过去的制造系统中，控制器向来是核心元件，近年来工业4.0掀起浪潮，智慧生产成为未来趋势，智慧生产系统诉求高整合，感测网路成为制造架构中的重要子系统，在此趋势下，无论是PLC或PC Based的PAC，都已不只单纯将控制做为唯一功能，各厂商的都开始着手进化及其下的相关产品。

各厂商的控制器产品，在各部位都已开始强化其中，台达AS系列PLC是个相当典型的案例，此产品可以看出目前业界的PLC趋势，AS系列PLC采用了SoC CPU，大幅提升运算能力（基本运算指令可达25ns），其产品定位介于小型DVP系列与中高阶的AH系列之间，拥有台达DVP系列小体积设计、AH系列的强化结构与多样化功能，最高可支援1,024点I/O与32个扩充模组，适合应用于高阶机械控制系统。

新世代PLC经典规格

AS系列PLC主机的设计采用SoC CPU，大幅了提升运算能力（基本运算指令可达25ns），同时支援多样化的功能卡插槽设计，可以依照实际的需求直接在主机上扩充多种的通讯介面以及AIO介面，具有节省安装空间以及成本上的优势，AS全系列采用无背板设计，同时以垂直滑动的方式进行模组的安装与移除，除了减少控制盘的安装空间之外，也增加模组更换时的便利性，通讯部分，除了基本的Ethernet介面外，搭配CANopen功能卡还可以支援多种不同的模式，台达此一系列产品主要的市场目标为中高端的OEM市场，所以在设计上考量速度、安装空间、更换便利性、通讯介面之外，也具备基本的运动控制能力(6个高速计数器+6个200KHz脉冲输出+8个CANopen伺服)。

从台达的AS系列PLC可以看出几个趋势，包括CPU的强化、多通讯介面等，先从CPU来看，PLC过去面对的自动化系统，所需处理的制程相对较为简单，因此CPU效能需求不需太高，但近年来消费性产品不但体积逐渐缩小，且内建功能一再增加，所需的制程越来越精细，在此态势下，CPU的效能必须快速提升，Maxim(美信半导体)系统与应用行销总监Mr. Duc Ngo就指出，现在PLC需要更高的分辨率(Resolution)、更快的速度、更小的尺寸、更低的耗电与更多的安全认证。

图1 : 台达AS系列PLC主打中高阶OEM市场。 (Source:台达)

无论是智慧工厂或工业4.0，对制造业而言都是革命性的概念，未来的制造系统下的各式设备将不再只是单独的个体，透过各类感测器与通讯技术，设备中所有设备将全面串连，各设备设置感测器撷取的数据，可无缝流动，汇整至后端管理系统，形成Big Data，作为上层管理者的决策依据，同时底端的设备将有自我诊断功能，面对不同的产能需求，相互沟通、自行调整状况，以维持最佳产能，面对新世代产线需求，PLC也须同步进化，输出监控、能量控管方面，有更佳表现。

PLC控制与通讯并重

对于PLC的控制晶片，多数人认为PLC的控制晶片要进化，需要在数位技术部份着手，减少数位元件的体积，不过其实数位晶片只占PLC电路板不到25％的面积，其他的离散元件与类比元件则占了其他接近75%的面积，因此要缩小PLC的尺寸，必须由这两类元件着手，但这两类元件的技术不像数位元件容易扩展，因此其难度相当高，对此难题，现在市场上已有厂商推出整合晶片，将多数元件整合为单一晶片，降低尺寸、成本与功耗，透过整合，PLC的速度更快、散热更佳，且体积更小。

PLC的控制晶片有两类，一为PLC厂商自行设计，另一种则是晶片厂商提供，自行设计的控制晶片可贴合厂商本身需求，整合性与效能表现都较佳，不过这必须厂商的产品量有一定规模，方能分摊高昂的晶片设计成本，目前台湾PLC厂商多采用自行设计的控制晶片，至于晶片厂商的产品，其优势是可快速取得、整体成本较低，效能也高，缺点则是PLC整机设计必须受制于控制晶片，整合性较弱，大陆厂商目前多采用这类型晶片。

第二个重点是多通讯模组，智慧工厂强调整合性，将各制造设备纳为同一系统，系统内的每一设备都必须能相互连结，此外制造系统还须与后端的IT管理系统链接，透过通讯，让设备与设备、系统与系统都能互送讯息，让各环节的资讯价值可以最大化，目前市场上的PLC，多已有Ethernet通讯埠，台达的AS系列PLC也将之作为标准设计，在现场总线方面，AS系列PLC选择了CANopen标准，此一标准兼具易配线与高效率优点，在工控市场上已然普及，由于现在的PLC需与马达、I/O模组互连，CANopen的普及，可使PLC与其他设备的连接更容易，整合性也更高。

台商往中小型PLC方向发展

台达AS系列PLC主打中高阶OEM市场，台湾另一家老牌PLC厂商永宏电机的近来虽然推出的微型的PLC–B1系列，不过永宏经理许禄沛指出，未来该公司的产品策略会往中小型方向走，许禄沛表示，永宏电机成立初期的产品即是中大型PLC，当年的技术如今仍在，因此难度不高，而之所以会往中小型方向发展，最大的原因在于小型PLC后进者的技术已然跟上，市场竞争过于激烈，且因其架构简单，应用与功能都受限。

对于小型PLC的竞争态势，台达也指出，产品的发展到了一定的阶段时，就会遇到市场上价格竞争的问题，如果只是注重成本的降低与控制，势必会受到很大的发展限制，面对这样的市场竞争，台商必须要找出市场的新需求，并且进行垂直与水平的产品与技术整合，发挥一加一大于二的效果，同时提供全方位的服务与完整的解决方案，「价格」只是客户购买时的其中一项考量因素，唯有同时满足客户多种需求的产品与服务，才能够获得客户的青睐，也才能在市场上稳定成长。

目前台湾业者在小型PLC市场，遇到最大的竞争者来自大陆厂商，近年来全球大厂如西门子，也推出小型PLC，让此一领域的竞争日趋激烈，台湾厂商一直以来的优势在于高性价比，台湾厂商的产品品质与大厂相近，但价格更为亲民，因此一直以来在自动化领域都占有一席之地，不过随着大陆厂商的价格进逼，台湾厂商产品品质虽仍维持，不过价格方面的优势逐渐流失，因此现在多数台湾业者都已开始往中小型PLC方向发展。

亚洲的中小型PLC最主要的竞争者为日商，另外西门子在此领域也有布局，与小型PLC以单一产品为主的做法不同，中小型PLC必须搭配周边的自动化设备，以解决方案模式提供给客户，以永宏为例，就将旗下的HMI与PLC整合，永宏的解决方案有多种选择，HMI萤幕有4.3吋、7吋、10.2吋，CPU则为600MHz，已于2016年上市，许禄沛指出，此一产品的特点在于，其HMI与PLC可结合在一起，除了精简制造系统空间外，通讯缆线也更稳固、成本当然也更佳。

图2 : 永宏电机经理许禄沛指出，台湾厂商一直以来的优势在于高性价比。 (摄影／王明德)

FPGA让PAC效能与弹性兼具

除了PLC外，PC Based的PAC也是自动化系统的主流控制器之一，PLC与PAC之争已超过10年，PAC的主要优势是相容性高，不过在问世初期，稳定度一直为市场所质疑，经过长年发展，此以问题已逐渐克服，台达认为，随着时间与技术的演进，PLC与PAC的差异会越来越小，或应该说两者的融合程度会越来越高，以目前的技术与市场来看，PLC为OEM市场与简易的系统中的主流，而PAC则借助着高速处理能力、庞大的资料存储及优越的系统扩展能力，在大型的系统整合市场中获得青睐，以目前来看，PLC强调的仍是稳定性以及适宜的价格，而PAC则着重在较高的硬体规格与软体功能。

PAC市场的主要厂商为工业电脑业者，其中美商国家仪器(NI)的CompactRIO是业界的指标性机种之一，与PLC和一般PAC采用控制晶片或CPU不同，CompactRIO的控制单元使用FPGA(现场可程式逻辑门阵列)，NI行销工程师吴维翰表示，FPGA的最大特色就是效能与弹性兼具，使用者可根据身需求，定义FPGA的应用，例如现在多数控制器的处理器都采用多核架构，以平行运算让PLC可以多工运作，不过多核CPU的运作方式只是运算核心的转换，并不会有专属的固定运算核心，FPGA则可以由设计者自行设计切分不同的功能区块，因此控制器会有固定的运算与其他功能区块，此一作法可以完全贴合该控制器的需求。

图3 : NI行销工程师吴维翰表示，FPGA的最大特色就是效能与弹性兼具，使用者可根据身需求，定义FPGA的应用。 (摄影／邱倢芯)

不过FPGA的缺点在于其程式语言如VHDL或Verilog，都有相当门槛，一般工程师要上手并不容易，而CompactRIO之所以能够采用FPGA而仍顺利推广，最主要的原因在于，NI的LabVIEW提供了相对简程式易的图形化设计介面，让工程师在设计时更容易上手。

未来PLC的功能发展

在工业4.0浪潮中，「资讯的收集、整合与分析」无疑是未来制造系统的重要方向，台达指出，控制器负责搜集相关的设备运作资料并进行储存，同时向上位监控系统传送资料，而企业的ERP与MES等系统则可以读取资料中心的讯息，然后进行分析，再根据分析数据拟定相关的决策与处理，由此架构中可以看出，未来控制器必须要加强与IT介面的整合能力，同时具有大量资料存储与无线/4G网路连接的能力，方能因应这波工业革命的趋势。

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**刊头图片(Source:Siemens)