将PLC与先进的HMI系统整合，企业可以实现即时监控和控制。

透过即时数据采集和分析，提升生产效率和产品质量。

PLC与HMI的结合将更加紧密，为工业自动化带来更多创新价值。

可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller；PLC）在工业自动化中有着非常重要的地位。自1960年代问世以来，PLC已经从简单的继电器替代品发展为高度复杂的控制系统。现代PLC不仅具有强大的处理能力和储存能力，还能够与其他设备和系统无缝通信。

高度复杂化的工业系统整合

随着工业应用的日益复杂，PLC的高性能和可靠性正不断提升，必须能够应对更加苛刻的环境和更高的计算需求。而现代化的PLC也必须具备互联性和高度整合性，支持多种通信协议，如Ethernet/IP、Modbus、Profinet等，能够轻松与其他自动化设备和讯息系统整合。另外远程监控与维护也是重点，借助物联网（IoT）技术，PLC系统可以实现远程监控、故障诊断和维护，进而提高生产效率和设备运行时间。PLC是基於运算的系统平台，用於控制生产设备的操作。它提高了生产过程的效率、可靠性和安全性。在许多情况下，内建有PLC架构的HMI是首选，因为它可以提供更复杂的应用程序所需的更高程度的控制和自动化。

图一 : 整合PLC和HMI系统後，工程人员需要学习和适应新系统。

至於人机介面（Human-Machine Interface；HMI）则是工厂操作员与机器设备之间进行交互的关键工具。HMI是一种允许操作者以安全有效的方式与生产设备进行通信和互动的介面。它通常使用触控萤幕、按键或其他输入方式，并提供实时监控和操作控制功能。近年来，HMI已变得越来越重要，HMI的发展也经历了从简单的数位显示器和按钮控制，如今的图形化、触控式和多功能化介面的演进，因为它能同时有效地监视和控制多台生产设备。

HMI越来越具有高度弹性，能够适应不同的应用需求。它可以与各种元件和模组整合，包括微感测器等。现代HMI除了提供直观的操作介面，并支援可视化功能，例如数据图表、报表和趋势分析。而HMI的可靠性对於工业自动化非常重要，它必须能够持续运行，并在需要时提供即时的监控和控制。随着元宇宙、AI、物联网等技术的发展，智慧工厂的HMI将持续智慧化，并成为工业引领数位转型的关键元素。

智能感测器（Smart Sensors）具备数据处理和通讯功能，能够将环境叁数、机器状态等数据即时传送给PLC。这些数据经过PLC处理後，再传递给HMI进行展示和控制。透过工业物联网，PLC与HMI系统可以实现跨设备、跨系统的数据通信与整合，提升整个生产过程的协同效率。而边缘运算也能够在本地端对数据进行初步处理，减少数据传输延迟；云端运算则能够提供强大的数据储存和分析能力，实现数据管理和深度分析。

PLC与HMI整合面临的挑战

工业自动化的发展进程中，PLC和HMI的整合可以实现即时监控、提高生产效率和进行智能管理。然而，这一过程中也面临诸多挑战，包括技术、操作、维护成本和安全等方面。

技术挑战

通信协议兼容性

多样性就是最主要挑战。不同厂商的PLC和HMI设备可能使用不同的通信协议，如Modbus、Profinet、Ethernet/IP等。确保这些协议之间的兼容性和互操作性是一大挑战。由於工厂中往往存在多品牌、多种类型的设备，统一通信协议并不容易。而协议转换有时需要使用协议转换器或中介软体来实现不同协议之间的通信，但这可能增加系统的复杂性和成本。如何在保证系统稳定性的同时，实现高效的协议转换，是一个需要深入研究的问题。

数据同步与实时性

在高要求的工业环境中，数据传输的延迟和丢包可能导致关键资讯的丢失或反应延迟，影响生产效率和安全性。如何在复杂的网路环境中，确保数据的实时传输和高可靠性，是一个重要挑战。另外也必须确保来自PLC的数据能够即时处理和显示在HMI上，对系统的处理能力和稳定性提出了很高的要求。这需要强大的数据处理和优化能力，以确保系统的高效运行。

操作挑战

复杂性与培训

系统复杂性当然是最大的问题所在，整合PLC和HMI系统後，工程人员需要学习和适应新系统，这可能涉及到新的操作介面和控制流程。系统的复杂性增加了操作上的负担，可能影响生产效率。因此需要对操作人员和维护人员进行全面的培训，以确保他们能够有效地使用和维护整合後的系统。这需要投入大量的人力和物力，进行长期的培训计划。

数据管理与分析

随着更多感测器和设备的导入，数据量呈指数增长，如何有效地储存、管理和分析这些数据是一个挑战。大量的数据需要高效的管理和分析工具，才能发挥其应有的价值。此外，也必须确保数据的准确性和一致性，避免因数据错误导致的决策失误。数据品质的控制需要严格的数据标准和监控机制。

维护和成本挑战

系统维护

整合後的系统更加复杂，维护工作量和难度也随之增加。需要专业的技术人员进行维护和故障排除，这增加了人力资源的需求和维护成本。而随着技术的不断发展，软体与硬体的更新换代速度加快，需要定期对系统进行更新和升级，这会增加运营成本。如何在保证系统稳定运行的同时，进行有效的更新和升级，是一个需要解决的问题。

初期投资与持续成本

整合PLC和HMI系统需要大量的初期投资，包括硬体购置、软体开发和系统整合等方面的成本。这可能成为一些中小企业进行数位转型的主要障碍。除了初期投资，还需要考虑系统运行中的持续成本，如维护费用、升级费用和培训费用等。如何在控制成本的同时，确保系统的高效运行，是企业面临的重要挑战。

系统安全

图二 : 洛克威尔自动化协助业界建立多功能HMI解决方案

工业系统安全一直都是个重要的议题。根据洛克威尔自动化发布的《工业营运的100+网路资安事件剖析》报告显示，近60%针对工业领域的网路攻击是由国家附属攻击者所主导，其中约33%是由内部人员误触；这也证实OT／ICS资安事件的规模与频率皆持续增长，且主要针对如能源制造产业的关键基础设施。

洛克威尔自动化全球网路资安服务商务总监 Mark Cristiano 表示，能源、关键制造、水处理与核设施，在已通报的关键基础设施产业攻击事件为多数，预期未来对网路资安攻击通报的法规和标准将普遍更加严格，市场可??获得针对资安攻击性质、严重性和预防措施的洞察。

在OT／ICS 事件研究中，60%事件直接导致营运中断，另外40%则造成未经授权的存取与资料外流；然而，网路攻击造成的损害还会延伸到受影响企业之外，其中65%攻击事件扩大连带至供应链。

研究指出，强化IT系统资安是关键基础设施与制造设施预防网路攻击的重要手段，80%以上的OT／ICS事件皆始於IT系统入侵，其原因为跨IT／OT系统与应用程式的连线功能越来越多，赋予OT网路及外界沟通能力的IT系统成为OT攻击者的突破点，显现部署合适的网路架构对於强化企业的网路资安防御能力极其重要。

随着物联网技术的引入，PLC和HMI系统越来越频繁地连接到互联网，这使得它们更容易受到网络攻击，如恶意软件、勒索软体攻击等。工业控制系统的网路安全成为一个不可忽视的问题，需要全面的安全防护措施。而在访问控制层面上，也需要有效的身份验证和访问控制机制来防止未经授权的访问和操作，保护系统免受内部和外部威胁。

PLC与HMI整合策略

图三 : 未来PLC与HMI的整合将会更加紧密

在策略上，可以采用分步实施的策略，逐步整合PLC和HMI系统，并在每个阶段进行测试和优化，以降低风险和成本。分步实施可以使企业在逐步推进数位转型的过程中，不断积累经验和优化系统。而选择有经验和技术实力的系统整合与供应商，可以确保整合过程顺利进行。专业的合作夥伴可以提供先进的技术和解决方案，帮助企业更好地实现数位化转型。另外也必须加强网路安全措施，采取多层次的安全措施，包括防火墙、入侵检测系统和数据加密等，保护系统免受网路攻击。网路安全措施需要不断更新和升级，以应对不断变化的安全威胁。

结语

将PLC与先进的HMI系统整合，企业可以实现即时监控和控制。透过即时数据采集和分析，提升生产效率和产品质量。利用数据分析和机器学习，也可以做到预测性维护，提前预测设备故障，降低停机时间。也可以提高系统可视性，全方位的数据可视化，能帮助管理层做出更好的战略决策。

PLC与HMI的结合是工业数位转型的重要驱动力。透过导入先进的微感测器、物联网技术及边缘计算，企业可以实现更高效、更智能的生产管理。未来，随着技术的不断发展，PLC与HMI的整合将会更加紧密，为工业自动化带来更多的创新和价值。