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感测通讯走向数位化 IO-LINK奠定机联网基础
 

【作者: 王明德】2018年07月09日 星期一

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感测技术发展多年,之前由于市场应用成熟,技术进展一度缓慢,近年来物联网市场加温,为因应物联网的不同领域应用需求,感测技术这几年开始有进一步的发展,尤其是在机器联网部分,除了感测器本身有所提升外,通讯传输标准方面,厂商也积极投入新标准的制定与研发。


过去由于应用有限,因此感测技术发展并不快,物联网的兴起让此技术有了截然不同的面貌,以往由于应用领域固定,系统对感测器的需求并不高,只要能正常运作就可以,不过物联网的应用多元,感测器也就必须因应系统需求而有特别设计,尤其是在工业领域,除了效能与功耗外,稳定度向来是重要需求,因此在感测器的封装、传输技术,也会多有要求。


在传输技术部分,目前机联网中,业界公认最具发展潜力的感测通讯标准莫过于IO-Link,IO-Link的主要推动机构是IEC,其目的是希望可以让感测器与控制器之间的传输进阶为数位化与双向化,同时也将数据内容进一步扩大。


IO-Link优势明确

台湾西克(SICK)产品管理经理朱启怀指出,大数据是工业4.0系统的首要建构,透过机联网传回的庞大数据,后端系统的运作才会精准,过去自动化时代的制造系统感测器往往只单纯传递加工物件的讯息,而在IO-Link中,感测器的安装不但不需再调整量程以及校准,感测器状况还可以即时被侦测并修正,并由远端进行设定。


相较于现在的类比式传输,IO-Link在可模组化转换设定、无讯号失真问题、远程参数设定功能、感测器监测功能、不受总线系统限制等部分具有优势。传统感测器无法纪录当初设定的参数,因此当旧有器件故障必须更换新品时,系统管理者必须重新设定一次参数,而一旦参数纪录遗失或管理者离职,后续的制程设定就会受到影响,IO-Link感测器除了本身记录参数,也可在Master端备份参数,当新感测器安装上线时,Master会直接传输参数,大幅缩短产线设定时间。



图1 : 台湾西克(SICK)产品管理经理朱启怀指出,IO-Link感测器可以即时被侦测并修正,并由远端进行设定。(摄影/王明德)
图1 : 台湾西克(SICK)产品管理经理朱启怀指出,IO-Link感测器可以即时被侦测并修正,并由远端进行设定。(摄影/王明德)

除了Master端外,使用者也可把以前的参数记忆纪录于在PLC中,当产线变动时,只要选取之前记忆过的模组,系统就会自动快速的带入对应的参数,而Master端与PLC的参数储存机制,也可让使用者从远端操控IO-Link感测器,提升管理效能。


在讯号失真部分,台湾倍加福(P+F)工厂自动化产品经理张凯杰则表示,传统感测器采用的类比式传输一般须要经过2次讯号转换,在转换过程中,若设备与主控制室的距离越长,就越容易产生干扰,尤其是制造现场若有大输出的马达,其电磁波更容易造成类比讯号的衰减和失真,IO-Link除了采用可抵抗工业现场电磁干扰的24V脉冲讯号外,已经数位化的数据也不会因转换产生失真,将可确保后端所收到的数据品质。



图2 : 台湾倍加福工厂自动化产品经理张凯杰指出,企业可先在局部安装IO-Link感测器,再视成效决定後续的导入动作。(摄影/王明德)
图2 : 台湾倍加福工厂自动化产品经理张凯杰指出,企业可先在局部安装IO-Link感测器,再视成效决定後续的导入动作。(摄影/王明德)

数位化的另一个好处则是让IO-Link可以数位方式精确回馈侦测状况,让管理者可透过其数据掌握感测器状态,并借此进行预防性检查,这除了可确保设备中的感测建置效能最佳化之外,也降低因感测器失效导致系统的无预警停机机率。


在通讯方面,处于工业通讯底层的IO-Link,可透过其Master端,有效链结各类的通讯系统,工厂内的底层设备都可以通过IO-Link发送和接收讯息,让底层设备可互相知道彼此状态,另方面统一了现场传输方式,透过设备描述档规格,让感测、致动设备和系统控制之间具有一致性传输标准,不再受到多种现场汇流排的通讯协议限制。


大厂纷纷投入发展

在上述优势与工业4.0的带动下,各工控大厂都开始着手推出IO-Link产品,工业感测器厂商倍加福(P+F)就提出了Sensorik 4.0概念,张凯杰解释,此概念是因应工业4.0的系统整合需求,让感测器具备联网能力,各生产部件除了与原控制单元互联外,也可与同一网路层中的其他设备横向沟通,目前倍加福的多种感测器都已具有IO-Link介面,后续则会持续强化并扩大这方面的布局。


至于另一工业感测大厂SICK,朱启怀则表示之前在欧洲成立的IO-Link联盟,SICK也是成员之一,在过去亚洲市场仍少有厂商推出相关产品时,SICK在2014年就已推出IO-Link感测器,目前多数产品也都具有此介面。除了IO-Link之外,SICK加强感测传输的资安设计,其产品诉求的标语「Sensor Intelligence」,就将资安问题也涵盖进去,全球的资安协会International Data Spaces Association中,SICK就是成员之一,朱启怀指出,由于过去的制造系统属于封闭性架构,较少有业者注意到资安,不过随着机联网与工业4.0的落实,资安将成为制造业企业主必须严正面对的问题。


除了工业感测器制造商外,半导体大厂ST(意法半导体)这几年也开始强化工业领域布局,技术行销专案经理林进裕指出,ST在感测器的深耕已久,工业也一直是产品的重要应用领域,在IO-Link部分,目前已开始推出相关产品,包括L6260、L6362A等两款单晶片解决方案就设计有IO-Link主连接埠,未来将持续投入研发,提供高品质的工业通讯产品。



图3 : ST技术行销专案经理林进裕表示,ST的L6260、L6362A等两款单晶片解决方案设计有IO-Link主连接埠。(摄影/王明德)
图3 : ST技术行销专案经理林进裕表示,ST的L6260、L6362A等两款单晶片解决方案设计有IO-Link主连接埠。(摄影/王明德)

逐步导入 踏出智慧制造第一步

从技术优势和厂商的积极动作来看,IO-Link的市场已开始启动,虽然在价格方面,IO-Link会比传统感测器高出1倍,不过感测器占整体制造系统的成本比例并不高,因此市场仍可接受,而对制造业者而言,IO-Link的另一个好处是可与旧有系统相容,企业可先在局部安装,再视成效决定后续的导入动作,不必像多数智慧化设备需要一次性的全面汰换,IO-Link感测器可依企业需求逐步建置,在有限资源与风险下,踏出机联网的第一步。


**刊头图(Source: Automation Insights)


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