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因應協定林立現況 廣泛支援成主要策略

作者: 姚嘉洋    

工業通訊協定多元的現況,或許某種程度上對於系統整合與整廠輸出造成不便,但觀察工業自動化的發展歷程,協定林立的現況卻也造就該市場呈現蓬勃發展的景象。

嚴苛環境 亦有認證要求

不過,由於諸多應用場域不若消費性電子,其環境相當惡劣,即便是相同的通訊協定,因應不同的應用環境也會需要不同的認證。

MOXA(四零四科技)亞太區事業處市場開發部專案經理徐寧謙指出,由於工業環境適用於各類嚴苛的應用環境,就是一般為人所稱的「垂直市場」,像是高速公路,離岸風力發電、地鐵、船塢等,都會有相應的認證規範需要通過,

像是EMI(電磁干擾)、EMC(電磁相容)、ESD(靜電保護)、震動、撞擊、電極突波等,都會有更為詳細的要求,以確保網路通訊的運作沒有問題,無關乎何種通訊協定。過去MOXA就曾經作過英國地鐵的案子,由於位處地底,所以對於溫溼度也有一定的要求在。


圖1 : 為了確保工控系統能長久運作,各類嚴苛的應用環境在諸多標準上都有詳細的要求。(Source:www.carterautomation.com)
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因應多元協定 可採同時支援作法

徐寧謙進一步指出,以MOXA本身為例,其主要客戶就以系統整合業者為主,像是西門子與ABB等國際一線自動化大廠,以西門子為例,就當以旗下的Profibus與ProfiNET等協定為主軸,為了能使系統整合與整廠建置的效率提高,MOXA所提供的交換器(Switch)便取得西門子的認證,確保各個自動化設備之間的溝通沒有問題。

徐寧謙認為,在工業自動化領域,即時性是非常重要的訴求,所以就MOXA的作法,會透過軟體機制來控制資料何時要丟出或是進行通訊工作,以確保PLC與I/O何時要進行運作,理由就是為了能讓各家協定能彼此相容,以達到即時性之效,所以就MOXA的立場,是用中立的角度來看待各類協定的發展,所以假設要同時支援三種不同的協定,一款交換器可以同時內建,那是最好的。但徐寧謙也強調,MOXA的主力還是以研發為主,所以在銷售與售後服務上,會委由經銷商協助,以達專業分工之效。

Xilinx(賽靈思)亞太區Zynq業務開發經理羅霖認為,從過去的發展軌跡來看,工業通訊協定雖然多元,但還是可以概略地區分成過程與運動控制兩大類別,區分的重點在於性能與即時性的表現,運動控制(如EtherCAT)對於即時性的要求較高,像是激光、雕刻、工業機器人與馬達控制等,都是屬於運動控制的範疇。長期來看,由於這些標準協定都會同時存在,所以Xilinx就會採取全部支援的作法,讓客戶打造理想中的工業自動化產品,而因應產業需求,產品的供貨時間至少都是以十五年至二十年來計算。

因應升級需求 衍生二次施工實務問題

凌華科技自動化產品中心協理游璨銘表示,凌華的作法則是以提供閘道器(Getway)來處理不同協定之間的轉換。就目前來看,許多廠房都會有系統升級的需求,所以特別需要閘道器這類的產品,游璨銘也預測,五年後,應該可以見到閘道器與PLC整合的自動化設備的市場需求快速成長,理由在於新一代的自動化廠房將會有更高的設備整合度,但短期內市場對於既有的閘道器會有較大的需求。游璨銘也說,像西門子這類擁有SCADA與PLC產品線的自動化業者,採用自有的通訊協定是理所當然的事,所以要與西門子的產品連線,閘道器會是選項之一。

泓格科技計劃處副處長林勤喻進一步指出,產業界對於閘道器、交換器與轉換器(Converter)有較為明確的定義。閘道器偏重通訊協定之間的轉換,像是CANBus轉換為Modbus,交換器則是基於乙太網路的協定上,扮演橋梁角色,舉例來說,只要搭載同是EtherCAT的控制I/O與PLC,交換器就能發揮其功能,至於轉換器則是側重硬體介面轉換,所以客觀來看,不論是哪類產品在市場都有其需求。

而泓格的策略與凌華也頗有相似之處,林勤喻表示,既有的廠房會有升級的需求,所衍生出的就是二次施工或是三次施工的實務問題,所以在現場會看到很多其他業者的終端產品,再者,就製程流程而言,從前端到後段製程採用同一供應商的情況並不多見,再加上工業乙太網路也相對常見的前提下,若要能有效因應,閘道器、交換器與轉換器等產品線就必須要能滿足各類不同的協定才行。所以實務上,在廠房中不太容易見到只有單一協定存在的情況。

林勤喻認為,工業通訊協定多元現況已是既定事實,而各大陣營都會極力推廣自有協定的情況下,泓格的策略自然就是以配合的角度,盡可能與其他業者做最大程度的配合。只要市場有新的通訊協定需求,泓格的研發能力也能到位的情況下,就會推出對應產品。


圖2 : 若廠房系統需要再升級,在不了解既有設備的規格下,儲備自身在各類協定的支援能力,就成了首要重點。(攝影:姚嘉洋)
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就工業自動化的需求來看,

即時性與相容性可說是基本門檻,

所以衍生出交換器與閘道器等設備,

以提升整廠建置與系統升級的效率。

反映即時性需求 亦可從軟體層面著手

徐寧謙則是指出,除了即時性的要求外,工業自動化的布線建置,還必須具備高可靠度、簡單,還要能夠快速備援,在時間的要求上大約落在20ms(微秒)至50ms的範圍內。若以傳統的IT領域為例,其布線概念大多是以Mesh(網狀)為主,但這種作法對於工業自動化來說十分複雜。所以在工業自動化領域,會採用Ring Chain拓樸,這種作法易於快速備援,而且布線相對容易。

而呼應即時性與快速備援等訴求,MOXA在交換器所內建的作業系統,可以讓開機速度的時間縮至最短,常理來說,工業自動化的機台設備應是24小時全天候運轉,但實務上會有維護保養的時間,所以必須關機,為了能在最短時間內開機,MOXA已經將作業系統最佳化,以配合其他自動化設備能在最短時間進行生產工作,內建的管理軟體再配合Ring Chain拓樸,可以設定流量管制與資料的傳輸路徑。這類管理軟體對於系統整合業者或是整廠建置來說十分重要,工控領域的專業工程師十分需要這類軟體來進行管理工作。


圖3 : 為了能讓廠房系統運作達到即時化要求,與硬體搭配的軟體也必須最佳化,交換器就是例子之一。(攝影:姚嘉洋)
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除此之外,徐寧謙更談到,為了能讓整體廠房管理更具效率,MOXA的管理軟體能與位處中央的SCADA進行整合與連線,一旦網路拓樸有出現異常,SCADA便能馬上進行提醒之責,進行後續處理。所以這也進一步印證了MOXA與西門子之間的合作關係。不過,MOXA的主要任務還是確保通訊品質與完整性以及備援能力,與SCADA偏重整體生產流程管理的定位還是有所不同。

結論

台灣在全球工業自動化領域,並沒有如西門子或是ABB等主導通訊協定的一線業者,所以在工業通訊協定的策略自然就偏向以跟隨或是配合的策略,與國際大廠合作,或是因應廠房升級需求,視現場設備規格進一步提供因應方案。再加上通訊協定多元的關係,自然也讓相關業者們有了不少市場機會。而業者們的核心競爭力不同的關係,就衍生出不一樣的市場策略,短期內,由於工業自動化不易有重大技術突破的關係,整體產業同樣也不會有太大的變化才是。

刊頭圖片來源(Source:www.okanagan-automation.ca)


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