工业通讯打造智慧工厂大动脉
这几年智慧工厂概念带动的整合风潮，让乙太网路成为工业领域的重要通讯技术，除了共通性的要求之外，连线企业后台资讯系统如制造执行系统(MES)、企业资源规划( ERP)、产品生命周期管理(PLM)及客户关系管理(CRM)等的整合性需求，透过系统的整合规划，灵活调整资源，迅速进行生产作业，达到生产IT化，降低人工作业，催生工业「智慧化」的崛起。
智慧化需求整合前后端成重点
这也造成制造智慧化的新一波热潮，尤其在2013年德国在汉诺威自动化展以第四次工业革命为题，启动工业4.0计画后，生产模式将由批次量产转向接单后生产，落实智慧生产(Smart Production)、绿色生产(Green Production)、都市生产(Urban Production)。
当然，此一趋势并非近期才有，随着产业装备及流程工业的诸多需求的变化，但由于设备层控制需要即时控制，乙太网路会有封包碰撞的问题，即时性不如传统汇流排技术，但汇流排技术在快速生产上已逐渐不符需求，2001年贝加莱推出的POWERlink之后，目前工业乙太网路藉由特殊即时技术，整合运动控制等相关控制应用；接着如SIEMENS的PROFINET技术，Rockwell则在原有的DeviceNet和ControlNet技术上发展了Ethernet/IP技术，而Bosch Rexroth则继续沿用SERCOS应用层和标准乙太网路的SERCOSIII，除此之外EtherCAT、SyqNet及CC-link IE等不同工业乙太网路技术百家齐鸣。
图1 : 智慧工厂带动整合风潮后，乙太网路导入工控领域的速度越来越快。 (摄影／王明德)
工业级乙太网路导入工业环境的速度相当快，但高频宽的应用主要仍在影像传输部分，一般认为工业乙太网路导入系统的最大好处，还是在系统稳定上，有相当大的助力。
@Quote：生产系统首重稳定，一切的设计考量必须以此为优先。
在工业通讯面向上，即时通讯的确占据主导地位，但以短期内来看，以乙太网路维架构的即时通讯，仍然不会存在某项技术能够一统天下的局面，毕竟传统的汇流排技术仍占据主流，因此这项技术在目前状况下，未来几年继续存在的可能性仍相当得高，整合乙太网路与现场汇流排的技术仍是主要的模式。
目前乙太网路在工业领域多建置在管理层，底层如感测器、仪表，还是使用汇流排技术，不过也有厂商将乙太网路延伸到控制层，例如加大频宽，降低封包的碰撞机率，或者提供不同的即时技术来满足即时通讯的需求，像POWERlink、PROFINET、Ethernet/IP均采用了独立帧技术，即每个主站和从站均发送标准的乙太网数据包来进行即时沟通，而SERCOSIII和EtherCAT则采用了称之为集束帧的传输机制。
不过这两者并无孰优孰劣的问题，选择即时乙太网路技术必须通盘考虑，不仅考量技术的性能与功能设计，也要基于自身市场的定位来选择合适的技术，这必须考虑市场的未来动态发展，以及实现的难易、成本、技术的持续创新、以及可以提供的技术支撑，但相较于应用的需求，通讯介面的「开放性」或许是更重要的考虑因素。
由于工业乙太网路的开放性保持，是自动化厂商必须强调的特性，加上高规格的工业乙太网路协定，对于自动化系统的创新与发展将造成阻碍，如果在规划时就将系统限定在一定范围，工业乙太网路的即时性与稳定性即可兼顾，这也是不同市场思维所造成的解决方案呈现。
工业通讯吹起整合风
就市场定位来看，目前工业通讯仍被视为自动化系统的一环，主要用来作为作业现场中设备之间的链接，不过自动化系统一直以来都为国际型大厂各自发展，系统规格各自不同无法相容，因此扮演工业通讯要角的现场总线（Fieldbus）也出现各种规格，例如SIEMENS的PROFITBUS、MITSBISHI的CC-link都是其一，长期以来这些Fieldbus称职的扮演了现场的讯息传递角色，也让制造设备的联系更为紧密。
自动化系统一路演进，为追求更高效率与附加价值，系统整合已然成为市场重要趋势，就架构来看，过去的自动化制造系统只分为现场、控制两层，而Fieldbus就做为这两层之间的讯息传递桥梁。
然而若就效率面来看，只有现场层与控制层的自动化架构，其效率已达饱和，要提升附加价值，必须再扩大系统层次，在此概念下，长期以来在消费端的PC技术被延用到工业领域，整体架构也多了操作层、管理层，其中操作层负责整合控制端设备，管理层则是企业e化软体如MES或ERP，由于操作层、管理层采用PC架构，不再用Fieldbus来链接，而采用乙太网路，这也是这几年工业乙太网路成长迅速的主因。
不过自动化系统架构的扩展，也让通讯标准成为问题，现场层、控制层使用Fieldbus，而操作层、管理层使用乙太网路，要使这四层成为一体，彼此之间的通讯必须能互连，在此状况下，就出现了专门生产各种Fieldbus与乙太网路的Converter厂商，因此业界人士指出，就是Fieldbus纷乱规格造就了台湾工业通讯厂商的竞争优势。
解决即时性问题乙太网路站稳控制市场
图2 : 乙太网路以往在工控应用时，会有即时性不足的缺点，不过近年来各厂商采取不同作法解决此问题，西门子的PROFITNET就是一例。 (Source: SIEMENS)
要解决四层架构中的通讯问题，除了台湾厂商提出的各种产品外，制定各种Fieldbus的厂商也纷纷提出解决方案，不过与台湾厂商不同的是，这些原厂的方案是不再使用Fieldbus，而将乙太网路直接贯穿到现场层、控制层，称之为工业乙太网路，例如Modbus TCP、EtherCAT、乙太网路powerlink、PROFITNET等。
@Quote：选择即时乙太网路，不仅考量技术的性能与功能设计，也要基于自身市场的定位来选择合适的技术。
乙太网路过去在工业控制的应用瓶颈主要来自于即时性不足，由于乙太网路的讯息为随机碰撞，无法预期下次的碰撞时间，因此在传递时间上会有所延迟，为了改善此一问题，业者纷纷采用各式作法，例如西门子的PROFITNET就重新制定封包型态，并于频宽中切割出一条控制封包专用频带，让此封包不再采碰撞式传递，而达到自动控制系统的即时要求。
PROFITNET解决了自动化通讯系统不同层次之间的隔阂问题，除了减少以往需另购的Converter成本外，也透过单一通讯标准，让系统整合更为紧密，吴顺裕认为这种工业专用的乙太网路架构，将是未来自动化系统的既定趋势。
PoE跨入工业领域提升系统附加价值
除了利用乙太网路原本的技术优势外位系统加分外，近年来乙太网路另外发展出来的相关技术，若应用到工业控制领域，也会产生不同的附加价值，最近的案例就是PoE (Power over 乙太网路)。
根据维基百科的解释，PoE是一个可以在乙太网路中透过双绞线来传输电力到装置上的技术，透过这项技术，可以供电给网络电话、无线基地台、网络摄影机、集线器、电脑……等等不方便另外架设电源线的装置，这项技术常常被跟同样也是在同一条电缆上接收电源与资料的传统电话网络(POTS)来对照，POE不需要更改乙太网络的缆线架构即可运作。
以往PoE都被应用消费领域，如前述的网络电话、无线基地台、网络摄影机等，后来有厂商将PoE应用到自动化领域，PoE在工业领域的应用虽仍不多，不过如果找到适合领域仍大有可为。
PoE在自动化环境里的主要应用，是安全监控摄影机，监控摄影机过去都是Cable式的传统CCTV架构，供电不成问题，但现在IP式架构快速崛起，电源问题马上浮现，透过PoE正可解决此一问题。
打造智慧工厂愿景
图3 : 选择工业通讯必须考量本身制造系统特色与制程需求。
不过，工业架构和一般消费产品的使用环境不同，在设计上也必须有所区隔，生产系统首重稳定，一切的设计考量必须以此为优先，因此工业等级产品除了强调防水、防震、防尘等强固性外，在供电稳定度上也有特别设计，对制造设备来说，一旦系统当机要重开，将可能带来重大损失，因此必须将讯号与电源结合，只要后端系统接收不到讯号，则代表电源被关闭，系统会先主动重新开机，再通知厂管人员，降低生产损失。
这类作法并不难，只须后端管理软体着手设计即可，不过这已算是简单的智慧化设计，由此来看，目前台湾部份厂商已由自动化逐步转向智慧化，虽然幅度不大、速度也仍慢，但随着技术的相继成熟与市场需求的提升，透过工业通讯打造的智慧工厂愿景，将逐步明显。
（来源：SMARTTIME）
