利用最佳化工業通訊 實現智慧工廠

四零四科技股份有限公司 市場開發經理 呂百舟

如何將既有設備連網，是實現智慧工廠的重要趨勢。四零四科技市場開發經理呂百舟指出，智慧工廠的運作關鍵，是將設備聯網產生數據，再進行巨量資料(Big Data)分析提供服務，因此智慧工廠的基礎，其實就是物聯網(Internet of Thing；IOT)，再設法結合IT(Information Technology)及IA(Industry Automation)技術。呂百舟引述Cisco調查指出，物聯網市場潛力高達14兆美元，智慧工廠扮演相當重要的角色。

不管是新建工廠或既有工廠，都會安裝各種設備，而且可能使用完全不同的通訊協定，如何讓這些異質設備聯網，是實現智慧工廠的主要挑戰之一。呂百舟指出，工業網路化的需求跟傳統OA網路不太一樣，採購時要多加注意。另外，如何透過無線網路，讓機台不用更動位置或重新佈線就能連上網路，也是實現智慧工廠的重點。

呂百舟認為，要實現智慧工廠，首先是要有效整合Fieldbus。目前大概有60%的設備的通訊協定是支援乙太網路，其中又有三種主要的協定，分別是EtherNet/IP、PROFINET及Modbus TCP，形成Fieldbus的主軸，能否整合這三種通訊協定的設備，也就成為實現智慧工廠相當重要的關鍵。

但在整合的過程中，可能會碰到某些問題，如從PROFIBUS升級到PROFINET，或是從DF1升級到EtherNet/IP，或是在整合系統或異質網路時，都可能會碰到問題。

呂百舟指出，這些問題都可以透過交換器(Gateway)來解決，但要注意幾項整合需求，如Gateway設計要符合工業現場環境需求，必須通過嚴格測試，能夠承受惡劣環境，如溫度、灰塵、防靜電等，而且必須能夠同時處理多個SCADA的需求，還能夠依據特定的要求，及時處理緊急的命令。

應用於智慧工廠的Gateway還必須要容易安裝。呂百舟指出，Gateway必須能提供PLC軟體方便安裝的設計，如用AutoScan可以減少不少步驟，尤其是重複設定的步驟，減少不少拉動的動作，安全可靠又方便。

此外，Gateway也必須能夠提供系統記錄、網路以及電源離線警告，並提供即時的傳輸資料檢測，才能讓管理者能得到及時及預先告警，以便維持智慧工廠的運作。

為了能夠有效整合Fieldbus，呂百舟認為，乙太網路已經實現智慧工廠的主流，目前已有6,000萬個設備支援乙太網路，目前支援頻寬更高達10Gbps，雖然工業環境不需要這麼高的頻寬，但對於未來的擴充性，有著相當可靠的保障，如目前有些交通監控系統要求要加影像加入監控項目，就會需要相當大的頻寬。

值得注意的是，工業等級與商業等級閘道器有不少的差別，呂百舟建議要建構工業用乙太網路，首先要選擇強固的硬體規格，因為工業環境對於當機的容忍度，要比商業環境來得低很多，所以在採購設備時，要特別注意硬體規格是否符合工業要求，如無風扇設計、更長時間的保固等。

如商業等級的閘道器通常都需要風扇，不但需要維護(清風扇灰塵)，有時甚至需要安裝在有空調的環境，會增加不少營運成本，就不適合用在工業乙太網路的環境中。工業乙太網路還需要有快速備援網路技術。呂百舟舉Ring Topology為例，可以讓佈線長度減少許多，備援系統時間也比較快。

直覺簡易的使用介面在工控領域也很重要，但呂百舟認為，習慣命令列介面(Command Line Interface)的使用者，也不能忽略，因此所謂的簡單好用，其實端視使用者需求而定，最理想的方式，是選擇能夠同時支援不同使用介面的系統。

智慧工廠的設備既然連網，免不了也會面臨來自於網路的安全危機，如阻斷服務攻擊(Denial of service)或是趁設備在傳送訊息時，於發送者和接收者之間，暗中讀取、插入及更改訊息等。

為了避免潛在的網路安全危機，呂百舟指出工業乙太網路的設計，一定要做好保護來自於遠端的存取行為，生產線上的關鍵設備更要加強保護設計。為了能夠有效集中資源，呂百舟建議工業網路安全系統架構，可以依循不同的類別規劃不同的頻寬，如整個廠區的頻寬就要比較高，工廠或子區的頻寬規劃就可以比較窄，以提升智慧工廠的網路安全性。

針對既有設備的智慧工廠解決方案，呂百舟認為，因為很難重新佈線，加上設備所在位置可能會有變動，無線網路應用於工控領域，已經愈來愈流行，除了可以減少佈線可能帶來的煩惱外，也可以提升環境建構的適應彈性，更重要的是，無線網路的頻寬及穩定度，近年來已大幅提升，可以符合工業網路的環境要求。