工業現場總線IP化 打造工業4.0智慧工廠關鍵技術
德國工業4.0的概念,是以機器人、物聯網、自動化產線為此概念的基礎,所發展出來新一代的生產製造理念,製造業是一個國家國力的基礎,而機械設備製造業又是基礎中的基礎。因此,要發展工業4.0,首先也要完善一個國家的裝備製造業,或是將裝備製造業智能化。若將工業4.0當成一個產業願景,那麼這個願景下,要同時具足核心製造業、裝備製造業與資通訊產業與互聯網服務業等,也就是上述四個產業要能同步發展,才有可能達成工業4.0目標。
其中的未來智慧工廠情境,工廠將以全新生產流程運作,導入智慧整合感控系統,連結物聯網與服務聯網,形成「智慧製造+服務」的全新商業模式,除可垂直整合工廠與企業管理流程,亦可以水平方式透過網路與外部供應鏈結合,從訂單到交貨都能夠即時控制。
「工業4.0 (Industry 4.0)」的精髓在於網路延伸極大化,打通產、銷任督二派,產銷資訊快速整合溝通,打造智慧工廠。從工廠實務而言,智慧工廠不僅是達到工廠自動化,遠端監控製程,確保生產順暢,還可協助製造業者整合各廠生管、物管及倉管,即時排配產能的需求與規模,避免大興土木之餘,同時迅速提高產能,滿足客製化訂單的即時生產需求。
工業乙太網路實現大量、即時、遠距資訊傳
在智慧工廠的願景之下,佈建工業乙太網路與PC-based控制器,力促工廠全面IP化儼然成為當今顯學。工業乙太網路擁有高擴充性,支援大量、即時、遠距資訊傳輸等多項優點,可適應設備增減變動,擴張網路架構,滿足實時跨廠的資訊傳輸要求。除此之外,工業乙太網路還支援備援環狀網路架構,提高資料傳輸的可靠度,是智慧工廠中資訊互通有無可信賴的媒介,也可彌補傳統序列通訊介面之不足。
以石化業為例,石化園區動輒數十公頃,業者所需採集的監控數據、控制參數,橫跨園區內數十個廠房,可以想見資訊傳輸量令人瞠目結舌,此外各廠房負責不同上下游製程,廠房間的資訊傳輸更要求即時,不可中斷,方能協助業者達到參數最佳化,實行預防性保養維修,進而促成營運零失誤,同時極大化發電利益。
PC-based控制器串接工廠每個角落
不可諱言的是,現場總線通訊協定百家爭鳴,佈建工業乙太網路並非易事,此外打造智慧工廠必須以既有的設備、系統為基礎。目前工廠自動化市場由西門子(Siemens)、洛克威爾(Rockwell)、Beckhoff等工業自動化大廠所主導,這些大廠經長期的可靠度及穩定性驗證,此生態不太可能有變化,因此工業乙太網路使用的網路協定標準便需相容於大廠所制定的PROFINET、PROFIBUS、EtherNet/IP、DeviceNet、EtherCAT等多種通訊協定。
在此情形之下,PC-based控制器效益也益加明顯。首先,PC-based控制器所支援的通訊介面較可程式邏輯控制器(Programmable Logic Controller;PLC)來得廣且有彈性。其次,PC-based控制器擴充簡單,今若產線新增機台、廠區新增現場儀器、抑或是置入PC-based控制器,拉線即可完成,對生產製造干擾較小,甚至不會造成作業停擺,反觀PLC控制系統則未必如此。近年海外產業大展上,諸多工控業者不一而同側重PC-based控制器系統,PC-based控制器魅力從中可見一斑。
邁向全IP化智慧工廠的同時,需順應工業控制市場的既定潮流,由於製造現場可能混合採用不同供應商不同通訊協定的控制系統,例如半導體業者的製程控制與廢水處理系統便未必選自同一供應商,又如石化業者因園區建期分段,各期選用的控制系統也是不盡相同;再如車廠、家電製造工廠,製造現場更是混合一般商用電腦與工業控制器。而PC-based控制器便可協助製造業者打造全IP智慧工廠,並在工廠轉型過程中,力促生產平順穩定。