工業乙太網路的蓬勃發展，在自動化設備與其充分的整合上，獲得了證實。為什麼工業乙太網路如此受到青睞，其實與其特性的確有相當的關係。雖然仍有即時性問題必須克服，但工業乙太網路在開放性整合的實力，讓影響力急速擴增。

相較於現場匯流排有連結數量、頻寬及距離的限制，工業乙太網路的開放特性，也成為自動化設備商的優先選擇，業界人士指出，工業乙太網路受青睞的最重要的原因，就是可以將現場端開放連結到企業端的乙太網路，進而打造出工業4.0、智慧製造等系統架構，產生了無限寬廣的想像。

傳統現場匯流排僅能針對點對點的連結，不管如何只能透過線路的連結；對工業乙太網路來說，相對而言就有更多的想像，不過，現況上在商用環境中被廣泛應用的工業乙太網路，運用到工業環境，則仍有一些限制，舉例來說，如果一般在網路上查詢資料，花個十幾秒還是可以忍受的延遲，因為這並不影響得到資料的品質；但在工業環境上，因為自動化必須考量資訊整合，以及命令下達與反應的即時性，稍微延遲就成為資訊傳輸甚或控制的極大障礙，因此在工業環境下應用工業乙太網路就成為一大賭注。

工業乙太網路須抗嚴苛環境

也因此，在發展工業乙太網路時，原先應用於商業環境的規格，就受到相當大的挑戰，如何達到穩定地即時傳輸，是目前各個工業通訊廠商都在強化的技術，傳統商規的工業乙太網路設計，其實是允許資訊封包碰撞，但這樣的設計進入要求較嚴格的工業環境，就變的較為尷尬；在工業環境中遇到封包碰撞時，誰來決定資訊重送以及以什麼頻率重送，就成為很大的挑戰。

此外，傳統的商規工業乙太網路設備的設計，主要針對較為環境較為單純的辦公空間，因此無需針對干擾與環境限制進行防護設計，甚至關鍵的網路設備更隔離於資料中心機房內；當工業乙太網路由商規轉換到工規時，這些部分則必須重新考量。在工業環境中，網路設備可能會暴露於各種危險環境，包括高溫、高水氣與潮濕、灰塵、粉塵、油污、化學污染品、設備震動、電源品質、電壓及電磁干擾等，工業級工業乙太網路就必須針對這些部分重新設計，才能抵禦這些會損害網路穩定性的因素。

基本上工業環境使用的通訊產品，在機構設計上就必須特別注意，包括散熱、抗震及抗干擾部分，就必須要做非常仔細的測試，比起商規的網路交換器僅須抽測，工業乙太網路的交換器更須每一件做完整的安全測試，因為比起商業環境的容錯程度，工業乙太網路的錯誤發生，在生產線上就是莫大的損失。

圖1 : 工業乙太網路如何達到穩定地即時傳輸，是目前各個工業通訊廠商都在強化的技術(攝影／王明德)

進入工業控制，由於傳統的現場匯流排通訊模式，多是單一由控制端直接下指令給現場端，讓現場根據指令來進行動作，在封閉而單向的環境中，導入工業乙太網路的確不會造成相當的混亂，但這樣的設備提升效果相當有限；不過由於可整合網路，讓控制從現場延伸到遠端，適度提升了控制的能力，已成不可避免的趨勢，當優勢大於劣勢，自然仍讓廠商持續投入工業乙太網路的研發。但最基本的環節，一般工業通訊的應用仍然是讓現場匯流排與工業乙太網路整合應用。

與現場匯流排整合 工業乙太網路更具競爭力

就如前文，在現場端基本上仍是多以「單向控制指令」為最基礎的應用形式，因為現場端設備的使用壽命較長，基本上仍以傳統現場匯流排的通訊I/O為主；而到後端則應用工業乙太網路與網路連結，進行系統的整合應用，這樣的交叉運用兼具成本與技術考量，針對不同需求達成的最佳化，所以多數的國內廠商均認為，在五到十年之內，現場匯流排仍然不會退出工業通訊市場，而且因其成本較低、應用簡單，短期之內還會有小幅成長。

此外，像在包括影像監控等應用模式上，對於點對點對應時間並非極端嚴格，利用現有工業乙太網路造成的微小延遲亦並非無可忍受，加上工業乙太網路頻寬並非隨時都很繁忙，發生延遲的機會並不常見，對於資訊傳遞上並非「無法忍受」，因此這類資訊傳遞的工作，讓頻寬較寬的工業乙太網路處理，成為自動化廠商的選擇。

這樣的選擇，多是針對現況工業乙太網路的限制而發展出來的解決方案。從工業乙太網路進展到工業乙太網路，最必須解決的困境就是「即時性」的問題。

圖2 : 工業乙太網路的開放特性，成為自動化設備商的優先選擇。(Source: Bachmann)

國際廠商多推出針對高速、高確定性與低干擾性的要求設計基於工業乙太網路的工業級協議，像是EtherCAT、CC-Link IE或是西門子主推的ProfiNet，西門子就指出，前述提到的工業級協議，基本上是透過網路交換器將網路的「敏感」部分隔離開來，當有涉及即時性控制的指令訊息需要傳遞，交換器的控制晶片則會讓訊息「走」隔離的頻寬，一般的資訊串則走一般通用的頻寬，如此即可解決針對工業乙太網路的即時控制的問題。

不過也有業者提出不同看法，洛克威爾就認為，前述高規格的工業乙太網路協定，必須使用專屬的晶片組與硬體，對於自動化系統的創新與發展將造成阻礙，如果在規劃時就將系統限定在一定範圍，工業乙太網路的即時性與穩定性即可兼顧。

即時性是致命傷 廠商紛提解決方案克服

由於工業乙太網路的開放性保持，是自動化廠商必須強調的特性，因此洛克威爾針對工業乙太網路所支援的EtherNet/IP的模式，就是從儀器設備層級一路連線到IT基礎設施的通訊協定，洛克威爾認為這也是唯一可跨越包括分散式、製程、安全性、運動即驅動控制等不同運用，且具備足夠技術穩定性的工業通訊協定。

至於台灣廠商多在工業乙太網路開放環境著墨，像泓格科技針對工業乙太網路，推出的「WISE」的工業乙太網路I/O，就可針對現場端較基礎的資訊直接作出反應，也被業界認為工業乙太網路的即時性解決方案；WISE是將傳統I/O加上邏輯控制器功能，讓它變得「智慧化」，能直接處理一些較為明確的指令需求，由於毋須傳遞至後端的系統判別，直接可以在現場即時處理以爭取時間。

舉例來說，像是生產線異常必須在現場發出警報，WISE可以一邊把異常訊息送到後端給中控室判斷後續處置，一方面自己的邏輯控制器可直接指示發出異常警報，相較傳統的規劃更為即時，也受到系統整合商的青睞。

圖3 : 乙太網路以往在工控應用時，會有即時性不足的缺點，不過近年來各廠商採取不同作法解決此問題，西門子的PROFITNET就是一例。(Source: SIEMENS)

就技術的標準趨勢來看，乙太網路可說近年工業通訊的當紅炸子雞，主要原因在於整合概念的普及，過去工廠內每具生產設備各自為政，宛如孤島般無法相互連結的時代已逐漸過去，隨著Field bus、Ethernet甚至無線通訊技術的成熟，工業網路逐漸成為自動化設備業界顯學，尤其是乙太網路憑藉著高速與便宜的特性，加上建構在TCP／UDP／IP下的各種應用如Web service、FTP、eMail正好填補了現有工業網路的不足等種種優勢。

國際組織積極推動標準

除了上述的業界廠商全力推動外，不少國際組織也積極推動工業乙太網路進入控制領域，如IEEE著手制定工業網路與乙太網路通信的新標準，不過就目前看來，這個夢想離現實還有點距離，短期內多種版本共存的情況仍難以打破。

有業者指出，乙太網路走入工業領域並不會把所有的工業網路都變成它，就像前面提到，工業乙太網路的重點在於TCP／UDP／IP，而非乙太網路的物理層，它將原本工業網路應用層定義的資訊，封包在乙太網路的網路層與傳輸層內，因此工業乙太網路規範了三件事，1.為了讓資訊封包的定義與解釋有基準，它制定了一套共用的應用層標準；2.原來商用的乙太網路RJ45接頭不適用於工業環境，工業規格的連接器成為許多場合所必需，因此適用於工業環境的網路設備開始被發展出來；3.乙太網路只能保證資料可以送達，但它無法保證何時到達，換言之，它並不是一個即時性的網路，而有些應用必須要求即時性，因此特殊用途的通訊模式也被制定出來。

就目前發展來看，除了像Profinet之類的工業乙太標準，因有特殊的頻寬設計，可解決即時性問題外，多數工業物聯網中的乙太網路應用仍將以上層的管理層為主，下層則仍為各式現場匯流排，中間再透過橋接器進行轉換，此一狀況目前在智慧製造系統中仍難打破，仍將會維持一段時間。

刊頭(source:Phoenix Contact)