智慧化成為全球製造業的熱門議題，由於智慧製造系統以工業物聯網為主架構，物聯網的首要條件是系統中各物件的鏈接，因此通訊成為系統建構的關鍵技術，過去製造現場的通訊模式以Fieldbus（現場總線）為主，不過在互通性不足的態勢下，工業乙太網路逐漸崛起，近年來德國Beckhoff公司制定出EtherCAT標準後，快速為市場接受，過去幾年各工業展會中，都可看到廠商推出相關產品。

EtherCAT發展速度加速

事實上，乙太網路在工業領域的布局已至少10年，不過由於即時性的問題未解決，且智慧製造概念仍未成熟，因此市場仍然選擇已發展多年、具有高穩定的Fieldbus，2012年德國提出工業4.0概念，各國紛紛跟進，制定智慧製造政策與時程，在智慧製造系統中，Fieldbus的封閉性缺點被突顯出來，各廠商紛紛制定自己的工業乙太網路標準，EtherCAT就是其一。

EtherCAT以軟體為核心，搭配單一線路，克服傳統工業通訊的複雜配線問題；且EtherCAT資料同步過程的訊號抖動量小、資訊傳輸延遲時間少（小於1微秒）、硬體成本低，相對於其他大廠Beckhoff的規模較小產品線較少，導入EtherCAT產品更願意使用Beckhoff外的自動化設備，加強市場上設備製造商投入研發意願，在技術與市場情勢的相互拉抬下，EtherCAT發展速度逐漸加快。

隨著導入企業的快速增加，NI國家儀器技術行銷工程師吳維翰（圖1）指出，設備製造產業已形成EtherCAT生態圈，包括馬達、I/O、switch、hub…等，包括NI本身的PXI、cRIO、PAC，也都可支援。

不過吳維翰也坦言，EtherCAT雖然根基於乙太網路技術，不過其通訊格式仍與一般商用乙太網路不同，兩者的基礎架構無法共用，在此狀況下若製造現場沿用既有網路，且安規均已申請驗證完成，要再導入EtherCAT，則所有線路就必須重佈，因此除了原有的EtherCAT，NI也開始推動AVnu聯盟制定的另一乙太網路標準「TSN」。

TSN異軍突起

TSN也是近年來相當火熱的乙太網路通訊標準，相較於EtherCAT，TSN並非專為工業領域所設計，而是透過現有的IEEE 802.1與IEEE 802.3標準，

增加一系列的擴展功能，進一步確保其確定性效能。

在工業領域，IEEE也制定TSN相關規範，例如在頻寬管理部分，過去乙太網路要跨入工業領域，最為業者詬病處無疑是訊號延遲問題，製造系統不像一般家用或商用環境，對訊號傳輸有一定程度的延遲容忍度，製造系統的設備運作必須高度精準，方能創造出最佳產能，因此設備間的訊息傳遞必須即時，目前大多數工業乙太網路標準的即時性，都已可達到製造業者的要求，然而在智慧製造概念下，工廠端的OT系統必須與企業端的IT系統互聯。

圖1 : NI國家儀器技術行銷工程師吳維翰指出，TSN在乙太網路頻寬中切出專屬通道，同時保存了IT、OT兩種系統的特色，不必因為製造系統的網路更換。（攝影／王明德）

吳維翰表示，IT系統中的乙太網路建置與OT系統大為不同，IT系統的建置需求為大量資料傳輸，可容許稍微延遲，OT系統的傳輸量不大，不過必須穩定、即時，兩者功能需求不同的乙太網路要互聯，OT端所受到的干擾勢必高於IT端。

在此一問題上，TSN由頻寬管理著手，在乙太網路頻寬中切出專屬通道，系統設計者可自行定義此一通道的封包類型，例如馬達控制器的封包，方可經由此通道傳送，此一作法同時保存了IT、OT兩種系統的特色，不必因為製造系統的網路更換，而重製原有網路系統，此外融合標準網路規格的TSN，未來可以延續標準網路架構，當底層的實體層佈建完成，上層的應用層也可隨時跟上，整體網路的速度可同步提升，而EtherCAT目前仍緊守IEEE 802.3規範。

EtherCAT強化IT鏈結

不過EtherCAT陣營也了解OT與IT整合的重要性，2016年與OPC基金會合作，進一步強化工廠製程到企業資訊系統間的傳輸技術，OPC基金會所主導的技術，即是為業界熟悉的OPC UA，此技術承襲過去的OPC，所不同之處在於大幅強化可靠、安全與互通性，由此看來，OPC UA與定位在即時工業乙太網現場匯流排技術的EtherCAT，可望形成優勢互補局面，企業可利用EtherCAT進行機台設備的控制，同時透過EtherCAT自動化協議（EAP），輕鬆於EtherCAT主站間交換資料，再藉由OPC UA平台，經由資料加密傳輸的方式，將工業現場的資訊安全可靠地傳遞到MES、ERP等企業資訊系統，甚至是雲端。

智慧製造帶動IO-Link崛起

全球市場消費型態近年來快速轉變，以往大量化的標準化產品逐漸被少量客製化取代，此一轉變順勢帶動了製造業智慧化的浪潮，面對此一變革，意法半導體（ST）技術行銷經理Giuseppe Di Stefano（圖2）指出，ST長期深耕工業領域，近年來各類工業乙太網路通訊標準競逐市場，在眾多標準中，ST看好IO-Link，並已有相關布局。

圖2 : 意法半導體技術行銷經理Giuseppe Di Stefano（左）與Natale Testa（右），均相當看好IO-Link的發展。（攝影／邱倢芯）

Giuseppe Di Stefano表示，第3次工業革命帶動IT技術的導入，讓生產管理更容易，目前正發生的則是利用實體網路、通訊與物聯網控制生產，同時也讓生產數據更即時、透明、完整；工業4.0大幅提升生產效率與和善的管理介面、回饋與需求更具彈性、更好與更友善的使用者操作經驗、收集更多的產線資料以達成大數據與資料分析。

IO-Link將成工業物聯網新寵

IO-Link由各大型感測器、致動器和控制器製造商所研發制定，是一種標準化且與現場總線無關的介面，適用於自動化領域，因此毋須複雜尋址即可實現點對點連接，以前僅限用於簡單地開關類比信號的二進制開關，也可透過IO-Link應用於智慧感測器中，Natale Testa指出，IO-Link的優點包括容易與現有的的現場總線鏈接、可全面執行感測器和執行器功能、不需要更改現有網路架構，只需在架構中導入IO-Link就可改善系統。

Natale Testa表示，在智慧製造概念下系統中的所有設備都必須具備感測與連網功能，感測器擷取設備訊號後，再經由通訊技術將相關訊息傳送至後端，而自動化與智慧化的最大區別，就是OT與IT系統的鏈接，過去工業自動化的訊息擷取的連接，由於通訊標準不同，多僅止於製造端的OT系統，並未與企業管理端的IT系統連接，但在工業4.0架構下，OT與IT的整合勢為必然，而兩者要互連，通訊標準必須相同，這也是近年來乙太網路標準成為工業領域顯學的原因。

**刊頭圖（Source:iyTimg）