PLC創造機械自動精進的成功關鍵

隨著時代的演進，機器設備持續進化，加速了產品更新的週期，在當今競爭激烈的環境下，工業客戶正尋求高速、高精度的方案，以解決、面對各種控制課題，因此控制系統的演化趨漸複雜，這包括需要控制器計算速度的加快、Motion控制精度的提升、連結多樣式裝置的更高速網路，乃至於PLC的誕生，本文將詳細介紹PLC改變後的機能性、程式設計帶來的便利性。


PLC再進化決戰人力成本

高性能PLC以人性化的角度與先端概念，去設計PLC全新的軟硬體整合平台，投入先進工業技術，滿足各種機器的高性能控制需求，得以對應機器控制所需要的各種應用。

PLC在機械上連結伺服馬達，進行各種高速、高精度的Motion控制，其產業應用範圍跨足，傳統產業中的成形機、高速印刷與食品包裝機械、電子產業中的半導體、面板、PV與TP的製程設備。2011年日本東京的系統控制展(SCF)中，就有展出其最佳應用模型案例：這包括以PLC達到高速伺服移動的減震控制應用、小型空間的高速龍門加工控制應用、張力控制的薄膜卷繞應用、位置／速度／轉矩控制進行無縫切換的伺服沖壓應用，更有融合視覺與定位的高速機械手臂應用。

放大 台灣歐姆龍One　connection，採用Ethernet-base的開放性產業用網路，讓機器設備內部、設備與工廠間能無縫連結。

高速網路連結　一體式簡易操作

工廠對機器間、機器對機器間，高速大容量的資訊傳遞，因全新的機械控制核心自動控制器，是有CPU內建2個標準工業級開放式乙太網路，透過Ethernet／IP高速情報網路，達到訊息傳遞無縫化。高速網路具有靈活的拓樸、能配合現場做最適化配置，外部控制裝置之所以一一整合，也因為EtherCAT高速機器網路達到裝置連結無縫化。

過去控制系統複雜需使用數個軟體，全新的整合型控制軟體，融合機器必要控制項目與使用者角度理念而設計，現在只需「One Software」軟體一次整合PLC，運動與視覺等各種應用，內置各式模組設定、網路、程式，線上除錯與程式模擬機能。有效降低了控制設計複雜度，縮短機械調適所需時間，提升程式設計的生產力，並且採用標準化的語法與運動控制編程，減少客戶在機器開發與學習的時間成本，克服了程式設計人員對於各家PLC語法與架構在學習上不盡相同的困擾，功能強大卻簡單易用。

突破傳統PLC限制 創造One Machine Control

相較於傳統PLC的CPU，現在的CPU具備超高速運算能力，PLC有更高的吞吐率，產生更高的執行性能。傳統上，核心處理器採用ASIC(專用集成電路)，現今採用最新的MPU，改變了平台架構。高速CPU的統合，內藏了PLC與Motion CPU執行引擎，PLC與Motion的控制，更提高了控制精度，降低了過去採2個獨立CPU運算時，因CPU間的硬體複雜交握程序與資料傳送處理的時間損失，並且可在同個程式中，同時執行PLC與Motion的控制。

過去使用者往往因PLC執行速度不足，導致Motion精度低落，必須轉向使用IPC，現在功能強化的PLC已經克服傳統PLC的問題，僅1顆的CPU就可連結最大64軸的應用，降低硬體配置複雜度，軟體可以提供2軸平面模擬，並有強大的3D多軸動態模擬與錄製機能，這實現了PLC在複數軸的設計除錯與Motion路徑監視的便利。

現在的PLC在運算速度上，已具有IPC等級的突破性速度，設計上仍保有PLC所具有的高速啟動、信賴性、穩健性，使客戶能縮短開發週期，實現機械設備的高速高精度化，達成One Machine Control，終端工廠的機器生產性與加工質量也將提升向上。

智慧型傳感技術 (Smart Transducer)

傳感器具備探測和記錄物體物理狀態改變的能力，也可觸發周圍環境的變化。一般而言，感測器和執行器是常見到的傳感器。傳感器在連接物理世界和資訊虛擬世界上有界接的作用，感測器從環境中收集資料、生成資訊，並提高對周圍環境的意識；執行器使得物體能夠對周圍物理環境的改變做出反應。傳感器的範圍廣泛，包含溫濕度計等感應裝置、指紋與聲紋生物本身識別特質、GPRS等位置感測技術等。未來透過奈米技術，甚至如灰塵這樣的微粒都能被識別並納入物聯網，在環境中處處嵌入智慧，刺激更多創新產品和服務的誕生。就物聯網應用到的智慧型傳感技術而言，


• 物品本身與外界溝通，常具有探測物體物理狀態改變與觸發執行的能力。這部分可透過 TIM (Transducer Interface Module) 來與外界實際連結。
• 物體中的嵌入式智慧能夠通過在網路邊界轉移資訊處理能力而增強網路的威力，提供更高的資料處理能力和網路彈性。這部分可藉由 NCAP (Network Capable Application Processor) 來達成。

傳感器的應用包含製造業、工業控制、汽車、航太、建築及生物科技等，而這些傳感器也朝低價位、多用途、網路及無線訊號傳輸的方向，發展智慧型傳感器。由於每家傳感器製造商的界面標準不同，使得傳感器製造商要去製造一個可以支援所有的界面標準，是相當困難、且耗費時間、及增加成本，這也使得智慧型傳感器的開發受到重視的主因。

IEEE 1451系列標準是很好的依循準則。IEEE1451.1標準定義了網路獨立的資訊模型，使傳感器通過具備網路能力應用系統處理器NCAP連接到控制網路；IEEE1451.2標準定義了一個智慧傳感器介面模組STIM (Smart Transducer Interface Module)，主要包括電子資料工作表單TEDS (Transducer Electronic Data Sheet) 和與傳感器無關的標準介面TII (Transducer Independent Interface)。IEEE 1451.5標準定義著無線傳輸的相關規範，包含Blue Booth、WiFi、ZigBee等。 

嵌入式智能傳感器

傳感器技術是一項當今世界令人矚目的迅猛發展起來的高新技術之一，也是當代科學技術發展的一個重要標誌，它與通信技術、計算機技術構成信息產業的三大支柱之一，隨著科學技術的發展，對傳感器性能的要求越來越高，數量越來越大，因此研究集成高性能的傳感器對促進相關技術的發展是很有實際意義的。

目前世界上一些智能傳感器（Smart Sensor）一般都是用單片機＋控製規則進行控製的，智能性不高，很少加入人工智能的思想，並不是真正意義上的智能傳感器（Intelligence Sensor），本文利用嵌入式微處理機的功能和人工智能技術，給出了嵌入式智能傳感器的定義及特點，並論證了它的可行性，給出了嵌入式智能傳感器的一般結構框圖及智能控製模塊的功能，對未來傳感器的發展有較重要的指導意義。

二、嵌入式智能傳感器的定義及特點

1. 嵌入式智能傳感器的定義

利用嵌入式微處理器、智能理論（人工智能技術、神經網技術、模糊技術）、傳感器技術等集成而得到的新型傳感器為嵌入式智能傳感器。

2. 嵌入式智能傳感器的性能特點

嵌入式智能化傳感器是一種帶嵌入式微處理器的傳感器，是嵌入式微處理器，智能理論和傳感器相結合而成的，它兼有檢測、判斷、網絡、通信和信息處理等功能，與傳統的傳感器相比有很多特點：

具有思維、判斷和信息處理功能，能對測量值進行修正、誤差補償，可提高測量精度；具有知識，可多傳感器參數進行測量綜合處理；根據需要可進行自診斷和自校準，提高數據的可靠性；對測量數據進行存取使用方便；有數據通信接口，能與微型計算機直接通信，實現遠程控製；可在網上傳送數據實現全球監測控製；可實現無線傳輸；主要由嵌入式微處理器和軟件組成，成本低。

三、嵌入式智能傳感器的可行性研究

1. 嵌入式微處理器的性能

目前嵌入式微處理器和嵌入式軟件都達了一定的技術水平：

(1) 硬件方麵

目前嵌入式微處理器具有的功能特點如下：
體積小、低功耗、低成本、高性能；可以實現網上控製；支持Thumb（16位）/ARM（32位）雙指令集；FLASH存儲器容量大，成本低，可以存貯大量的智能程序，執行速度更快；尋址方式靈活簡單，執行效率高；指令長度固定，因此嵌入式智能傳感器在硬件方已具備了條件。

(2) 軟件方麵

目前嵌入式軟件都是與嵌入式微處理器相配套的，功能比較完善，雖然還沒通用的嵌入式係統軟件，但並不影響開發智能嵌入式電子設備；也可以用通用語言（如VC++等）進行開發。

2. 智能理論（人工智能技術、神經網技術、模糊技術）

人工智能技術、神經網技術、模糊技術在很多方麵得到了成功的應用，常用的理論相對完備。所以實現嵌入式智能傳感器從硬件，智能理論和軟件方麵是完全可行的。

四、嵌入式智能傳感器的一般結構

一個完整的嵌入式智能傳感器等同於嵌入式微處理器＋智能控製模塊（人工智能技術、神經網技術、模糊技術）＋傳感器係統，智能控製模塊是一個智能程序，它具有相關領域的大量專家知識，它可以模擬人類專家解決問題的思維過程，且解決問題的能力不低於人類領域的專家。該係統能進行有效的推理，具有一定的獲得知識的能力，但是總的功能在某些方麵遠超過人類專家的能力。具有靈活性，透明性，交互性，有一定的複雜性和難度。智能控模塊通常由知識庫、推理機、知識獲取程序，綜合數據庫、四部分組成，並存放在嵌入式微處理器中。

1. 智能控製模的功能分析

(1) 知識庫

用於存放嵌入式智能傳感器運行過程中所需要的專家知識，經驗值及傳感器的基本參數，知識庫中的知識是推理機發出命令的依據。

(2) 綜合數據模塊

用於存放嵌入式智能傳感器的原始數據及各種常用數據及各種參數。

(3) 推理機

根據傳感器及綜合數據中的數據，利用知識庫中的知識進行思維、判斷、推理後作出判斷，並對嵌入式智能傳感器的各種參數進行修改。
2. 交互接口單元

用於外界對嵌入式智能傳感器係統進行交互，包括對數據修改，添加，除，進行一致性、完整性的維護等功能。

3. 多傳感器係統模塊

由各種類型的普通傳感器組成，負責提供外界信息。

4. 輸出單元

用於輸出正確的傳感器信息，供用戶使用。

5. 嵌入式微處理器

負責對數據的采集、處理、存儲、管理、傳送等任務。