工業無線網路 打造工廠不受「線」環境
- DIGITIMES企劃
-
由於工廠的自動化設備必須即時傳輸與控制，因此大多採用有線的解決方案，例如序列埠或工業乙太網路。至於工廠內的其他設備，像是監控設備、感測裝置、各式看板、需要走動的環境、不便牽線的地方，則大多採用無線解決方案。
而為了讓通訊穩定、順暢、即時，並兼顧資訊安全，廠商提供了許多工業無線網路的產品，讓工廠規劃人員在工業網路的佈線中，不再受「線」制…
以有線為基礎 以無線延伸工業網路環境
製造業的工廠多是集中在廣大的工業用地內，廠房的設計大多配置各種電纜線(如電線、電話線、網路線)，而不同產業的作業環境也不同，有戶外、室內，或惡劣環境下，比一般辦公室的室內環境嚴峻許多，因此工業級的產品都必須符合嚴苛的環境，且能長時間穩定運作。然而工廠在興建時，許多配線都已經固定住，日後設備擴充時，有線網路常有不敷使用或難以拉線到達的地方，此時工廠就可以考慮使用無線網路的解決方案。
無線網路的主要好處，就是「免牽線」、「傳輸距離廣」，以無線區域網路(WLAN)為例，從甲地到乙地的傳輸範圍就有幾十公尺，若搭配工業級的無線網路裝置與信號夠強的天線，傳到幾公里以外的地方都不是問題。要是搭配電信網路，甚至相隔遙遠的郊區廠房，都可以透過無線的方式來串連。
此外，由於導入工業乙太網路(Industrial Ethernet)之後，其優點就是具備樹狀(Tree)、環狀(Ring)和光纖(Optical)或電氣(Electrical)雙絞線網路等特性，不僅傳輸速度快且擴充彈性佳。其延伸出來的無線網路(Wireless)亦為通訊產業標準，能夠與既有的工業乙太網無線接軌，發揮更大的效用。
無線網路傳輸 打破場域限制
工業有線乙太網路(Industrial Ethernet)主要應用在需要即時反應的自動化生產設備，提供幾近零時差的同步需求。至於工業無線(Industrial Wireless)網路，則是由LAN延伸至WLAN，適合應用在非即時反應？同步的場域。例如不易安裝配線、缺乏設置收線捲軸器空間、需要移動性操作設備的工作場域，導入WLAN，不僅能節省空間，省下佈線的繁瑣事務與成本，並可滿足企業即時性需求等優勢。
工業無線網路的應用範圍很廣，像是工廠內的AGV(Automated Guide Vehicle；自動導引無人搬運車)、搬運車遙控狀態回報、無線天車、自動化控制(PLC)、POS連網、CNC加工、加工生產資料即時回報、個人化移動性機台操作器？維修設備等等，都能簡單地整合至自動化控制平台中，讓操作人員與管理者能夠輕易透過LAN或WLAN來統一管控。
再者，工廠裝設監控、感測、預警系統的作法也行之有年，主要目的就是偵測工廠環境是否受到外在因素的變化，進而立即阻斷以防危機產生，例如火災、氣壓、人為的竊盜、操作失誤等等。過去這些都採用有線的設計，只能偵測定點的環境。
如今安控產業推出各種無線監控產品，其監視的影片能以Wi-Fi方式傳到中央電腦系統，警衛人員就能即時掌控工安狀況，維護工廠環境，保障人身安全，並掌握產線製程的狀況，必要時還可能從遠端來調整警示區域或發出警鈴。
由於無線能符合臨時性安裝、設定、使用的需求，因此可彈性移動監看位置，進而改善工安。至於室外的監控與感測環境，尤其是大型場域(如水庫、發電廠、煉油廠、鋼鐵廠、造船廠、機場、農地、森林區…等)地區，這些地方常常需要長期的環境監控，例如機械溫度、電力輸出品質、用電量收集、水庫水位、氣象、風力、溫？濕度、氣壓、空氣品質…等)，可能地處險峻環境或腹地龐大，不利佈線，因此監控地點大多設置在比較遠處的地方，且傳送距離較長，WLAN不見得能滿足到這樣的需求。
因此若企業對於這樣的監控數據沒有即時性的需求，可忍受較長的延遲時間，或能接受每幾秒傳送一次，這時候就可選擇WWAN (如GPRS、3G、4G)來解決。
工業無線網路設備 滿足工廠嚴峻環境
一般無線網路設備並不適用於工廠環境，因為工廠的環境通常較為惡劣，需要連接性佳、穩定性高、強固設計等需求，因此工業無線網路產品，必須提供更高可靠性，並能確保最低的干擾影響，以適用於工廠環境。也由於工廠設置無線網路的需求日益增加，讓工業級無線網路設備的市場蓬勃發展。
工業級的無線網路設備，大多採用強固型設計，產品上會標示符合IPxx的防水/防塵等級，並有安裝固定孔(mounting hole)能釘在牆上。以無線網路接取器產品為例，許多採用金屬材質，提供快速散熱、抗震、防搖晃、甚至可以在潮濕、寬溫的環境下運作，抵禦高低溫或高濕氣的場域環境。
工業無線網路設備依照市場的需求，有推出Wi-Fi AP/Router、Wi-Fi Bridge、Mesh AP等產品，在功能方面，工業網通設備還具備AP(存取點)、Client(用戶)、Repeater(中繼器)、Bridge(橋接)等模式選擇，並有遠端登入與監控等功能。
功能基本上跟一般商用的網通設備相似，但工業用的產品會注重在傳輸能力、穩定性與擴充性。如在射頻規範部分，能支援802.11a/b/g/n/ac等無線網路標準，並內建IPv6、VLAN等基本功能。
有些具備多模、MIMO (2T2R/3T3R)等多重天線、多角度的收發能力，並可選購功率放大天線，來增加傳輸距離。有些還提供擴充模組，升級到能插入SIM卡，以GPRS/3G/4G LTE等方式來傳輸資料。
在連接孔部分，以工業路由器產品為例，都具備100Base-TX或1000Base-TX (Gigabit Ethernet)的連接孔，可以透過一般CAT-3或CAT-5的網路線來連接。有些產品還會另外提供RS-485/232/422等連接埠，以利工業自動化設備的連接之用。
電力設計方面，大多工業網通產品都具備PoE (Power over Ethernet；乙太網供電)連接埠的備援電力設計，提供一到多組「受電端」的PD(Powered Device)埠，能透過乙太網來供電並運行。有些產品本身就具備「供電端」的PSE (Power Sourcing Equipment)埠，能夠供應電力給其他支援PoE的裝置，例如網路電話、無線基地台、網路攝影機、集線器、嵌入式電腦等等。
新一代提供PSE埠的工業網通產品，幾乎能符合IEEE 802.3at-2009的PoE規範(又稱為PoE+；PoE Plus規範)，可提供25.5瓦的電力(即PSE端提供50？57V/600mA直流電，每埠至少30W的功率，經過100米CAT-5電纜線後，PD端可收到至少25.5W)。
相較於傳統的802.3af-2003規範，只保證提供15.4瓦的直流電力(即 PSE端提供44？57V/350mA直流電，每埠可提供至少15.4W功率，經過100米CAT-3的電纜線後，因網路雙絞線電力損耗，使PD端可收到的穩定功率只到12.95W)來說，新的PoE+能供應更大、更穩定的電流，以支援需要更大電力的高速無線網通產品。
至於工廠的短距無線網路應用中，以感測網路的閘道器(Gateway)產品為例，則提供物聯網(Internet of Things；IoT)、工業無線感測網路(Industrial Wireless Sensor Networks；IWSN)專屬的ZigBee、Z-Wave、WirelessHART或ISA100等短距無線傳輸協定，以蒐集從各個節點傳來的感測資料，搭配工業路由器產品，將資料傳至工廠監控端的SCADA網路。
在產品標示方面，除了符合各國安規之外，許多產品都會標示能支援的無線頻段，並標示各波段的射出功率與收訊能力，另外還會標示操作模式、支援的通訊協定、作業環境(溫濕度)、其他網路相關功能等詳細資訊。有些廠商還會提供傳輸距離的試算公式，讓工廠人員能依照場域的實際需求，來選購適合的工業無線產品。
