设备联网 进入工业物联网之敲砖石
- 林稼弘/台北
时至2020年,全球物联网(IoT)装置可望突破500亿台;而长期撑持台湾经济发展的广大制造商,亦需因应工业物联网(IIoT)趋势,设法克服数据安全、多重协定整合、中央管理、巨量数据分析等考验,建构智能工厂应用环境。
随万物联网时代来临,带动众家工业工厂业者集思启动设备联网应用,从传统Client/Server基础架构,转型至Browser/Server新局,藉由数据实时传递共享、整理分析,孕育智能化管理机能,确保竞争优势不坠。
为协助工厂业者升级转型,深耕工业设备联网方案长达27年的四零四科技集团(Moxa),于8月13号举办「工业物联网系列论坛—智能工厂设备联网规划应用」研讨会,借此剖析IIoT应用发展趋势,分享以Edge-to-Core工业以太网络解决方案为轴心,贯穿IIoT的设备层(Device Layer)、控制层(Control Layer)与信息层(Information Layer),协助用户掌握现场端(Edge)至线上控制(Core)的联网应用部署之道,及早实践智能工厂愿景。
其中,Moxa亚太事业处总经理高能伟表示,从18世纪工业革命以来,唯一不变趋势,便是工厂设备不断增多,如今进入IIoT时代,更讲求众多设备之有效串连,以利萃取高价值信息,帮助业者提升强化营运动能;顺着此脉络推进,可预见未来工业级设备联网方案的重要性,势必大幅攀升。
而Moxa亚太事业处台湾业务部协理孙崇腾也指出,工业物联网架构之精髓,在于工业自动化(IA)与信息科技(IT)之间建立融合平台,一方面须设法贯穿不同界面、协定及I/O,实现设备连接(Device Connect),使现场终端设备连结以太网络;另方面则需借助深具安全性、可靠度,并耐受严苛环境的网络连接(Network Connect)系统,将产线数据实时传递至上层应用管理系统,据以催生智能管理价值。
孙崇腾强调,着眼于此,Moxa的IIoT方案设计初衷,便环绕在系统建置、可靠度、安全性、互通性,及维护与管理等5大轴心,以协助用户建立完善Device Connect暨Network Connect架构,使设备管理与IT管理等两端机制相互融合。
布局物联网 工厂智能化刻不容缓
参数科技(PTC)业务发展资深协理王宝庆,根据其与牛津大学合力执行的制造业转型趋势报告,阐述物联网云端应用发展方向。他指出,举凡全球产品平台、智能产品、反向创新,及IoT、巨量数据分析、移动化等技术,都成为各国制造业创新转型的动力,台厂引以自豪的营运最佳化,则沦为入门门槛;因此台湾制造业欲推动营运创新,首要之务即是驱使工厂智能化。
王宝庆列举若干典范案例。专注发展科学农业方案的OnFarm,借助传感器蒐集农地环境数据,传送至营运中心进行巨量数据分析,进而为农夫提供植栽顾问服务;医疗检测仪器商Sysmex,为减轻维护支出,遂以IoT技术监测所有现场设备状态,适时提供线上除错、软(韧)体更新等服务,大幅节省维修人力派遣及备品囤积成本。
由此印证IoT商机确实可观,惟需以良好通讯架构为前提,始可串联各项信息,显现预期效益。
工业以太网络骨干 贯通IIoT脉络
Moxa工业协定方案产品事业处产品经理林彦奇表示,IIoT架构涵盖数据管理、数据传输、数据采集等三层次,惟工业环境多采用Modbus RTU/ASCII、PROFIBUS、DF1/DeviceNet等不同串行通讯协定,数据互通性低,无异阻碍上述架构成形,但基于长距离传输、高速数据交换需求渐增,于是分头朝向Modbus/TCP、PROFINET、EtherNet/IP等工业以太网络协定推进,似已成为必然趋势。
但真实世界并非如此美好!传统Fieldbus设备全数汰换的机会不大,而欲使传统设备链结IIoT应用,过去仅能借助PLC或Device通讯模块,碍于这些产品各有不足,难免无法满足用户需求。
此时若能借助工业闸道器(Industrial Gateway),即可维持既有架构,迅速让Fieldbus设备连接以太网络,并确保Modbus TCP、EtherNet/IP等不同以太网络协定相互通讯;如此看来,相较于PLC或Device通讯模块,工业闸道器显然更有助于让业者快速打通IIoT第一道关节。
另一方面,用户亦需根据不同串行设备特性,布建多款Device Server,以使各式设备立即连结以太区域网络,Moxa则以NPort系列串行设备服务器呼应此需求。
针对Network Connect环节,Moxa工业以太网络产品经理林俊余强调,工业以太网络为智能工厂网络神经中枢,必须迎合生产制造所需之应用整合、快速回复及实时性等诉求,设计严谨度更胜商用网络设备。
为迎合工业通讯骨干架构的严格需求,Moxa在研发工业交换器产品的同时,已针对诸多面向缜密设计。在系统建置部分,运用Turbo Ring、Turbo Chain环状拓墣备援技术,确保网络故障20ms内回复正常,并推出MXconfig批量设定软件,协助工程师一次配置大量交换器,提升10倍效率,另以Moxa DSL Extender长距离以太网络技术,让既有现场线材支应长距离通讯任务。
在可靠度,藉由宽温(摄氏负40?正75度)、防电磁波干扰、防震动、防潮湿粉尘等特质,应付严苛工业环境,亦将交换器开机时间压缩在10秒内,快过PLC的20秒开机速度,避免与PLC联系不及而致系统错误。
在维护与管理,主要借助视觉化网管软件,使交换器能整合至SCADA管理视图,另透过交换器DI埠接收讯异常信息,再以Relay DO埠发出告警,引导工程师迅速锁定问题发生点;此外,Moxa交换器与其他厂牌设备、用户既有骨干网络,皆具高互通性,并内含纵深防御机制,以防范潜在安全威胁。
至于数据撷取装置与相关软件服务界面,Moxa Automation Remote I/O产品经理王旭正则认为如同智能工厂最后一里,是生产制造走向智能化的关键。
理想的数据撷取方案,除应具备多样I/O组合与通讯界面,更能一并内建免费Repeater,并支持Daisy-chain架构,以化解长距离布建难题;若以2G/3G 通讯网络环境而论,举凡浮动IP、占用带宽亦是问题所在,需设法扭转传统OPC服务器轮询模式,透过Active OPC Server等创新技术,转而让装置主动回报新IP位置,以降低带宽耗用。
Moxa工业无线网络产品经理柯冠宇,则预期今后工业无线通讯方案的重要性将与日俱增,因诸如CNC/DNC工厂、自动仓储或无人搬运车等应用场域,由于布线不易,必须倚赖移动通讯,以快速建立通讯架构或执行移动控制;惟工业应用难免涉及厂区幅员辽阔、仅容许极低切换时间,甚至需要跨越不同厂区进行长距离传输,因此建议用户遴选相关产品时,务必跳脱一般商用Wi-Fi思维,对于所选方案是否支持厂内无线覆盖,切换时间是否低于150ms,长距离桥接是否扩及10公里之远,乃至是否支持MIMO多路径加成技术,皆需严格审视。
综观智能工厂投资,至少长达10年布局,在整段历程中,资本支出占比不大,反倒应着眼维运支出;惟透过全方位的联网规划应用方案,协助用户化解尾大不掉的后患,进而繁衍不同智能应用服务,因应未来Big Things浪潮,预先埋下致胜伏笔。此外,Moxa也将参加9/3至9/5「SEMICON Taiwan国际半导体展」(摊位:1305),届时将以智能工厂设备联网应用为主题,现场展示厂务监控系统,如何透过Edge-to-Core工业以太网络骨干架构,打造高可靠度之工业自动化(IA)与信息科技(IT)的整合平台。详情请参阅:www.moxa.com.tw。
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