工业通讯协定多元的现况,或许某种程度上对于系统整合与整厂输出造成不便,但观察工业自动化的发展历程,协定林立的现况却也造就该市场呈现蓬勃发展的景象。
严苛环境 亦有认证要求
不过,由于诸多应用场域不若消费性电子,其环境相当恶劣,即便是相同的通讯协定,因应不同的应用环境也会需要不同的认证。
MOXA(四零四科技)亚太区事业处市场开发部专案经理徐宁谦指出,由于工业环境适用于各类严苛的应用环境,就是一般为人所称的「垂直市场」,像是高速公路,离岸风力发电、地铁、船坞等,都会有相应的认证规范需要通过,
像是EMI(电磁干扰)、EMC(电磁相容)、ESD(静电保护)、震动、撞击、电极突波等,都会有更为详细的要求,以确保网路通讯的运作没有问题,无关乎何种通讯协定。过去MOXA就曾经作过英国地铁的案子,由于位处地底,所以对于温湿度也有一定的要求在。
图1 : 为了确保工控系统能长久运作,各类严苛的应用环境在诸多标准上都有详细的要求。 (Source:www.carterautomation.com) |
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因应多元协定 可采同时支援作法
徐宁谦进一步指出,以MOXA本身为例,其主要客户就以系统整合业者为主,像是西门子与ABB等国际一线自动化大厂,以西门子为例,就当以旗下的Profibus与ProfiNET等协定为主轴,为了能使系统整合与整厂建置的效率提高,MOXA所提供的交换器(Switch)便取得西门子的认证,确保各个自动化设备之间的沟通没有问题。
徐宁谦认为,在工业自动化领域,即时性是非常重要的诉求,所以就MOXA的作法,会透过软体机制来控制资料何时要丢出或是进行通讯工作,以确保PLC与I/O何时要进行运作,理由就是为了能让各家协定能彼此相容,以达到即时性之效,所以就MOXA的立场,是用中立的角度来看待各类协定的发展,所以假设要同时支援三种不同的协定,一款交换器可以同时内建,那是最好的。但徐宁谦也强调,MOXA的主力还是以研发为主,所以在销售与售后服务上,会委由经销商协助,以达专业分工之效。
Xilinx(赛灵思)亚太区Zynq业务开发经理罗霖认为,从过去的发展轨迹来看,工业通讯协定虽然多元,但还是可以概略地区分成过程与运动控制两大类别,区分的重点在于性能与即时性的表现,运动控制(如EtherCAT)对于即时性的要求较高,像是激光、雕刻、工业机器人与马达控制等,都是属于运动控制的范畴。长期来看,由于这些标准协定都会同时存在,所以Xilinx就会采取全部支援的作法,让客户打造理想中的工业自动化产品,而因应产业需求,产品的供货时间至少都是以十五年至二十年来计算。
因应升级需求 衍生二次施工实务问题
凌华科技自动化产品中心协理游璨铭表示,凌华的作法则是以提供闸道器(Getway)来处理不同协定之间的转换。就目前来看,许多厂房都会有系统升级的需求,所以特别需要闸道器这类的产品,游璨铭也预测,五年后,应该可以见到闸道器与PLC整合的自动化设备的市场需求快速成长,理由在于新一代的自动化厂房将会有更高的设备整合度,但短期内市场对于既有的闸道器会有较大的需求。游璨铭也说,像西门子这类拥有SCADA与PLC产品线的自动化业者,采用自有的通讯协定是理所当然的事,所以要与西门子的产品连线,闸道器会是选项之一。
泓格科技计划处副处长林勤喻进一步指出,产业界对于闸道器、交换器与转换器(Converter)有较为明确的定义。闸道器偏重通讯协定之间的转换,像是CANBus转换为Modbus,交换器则是基于乙太网路的协定上,扮演桥梁角色,举例来说,只要搭载同是EtherCAT的控制I/O与PLC,交换器就能发挥其功能,至于转换器则是侧重硬体介面转换,所以客观来看,不论是哪类产品在市场都有其需求。
而泓格的策略与凌华也颇有相似之处,林勤喻表示,既有的厂房会有升级的需求,所衍生出的就是二次施工或是三次施工的实务问题,所以在现场会看到很多其他业者的终端产品,再者,就制程流程而言,从前端到后段制程采用同一供应商的情况并不多见,再加上工业乙太网路也相对常见的前提下,若要能有效因应,闸道器、交换器与转换器等产品线就必须要能满足各类不同的协定才行。所以实务上,在厂房中不太容易见到只有单一协定存在的情况。
林勤喻认为,工业通讯协定多元现况已是既定事实,而各大阵营都会极力推广自有协定的情况下,泓格的策略自然就是以配合的角度,尽可能与其他业者做最大程度的配合。只要市场有新的通讯协定需求,泓格的研发能力也能到位的情况下,就会推出对应产品。
图2 : 若厂房系统需要再升级,在不了解既有设备的规格下,储备自身在各类协定的支援能力,就成了首要重点。 (摄影:姚嘉洋) |
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就工业自动化的需求来看,
即时性与相容性可说是基本门槛,
所以衍生出交换器与闸道器等设备,
以提升整厂建置与系统升级的效率。
反映即时性需求 亦可从软体层面着手
徐宁谦则是指出,除了即时性的要求外,工业自动化的布线建置,还必须具备高可靠度、简单,还要能够快速备援,在时间的要求上大约落在20ms(微秒)至50ms的范围内。若以传统的IT领域为例,其布线概念大多是以Mesh(网状)为主,但这种作法对于工业自动化来说十分复杂。所以在工业自动化领域,会采用Ring Chain拓朴,这种作法易于快速备援,而且布线相对容易。
而呼应即时性与快速备援等诉求,MOXA在交换器所内建的作业系统,可以让开机速度的时间缩至最短,常理来说,工业自动化的机台设备应是24小时全天候运转,但实务上会有维护保养的时间,所以必须关机,为了能在最短时间内开机,MOXA已经将作业系统最佳化,以配合其他自动化设备能在最短时间进行生产工作,内建的管理软体再配合Ring Chain拓朴,可以设定流量管制与资料的传输路径。这类管理软体对于系统整合业者或是整厂建置来说十分重要,工控领域的专业工程师十分需要这类软体来进行管理工作。
图3 : 为了能让厂房系统运作达到即时化要求,与硬体搭配的软体也必须最佳化,交换器就是例子之一。 (摄影:姚嘉洋) |
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除此之外,徐宁谦更谈到,为了能让整体厂房管理更具效率,MOXA的管理软体能与位处中央的SCADA进行整合与连线,一旦网路拓朴有出现异常,SCADA便能马上进行提醒之责,进行后续处理。所以这也进一步印证了MOXA与西门子之间的合作关系。不过,MOXA的主要任务还是确保通讯品质与完整性以及备援能力,与SCADA偏重整体生产流程管理的定位还是有所不同。
结论
台湾在全球工业自动化领域,并没有如西门子或是ABB等主导通讯协定的一线业者,所以在工业通讯协定的策略自然就偏向以跟随或是配合的策略,与国际大厂合作,或是因应厂房升级需求,视现场设备规格进一步提供因应方案。再加上通讯协定多元的关系,自然也让相关业者们有了不少市场机会。而业者们的核心竞争力不同的关系,就衍生出不一样的市场策略,短期内,由于工业自动化不易有重大技术突破的关系,整体产业同样也不会有太大的变化才是。
刊头图片来源(Source:www.okanagan-automation.ca)