技术驱动市场 工业以太网络迅速起飞

前言：
以太网络可说近年工业通讯的热门主题，原因在于整合观念日益成熟，过去工厂中的每具生产设备采各自独立的系统，宛如信息孤岛无法相互连结或共享信息，随Fieldbus、以太网络甚至无线通讯技术发展成熟，工业网络逐渐成为自动化设备业界的显学…

本文：
工业用网络通讯设备市场，跟随自动化与信息化脚步不断发展，此网通连结技术被广泛应用于各种领域，例如，电信、工业控制、国防、交通、建物自动化、工厂自动化或能源市场不同应用中。

观察工业用网通设备发展趋势，会发现亚太地区这几年成长态势明显，尤其在大陆市场的成长动能远超越欧美，这将会是台湾相关业者开发业务的绝佳时机。过去网络没有统一标准，在工业应用方面若需要进行连结整合，往往会透过如RS232、RS485/422特定通讯界面进行系统架构，再透过封闭汇流排进行数据传输或是工业自动化控制应用。

随后期网络技术及建置能力发达，加上以太网络本身的开放性架构，另具升级简化及维护容易等通讯协定特色，也让工业用通讯设备市场出现了新变化。不论是用于设备控制或生产数据蒐集，多样化的生产机具设备在现有网络趋势发展下，都有连接网络的迫切需求，造就广大的市场商机。

小标：工控网络首重稳定

以太网络在工控产业虽已逐渐成为标准，多数自动化设备在出场时都已将以太网络通讯埠设为标准配备，唯一的差别只在于埠数的多寡。序列式产品，例如RS-232、RS-422、RS-485等，目前仍占有绝大部分工业通讯相关市场，企业若欲建置工业通讯网络环境，则必须先检视自身生产现场所应用用的通讯协定规格，如果系统架构仍停留在序列式网络架构，则必须先行采购多埠式服务器进行基础网络环境建置。

而现有市面的工业用网络闸道器，从1？16埠规格都有，由于目前后端系统管理多以PC技术为核心，因此，业者多采购以PC为基础架构架构的序列式转换器，可安装于PC内作信号的传递。

此建置逻辑属于最简略的工业网络架构，若放大于大型炼油厂、变电厂、交通控制中心等应用环境，由于自动化的设备数量庞杂，一般网络功能将难以负荷应用需求，因此，业者通常必须改采网管能力更为强大的网络设备，比如说QoS、VLAN等。

工控设备造价高昂，且较一般网络设备更重视系统稳定度，通常使用寿命都至少具备5~10年年限，因此现役工控设备所采行的通讯技术可能都还停留于较早的序列式架构，各工控业者的序列式产品仍持续出货，虽以太网络已渐成市场主流，序列式设备仍有其存在价值，短期内难以被市场淘汰，碍于现实所限，建置工业网络控制环境，仍须考量旧设备的沿用问题。

工业网络发展趋势

在未来工业通讯设备的发展趋势方面，工业网络技术仍然依循着既定的标准规范与技术进行，目前除了藉由加密措施增加数据传输的安全性，以及稳定性外，朝向无线化发展，也是趋势之一。

如何进行数据汇流与解决「最后一里」的问题，同样也是工业网络通讯设备在朝向无线方向发展时，所必须要解决的问题。至于台湾相关业者的发展方向，业者指出台湾业者由于产品设计速度快，同时透过群聚所造就的电子设备生产制造能力，能以快速与低廉的价格提供市场使用者一定品质的产品，优异的性价比，是台湾厂商的优势。

但是在面对像Phoenix Contact、西门子(Siemens)、Hirschmann这些国际大厂，整合应用时会出现相对缺乏技术主导能力，而无法贴近市场需求。同时，台湾业者如何建置起完善金流、物流与服务管道，是进入市场重要关键。

就技术的标准趋势进行观察，以太网络可以说是近年工业通讯的热门应用，原因在于整合应用需求浮现，过去工厂生产设备、机具无有效联网架构设计，随着Fieldbus、Ethernet甚至无线通讯技术的成熟，工业网络的重要性不断攀高。

尤其是以太网络凭藉着高速与便宜的特性，加上建构在TCP/UDP/IP下的各种应用如Web service、FTP、E-mail正好填补了现有工业网络的不足等种种优势，在工控市场快速起飞。

多种标准 分头发展

专属工业领域的以太网络标准一直无法统一，是目前的发展隐忧之一，光从IEC61158认可的工业网络标准就有八种之多，这八种标准分别向以太网络发展，结果到后来形成了四种不同的协定。

包括ControlNet和DeviceNet向Ethernet/IP发展、Interbus和Modbus向IDA发展、Profibus向ProfiNet发展、Foundation Fieldbus和WorldFIP向Foundation Fieldbus HSE发展，4种工业用以太网络标准发展模式，其背后都有其背景雄厚工业大厂所支持，也都推出了相对应的产品。

以太网络除了业界厂商的全力推动外，不少国际组织也积极推动它进入控制领域，如 IEEE着手制定工业网络与以太网络通信的新标准，不过就目前看来这个梦想离现实还有点距离，短期内多种版本共存的情况仍难以打破。

以太网络走入工业领域并不会把所有的工业网络都变成它，工业以太网络的重点在TCP/UDP/IP，而非以太网络的物理层，它将原本工业网络应用层定义的信息，封包在以太网络的网络层与传输层内，因此工业以太网络规范了3件事。

第1，为让信息的传输封包定义与解释更具基准，它制定一套共享的应用层标准；第2，原有商业应用的以太网络，惯用的RJ45接头并不适用于工业生产现厂环境，而工业规格的特制连接器成为许多应用场合的必需零组件，因此，适用于工业环境的网络设备成为必须；第3，以太网络只能确保数据可送达，但以太网络却无法确保数据何时送达，换句话说，以太网络不算是一个完善的实时网络架构，多数应用必须针对实时性重新进行系统最佳化。

以太网络由于采CSMA/CD的碰撞检测方式，只要网络负荷过大，就无法满足工业控制的实时要求，因此必须减少碰撞的发生，第一个方法就是提升网络速度，例如当速度到达1Gb/s时，虽然无法避免碰撞，但是碰撞机率却大为降低。

第二个方法就是保留固定的网络带宽或固定的服务时间给实时性要求较高的元件。过去以太网络为对等结构(Peer to Peer)，不过随着网络交换器(Switch)技术的进步，逐渐转变为星型(Star)结构。

过去的对等结构在传输时由于每一个节点都可以任意传送数据，因此碰撞机率相当高，但在星型结构下，每个节点的数据收发都必须先经由交换器统筹管理，如此一来碰撞机率被降低，就比较容易达到实时性。

通常以太网络外，依市场区隔还有几种工业网络的类型与架构，包括Sensorbus、Devicebus、Fieldbus、Control，这四类加上以企业网络为主干的以太网络架构出工业网络的五种类型，他们之间的连接方式是先将同一类型的网络串接起来，不同类型网络则依靠Gateway，形成一个阶层状网络架构，每一阶层间都有专用的Gateway做桥梁，涵盖全部的设备形成一整套系统。