PLC是工廠自動化系統中的相當重要的控制元件,由於問世時間久遠,加上廠商的一再改良,目前整體架構已然穩定,不會有大幅度的變動,即便是這幾年「智慧工廠」、「工業4.0」概念崛起,但對位處系統底層的PLC來說,影響並不大,市場龐大加上整體架構已幾近底定,讓PLC的市場供應端版圖相當明確,包括西門子、GE、洛克威爾、三菱、日立(永彰電機代理)等國際大廠,佔有中、大型PLC市場,台灣廠商如永宏、豐緯以小型見長,台達則為中、小型,雖然近年來雙方各有擴大產品線進軍不同領域,像是西門子針對亞洲地區推出SMART系列PLC,永宏也有中型PLC計畫,不過市場大勢並未因此翻轉。
台灣的PLC產業起步也相當早,括永宏、豐緯都創立20年以上,多年來都固守小型PLC市場,永宏電機經理許祿沛就指出,永宏自創立以來的產品線變動不大,雖也推出中型PLC,不過小型PLC仍是產品主力,許祿沛表示,PLC架構雖然成熟,不過研發在此一產業仍相當重要,包括控制晶片、週邊通訊介面,都須因應市場趨勢設計不同功能,他以永宏為例,永宏字成立以來就相當重視研發,近兩年在台北內湖設立的據點,就是該公司的研發團隊所在,目前永宏的兩大研發方向包括1.持續擴充PLC的通訊介面擴充,2.提昇產品易用性,減少使用者系統整合時所耗費的資源。
許祿沛指出,過去自動化市場的供應端涇渭分明,產品分工明確,在台灣提到HiTECH就知道是HMI,台達就知道是變頻器,不過隨著市場變動,只依靠單一產品,市場競爭會逐漸薄弱,因此部份廠商開始涉足其他領域,台達就是最好的例子,台達以變頻器起家,20年來不斷橫向延伸,目前該公司在自動化領域的產品線完整度,已是台灣之最,這類解決方案的經營模式,已逐步侵蝕單一產品市場,因此在4年前永宏也開始改變產品型態,著手研發相關產品,近年推出HMI與PLC整合的產品,就是此一思維下的代表作,此一產品整合HMI的PLC,可以從HMI上看到PLC的階梯圖,讓工程師直接在HMI上變更PLC的功能,這類設計在缺乏電腦輔助的領域(如台灣晶圓廠禁止工程師攜帶筆記型電腦入內)就相當適合,此一產品同時也呼應永宏研發兩大方向之一的提昇產品易用性。
兩類型控制晶片各有所長
永宏的PLC研發除了週邊通訊介面擴增與易用性提昇外,PLC運算核心也是研發重點,目前PLC的運算核心有兩類,一是像永宏自行研發專屬的系統單晶片(SoC),另一種則是晶片廠商如美信半導體(Maxim)推出泛用型控制晶片,兩者各有優缺點,SoC屬於專用型晶片,多由PLC廠商自行設計,研發所耗費的時間長,且只適合單一廠商的PLC,不過效能強大,泛用型控制晶片的剛好相反,其設計是採用市場需求最大公約數,並非專為特定廠商的單一PLC所設計,因此供架構難以百分之百的貼合,不過泛用型PLC控制晶片取得容易,不須花費大量時間從頭設計,效能也都在中上水準,因此對資源有限或研發時間緊迫的廠商而言,是較佳選擇。
目前半導體大廠如TI、Maxim都有PLC晶片產品,TI在工業領域的布局已久,產品應用度相當廣,Maxim則來勢洶洶,推出的PLC控制晶片號稱分辨率(Resolution)更高、體積更小、耗電更低且速度更快。
Maxim指出,近年來消費性市場的快速變動,對製造系統帶來相當大的衝擊,現在的產品要在一樣甚至更低的成本中,生產中更多功能且更大效能的產品,因此生產環節中,每個設備都須進一步優化,方能符合現在產線所需,而所謂的優化,除了設備效能提昇外,體積的縮小也是重點之一,就如前面提到,現在消費性電子產品功能漸多,因此與過去同等的產線,被賦予更多的功能製造需求,在此態勢下,高效能與小體積成為新世代PLC的設計重點之一。
Maxim在體積部份由整合著手,Maxim指出,PLC架構可分為數位、類比、離散等3大元件,要減少體積,一般廠商多從數位元件著手,不過仔細觀察PLC架構,數位元件只佔其1/4的空間,類比與離散元件則佔有剩下的3/4空間,因此要縮小PLC的體積,由後兩者著手的效益最大,不過市場少少有廠商由此著手的原因在於,類比與離散元件的擴展不易,整合為單晶片難度相當高,Maxim近年推出的產品,則成功整合相關元件,讓PLC可在更小的平台上,擁有更高的效率與更佳的散熱設計。
西門子SMART系列側重亞洲市場
談到PLC效率,近年來各廠商推出的PLC產品效率,與已往相較,都有更佳的表現,不過就如前文提到,由於PLC的架構幾近底定,廠商所採用的晶片類型相去不遠,在整個市場的產品效能同步提昇下,廠商之間的產品差異仍然不大,因此現在PLC市場除走向整體解決方案外,前面提到的產線擴增也既定趨勢之一,全球自動化大廠西門子(Siemens)則是雙管齊下,西門子產品經理羅龍翔就指出,西門子PLC近年來有全新布局,配合該公司的TIA(Totally Integrated Automation)系統概念,旗下的S7-1500、S7-1200分別對應大、中型市場,並涵蓋市場絕大多數應用產業,另外針對亞洲市場,西門子也推出了專屬的「SMART」系列自動化設備。
羅龍翔指出,相較於歐美市場,亞洲地區尤其是台灣、中國大陸的產業型態較為特殊,大型企業雖多,但中小企業才是其經濟主力,由於中小企業的資源有限,且製造系統規模小,強調高效能、多點數、高整合的PLC在此領域並不適用,西門子推出的SMART系列則不屬於該公司強調整合的TIA系統,而以高性價比的中小型製造平台為主,SMART系列包括PLC、HMI等自動化設備,透過這類入門款等級的自動化系列產品,中小型製造業者可打造出適合自身的自動化平台。
羅龍翔指出,經過長年的發展,PLC的硬體技術進展已相當有限,未來廠商的市場競爭力會取決於PLC的附加價值,包括外觀、顯示板、通訊埠等,他認為其中最重要者當數通訊部份的設計,未來製造現場的所有設備會大幅整合,資訊流將全面串流,PLC所產生的各種數據也會成為工廠管理端的重要資料,在此態勢下,PLC的資料擷取與傳輸功能,都將被進一步突顯,因此未來的PLC除控制功能外,整合能力將更形重要。