,的確對原有技術與架構產生衝擊。


就架構特性來看,PLC擁有在順序控制方面的優勢,但是在運算能力方面,則是PC-Based控制器的優勢,而目前相當流行的PAC產品,則是強調將PLC與PC-Based雙方面的優勢結合在一起的新趨勢,PLC在穩定性與順序控制方面的優勢較高,同時對一般操作者也比較容易上手;相對於PC-Based在高速運算時,產生的散熱問題,PLC長期應用於特殊環境下,對於面對各種環境的適應力與抵抗性都是相當好的選擇。


至於PC-Based的優勢,則在功能性與擴充彈性方面,PC-Based可以進行大量快速的運算或是多工的處理,而且隨時可以依據需求,插上不同的卡片進行應用調整,而PLC一旦配線完成後,要增加或修正,都需要重新進行配線,無法簡單的升級或擴充。


PAC則是以PLC為主要架構,再將PC-Based產品的優點放在PLC的架構上,所創造出來的產品概念。同時,在運動控制方面,除非是應用在極為特殊或大量運算需求,否則一般的RISC處理器就已經游刃有餘,也因此,PAC產品相較著重於穩定性及可靠度,進而有效的降低硬體本身的成本。從控制軟體與作業平台來討論,目前PAC產品多採用WinCE作業平台,雖然開發方面需要多花一點時間,但是穩定性確是相對最好的。但是對於原本採用PLC或PC-Based的使用者該如何順利上手,目前也只能以提供便利性的程式開發工具,作為輔助之用。


運動控制技術發展趨勢


運動控制產品及應用,基本上可以將亞洲與歐美視為兩塊不同的市場,主要是因為兩地的使用者對運動控制的概念與看法不盡相同,亞洲部分主要是受到日本的影響,而歐美有一套屬於自己的規則以及對運動控制的看法,區域上的分野,造成產品線方面的差異。


日本重視伺服控制方面的技術,強調以脈衝卡搭配伺服馬達來達到多顆馬達的整合與高精密度的定位控制,完成使用者所需求的多樣化控制配合。歐美地區多半是使用直流無刷馬達搭配類比訊號輸出功能與帶有DSP晶片的控制卡,這樣的搭配讓主要的控制都在卡片端完成閉迴路設定上所需要的參數,所以使用者在使用前必須投入較多的時間與精力在參數的調校與測試,才能將這些PID閉迴路參數設定到最佳化的地步。


早期基於市場與合作夥伴的關係,台灣業者會以脈衝運動控制卡片為主,至於對DSP運動控制技術的掌握,透過相關產品的研發亦有相當的進展,隨著市場的擴展與應用需求的多樣變化,推出適用於歐美市場的運動控制卡,目前台灣業者的產品線均相當完整,不論是單軸、多軸、步進或伺服控制都有相關的對應產品。


就技術面來看,目前透過DSP硬體來進行控制,在Real-Time的效能上應該是最快最方便的,不過需要耗費相當長的時間與使用者及合作夥伴共同去瞭解不同產業中對DSP韌體撰寫的需求,開發所需要的技術。例如彎管機、彈簧機等,與其他相似的競爭產品之間,台灣業者的優勢多在於提供完善客製化的韌體研發能力。


除了純粹的類比帶DSP的運動控制產品外,業者表示,現在也有許多利用脈衝卡的使用者,有進一步對高階運動控制的需求,處理時間短與準確精度高的需求,透過硬體執行的方式會比軟體方式更能達到較佳的週期運動控制表現與穩定性,而不會因為作業系統當機而停擺。


另外,產品趨勢中,串列式控制(分散式控制)也在機械自動化中成為一股不可輕忽的力量,由於目前的機台朝向兩極化發展,不論是越來越小或越來越大的機台,採用串列式控制技術皆可為設備製造商節省極多的系統資源。


對於目前通訊協定仍是百家爭鳴的局面,多數業者認為,如果有共同的標準與規範,對使用者而言將不再被侷限使用固定廠牌的產品,可擁有不同選擇。,由於封閉的系統具有較佳的穩定性,同時兼具快速、相容性保證及效益強等優勢,雖然這些特性的確是使用者最關切的,可是如果選擇特定廠牌,以現今的環境而言,等於就被限制住,由於市場在通訊協定方面並沒有「大一統」的情況出現,各家都不斷的在攻佔山頭,面對各家廠商透過封閉的通訊協定,達成更快速的運動控制,同時整合更多的I/O,達到更好效能的目的。


整合機器視覺趨勢


運動控制從早期發展迄今,已有相當深厚的技術基礎,因此與其單純討論技術發展,不如探討運動控制在自動化產業中扮演的角色,以及與其他周邊次系統之間整合與應用的情形,在技術日臻成熟時,運動控制產品要想再提昇附加價值,必須從系統整合的方向著手。


早期透過PLC進行的一般整合性控制系統,在PC-Based這兩年發展逐步成熟的情況下,越來越多PLC的系統,慢慢轉移到PC-Based的領域中,而過去在PLC上不容易解決的整合問題,例如影像辨識在PC-Based上多半都能輕易的找到解決的Solution,主要是因為PC-Based本身是開放的標準介面,開放架構讓使用者有更多的選擇性,更容易在同一平台上整合更多不同的資源,這些基於PC-Based架構所帶來的好處,是PLC所欠缺的。


目前在自動化控制中,視覺影像與運動控制的整合越來越深,如何在最短的時間處理最多的影像資訊,將結果傳輸回控制器進行後續動作的研判,與運動控制相互搭配整合,需要相當技術,如果說視覺系統如同人的眼睛,運動控制則是人的手腳,怎樣透過控制器去協調出最適當的搭配,將是技術重點。


機器視覺技術在1980年代早期首先被引進,並且預期將取代人工對零件和產品的檢查,藉此增進品質和生產力。這個技術在機器視覺系統廠商提供廣泛的支持和使用者親和性機器設備的需要之後開始被大量使用。


機器視覺與運動控制一樣,都被廣泛用在各種自動化系統,尤其主要的是用在半導體中和電子業,其他的產業使用機器視覺者如製藥、汽車業、航太業、金屬製造、食品處理和印刷業。


早期在工業自動化的流程中,最常看見的景象就是一批檢視人員站在傳輸帶的兩側,對產品進行檢測。這種人工檢驗作業雖然適應力大、知覺度高;但是人工作業往往隨著作業人員的身體、精神狀況影響,而有相當出入;檢驗的準確性更容易因設備的複雜度、工作時間、工作壓力而下降。


機器視覺升級快速


在這樣的情況下,以機器視覺自動檢驗系統取代人工作業,似乎是更佳的解決方案,基本上,機械視覺系統包括了攝影機、影像處理器及計算機三大部份,透過攝影機拍攝檢視物,將畫面送至影像處理器處理,再由電腦執行計算、分析、識別、判斷等工作,更進一步將辨識結果或控制後續動作的指令傳送至週邊設備,以控制自動化生產流程,或進行自動化管理或品質管制。


隨著科技的發展,機器視覺的技術不斷被研發與提升,近10年來,機器視覺已經大量的運用在遙測、醫工、地質探測、圖形識別以及家電用品等不同的領域之中;同時,這些應用的技術實例正在快速的累積成長,也由於電子硬體,電腦、微處理機的大幅進步,機器視覺正以驚人的變革速度在更新它們的面貌。


機械視覺應用層面包羅萬象,透過科技發展所產生的識別系統及應用領域,不斷推陳出新,尤其是在自動化檢測方面,在目前一切要求自動化、精準化以及高速化的前題下,除了許多非接觸性的自動化檢測工作都開始利用這些數位信號處理系統來完成。因為這樣的方式不但能配合自動化機械高速生產作業,降低生產成本;同時,利用電腦統計分析還能提供測試資訊及管理記錄,提高校正、診斷的功能。除此之外,許多在過去屬於艱困或危險的監測環境,透過視覺影像數位化處理的程序來處理,亦會是最經濟有效的方式。


除了在產業應用方面的拓展外,就技術面而言,機器視覺系統是一項集光學、電子、機械及材料技術整合的科技,透過機器視覺技術的提升,連帶的能讓自動化產業獲得更進一步的發展,朝向無人化控制的階段前進。


如何將機械視覺及數位信號處理技術與產業界升級的需求相結合,以及在機器視覺本身發展型態的演變,是我們較為關心的問題。


影像處理這門技術往往是隨著案例需求的不同,即須有不同的程序來運作,但是結合視覺及運動控制方面的大方向是眾人亟欲建立的領域,不論是透過軟體的控制或平台的提供,藉由受訪者的眼中,我們看到了機器視覺未來發展的無限可能。


整合風帶動市場成長


從應用面來看機器視覺與運動控制的主要使用者有四大領域,工業製造、航太/國防業、研究發展、製藥和生醫產業,這些領域中會與運動控制重疊的部份,則以工業製造為多,工業製造包含半導體產業、電子製造、汽車、化學、通訊、石化和其他製造業在機器視覺系統市場收入約佔總市場的50%以上,半導體產業是機器視覺產業成長的主要因素,航太和國防產業,由於軍事威脅降低預算降低而有需求下滑的趨勢,研究發展、製藥和生醫產業在機器視覺與運動控制的需求,這幾年都有穩定成長。


機器視覺與運動控制在自動化系統中,提供線上高速率製造的檢驗處理,由於市場競爭激烈,效率更高的自動化系統需求日殷,以機器視覺為例,每分鐘1800個影像是目前的產業標準,快速的視覺檢驗加上與快速微處理器的整合,即成為新一代自動化系統標準,高速率處理的涵意是製造生產線上每秒可以處理更多的零件,每一零件可以檢視更多特徵且提供更多詳細影像分析,這些都需要機器視覺與運動控制的更強力整合。


綜觀來看,目前運動控制的發展趨勢可分為兩方面,一是架構本身的改變,近三十年被廣泛應用大型PLC運動控制系統,對已經習慣PLC的客戶來說,雖發展環境不用重新學習,上手快速,但也因而受限於PLC功能及HMI可以變化的自由度不大,因此PC Based乃至於PAC正快速竄起。


而PC Based運動控制系統則受惠於台灣PC之強大設計製造基礎,發展迅速結合ISABUS、PCIBUS等標準介面,使得應用日益廣泛,選擇性高,開發自由度大為其主要特色,不過其系統安裝繁瑣,硬碟當機問題,風扇故障,高熱問題等,還是有許多改善空間。


至於PAC運動控制系統,因針對RTOS、IO、Motion、通訊、開發環境及客戶運用靈活度、可發展及保護公司技術,也提供多重之開發解決方案從VC低階開發語言及高階VB、C語言,到整合SoftPLC、SCADA的套裝軟體,但這種新的架構使用者還需一些學習曲線時間。


對外整合方面,機器視覺則被視為運動控制的最佳整合對象,目前系統整合業者也戮力進行此類系統架構,未來發展值得業界注意。


相關文章
整合機器人和進階運動控制
工業自動化強勢來襲 運動控制扮演關鍵要角
透過即時網路實現同步多軸運動控制
運動控制已朝多元化技術發展
製造業掀起智慧浪潮 運動控制同步進化
comments powered by Disqus
相關討論
  相關新聞
» 東元跨足電動車動力系統 自主產製車用馬達和驅動器
» 回顧815大停電兩周年 伊頓提出多元電源解決方案
» 【EMO 2019預覽】igus數位化解決方案 實現從設計到維護智慧化
» 明緯提供完整系列產品 助業界跨足醫療領域
» 2019年台北國際食品展落幕 國內外設備廠商展現數位整合產線能力
  相關產品
» 艾邁斯半導體推出1D飛行時間感測器
» 兆鎂新18款全新USB3.1 (gen.1)單板及工業相機上市
» 螺桿滑台的線上配置器 可完成數百萬種設計變化
» 新 igus 易格斯高負載基座軸承
» 兆鎂新全新IC 3D立體相機系統即日上市

AD


刊登廣告 新聞信箱 讀者信箱 著作權聲明 隱私權聲明 本站介紹

Copyright ©1999-2020 遠播資訊股份有限公司版權所有 Powered by O3
地址:台北市中山北路三段29號11樓 / 電話 (02)2585-5526 / E-Mail: webmaster@ctimes.com.tw