PLC与HMI 作为工业自动化的核心技术,在全球市场持续蓬勃发展。美国、欧洲、日本等主要经济体的需求也维持高档,而政府政策也为市场带来利多。随着技术不断演进,PLC与HMI 将在更多应用场景发挥作用。
可程式逻辑控制器(PLC)与人机介面(HMI)是工业自动化领域的两大核心技术,两者的整合应用在现代制造业中扮演着不可或缺的角色。PLC 负责控制和监测生产过程中的各种设备和流程,其功能类似於工业自动化系统的大脑,负责逻辑运算、数据处理、指令发送等任务。HMI 则作为人与机器沟通的桥梁,将复杂的生产数据转化为直观易懂的图形介面,方便操作人员监控、管理和控制生产过程。
PLC 与 HMI 的搭配使用,能将自动化系统的潜力发挥到极致。PLC负责处理底层的逻辑控制,确保生产流程的稳定运行,而 HMI 则提供友好的操作介面,让操作人员能轻松掌握生产状况,并进行必要的调整和干预。两者相辅相成,实现了生产过程的自动化、智能化、高效化,为企业带来显着的效益提升。
随着全球制造业数位转型加速,PLC+HMI 的市场需求持续蓬勃发展。本文将探讨 PLC+HMI 在国内外市场的发展概况、政策影响、技术趋势,以及在零售、交通、仓储物流等基础应用场景的实例。
全球PLC与HMI市场规模持续上扬
根据市场研究机构MarketsandMarkets的研究,在自动化、智慧制造、基础设施建设等领域的需求带动下,2023 年全球 PLC 市场规模达到了161亿美元,预计在2024年达到175亿美元,而2025年将持续成长到190亿美元的规模,呈现稳定成长趋势。
至於在国家与区域方面,亚太地区是 PLC 市场成长最快的区域,特别是中国与印度等新兴市场的需求更为强劲,其驱力是这些快速成长的国家,对於国内工业化进程的加速,因此大幅提升了PLC设备的需求。
至於HMI 的市场规模,2023年全球HMI市场规模达50.2亿美元,预计在2024年将达到 54 亿美元,2025年则微幅成长到58亿美元,成长速度较PLC市场稍慢。
主要的成长动力来自制造业、能源产业与交通运输等领域.对人机互动、数据可视化、远程监控等需求的增加。其中汽车HMI市场是整体HMI市场的重要成长市场,随着汽车智能化、网联化程度的提高,对HMI的需求也会明显成长。
同样的,新兴国家也是HMI的主要成长区域,包含中国、印度在内,以及越南,泰国、印尼与马来西亚等东南亚国家。由於这些国家及区域有着大量的基础建设与产业计画正在推动等,因此带动了对制造业、城市建设、能源产业的发展,对HMI的需求也在不断增加。
另外, 欧洲地区的德国和义大利对於HMI的需求也仍是持稳,尤其在汽车、机械、化工等产业。
图一 : 另一家市场研究机构对全球HMI市场规模所做的展??。(source:precedenceresearch) |
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地缘政策催动制造回流 各国政策推动需求
除了新兴市场与国家在基础设施和产业拓展上大力助益外,基於地缘政治所引发的制造业回流,也让PLC和HMI在已开发国家地区出现了新的动能;另一方面,由於节能减碳和数位转型的趋势,对制造设备与工具机台的性能有更高的能效要求,并进一步强化智慧应用的规模与深度,也让该市场有了发展底气。
美国市场
美国作为全球最大的经济体之一,其制造业对自动化设备的需求一直保持强劲,特别是在汽车、航空航太、食品饮料等产业,对PLC与HMI 的需求尤其旺盛。
近几年,由於美中在政经对抗的情况加剧,因此美国政府积极推动「再工业化」的政策,鼓励企业回流美国本土生产,并提供税收优惠、资金补助等支持措施,这也刺激了PLC和HMI市场的需求。
欧洲市场
欧洲是全球工业自动化技术的领先地区,特别是德国、义大利等国的制造业实力雄厚,因此在PLC与HMI装置的需求也持稳发展,不过近几年在节能减碳与数位转型趋势带动下,对於高阶PLC和HMI产品的需求呈现较高的情况。
特别是在欧盟推动「工业 5.0」战略,强调以人为本的智慧制造,鼓励企业导入更具弹性、可持续性的自动化解决方案,也为PLC与HMI市场带来新的机会。
日本市场
日本是全球工业机器人、自动化设备的主要生产国之一,对PLC和HMI的需求也同样呈现稳定发展。然而日本制造强调高品质,且专精於高阶市场,因此在汽车、电子、半导体等产业,对高精度、高可靠性的PLC与HMI产品需求较高。
不过由於日本人囗老化严重,且少子化的冲击也日益严峻,因此日本政府推动「社会 5.0」概念,强调以科技解决社会问题,鼓励企业开发更具人性化、智能化的自动化设备,也由於国家带头发展深度智慧化应用,为PLC与HMI市场带来新的发展方向。
台湾市场
台湾制造业以中小企业为主,过往面临曾面临产业外移的挑战,不过近年由於美中对况的局面,导致许多台商回台设厂;另一方面,由於台湾半导体制造的产业规模出现跳跃式的成长,因此新厂房的设立也成为近期重要进展,整体都强化了台湾对自动化设备需求日益增加。这些趋势与需求也成为PLC和HMI导入的利基,并对企业的生产效率提升、成本降低与转型升级带来帮助。
在政策方面,台湾近期推动了「智慧机械产业推动方案」、「5+2 产业创新计画」,以及赖清德政府正在力推的「五大信赖产业」等政策,皆鼓励产业导入智慧制造解决方案,为台湾的PLC与HMI市场创造有利环境。
图二 : 在全球主要国家政策的加持下PLC与HMI的市场有??稳定成长。图上为西门子的HMI解决方案;下图为泓格科技的控制器方案。 |
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AI领航新技术 PLC与HMI现新动能
有政策的加持,替PLC与HMI的成长带来助益外,新技术的刺激,也为它们带来新一波的动能。尤其是工业物联网(IIoT)、边缘运算、人工智慧(AI)等技术整合至PLC与HMI系统,是实现智慧制造的关键,成为该市场的成长利基。
工业物联网:PLC和HMI可与 IIoT 技术深度结合,实现设备联网、数据采集与分析,提升生产管理效率,目前已成为智慧厂房的标准设置之一。
边缘运算:在PLC与HMI系统中导入边缘运算,可即时处理生产数据,降低对云端运算的依赖,提升系统反应速度。这样的架构与系统也是当前工业终端的主流设计方向。
人工智慧(AI):AI 技术应用於PLC和HMI系统中,可以实现设备预知维护、生产流程优化等功能,提升生产效率与品质。
开放式架构与平台:采用开放式架构,让不同厂牌的 PLC+HMI 设备能互通互联,提升系统整合弹性。
值得注意的是,由於生成式AI正在快速的改变所有的产业应用风貌,即便是相对稳定的工业领域也将会出现变革,因此PLC与HMI的软硬体发展也会出现的架构与方面。
在硬体方面,在 PLC中整合AI加速晶片将会是主要的趋势,藉以提升数据处理和分析能力,实现更快速的反应和决策;再者,为了增强边缘与智慧应用的效能,搭载AI功能的感测器也会是主要方向,它能更精确感知环境变化,提供更丰富的数据来源,支援更智能的控制策略。
至於软体方面,提升机器学习演算法的支援会是重要方针, 透过机器学习,PLC与HMI能从历史数据中学习,自动优化控制叁数,提升生产效率和产品品质。另一方面,实现预测性维护也是重要的技术策略。 藉由AI分析设备运行数据,预测潜在故障,提前进行维护保养,降低停机风险。
表一:HMI的硬体规格演进
年份
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2010
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2015
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2020
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2024
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处理核心种类
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x86
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x86/ARM
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ARM
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ARM
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平均 SDRAM 容量 (MB)
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64 - 256
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256 - 512
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512 - 1024
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1024 - 2048
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搭载 GPU
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否
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少量
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部分
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常见
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显示器尺寸 (寸)
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4 - 7
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7 - 10
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10 - 15
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12 - 21
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通讯埠种类
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RS-232/485, Ethernet
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Ethernet, USB, (Wi-Fi)
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Ethernet, USB, Wi-Fi
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Ethernet, USB, Wi-Fi, 5G
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智慧应用当道 零售、运输、仓储领域展身手
随着智慧应用的深化,PLC与HMI的整合,正为各行各业带来革命性的变革。例如越来越常见的无人商店和厂房,商品与生产资讯、库存状态都会自动显示,甚至能自动结帐和接单。至於公共资讯设备,如列车时刻看售票管理系统,在搭乘时,列车位置、运行状态一目了然,还能中央监控、故障诊断.这些先进的智慧管理系统,正随着PLC与HMI技术的发展越来越普及。
零售业
无人商店:透过PLC 来控制门禁、照明、空调等设备,HMI则显示商品资讯、库存状态、购物流程,并与支付系统整合。再者透过结合RFID、影像辨识等技术,就可实现自动结帐、库存管理、客流分析等功能。
自动贩卖机:主要利用PLC控制商品出货、温度调节、故障报警等。并搭配HMI来显示商品选项、支付方式、操作指南。结合行动支付、远端监控等技术,提升便利性与管理效率。
图三 : 透过先进的PLC系统架构,可以实现列车运行控制,搭配HMI则能显示列车位置、运行状态、车站资讯等。 |
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运输业
智慧运输系统:透过先进的PLC系统架构,可以实现列车运行控制、电力供应、号志系统等。搭配HMI则能显示列车位置、运行状态、车站资讯等。若进一步结合SCADA系统,就能实现中央监控、故障诊断、应急指挥等功能。
智慧停车场:PLC可控制车位指示灯、闸门、收费机等,HMI显示车位状态、停车费用、导航资讯。结合车牌辨识、行动支付等技术,提升停车效率与用户体验。
仓储业
自动化仓储:智慧仓储内部使用许多物品的捡放与输送设备,使用PLC 可以控制堆倜机、输送带、分拣设备等。至於HMI则能显示库存位置、出入库记录、作业进度。结合WMS系统,能实现库存管理、订单处理、路径规划等功能。
智慧物流:同样大量使用运送设备,物流业者需要PLC来控制 AGV、无人机、自动包装机等,并运用HMI显示物流路线、包裹状态、配送资讯。若结合 GPS、RFID、影像辨识等技术,进能实现更高度智慧化的自动分拣、运输、配送功能。
结语
整体而言,PLC与HMI作为工业自动化的核心技术,将在全球市场持续蓬勃发展,预计2023年全球PLC市场规模将达161亿美元,2028年将达215亿美元,HMI 市场规模则预计在2025年达到58亿美元。
随着技术不断演进,PLC与HMI将在更多应用场景发挥作用。例如,在零售业的无人商店、自动贩卖机等;交通业的捷运系统、智慧停车场;仓储业的自动化仓储与智慧物流等。
而在智慧应用与AI技术的推动下,未来,PLC与HMI 将持续整合工业物联网、边缘运算等技术,实现设备联网、数据采集与分析、预测性维护等功能,为各行业带来更高效、智慧化的解决方案。