工業(yè)4.0與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）所帶動(dòng)的數(shù)位化趨勢(shì)已經(jīng)充分反映在工業(yè)自動(dòng)化科技上。生產(chǎn)工廠的面貌逐漸改變，工業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)所開(kāi)始網(wǎng)路化，除了廠房彼此之間會(huì)進(jìn)行通訊，連網(wǎng)的范疇還擴(kuò)及廠房和公司其他部門或什至跨公司。各界可以透過(guò)狀態(tài)監(jiān)控以及機(jī)具安裝與技術(shù)系統(tǒng)的最佳化來(lái)提高整體生產(chǎn)效率。而若是想要落實(shí)這些作為，企業(yè)所有參與各方，包括人員和機(jī)具都需要持續(xù)通訊，以及交換龐大的資料以及各式各樣的參數(shù)。

圖1 : 網(wǎng)路化工廠各叁與方的應(yīng)用范例

圖2 : 從簡(jiǎn)單類比感測(cè)器轉(zhuǎn)型到智慧型感測(cè)器。智慧型類比感測(cè)器包含完整的訊號(hào)鏈以及處理單元

以往連結(jié)功能的規(guī)劃相對(duì)較為容易–各種系統(tǒng)的類比感測(cè)器訊號(hào)先傳送到一個(gè)中央控制器，然后進(jìn)行數(shù)位化–在工業(yè)4.0時(shí)代，數(shù)位化的工作逐漸轉(zhuǎn)移到感測(cè)器。建置所謂聰明智慧型感測(cè)器，并整合在復(fù)雜網(wǎng)路的任何位置，它們就能在網(wǎng)路上傳遞數(shù)位格式的物理數(shù)據(jù)。如圖2所示，除了感測(cè)各種量測(cè)參數(shù)，這種智慧感測(cè)器還整合了大部分的訊號(hào)調(diào)節(jié)以及處理功能，并全部裝入在一個(gè)元件外殼內(nèi)。

此外，智慧感測(cè)器通常已配備匯流排介面。量測(cè)參數(shù)經(jīng)過(guò)數(shù)位化，系統(tǒng)就能以更快的速度傳送更多的資料。另一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，則是其更強(qiáng)固的訊號(hào)傳輸。透過(guò)數(shù)位訊號(hào)傳輸，即可減少、甚至完全避免訊號(hào)內(nèi)容變動(dòng)或干擾。

在理想狀況下，支援匯流排的感測(cè)器還能透過(guò)隨插即用（plug and play）的模式連上網(wǎng)路，這意謂著，控制單元會(huì)自動(dòng)偵測(cè)到感測(cè)器。如果有某個(gè)感測(cè)器失效，其他感測(cè)器仍可繼續(xù)運(yùn)作。

然而，上述目標(biāo)全都需要一個(gè)全面覆蓋、高度可靠、即時(shí)性的網(wǎng)路，從個(gè)別感測(cè)器與致動(dòng)器一路涵蓋到機(jī)具以及最后的完整系統(tǒng)。乙太網(wǎng)路–特別是工業(yè)乙太網(wǎng)路–已成為通訊標(biāo)準(zhǔn)的其中一個(gè)關(guān)鍵環(huán)結(jié)。相較于先前的現(xiàn)場(chǎng)匯流排，工業(yè)乙太網(wǎng)路提供許多關(guān)鍵性的優(yōu)點(diǎn)，像是透過(guò)共用傳輸媒體高效率與同步傳輸大量資料。此外，工業(yè)乙太網(wǎng)路營(yíng)造出了新的可能性，建構(gòu)出一致性的通訊傳輸，并針對(duì)確定性傳輸制定出各種即時(shí)延伸規(guī)范，進(jìn)而補(bǔ)強(qiáng)既有乙太網(wǎng)路的功能。

針對(duì)這種類型應(yīng)用，ADI（Analog Devices）推出了即時(shí)乙太網(wǎng)路多重協(xié)定（REM）交換器晶片系列，fido5000已于去年問(wèn)市。此系列產(chǎn)品嵌入型處理器兩個(gè)支援TSN的乙太網(wǎng)路埠，能組建包括線型、環(huán)狀、以及冗余星型等網(wǎng)路拓?fù)洹４送猓魏蝖ost主控端處理器都能透過(guò)其可設(shè)定記憶體匯流排介面連到交換器晶片。 fido5000 REM交換器具備充裕彈性，能支援每一版現(xiàn)有的工業(yè)乙太網(wǎng)路協(xié)定，讓開(kāi)發(fā)業(yè)者設(shè)計(jì)的產(chǎn)品能符合未來(lái)的需求，因應(yīng)持續(xù)演化的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

JUMO Group是一家位于德國(guó)富爾達(dá)（Fulda）市家族經(jīng)營(yíng)的國(guó)際企業(yè)，該公司成功實(shí)現(xiàn)上述以及其他優(yōu)點(diǎn)。 JUMO為包括食品、空調(diào)、機(jī)械工程、化學(xué)與制藥、包裝、水資源與廢水等產(chǎn)業(yè)的物理/化學(xué)數(shù)值量測(cè)、控制、分析等應(yīng)用研發(fā)與制造各種產(chǎn)品以及系統(tǒng)解決方案。這些產(chǎn)業(yè)必須透過(guò)大型網(wǎng)路傳遞各式各樣的流程資料。而這方面正是fido5000的理想應(yīng)用，同時(shí)也為此它會(huì)用在JUMO最新開(kāi)發(fā)的DICON touch。

JUMO DICON Touch

DICON touch是一款雙通道處理與程式控制器，能透過(guò)TFT彩色圖形螢?zāi)惠敵鲇跋瘢约巴高^(guò)觸控介面直覺(jué)操作。除了提供RS-422/RS-485 MODBUS RTU、乙太網(wǎng)路、以及PROFIBUS DP等這些先前已配備的介面外，最新推出的DICON touch還能透過(guò)PROFINET控制器進(jìn)行連結(jié)與通訊。這項(xiàng)功能歸功于其內(nèi)部整合fido5000雙埠交換器，其讓用戶能采用各種簡(jiǎn)單的網(wǎng)路拓?fù)溥M(jìn)行組建。網(wǎng)路應(yīng)用已整合的功能，包括評(píng)估登錄資料、設(shè)定組態(tài)、以及線上視覺(jué)化的網(wǎng)頁(yè)伺服器功能，可配合PROFINET進(jìn)行即時(shí)資料交換。遵循PROFINET標(biāo)準(zhǔn)加上和各家制造商的應(yīng)用程式相容，都確保產(chǎn)品能通過(guò)驗(yàn)證。

圖3 : DICON touch 雙通道流程與程式控制器━首款配備PROFINET介面的JUMO產(chǎn)品

ADI與JUMO長(zhǎng)年持續(xù)合作。 ADI 在2016年藉由并購(gòu) Innovasic 拓展本身在工業(yè)乙太網(wǎng)路的版圖。 ADI借此讓客戶跨入各種工業(yè)乙太網(wǎng)路應(yīng)用－證明與JUMO的合作對(duì)兩家企業(yè)的關(guān)系產(chǎn)生了正面影響。在JUMO的協(xié)助下，ADI的角色從原本個(gè)別元件供應(yīng)商轉(zhuǎn)型成真正的設(shè)計(jì)伙伴。 ADI協(xié)助JUMO以高度專業(yè)的模式針對(duì)旗下多通道流程與程式控制器JUMO DICON touch著手開(kāi)發(fā)PROFINET介面。這類的合作為伙伴提供工業(yè)4.0領(lǐng)域的全方位專業(yè)，因應(yīng)最新技術(shù)趨勢(shì)，以及在初期階段及早克服各種艱巨挑戰(zhàn)。

透過(guò)跳脫各界對(duì)傳統(tǒng)半導(dǎo)體廠商的認(rèn)知，突破矽晶技術(shù)的疆界，在軟體、系統(tǒng)專才、以及專業(yè)知識(shí)領(lǐng)域挹注可觀投資。這些知識(shí)進(jìn)一步整合到功能組合，從感測(cè)器到云端，涵蓋完整的訊號(hào)鏈。各種挑戰(zhàn)都能在系統(tǒng)層面有效解決，因此不僅能加快開(kāi)發(fā)流程，產(chǎn)品上市時(shí)程也會(huì)隨之縮短，廠商能提前開(kāi)發(fā)下一代產(chǎn)品借以取得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

在 DICON touch 研發(fā)過(guò)程中，ADI 特別推出一款解決方案，在乙太網(wǎng)路協(xié)定 PROFINET的基礎(chǔ)上著手設(shè)計(jì)所有元件。當(dāng)時(shí)面對(duì)的挑戰(zhàn)是元件必須盡可能通用，為顧客創(chuàng)造大量的可能性。為此 DICON touch 開(kāi)發(fā)成一項(xiàng)功能強(qiáng)大的模組化概念：簡(jiǎn)單的擴(kuò)充卡，內(nèi)建標(biāo)準(zhǔn)乙太網(wǎng)路的實(shí)體層元件，或是配備PROFINET功能的延伸外掛介面卡。 Klaus Otto指出，在研發(fā)過(guò)程中，我們特別專注在一種PROFINET解決方案，當(dāng)時(shí)市面上還沒(méi)有具備這種功能的產(chǎn)品。

除了 fido5000 REM 交換器晶片，整合式 RapID 平臺(tái)還用來(lái)開(kāi)發(fā) DICON touch。這款以fido5000為基礎(chǔ)的完整解決方案展現(xiàn)嵌入式設(shè)計(jì)的能力。它結(jié)合 fido5000 交換器晶片、通訊處理器、JTAG 介面、實(shí)體層元件、以及各種記憶體，包括像快閃、SDRAM EEPROM等，所有元件全部嵌在一片機(jī)板。下一代的 RapID 平臺(tái)還將搭載更強(qiáng)大且更省電的 ARM Cortex-M4 作為通訊協(xié)定處理器，用戶可根據(jù)本身需求在這個(gè)晶片上建置額外的處理功能。

在 DICON touch 的開(kāi)發(fā)方面，RapID 平臺(tái)的現(xiàn)有屬性，像是預(yù)先驗(yàn)證工業(yè)乙太網(wǎng)路協(xié)定，都是 JUMO 注重的特性。能在 RapID 平臺(tái)下載包括電路圖與布線資料等所有相關(guān)資訊，讓用戶省下可觀的研發(fā)時(shí)間。

RapID 另一項(xiàng)有趣功能，同時(shí)也出現(xiàn)在DICON touch的功能就是整合式網(wǎng)頁(yè)伺服器，能用來(lái)輕易讀取或修改各種網(wǎng)路參數(shù)以及輸入/輸出資料。另外，用戶還能透過(guò) RMII 與I2C介面設(shè)定實(shí)體層元件。此外，由于韌體已鏡射復(fù)制到 DICON touch，因此在開(kāi)機(jī)后系統(tǒng)就能更新 PROFINET 模組。

圖4 : 采用fido5000的RapID平臺(tái)已推出評(píng)估套件

因此，RapID平臺(tái)針對(duì)DICON推出的彈性組態(tài)，讓客戶能進(jìn)行韌體更新以及網(wǎng)路存取。此外，在 DICON touch 的研發(fā)方面，創(chuàng)意空間完全沒(méi)有限制。舉例來(lái)說(shuō)，PROFINET 其中一項(xiàng)重要功能標(biāo)準(zhǔn)LED閃光，該功能并非建置在電子元件。 DICON touch 配備完整的LCD 顯示器就具備閃光功能。

在 DICON touch 的研發(fā)方面，網(wǎng)路安全也扮演關(guān)鍵觸角。對(duì)于工業(yè)控制器而言，沒(méi)有辦法用萬(wàn)用型解決方案來(lái)維護(hù)網(wǎng)路安全。防護(hù)較全面的作法必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。 ADI的安全策略側(cè)重在盡可能讓所有乙太網(wǎng)路元件都安全無(wú)虞。因此目前的工業(yè)乙太網(wǎng)路以及 TSN 時(shí)效性網(wǎng)路解決方案成為公司安全研發(fā)的其中一項(xiàng)焦點(diǎn)。以fido5000為基礎(chǔ)的RapID 平臺(tái)補(bǔ)強(qiáng)多項(xiàng)安全功能，提供包括密鑰管理、安全開(kāi)機(jī)、安全更新、以及安全記憶體存取等機(jī)制，協(xié)助抵御各種網(wǎng)路攻擊。

總結(jié)

透過(guò) fido5000 使用以及RapID平臺(tái)為伙伴的各種應(yīng)用提供解決方案，以因應(yīng)未來(lái)的各種需求，包括即時(shí)功能、可靠度、安全等。借此不僅為客戶提供產(chǎn)品，更促成合作或支援其研發(fā)工作的可能性。