工業通訊標準百家爭鳴 乙太網路漸成主流

因工業環境特殊所產生的需求，讓工業乙太網路設備的要求比商用設備更嚴苛，也因此，工業通訊產品並不是任何一個廠商都能跨足進入的市場。劉家任攝

前言：
工業通訊在目前的業界應用，已經是自動化的重要環節，此技術主要用以連接製造現場中各項設備，但是，由於自動化系統設計，向來均以各家廠商自行發展為主，而所使用的匯流規格亦自成一套系統，相容性方面的系統問題不容易克服，在系統整合聲浪高漲氣氛下，具開放、高速、便宜特性的工業乙太網路，遂成為工業通訊的明日之星。

本文：
當網際改變人類生活，其影響也包括企業營運型態與思考模式，產業、企業體都面臨前不得不改變的變革。隨著設備日趨複雜，單機作業維護與相關人力成本提升，越來越多企業將廠區或廠務系統網路化，應用網路達到集中控管與監視的目的。

舉凡設備間傳輸資料，蒐集現場作業資料、資料備份、即時警示訊息…等等，都可以透過網路進行。

工業網路標準百家爭鳴 系統整合大不易

與商業網路不同，工業網路使用的是現場匯流排(Fieldbus)技術。

現場匯流排是90年代的工業控制技術，現場匯流排將網路管理與通訊觀念導入控制應用領域，簡單地說，Fieldbus是具備多節點式、數位化、雙向串列特性匯流排技術，負責連接各類自動化設備或自動化系統。例如：可編程邏輯控制器(PLC)、感測器、執行器、電動控制器或其他I/O設備。

現場匯流排用來連接各類生產設備，對傳輸效率、穩定性要求相對較高。工控設備廠商針對此需求，也各自發展專用於自家產品的網路通訊標準，這也造成工業網路通訊標準多元化發展的現況。在比較常見的工控通訊標準中，常見的有工業乙太網路、DeviceNet、Interbus、Profibus、Modbus、Hart、As-介面、CAN、Foundation Fieldbus、LonWorks通訊協定。

而觀察這些由各個公司自行發展的匯流排通訊標準，其實會發現，這些規格通常是針對特定應用領域設計，不僅在傳輸效率表現不俗，應用於目標產業的特性表現也相當不錯，但若是遇到需進行不同通訊標準的相互串連設計，上就會顯得困難重重，在推廣與維護作業都顯得十分不容易。

在專用、封閉型工業網路在邁向開放的過程中，其實還有兩個方向可以發展，第一是成立組織，將網路標準規範開放給組織中的參與成員或業者，例如，設備製造商必須為該組織成員，而產品也必須經該組織測試與認證，才能在工業網路系統中被使用；至於第二的發展方向則是透過申請通過國際標準，讓技術應用得到標準背書。

觀察目前工業網路的國際標準，主要為IEC61158，現今共認可了Foundation Fieldbus HSE(Foundation Fieldbus HSE是高速乙太網路或100Mbit/s乙太網路)、WorldFIP、SwiftNet、Interbus、ControlNet、Profibus、P-NET、Foundation Fieldbus H1等八種現場匯流排標準。

而工廠整合需求日益增加，這類專用用途、封閉設計工業網路，發展的途徑則有多種不同方向。例如，通訊標準會持續維持封閉系統架構，維持穩固市場佔有率；其次，是搭配專用設計的閘道器(Gateway)與開放型網路相連；而最常見的發展趨勢，是直接將通訊標準改向開放方向發展，促使其成為業界通用標準。

工廠整合需求日益高漲 工業乙太網路成明日之星

工廠自動化架構不只要整合現場層與控制層，另還需向上擴增至操作與管理層。像是企業資源規劃系統(ERP)、生產製造執行系統(MES)等架構，都要能彼此互相連接溝通生產設備與管理資訊，至於乙太網路在商業環境不斷普及，也讓工廠自動化的向上整合趨勢顯得更加容易。

乙太網路從商用領域開始，但針對特殊環境與惡劣條件的工業應用狀況，現場條件是架構於相對不穩定的基礎，在開發應用時必然還需面對環境適應性進行最佳化設計。就目前來看，多數廠商強調的差異在於穩定、即時性及斷線回復時間(Recovery Time)，其中又以斷線回復時間尤為重要。

在工業控制領域中，網路中斷很可能造成損失，工業乙太網路設備最重要的就是斷線自動回復，而當生產場所遭遇故障斷線，工控網路系統必須在幾微秒(uS)時間內排除故障，並同時恢復原有或備援連線，就算現有故障無法完全排除，完整的系統規劃也要以能自動切換至備援網路運作的目標進行開發。

另外，工業用網路設備在設計上會更重視環境的適應度，包括寬溫、抗震、抗電磁波干擾、防潮、防塵、抗壓等，這些因工業環境特殊所產生的需求，讓工業乙太網路設備的要求比商用設備更嚴苛。

工業通訊產品並不是任何一個廠商都能跨足進入的市場，而乙太網路(Ethernet)近年被大舉導入工業領域，是基於過去工業通訊應用中，各家設備商多選擇發展自己的網路標準，在系統、介面規格搭配總是為了相容性而傷腦筋，此時發展成熟的乙太網路，就成為解決各式系統轉接、整合的最佳選擇方案。

隨著工業乙太網路的普及應用，工廠內每具生產設備各自為政，宛如孤島般相互無法連結的時代已逐漸過去，享有建構在TCP/UDP/IP下的各種應用，例如Web service、FTP、E-mail等，這些優勢正好填補傳統現場匯流排技術不足。乙太網路不僅具備高速傳輸、價格便宜特性，同時還能與未來工業乙太網路結合。