短距離無線通訊自動化系統建置應用

各式ZigBee嵌入式感測器。Motorola

對於布建自動化系統應用而言，若是針對現有生產設備，在最低更動的條件下，為自動化系統進行功能或是效能方面的升級設計，為減輕現有系統的衝擊或是採漸進式的設備更新手段，透過短距離無線技術進行系統整合，是個值得參考的技術手段，也能為系統增加更多設計彈性，而現有的無線傳輸技術，舉凡ZigBee或RFID，已有產業視其技術特性，導入特定自動化應用中。

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在強調穩定、效率的生產設備應用中，自動化系統多半選擇相對較穩定的有線傳輸解決方案，例如，乙太網路或是工控用網路系統設計，在系統穩定運作考量下，「有線」的選擇似乎是不可能改變的現況，雖然無線傳輸技術仍有環境、干擾等限制條件，讓無線技術不容易打入部份工控系統。

但在新技術不斷推陳出新，各式針對不同應用目的開發的無線傳輸技術，亦可善用其特性，解決有線傳輸技術較難達到的設計目的。例如，當面對化學溶劑大型儲存槽的使用監控，可能因為槽體內容物具一定程度危險性，在壓力、溫度等環境條件都必須被確實掌控時，無線感測技術就有其存在價值。

RFID無線技術 適用於管理流程整合

一般對RFID（Radio Frequency Identification）的概念，多停留在電子標籤，例如，最早大量導入RFID的Amazon.com，就是利用RFID管理其倉儲與運輸自動化機制，其無線技術源自NFC（Near Field Communication）近距無線通訊技術。RFID就其資料傳輸途徑，可分為被動式、半主動式、主動式等實現方式，與一般業界常用的條碼系統不同，RFID可承載更多數位資訊，其安全性與不可更改的特質，也是受業界青睞的技術特性。被動式RFID本身不具備電源，其運作能量來自掃描器所發射的電磁波，取得能量後RFID再回送訊息資料給掃描器，由於被動式有傳輸距離的限制，因此，半主動式則利用內嵌電池，輔助其傳輸所需能量，讓無線傳輸距離可以比被動式RFID更長。

目前業界自動化應用中，多將倉儲系統與RFID無線傳輸技術進行整合，以取代內容承載量相對較低的條碼技術，同時其不容易被竄改的特性，也讓運送或生產過程更為安全，並增加倉儲管理的效能。台灣較知名的應用案例，是將RFID整合汽車生產，1輛汽車由超過萬件的零組件組合而成，RFID可在重要的零部件紀錄其生產流程，同時RFID不容易被竄改的特性，也讓RFID近似產品保證書的使用效益，甚至整個標示系統與汽車產業的售後服務機制整合，在汽車保修或相關設計改善召回產品機制上，也可掌握關鍵零部件的來源。

寫入方式不同 延伸更多應用特色

RFID的內嵌標籤記載資訊，還分為一次寫入、單向寫入與多次複寫等設計，對於一次寫入可用於不願被竄改的賣廠商品應用，單向寫入，則可用於貨運轉遞或是生產履歷等應用場合，至於可複寫標籤，多半用於建構系統的實驗用途，或是需要大量重複使用RFID的應用場合，其標籤售價以1次與單向寫入標籤的成本較低，支援多次寫入的RFID標籤成本會高許多。

ZigBee無線技術 適用於監控與自動化設備整合

ZigBee的名稱，其實可以看出其計術設計核心概念，其命名是參考蜜蜂的採蜜行為，而ZigBee的資料傳遞概念猶如蜜蜂間向同伴告知花叢位置，是由一隻隻蜜蜂彼此傳遞訊息，而ZigBee各個網路節點的傳輸方式，也與蜜蜂傳遞訊息一般，每個節點都具有觸發其他節點建構其傳輸管道的能力，每節點可以是接收端也可是傳遞端，當然也作為資訊交遞的角色。

觀察ZigBee的運作概念會發現，ZigBee無線傳輸環境不需要1個超強的無線基地台，其傳輸距離可以藉由增加傳輸節點數量而向外擴展，因為每個節點本身就可兼具多種角色，節點數量增加也可讓網路服務範圍、傳輸品質相對提升，單一節點出現故障周遭節點都可隨時遞補其網路扮演的關鍵角色。

ZigBee目前遵循ZigBee Allianc制定的802.15.4規範，目前使用2.4GHz頻譜（部份區域限制其需使用1GHz以下頻譜），是一種低功耗、低速無線通訊技術標準，其最高傳輸速度僅250kbps，但此速度已可應付低階工控應用需求。應付干擾與功耗問題，ZigBee可針對節點間的距離調整3階傳輸功率，單一節點傳輸距離最高可達數百公尺，傳輸頻道可在27個頻道間自動跳頻避免干擾其他設備。

由於星狀網路的概念與節點傳輸方式，可免除大功率基地台建制成本，因此常見用於水電、瓦斯自動化抄表系統，將每個ZigBee節點與瓦斯、水表整合，讓使用數據可以透過ZigBee無線技術還可嵌入各個自動化系統裝置中，作為裝置運作現況監控應用，透過ZigBee使自動化系統能掌握每個機台的服務現況，確實掌握自動化生產線維持最佳運作狀態。公共建設或是大樓維安系統，也可透過ZigBee節點布建，輕易建構1個不需實線連接的感測系統架構，讓系統端能掌握監控標的的環境參數。

主動與被動無線技術 自動化用途大不相同

ZigBee與RFID屬於兩種目的截然不同的無線傳輸技術，用於自動化產業中，其實ZigBee多用於自動化系統建制，為系統需要主動告知、傳遞節點現況的應用方式，RFID則較適合用於被動讀取與管理系統進行整合，例如掌握零組件流向、製造過程、倉儲管理等用途。ZigBee與RFID兩者市場並不衝突，但結合兩者特性，則可謂不同產業自動化應用提供更具效能的整合方案。