這幾年智慧工廠概念帶動的整合風潮，讓乙太網(wǎng)路成為工業(yè)領(lǐng)域的重要通訊技術(shù)，除了共通性的要求之外，連線企業(yè)後臺資訊系統(tǒng)如製造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)、企業(yè)資源規(guī)劃(ERP)、產(chǎn)品生命週期管理(PLM)及客戶關(guān)係管理(CRM)等的整合性需求，透過系統(tǒng)的整合規(guī)劃，靈活調(diào)整資源，迅速進行生產(chǎn)作業(yè)，達到生產(chǎn)IT化，降低人工作業(yè)，催生工業(yè)「智慧化」的崛起。

智慧化需求 整合前後端成重點

這也造成製造智慧化的新一波熱潮，尤其在2013年德國在漢諾威自動化展以第四次工業(yè)革命為題，啟動工業(yè)4.0計畫後，生產(chǎn)模式將由批次量產(chǎn)轉(zhuǎn)向接單後生產(chǎn)，落實智慧生產(chǎn)(Smart Production)、綠色生產(chǎn)(Green Production)、都市生產(chǎn)(Urban Production)。

當然，此一趨勢並非近期才有，隨著產(chǎn)業(yè)裝備及流程工業(yè)的諸多需求的變化，但由於設(shè)備層控制需要即時控制，乙太網(wǎng)路會有封包碰撞的問題，即時性不如傳統(tǒng)匯流排技術(shù)，但匯流排技術(shù)在快速生產(chǎn)上已逐漸不符需求，2001年貝加萊推出的POWERLINK之後，目前工業(yè)乙太網(wǎng)路藉由特殊即時技術(shù)，整合運動控制等相關(guān)控制應(yīng)用；接著如SIEMENS的PROFINET技術(shù)，Rockwell則在原有的DeviceNet和ControlNet技術(shù)上發(fā)展了Ethernet/IP技術(shù)，而Bosch Rexroth則繼續(xù)沿用SERCOS應(yīng)用層和標準乙太網(wǎng)路的SERCOSIII，除此之外EtherCAT、SyqNet及CC-Link IE等不同工業(yè)乙太網(wǎng)路技術(shù)百家齊鳴。

圖1 : 智慧工廠帶動整合風潮後，乙太網(wǎng)路導入工控領(lǐng)域的速度越來越快。(攝影／王明德)

工業(yè)級乙太網(wǎng)路導入工業(yè)環(huán)境的速度相當快，但高頻寬的應(yīng)用主要仍在影像傳輸部分，一般認為工業(yè)乙太網(wǎng)路導入系統(tǒng)的最大好處，還是在系統(tǒng)穩(wěn)定上，有相當大的助力。

@Quote：生產(chǎn)系統(tǒng)首重穩(wěn)定，一切的設(shè)計考量必須以此為優(yōu)先。

在工業(yè)通訊面向上，即時通訊的確佔據(jù)主導地位，但以短期內(nèi)來看，以乙太網(wǎng)路維架構(gòu)的即時通訊，仍然不會存在某項技術(shù)能夠一統(tǒng)天下的局面，畢竟傳統(tǒng)的匯流排技術(shù)仍佔據(jù)主流，因此這項技術(shù)在目前狀況下，未來幾年繼續(xù)存在的可能性仍相當?shù)酶撸弦姨W(wǎng)路與現(xiàn)場匯流排的技術(shù)仍是主要的模式。

目前乙太網(wǎng)路在工業(yè)領(lǐng)域多建置在管理層，底層如感測器、儀表，還是使用匯流排技術(shù)，不過也有廠商將乙太網(wǎng)路延伸到控制層，例如加大頻寬，降低封包的碰撞機率，或者提供不同的即時技術(shù)來滿足即時通訊的需求，像POWERLINK、PROFINET、Ethernet/IP均採用了獨立幀技術(shù)，即每個主站和從站均發(fā)送標準的乙太網(wǎng)數(shù)據(jù)包來進行即時溝通，而SERCOSIII和EtherCAT則採用了稱之為集束幀的傳輸機制。

不過這兩者並無孰優(yōu)孰劣的問題，選擇即時乙太網(wǎng)路技術(shù)必須通盤考慮，不僅考量技術(shù)的性能與功能設(shè)計，也要基於自身市場的定位來選擇合適的技術(shù)，這必須考慮市場的未來動態(tài)發(fā)展，以及實現(xiàn)的難易、成本、技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新、以及可以提供的技術(shù)支撐，但相較於應(yīng)用的需求，通訊介面的「開放性」或許是更重要的考慮因素。

由於工業(yè)乙太網(wǎng)路的開放性保持，是自動化廠商必須強調(diào)的特性，加上高規(guī)格的工業(yè)乙太網(wǎng)路協(xié)定，對於自動化系統(tǒng)的創(chuàng)新與發(fā)展將造成阻礙，如果在規(guī)劃時就將系統(tǒng)限定在一定範圍，工業(yè)乙太網(wǎng)路的即時性與穩(wěn)定性即可兼顧，這也是不同市場思維所造成的解決方案呈現(xiàn)。

工業(yè)通訊吹起整合風

就市場定位來看，目前工業(yè)通訊仍被視為自動化系統(tǒng)的一環(huán)，主要用來作為作業(yè)現(xiàn)場中設(shè)備之間的鏈接，不過自動化系統(tǒng)一直以來都為國際型大廠各自發(fā)展，系統(tǒng)規(guī)格各自不同無法相容，因此扮演工業(yè)通訊要角的現(xiàn)場總線（Fieldbus）也出現(xiàn)各種規(guī)格，例如SIEMENS的PROFITBUS、MITSBISHI的CC-LINK都是其一，長期以來這些Fieldbus稱職的扮演了現(xiàn)場的訊息傳遞角色，也讓製造設(shè)備的聯(lián)繫更為緊密。

自動化系統(tǒng)一路演進，為追求更高效率與附加價值，系統(tǒng)整合已然成為市場重要趨勢，就架構(gòu)來看，過去的自動化製造系統(tǒng)只分為現(xiàn)場、控制兩層，而Fieldbus就做為這兩層之間的訊息傳遞橋樑。

然而若就效率面來看，只有現(xiàn)場層與控制層的自動化架構(gòu)，其效率已達飽和，要提升附加價值，必須再擴大系統(tǒng)層次，在此概念下，長期以來在消費端的PC技術(shù)被延用到工業(yè)領(lǐng)域，整體架構(gòu)也多了操作層、管理層，其中操作層負責整合控制端設(shè)備，管理層則是企業(yè)e化軟體如MES或ERP，由於操作層、管理層採用PC架構(gòu)，不再用Fieldbus來鏈接，而採用乙太網(wǎng)路，這也是這幾年工業(yè)乙太網(wǎng)路成長迅速的主因。

不過自動化系統(tǒng)架構(gòu)的擴展，也讓通訊標準成為問題，現(xiàn)場層、控制層使用Fieldbus，而操作層、管理層使用乙太網(wǎng)路，要使這四層成為一體，彼此之間的通訊必須能互連，在此狀況下，就出現(xiàn)了專門生產(chǎn)各種Fieldbus與乙太網(wǎng)路的Converter廠商，因此業(yè)界人士指出，就是 Fieldbus紛亂規(guī)格造就了臺灣工業(yè)通訊廠商的競爭優(yōu)勢。

解決即時性問題 乙太網(wǎng)路站穩(wěn)控制市場

圖2 : 乙太網(wǎng)路以往在工控應(yīng)用時，會有即時性不足的缺點，不過近年來各廠商採取不同作法解決此問題，西門子的PROFITNET就是一例。(Source: SIEMENS)

要解決四層架構(gòu)中的通訊問題，除了臺灣廠商提出的各種產(chǎn)品外，制定各種Fieldbus的廠商也紛紛提出解決方案，不過與臺灣廠商不同的是，這些原廠的方案是不再使用Fieldbus，而將乙太網(wǎng)路直接貫穿到現(xiàn)場層、控制層，稱之為工業(yè)乙太網(wǎng)路，例如Modbus TCP、EtherCAT、乙太網(wǎng)路 powerlink、PROFITNET等。

@Quote：選擇即時乙太網(wǎng)路，不僅考量技術(shù)的性能與功能設(shè)計，也要基於自身市場的定位來選擇合適的技術(shù)。

乙太網(wǎng)路過去在工業(yè)控制的應(yīng)用瓶頸主要來自於即時性不足，由於乙太網(wǎng)路的訊息為隨機碰撞，無法預(yù)期下次的碰撞時間，因此在傳遞時間上會有所延遲，為了改善此一問題，業(yè)者紛紛採用各式作法，例如西門子的PROFITNET就重新制定封包型態(tài)，並於頻寬中切割出一條控制封包專用頻帶，讓此封包不再採碰撞式傳遞，而達到自動控制系統(tǒng)的即時要求。

PROFITNET解決了自動化通訊系統(tǒng)不同層次之間的隔閡問題，除了減少以往需另購的Converter成本外，也透過單一通訊標準，讓系統(tǒng)整合更為緊密，吳順裕認為這種工業(yè)專用的乙太網(wǎng)路架構(gòu)，將是未來自動化系統(tǒng)的既定趨勢。

PoE跨入工業(yè)領(lǐng)域 提升系統(tǒng)附加價值

除了利用乙太網(wǎng)路原本的技術(shù)優(yōu)勢外位系統(tǒng)加分外，近年來乙太網(wǎng)路另外發(fā)展出來的相關(guān)技術(shù)，若應(yīng)用到工業(yè)控制領(lǐng)域，也會產(chǎn)生不同的附加價值，最近的案例就是PoE(Power over 乙太網(wǎng)路)。

根據(jù)維基百科的解釋，PoE是一個可以在乙太網(wǎng)路中透過雙絞線來傳輸電力到裝置上的技術(shù)，透過這項技術(shù)，可以供電給網(wǎng)絡(luò)電話、無線基地臺、網(wǎng)絡(luò)攝影機、集線器、電腦……等等不方便另外架設(shè)電源線的裝置，這項技術(shù)常常被跟同樣也是在同一條電纜上接收電源與資料的傳統(tǒng)電話網(wǎng)絡(luò)(POTS)來對照，POE不需要更改乙太網(wǎng)絡(luò)的纜線架構(gòu)即可運作。

以往PoE都被應(yīng)用消費領(lǐng)域，如前述的網(wǎng)絡(luò)電話、無線基地臺、網(wǎng)絡(luò)攝影機等，後來有廠商將PoE應(yīng)用到自動化領(lǐng)域，PoE在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用雖仍不多，不過如果找到適合領(lǐng)域仍大有可為。

PoE在自動化環(huán)境裡的主要應(yīng)用，是安全監(jiān)控攝影機，監(jiān)控攝影機過去都是Cable式的傳統(tǒng)CCTV架構(gòu)，供電不成問題，但現(xiàn)在IP式架構(gòu)快速崛起，電源問題馬上浮現(xiàn)，透過PoE正可解決此一問題。

打造智慧工廠願景

圖3 : 選擇工業(yè)通訊必須考量本身製造系統(tǒng)特色與製程需求。

不過，工業(yè)架構(gòu)和一般消費產(chǎn)品的使用環(huán)境不同，在設(shè)計上也必須有所區(qū)隔，生產(chǎn)系統(tǒng)首重穩(wěn)定，一切的設(shè)計考量必須以此為優(yōu)先，因此工業(yè)等級產(chǎn)品除了強調(diào)防水、防震、防塵等強固性外，在供電穩(wěn)定度上也有特別設(shè)計，對製造設(shè)備來說，一旦系統(tǒng)當機要重開，將可能帶來重大損失，因此必須將訊號與電源結(jié)合，只要後端系統(tǒng)接收不到訊號，則代表電源被關(guān)閉，系統(tǒng)會先主動重新開機，再通知廠管人員，降低生產(chǎn)損失。

這類作法並不難，只須後端管理軟體著手設(shè)計即可，不過這已算是簡單的智慧化設(shè)計，由此來看，目前臺灣部份廠商已由自動化逐步轉(zhuǎn)向智慧化，雖然幅度不大、速度也仍慢，但隨著技術(shù)的相繼成熟與市場需求的提昇，透過工業(yè)通訊打造的智慧工廠願景，將逐步明顯。