制造市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)日益激烈，精準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)控制成為新世代自動(dòng)化系統(tǒng)的建構(gòu)要因，而負(fù)責(zé)傳輸控制數(shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)匯流排（Fieldbus），就成為各工業(yè)大廠的兵家必爭(zhēng)之地，從市場(chǎng)發(fā)展來看，EtherCAT、Ethernet/IP、ProfiNet、Modbus/TCP、Ethernet/PowerLink、MechatroLink與CC-Link IE是目前七大主流標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)背后都有大型自動(dòng)化廠商的身影，其中多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的前身也都是封閉式架構(gòu)，近年來智慧制造強(qiáng)調(diào)OT與IT整合后，這些大廠開始加入整合元素，讓標(biāo)準(zhǔn)具備開放性特色。

廠商布局有別 工業(yè)通訊主流不一

就應(yīng)用區(qū)域來看，各區(qū)域的工業(yè)通訊標(biāo)準(zhǔn)市占率，會(huì)因制定廠商所在與布局深淺而有不同，西門子運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品經(jīng)理朱軒逸以PROFINET為例，PROFINET的使用者多為歐系自動(dòng)化業(yè)者，再加上西門子全力拓展大陸市場(chǎng)，因此PROFINET成為歐洲與大陸兩大市場(chǎng)的主流標(biāo)準(zhǔn)，而美國(guó)市場(chǎng)則以美商洛克威爾的EtherNet/IP為主。

圖1 : 在各廠商的技術(shù)開發(fā)下，現(xiàn)在各類型標(biāo)準(zhǔn)的速度與精度都已能滿足市場(chǎng)絕大多數(shù)要求，至於開放性則考驗(yàn)各廠商的整體市場(chǎng)布局。（source：Vogel Italia）

至于由三菱電機(jī)所制定的CC-Link IE，除了是日本市場(chǎng)的主流標(biāo)準(zhǔn)外，三菱電機(jī)深耕70年的臺(tái)灣市場(chǎng)，早期也多使用其自動(dòng)化設(shè)備，一路下來，至今仍有大量制造業(yè)者采用其產(chǎn)品，因此CC-Link IE在臺(tái)灣也有高度市占率。

除了CC-Link IE之外，由于臺(tái)灣自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)沒有可主導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)的大型業(yè)者，再加上產(chǎn)業(yè)特性向來訴求彈性服務(wù)，因此在工業(yè)通訊領(lǐng)域發(fā)展出可橋接各種標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，近年來強(qiáng)調(diào)開放性的EtherCAT成為產(chǎn)業(yè)熱門技術(shù)，臺(tái)灣多家工業(yè)電腦廠商也紛紛推出EtherCAT架構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制器。

圖2 : EtherCAT由德國(guó)自動(dòng)化大廠Beckhoff所制定，目前已是運(yùn)動(dòng)控制市場(chǎng)的重要通訊標(biāo)準(zhǔn)。（source：Design News）

觀察脈沖式與匯流排兩種運(yùn)動(dòng)控制架構(gòu)成本，發(fā)展多年的脈沖式因技術(shù)成熟、投入者眾，因此成本較低。不過由于其精度與速度偏低，因此在匯流排架構(gòu)出現(xiàn)后，高階制造業(yè)者就逐漸舍脈沖式，而采用匯流排運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品，而隨著匯流排市場(chǎng)的擴(kuò)大，市場(chǎng)上產(chǎn)品漸多，兩者的價(jià)差也逐漸拉近，再加上其效能優(yōu)勢(shì)，越來越多自動(dòng)化設(shè)備業(yè)者愿意采用匯流排運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品，EtherCAT就是其一。

EtherCAT成運(yùn)動(dòng)控制重要標(biāo)準(zhǔn)

從架構(gòu)面來看，EtherCAT總線網(wǎng)段只是一個(gè)可接收和發(fā)送乙太網(wǎng)路封包的大型乙太網(wǎng)路設(shè)備。但是該設(shè)備不包含帶著下游微處理器的單一乙太網(wǎng)路控制器，而只包含大量的EtherCAT從站，與其它任何乙太網(wǎng)路一樣，EtherCAT不需要透過交換機(jī)就可以建立通訊，因而產(chǎn)生一個(gè)純粹的EtherCAT系統(tǒng)。

EtherCAT協(xié)議優(yōu)化了過程數(shù)據(jù)進(jìn)行，它被直接傳送到乙太網(wǎng)路，或被壓縮到UDP/IP數(shù)據(jù)訊息中，UDP協(xié)議在其它子網(wǎng)中的EtherCAT網(wǎng)段由路由器進(jìn)行尋址的情況下使用，乙太網(wǎng)路可能包含數(shù)個(gè)EtherCAT訊息，每個(gè)訊息專門用于特定儲(chǔ)存區(qū)域，該儲(chǔ)存區(qū)域可編制大小達(dá)4GB的邏輯過程鏡像。由于數(shù)據(jù)鏈獨(dú)立于EtherCAT端子物理順序，因此可以對(duì)EtherCAT端子進(jìn)行任意編址，從站之間可進(jìn)行多點(diǎn)傳送和通訊。

除了符合主站/從站原理的數(shù)據(jù)交換外，EtherCAT還非常適用于控制器之間的通訊，可自由編址的過程數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)變量以及各種參數(shù)化、診斷、編程和遠(yuǎn)程控制服務(wù)，可以滿足眾多要求。

圖3 : 西門子運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品經(jīng)理朱軒逸指出，速度、精度、開放性兼具的PROFINET，適用於智慧制造系統(tǒng)。（攝影／王明德）

在網(wǎng)路拓墣方面，EtherCAT支援絕大多數(shù)拓墣結(jié)構(gòu)，因此現(xiàn)場(chǎng)總線的總線形結(jié)構(gòu)也可用于乙太網(wǎng)路，將總線和分支結(jié)構(gòu)相結(jié)合特別有助于系統(tǒng)布線，由于其通訊埠都位于耦合器上，無需使用附加交換機(jī)，此外也可使用以傳統(tǒng)交換機(jī)為主的星形乙太網(wǎng)路拓墣結(jié)構(gòu)。

采用不同的傳輸電纜可以大幅發(fā)揮布線的靈活性，靈活而低價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)乙太網(wǎng)路插接電纜可透過乙太網(wǎng)路模式或總線傳輸訊號(hào)，光纖則可以用于特殊的應(yīng)用場(chǎng)合，乙太網(wǎng)路頻寬可以結(jié)合交換機(jī)或媒介轉(zhuǎn)換器使用?？焖僖姨W(wǎng)路的物理特性可以使設(shè)備之間的距離達(dá)到100 M，而且EtherCAT系統(tǒng)最多可容納65535個(gè)設(shè)備，因此整個(gè)網(wǎng)絡(luò)幾乎是無限制擴(kuò)充。

藉由EtherCAT，系統(tǒng)可以落實(shí)用傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)所無法達(dá)到的控制，讓總線也可以形成超高速控制回路，以前需要本地專用硬體支援的功能，即可在軟體中運(yùn)作，大量的頻寬資源使任何數(shù)據(jù)可并行傳輸，EtherCAT技術(shù)使得通訊技術(shù)與高效能的工業(yè)電腦無縫相容，總線系統(tǒng)不再是控制系統(tǒng)的瓶頸。

不過EtherCAT的高網(wǎng)速走向，市場(chǎng)也出現(xiàn)不同聲音，朱軒逸就指出，現(xiàn)在多數(shù)工業(yè)通訊標(biāo)準(zhǔn)所提供的傳輸速度，已能滿足目前工控市場(chǎng)需求，而在智慧化趨勢(shì)下，市場(chǎng)要的是與IT系統(tǒng)更高的相容性，這也是西門子全力發(fā)展PROFINET的主因。

PROFINET以開放性滿足智慧化需求

朱軒逸坦言，PROFINET的傳輸速度略慢于EtherCAT，不過此速度已能符合市場(chǎng)需求，而在與IT系統(tǒng)的開放性與整合性方面，PROFINET則遠(yuǎn)勝EtherCAT。他進(jìn)一步指出，智慧制造系統(tǒng)要求OT系統(tǒng)與IT系統(tǒng)互聯(lián)，借此傳輸大量機(jī)臺(tái)數(shù)據(jù)，而此一傳輸必須透過TCP/IP，這時(shí)PROFINET就會(huì)是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的最佳選擇之一，而如果要再往上一層，做到機(jī)臺(tái)全面鏈結(jié)的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，就必須以采用另一種通訊標(biāo)準(zhǔn)TSN強(qiáng)化其傳輸效能。

為了拓展PROFINET的應(yīng)用，由西門子強(qiáng)力支持的ProfiBus & ProfiNet International－臺(tái)灣工業(yè)網(wǎng)路協(xié)會(huì)，近期也動(dòng)作頻頻，透過技術(shù)與資源兩方面的協(xié)助，強(qiáng)化會(huì)員廠商的競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)也任職臺(tái)灣工業(yè)網(wǎng)路協(xié)會(huì)秘書長(zhǎng)的朱軒逸指出，協(xié)會(huì)會(huì)邀請(qǐng)廠商前往漢諾威工業(yè)展等大型展會(huì)參展，一般企業(yè)要參加這類型展會(huì)，參展資格、布置會(huì)場(chǎng)、人員出差等環(huán)節(jié)都需要大筆費(fèi)用，臺(tái)灣工業(yè)網(wǎng)路協(xié)會(huì)則在會(huì)場(chǎng)有專題展區(qū)，讓廠商在里面設(shè)攤，除了大幅降低參展費(fèi)用外，也可借助協(xié)會(huì)的知名度吸引與會(huì)者參觀。

放眼未來走向，速度、精度與開放性，會(huì)是運(yùn)動(dòng)控制既定趨勢(shì)，在各廠商的技術(shù)開發(fā)下，現(xiàn)在各類型標(biāo)準(zhǔn)的速度與精度都以能滿足市場(chǎng)絕大多數(shù)要求，至于開放性則考驗(yàn)各廠商的整體市場(chǎng)布局，現(xiàn)在各標(biāo)準(zhǔn)之間或有落差，不過隨著智慧制造趨勢(shì)的啟動(dòng)，市場(chǎng)需求將快速浮現(xiàn)，因此各廠商都必須全力開發(fā)高相容性運(yùn)動(dòng)控制架構(gòu)，以強(qiáng)化自身產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，進(jìn)而掌握龐大商機(jī)。