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工业物联网来势汹汹 通讯整合已成制造业重要课题
 

【作者: 王明德】2019年07月04日 星期四

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工业物联网被视为制造业未来的主要运作架构,透过通讯技术整合制造现场中各类型设备,再将设备讯息传送至上层云端平台,分析制定出最隹化生产策略,打造出智慧制造愿景。不过,由於制造系统的控制端对即时性需求甚高,现在IT系统惯用的乙太网路技术难以满足,因此商规乙太网路在制造体系中仍以设备状态的监控为主,实质控制仍以工业厂商推出的各类工业乙太网路为主,不过现行工厂中要整合工业通讯系统有一定的难度。



图1 :  工业物联网是制造业重要趋势,作为架构中的重要连网技术,工业通讯也必须全面整合,方能使系统发挥既有效益。(source:Siemens)
图1 : 工业物联网是制造业重要趋势,作为架构中的重要连网技术,工业通讯也必须全面整合,方能使系统发挥既有效益。(source:Siemens)

泓格科技研发七处??处长杨??华指出,就制造系统市场来看,整个产业可分为建厂前、後两端,前端整厂建置都由业者本身的建厂团队搭配大型自动化厂商,台湾制造设备商的机会主要以建厂後的扩充需求为主,而建厂後在扩充通讯设备时,往往会遇到几个痛点,包括现场总线的整合介接、设备安装对制造现场的影响、後续安装通讯设备的安全认定等。



图2 : 泓格科技研发七处??处长杨??华指出,针对不同的现场总线,泓格科技提供了各种产品,让工厂中不同通讯标准可以轻松转换。(摄影/陈念舜)
图2 : 泓格科技研发七处??处长杨??华指出,针对不同的现场总线,泓格科技提供了各种产品,让工厂中不同通讯标准可以轻松转换。(摄影/陈念舜)

通讯布建成痛点 厂商积极找出路

工厂会遇到的第一个问题是产线上的多种现场总线规格。工业通讯是自动化系统的一环,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,例如西门子的PROFINET、MITSBISHI的CC-LINK都是其一,长期以来这些现场总线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与控制两层,而现场总线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IT技术被延用到工业领域,整体架构也多了IT层,其中IT层对下负责整合控制端设备,对上则与企业e化软体如MES或ERP链结,由於IT架构,不再用现场总线链接,而是采用乙太网路,这也是工业通讯发展到後期,工业乙太网路成长迅速的主因。


过去各工业大厂为了确保自身系统的效能与利益,各自推出自有的工业通讯协定,而这些协定彼此之间无法相连,不过制造业者在扩厂时,不一定会援用既有标准,长期下来,厂内有多种不同标准的通讯设备成为常态,即便是半导体、面板业者大多采用自身产业的专用通讯标准,但整体系统中仍会叁杂其他通讯规格,而如果要再扩充,异系统之间的整合将会困难重重。


第二个问题是新设备要上线时,工厂必须停工的问题。此一问题并不只发生在通讯设备上。多数制造设备在上线阶段,既有系统往往必须停机等待,另外如果更换的机台数量不多,往往仅需要数天的时间即能完成,企业主还能接受,新设备若采有线通讯模式,还要再加上布线工程,这时停机时间就会拉长,企业主往往会因此考量让新机换装时间一再延後。第三个问题是资安考量,随着机联网概念的落实,现在设备联网越来越普及,范围越来越大,未经认证的设备一旦连网,将有可能带来巨大的灾害。上述这些问题都是目前制造业者架构工业通讯的难题。


善用既有技术 快速整合制造系统

针对这些问题,可透过不同方式因应解决,在现场总线部分,制定各种现场总线的厂商已提出解决方案,其方式是不再使用现场总线,而将乙太网路直接贯穿到现场端,也就是工业乙太网路。


乙太网路过去在工业控制的应用瓶颈主要来自於即时性不足,由於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,大厂重新制定封包型态,并於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。



图3 : 工厂环境复杂,工业通讯架构需要高度专业。(source:Portavoce PR)
图3 : 工厂环境复杂,工业通讯架构需要高度专业。(source:Portavoce PR)

除了工业乙太网路外,台湾厂商则是以桥接、转换方式整合,杨??华以泓格科技为例指出,自动化系统架构的扩展,让通讯标准成为难题,工厂中的OT系统使用现场总线,而IT系统使用乙太网路,要使这两层成为一体,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现场总线与乙太网路的转换器厂商,泓格科技就针对上述困境提出多款解决方案。


针对不同的现场总线(Fieldbus),泓格科技提供了各种桥接器、转换器、I/O、表头,让工厂中不同通讯标准可以轻松转换,不会因采用单一规格就因此受限。另外,为了解决现场布线问题,泓格也推出了无线无源节能产品,透过无线传输模组,将电力数据传输至後端管理平台,模组也采免接电源,并可直接吸附於铁制箱体上,其安装使用非常适合需要快速上线的制造业者。最後则是安全性问题,对此泓格的通讯产品设有认证识别机制,通过泓格系统认证後的产品才能与系统连结,以此保障系统安全。


作为工业物联网中,串连不同环节的主要技术,工业通讯的重要性不言可喻,而观察目前的发展,除了整厂导入大厂西门子的PROFITNET、洛克威尔的EtherNet/IP或三菱的CC-Link IE…等可串联至控制端的工业乙太网路外,其他的制造现场仍需透过桥接与转换整合厂内系统,而要让系统整合趋於完善,除了选择适用产品外,杨??华也建议厂商可借助设备供应商经验,让系统整合更快速顺畅。


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