SCADA以往是工廠製程的唯一作業(yè)軟體,與HMI搭配,成為工廠可視化的最佳軟硬體拍檔,這兩者作為操作者與生產(chǎn)機臺的中介橋樑,多年來穩(wěn)定性都是企業(yè)採購的第一要求,相容性只要到一定程度即可,並未多所要求,不過在PC技術(shù)大舉跨入自動化控制領(lǐng)域後,PC週邊成為廠房中輕易可見的設(shè)備,相容性逐漸成為人機介面的採購重點之一,而在工業(yè)電腦廠商的推波助瀾下,開放式架構(gòu)的SCADA 與HMI已陸續(xù)問世,雖然就目前工控市場應(yīng)用來看,傳統(tǒng)式架構(gòu)仍有絕大部分市場,不過如果將時間拉長,工控PC化將成為主流之一,製程可視化架構(gòu)走向開放式也在所難免。
HMI推動可視化潮流
從硬體端來看,HMI市場多為傳統(tǒng)大廠如西門子、施耐德、富士、三菱等國際大廠所獨占,以PC Based控制器進軍工控領(lǐng)域的工業(yè)電腦廠商,在HMI市場仍不是這些傳統(tǒng)大廠的敵手,主要原因就出在穩(wěn)定性,乘載了龐大產(chǎn)值的生產(chǎn)設(shè)備,只要機器一開啟,就是龐大成本的開始,讓生產(chǎn)設(shè)備能夠穩(wěn)定的順利運作,便成為製造業(yè)MIS的最重要課題。
HMI以往多僅作為自動化設(shè)備如PLC的控制介面,功能相當(dāng)簡單明確,因此所需規(guī)格也不高,處理器以單晶片(SoC)或低階CPU即可,畫面尺寸則在3.5吋~7吋之間,對外連接埠為RS-232等Serial Port,這些技術(shù)在IT產(chǎn)業(yè)都已相當(dāng)成熟,在穩(wěn)定度方面已無問題,對需長時運作的自動化系統(tǒng)來說相當(dāng)適合,不過在可視化程度快速提升下,過去這些規(guī)格逐漸不敷使用,在此情況下,HMI廠商紛紛推出高規(guī)格的產(chǎn)品。
HMI的快速整合,不只是硬體,軟體端也面臨同樣趨勢,以往的HMI除了做為PLC的控制介面外,頂多就是在加上SCADA的擷取資料顯示,但如今SCADA已快速與MES甚或ERP整合,讓製程可視化再往前跨進一步。
MES挑起製程可視化重責(zé)
MES使用於工廠現(xiàn)場各項生產(chǎn)資訊收集整合的系統(tǒng),從整體運作來看,它連接於上層之製造業(yè)企業(yè)資源規(guī)劃系統(tǒng)(Enterprise Resource Planning,ERP)、供應(yīng)鍊管理系統(tǒng)(Supply Chain Management,SCM)和現(xiàn)場作業(yè)/生產(chǎn)設(shè)備之間,提供即時且準(zhǔn)確的實際生產(chǎn)資料來源。
從現(xiàn)場管理來看,它整合了工廠現(xiàn)場各單位(如物料、生管、製造、品管、倉管等)的各項資料,使各單位得以迅速得到作業(yè)所需之資訊,以提升生產(chǎn)效率、產(chǎn)品品質(zhì)與客戶滿意度。
臺灣製造業(yè)非常發(fā)達,尤其是資訊產(chǎn)業(yè),更是執(zhí)世界之牛耳; 近十年來,各行業(yè)工廠生產(chǎn)規(guī)模均大幅擴大,以資訊組裝業(yè)來看,年營業(yè)額超過新臺幣千億元者已超過10家。各家廠商為求大量生產(chǎn),並提高生產(chǎn)效能,不斷地投資擴充廠房,架設(shè)多條生產(chǎn)線,在生產(chǎn)線增加及客戶要求更多更嚴苛下,若還用早期以人工表單與人員視察對生產(chǎn)現(xiàn)場之管理,勢必?zé)o法滿足。
因此,在即時資訊的需求下,對生產(chǎn)線所面臨實際問題與瓶頸排除,可透過導(dǎo)入工廠製造執(zhí)行系統(tǒng),藉以提升管理效能,針對傳統(tǒng)工廠管理所面臨的問題,便發(fā)展出一套能掌握廠區(qū)活動的狀態(tài)及資訊給管理者,使管理者下達有效命令管控廠區(qū),這套系統(tǒng)就稱為工廠製造執(zhí)行系統(tǒng),而如果廣義定義,SCADA的環(huán)境資料擷取功能,也會被歸屬工廠製造執(zhí)行系統(tǒng)底下,成為製程可視化的重要軟體。
SCADA功能越見完善
在工廠可視化環(huán)境中,HMI除了仍負責(zé)PLC的操控介面外,與MES、SCADA的鏈結(jié)也成為重要功能之一,這兩者的結(jié)合,讓自動化系統(tǒng)產(chǎn)生了多樣附加功能,包括生產(chǎn)追蹤管理、品質(zhì)管理、零配件管理、機臺預(yù)修保養(yǎng)、物料管理、報表入口網(wǎng)頁、載具管理等,除了MES外,SCADA也有不同於以往的設(shè)計,讓製程可視化功能更加完整,以往SCADA的設(shè)計系統(tǒng),多為單方向作業(yè)流程,也就是說使用廠商提出需求,系統(tǒng)整合廠商向原廠下訂單購買相關(guān)系統(tǒng),再來撰寫、設(shè)計程式,這種作法長期為業(yè)界採用,優(yōu)點是作業(yè)模式廣為各廠商所熟希,缺點則是無法廣納各環(huán)節(jié)意見,系統(tǒng)設(shè)計後必須來回修正,方能切合使用者所需。
現(xiàn)在有廠商採用協(xié)同式設(shè)計,在系統(tǒng)上建置設(shè)計平臺,讓上下游有權(quán)限的廠商都能進入一同設(shè)計,如此一來所有的意見都能在網(wǎng)路平臺上同時表達,就像在同一部電腦上作業(yè),最後設(shè)計出來的結(jié)果也就會是客戶最能接受的系統(tǒng),之後系統(tǒng)的修改次數(shù)及時間也可降至最低。
除了協(xié)同設(shè)計之外,現(xiàn)在也有廠商SCADA架構(gòu)將整合電子地圖系統(tǒng)(GIS),SCADA被大量應(yīng)用在公共建設(shè)領(lǐng)域,例如煉油廠、發(fā)電廠、自來水廠等,這些廠所佔地都十分遼闊,尤其是旗下的各種管線都會有數(shù)十甚至數(shù)百公里之長,SCADA所偵測的地點也必須隨之廣佈,因此在系統(tǒng)設(shè)計時,必須考量地理特性,方能準(zhǔn)確掌握施工時的佈建規(guī)劃,SCADA系統(tǒng)整合了GIS之後,在設(shè)計佈建時,可以先發(fā)現(xiàn)哪個佈建點可能會有問題,提前準(zhǔn)備應(yīng)對策略,將風(fēng)險損失降至最低。
這些新功能多是軟體廠商所推出的模組,過去這些模組都必須在各節(jié)點另行架構(gòu)一臺PC,不過在HMI被重新定義並強化功能後,已開始取代一部份PC功能,讓自動化系統(tǒng)的架構(gòu)逐漸簡化,在工廠可視化漸受重視下,未來HMI所擔(dān)負的功能,還有可能再提升。