帳號:
密碼:
CTIMES / 文章 /   
EtherCAT發展迅速 TSN/IO-Link緊追在後
工業通訊戰火日熾

【作者: 王明德】   2017年07月26日 星期三

瀏覽人次:【3028】
  


智慧化成為全球製造業的熱門議題,由於智慧製造系統以工業物聯網為主架構,物聯網的首要條件是系統中各物件的鏈接,因此通訊成為系統建構的關鍵技術,過去製造現場的通訊模式以Fieldbus(現場總線)為主,不過在互通性不足的態勢下,工業乙太網路逐漸崛起,近年來德國Beckhoff公司制定出EtherCAT標準後,快速為市場接受,過去幾年各工業展會中,都可看到廠商推出相關產品。


EtherCAT發展速度加速

事實上,乙太網路在工業領域的布局已至少10年,不過由於即時性的問題未解決,且智慧製造概念仍未成熟,因此市場仍然選擇已發展多年、具有高穩定的Fieldbus,2012年德國提出工業4.0概念,各國紛紛跟進,制定智慧製造政策與時程,在智慧製造系統中,Fieldbus的封閉性缺點被突顯出來,各廠商紛紛制定自己的工業乙太網路標準,EtherCAT就是其一。


EtherCAT以軟體為核心,搭配單一線路,克服傳統工業通訊的複雜配線問題;且EtherCAT資料同步過程的訊號抖動量小、資訊傳輸延遲時間少(小於1微秒)、硬體成本低,相對於其他大廠Beckhoff的規模較小產品線較少,導入EtherCAT產品更願意使用Beckhoff外的自動化設備,加強市場上設備製造商投入研發意願,在技術與市場情勢的相互拉抬下,EtherCAT發展速度逐漸加快。


隨著導入企業的快速增加,NI國家儀器技術行銷工程師吳維翰(圖1)指出,設備製造產業已形成EtherCAT生態圈,包括馬達、I/O、switch、hub…等,包括NI本身的PXI、cRIO、PAC,也都可支援。


不過吳維翰也坦言,EtherCAT雖然根基於乙太網路技術,不過其通訊格式仍與一般商用乙太網路不同,兩者的基礎架構無法共用,在此狀況下若製造現場沿用既有網路,且安規均已申請驗證完成,要再導入EtherCAT,則所有線路就必須重佈,因此除了原有的EtherCAT,NI也開始推動AVnu聯盟制定的另一乙太網路標準「TSN」。


TSN異軍突起

TSN也是近年來相當火熱的乙太網路通訊標準,相較於EtherCAT,TSN並非專為工業領域所設計,而是透過現有的IEEE 802.1與IEEE 802.3標準,


增加一系列的擴展功能,進一步確保其確定性效能。


在工業領域,IEEE也制定TSN相關規範,例如在頻寬管理部分,過去乙太網路要跨入工業領域,最為業者詬病處無疑是訊號延遲問題,製造系統不像一般家用或商用環境,對訊號傳輸有一定程度的延遲容忍度,製造系統的設備運作必須高度精準,方能創造出最佳產能,因此設備間的訊息傳遞必須即時,目前大多數工業乙太網路標準的即時性,都已可達到製造業者的要求,然而在智慧製造概念下,工廠端的OT系統必須與企業端的IT系統互聯。



圖1 : NI國家儀器技術行銷工程師吳維翰指出,TSN在乙太網路頻寬中切出專屬通道,同時保存了IT、OT兩種系統的特色,不必因為製造系統的網路更換。(攝影/王明德)
圖1 : NI國家儀器技術行銷工程師吳維翰指出,TSN在乙太網路頻寬中切出專屬通道,同時保存了IT、OT兩種系統的特色,不必因為製造系統的網路更換。(攝影/王明德)

吳維翰表示,IT系統中的乙太網路建置與OT系統大為不同,IT系統的建置需求為大量資料傳輸,可容許稍微延遲,OT系統的傳輸量不大,不過必須穩定、即時,兩者功能需求不同的乙太網路要互聯,OT端所受到的干擾勢必高於IT端。


在此一問題上,TSN由頻寬管理著手,在乙太網路頻寬中切出專屬通道,系統設計者可自行定義此一通道的封包類型,例如馬達控制器的封包,方可經由此通道傳送,此一作法同時保存了IT、OT兩種系統的特色,不必因為製造系統的網路更換,而重製原有網路系統,此外融合標準網路規格的TSN,未來可以延續標準網路架構,當底層的實體層佈建完成,上層的應用層也可隨時跟上,整體網路的速度可同步提升,而EtherCAT目前仍緊守IEEE 802.3規範。


EtherCAT強化IT鏈結

不過EtherCAT陣營也了解OT與IT整合的重要性,2016年與OPC基金會合作,進一步強化工廠製程到企業資訊系統間的傳輸技術,OPC基金會所主導的技術,即是為業界熟悉的OPC UA,此技術承襲過去的OPC,所不同之處在於大幅強化可靠、安全與互通性,由此看來,OPC UA與定位在即時工業乙太網現場匯流排技術的EtherCAT,可望形成優勢互補局面,企業可利用EtherCAT進行機台設備的控制,同時透過EtherCAT自動化協議(EAP),輕鬆於EtherCAT主站間交換資料,再藉由OPC UA平台,經由資料加密傳輸的方式,將工業現場的資訊安全可靠地傳遞到MES、ERP等企業資訊系統,甚至是雲端。


智慧製造帶動IO-Link崛起

全球市場消費型態近年來快速轉變,以往大量化的標準化產品逐漸被少量客製化取代,此一轉變順勢帶動了製造業智慧化的浪潮,面對此一變革,意法半導體(ST)技術行銷經理Giuseppe Di Stefano(圖2)指出,ST長期深耕工業領域,近年來各類工業乙太網路通訊標準競逐市場,在眾多標準中,ST看好IO-Link,並已有相關布局。



圖2 : 意法半導體技術行銷經理Giuseppe Di Stefano(左)與Natale Testa(右),均相當看好IO-Link的發展。(攝影/邱倢芯)
圖2 : 意法半導體技術行銷經理Giuseppe Di Stefano(左)與Natale Testa(右),均相當看好IO-Link的發展。(攝影/邱倢芯)

Giuseppe Di Stefano表示,第3次工業革命帶動IT技術的導入,讓生產管理更容易,目前正發生的則是利用實體網路、通訊與物聯網控制生產,同時也讓生產數據更即時、透明、完整;工業4.0大幅提升生產效率與和善的管理介面、回饋與需求更具彈性、更好與更友善的使用者操作經驗、收集更多的產線資料以達成大數據與資料分析。


IO-Link將成工業物聯網新寵

IO-Link由各大型感測器、致動器和控制器製造商所研發制定,是一種標準化且與現場總線無關的介面,適用於自動化領域,因此毋須複雜尋址即可實現點對點連接,以前僅限用於簡單地開關類比信號的二進制開關,也可透過IO-Link應用於智慧感測器中,Natale Testa指出,IO-Link的優點包括容易與現有的的現場總線鏈接、可全面執行感測器和執行器功能、不需要更改現有網路架構,只需在架構中導入IO-Link就可改善系統。


Natale Testa表示,在智慧製造概念下系統中的所有設備都必須具備感測與連網功能,感測器擷取設備訊號後,再經由通訊技術將相關訊息傳送至後端,而自動化與智慧化的最大區別,就是OT與IT系統的鏈接,過去工業自動化的訊息擷取的連接,由於通訊標準不同,多僅止於製造端的OT系統,並未與企業管理端的IT系統連接,但在工業4.0架構下,OT與IT的整合勢為必然,而兩者要互連,通訊標準必須相同,這也是近年來乙太網路標準成為工業領域顯學的原因。


**刊頭圖(Source:iyTimg)


相關文章
落實數位製造 Digital Twin讓虛實同步
提供更好用戶體驗 才是發展5G通訊的真正意義
Apple Watch Series 3的技術與功能剖析
模組化儀器主流歸於PXI規格
高彈性、低成本為PXI架構優勢
comments powered by Disqus
相關討論
  相關新品
Pad(MID) SiP Turnkey Solution
原廠/品牌:鉅景
供應商:鉅景
產品類別:RF
  相關新聞
» 系統難整合 台灣智慧醫療發展困境難解
» 精聯TB128工規平板電腦 獲德國最高榮耀設計獎
» 智慧技術紛紛導入 倉儲物流效能倍增
» 隨意調節玻璃亮度 液晶技術打進智慧建築市場
» 浩亭創史上最高營業額 亞太和美洲增幅最大
  相關產品
» NI 發表為個別插槽提供 58 W 功率與冷卻功能的 PXI 機箱
» igus e-rib浪管洗統 獨特卡箍防止浪管在運動時橫向偏移
» 台達進階網路型人機介面DOP-100系列
» 北爾X2 series人機介面 針對各種製造環境
» 意法半導體先進圖像防震陀螺儀讓下一代智慧型手機具備光學防手震技術

AD


刊登廣告 新聞信箱 讀者信箱 著作權聲明 隱私權聲明 本站介紹

Copyright ©1999-2017 遠播資訊股份有限公司版權所有 Powered by O3
地址:台北市中山北路三段29號11樓 / 電話 (02)2585-5526 / E-Mail: webmaster@ctimes.com.tw