工业网通需满足稳定与实时性需求

自动化现场要能确实运作，工业通讯扮演控制、沟通与信息传递的重要角色。SIEMENS

随着网络普及化发展，传统应用在现场的生产设备，渐渐产生串联网络的需求，连带促成工业通讯市场的高成长，也由于现代工厂的设备整合需求日益庞大，「通讯」成为系统自动化及智能化的重要项目。

传统工业网络多为封闭架构，在1990年代，透过控制技术功能性提升，以及满足分散式控制的需求，工业通讯因而快速发展，各种通讯技术如雨后春笋般冒出，像是Profibus、DeviceNet、CANopen、FieldbusFundation或HSE等界面，技术相互竞逐的态势也愈发明显。

但这些界面彼此间无法兼容也提升了整合难度，因此原本用于商业环境中的以太网络，在解决设备对设备间通讯问题后，挟开放、兼容优势进军工用市场，同时带动了相关联网设备的需求兴起，包括主动式I/O服务器、嵌入式工业通讯电脑、交换器、串行设备联网服务器等，都是工业用以太网络通讯里的热门产品。

对整合的需求日殷，让以太网络成为工业领域的重要通讯技术，除了共通性的要求之外，连线企业后台信息系统如制造执行系统(MES)、企业资源规划(ERP)、产品生命周期管理(PLM)及客户关系管理(CRM)等的整合性需求，透过系统的整合规划，灵活调整资源，迅速进行生产作业，达到生产IT化，降低人工作业，催生工业「智能化」的崛起。

在现在工业以太网络的应用上，硬件或软件的整合是最基本的条件。在生产现场可以看到愈来愈多的工业以太网络接口的HMI、PLC或其他的I/O设备；随着视频技术、M2M技术的的逐步深入，系统用户对工业以太网络技术也愈来愈注意，甚至各类专业的应用领域如轨道、ITS及电力等其他垂直应用中，也看得到工业以太网络的出现。而最近IoT的重要性提升，也让无线通讯与工业级通讯架构整合，形成一个更完整的网络。

这也造成工业智能化的新一波热潮。德国2012年在汉诺威自动化展以第四次工业革命为题，启动「工业4.0(Industry 4.0)」计划，提倡物与服务串连(Internet of Things and Services)，旨在M2M的运作架构下，建构生产自动化与IT化，并透过这些技术让生产模式由批次量产转向接单后生产，落实智能生产(Smart Production)、绿色生产(Green Production)、都市生产(Urban Production)。这的确对自动化系统产生相当重大的影响。

规格标准百家争鸣

当然，这样的趋势也不是近期才有的。随着产业装备及流程工业之诸多需求的变化，由于设备层控制需要实时控制，以太网络会有封包碰撞的问题，实时性不如传统汇流排技术，但汇流排技术在快速生产上已逐渐不符需求，在2001年贝加莱推出的POWERLINK之后，目前工业以太网络藉由特殊实时技术，整合运动控制等相关控制应用。

接着如SIEMENS的PROFINET技术，Rockwell则在原有的DeviceNet和ControlNet技术上发展了Ethernet/IP技术，而Bosch Rexroth则继续沿用SERCOS应用层和标准以太网络的SERCOSIII，除此之外尚有EtherCAT、SyqNet及CC-Link IE等不同工业以太网络技术百家齐鸣。

就通讯的发展观察，工业级正式以太网络导入工业环境，至今的快速发展的确相当惊人，但高带宽的应用主要仍在影像传输部分，工业以太网络导入系统的最大好处，还是在系统「稳定」上，有相当大的助力。

在工业通讯面向上，实时通讯的确占据主导地位，但以短期内来看，以以太网络为架构的实时通讯，仍然不会存在某项技术能够一统天下的局面。毕竟传统的汇流排技术仍占据主流，因此这项技术在目前状况下，未来几年继续存在的可能性仍相当高，整合以太网络与现场汇流排的技术仍是主要的模式。

目前以太网络在工业领域多建置在管理层，底层如传感器、仪表，还是使用汇流排技术，不过也有厂商将以太网络延伸到控制层，例如加大带宽，降低封包的碰撞机率，或者提供不同的实时技术来满足实时通讯的需求，像POWERLINK、PROFINET、Ethernet/IP均采用了独立帧技术，即每个主站和从站均发送标准的以太网数据包来进行实时沟通，而SERCOSIII和EtherCAT则采用了称之为集束帧的传输机制。

这两者并无孰优孰劣的问题，选择实时以太网络技术必须通盘考虑，不仅考量技术的性能与功能设计，也要基于自身市场的定位来选择合适的技术，这必须考虑市场的未来动态发展，以及实现的难易、成本、技术的持续创新、以及可以提供的技术支撑。

下一波重点？

但从以太网络进展到工业以太网络，最必须解决的困境就是「实时性」的问题。前面说过，市场针对实时性的通讯系统发展，也建构了一些可以符合实时性需求的通讯协定，但实时性的问题解决了，延伸出的却是共通性的问题。

由于前述高规格的工业以太网络协定，必须使用专属的芯片组与硬件，对于自动化系统的创新与发展将造成阻碍，如果在规划时就将系统限定在一定范围，工业以太网络的实时性与稳定性即可兼顾。

由于现阶段的应用环境，有线环境并非随时一定都存在，透过无线系统交换信息，也是必然的选项，这也是无线通讯进入应用系统的机会。在几种状况下，系统整合业者会建议厂商采用无线通信技术，第一是布线不易，有些地方并非不可布线，而是无法布线；第二种是环境问题，由于线路本身就是有形的物体，在容易损坏的场所中，线路的维护往往会是一大问题；第三则是距离，在完全开放的空间内，其实无线的距离会比有线来得长，一般的有线线路传输距离大约是70米，但在直线距离，无线传输可以到400米，若加上天线可以达到2公里以上。

至于工厂，设备多为固定设备，加上直接与生产过程相关，因此稳定是工业通讯的第一考量，目前工厂机台设备的线路型态以有线为主，相较于无线技术的方便、低成本优势，有线架构在现场布线虽然成本高、作业麻烦，不过信号传输稳定度却远优于无线技术，因此在固定设备上，多半采有线方式架构。

此外，在各垂直应用上，不同环境有不同的标准及法规必须克服，像是电厂等环境，包括抵抗EMI、EMS、ESD及RFI等干扰问题，及环境上的温湿度与其他的严苛考验，均需要设备厂商多加着墨。像这类不同应用环境的专业机种，可以针对不同应用的定制化，其中最重要的问题就是在不同应用层面上的技术改善，如何达到这个领域的最高要求，才能让设备商产生更大的竞争力。