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掌握機聯網關鍵設計 打造工業物聯網基礎
 

【作者: 王明德】   2019年09月24日 星期二

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隨著全球化腳步的加快,包括製造業在內的各種企業都必須提供就近服務,藉以提升企業競爭力,不過現在製造業的服務據點與生產基地遍布全球各地,要在成本控制前提下,讓生產與服務品質最佳化,對多數經營者來說都是嚴厲挑戰。



圖1 :  機聯網是工業物聯網的基礎,透過完善的功能設計,將可串連位於各地的機台,掌握其運作狀態,提升企業競爭力。(source:cmorgan)
圖1 : 機聯網是工業物聯網的基礎,透過完善的功能設計,將可串連位於各地的機台,掌握其運作狀態,提升企業競爭力。(source:cmorgan)

尤其以工業控制為主軸的相關行業中,對於日常遠方的設備維護,所產生的技術人員派遣與交通、電話費用,一直是營業成本中必要且龐大的支出。因此,技術人員若能坐在辦公室,即可針對來自世界各地的設備相關問題,進行即時的遠端問題排除,不但大幅降低企業營業成本,同時也大幅提升了企業形象與客戶對產品的信賴度,企業競爭力也因此大幅領先於同業,並且在工業物聯網架構出現前,機聯網(M2M)就已出現在工控領域。


製造業下一個藍海 設備遠程維護系統

機聯網應用的正式出現可以追溯到2002年的美國,當時美國最大的水處理產品供應商BioLab公司運用機聯網技術,遠程監控游泳池水中的PH值和消毒劑投放情況,之後機聯網應用便在全球如火如荼發展起來,並有極具爆發力的成長。


2011年德國推動工業4.0,帶起全球智慧製造趨勢,而智慧製造的核心架構–工業物聯網,是透過底層感測網路、中層通訊傳輸與上層雲端運算,將工廠中各類型機台的數據全面串連,並加以儲存、分析。


不過,工業物聯網的體系龐大,全面建置不僅曠日廢時,而且各製造商的需求不一,並非所有功能都必須全包,因此無論設備與系統廠商均會建議有意導入的製造業,先從最基礎之處導入,而此處就是機聯網。目前機聯網已被公認為製造系統產業的下一個藍海,吸引了眾多廠商參與競爭,幾乎全部自動化設備業者都已經開始提供機聯網業務和解決方案。



圖2 : 透過機台的全面聯網,管理者將可掌握製造現場的機台狀態,優化產線的效率。(source:Siemens)
圖2 : 透過機台的全面聯網,管理者將可掌握製造現場的機台狀態,優化產線的效率。(source:Siemens)

由於台灣多數製造業所使用的生產設備都有一段時間,並非全部都具備聯網功能,要讓這些老舊機台聯網就已是巨大工程,在此同時,系統業者在設置通訊設備時,還必須讓機台停機時間最少化,甚至是完全不影響設備的生產時間,對設備開發和系統建置業者來說,都是極為艱困的課題。


就目前來看,機聯網設備的功能必須讓使用者不需撰寫任何程式,只需將機聯網遠端維護設備連接至本身的設備上,即可升級成具備網路通訊功能及支援遠程線上監控、故障診斷、程式更新功能的產品,因此,機聯網遠端維護設備具備四項關鍵技術:


網路語音串流傳輸

機聯網遠端維護設備除了具備網路串列資料傳輸功能以外,還提供了雙向語音串流傳輸及語音廣播功能,來方便使用者在進行設備遠程維護時,可與遠端之設備操作人員進行交談,同時語音資料傳輸前,設備會將語音資料以高品質及低數據傳輸量的原則來進行語音壓縮,可有效降低網路頻寬需求及負荷量,使用者也可依據本身的網路狀況,選擇適合的語音壓縮比。


簡易的網路配置

關於網路配置,機聯網遠端維護設備支援Static IP、DHCP、PPPoE,可輕易的與網路連接,且設備與設備之間通訊,是採用伺服端與客戶端的通訊架構;在此架構下,一台伺服端設備最多可與64台客戶端設備連接,而只有唯一的伺服端設備,需要具備網路的實體IP,至於其他的客戶端設備,則只要能連接上網路即可完成通訊。


動態DNS功能

當唯一的伺服端設備所處的環境下,並不具備固定IP時,將會導致其他的客戶端設備,無法正確的與伺服端設備建立通訊連接,此時使用者只需要開啟動態DNS功能,伺服端設備將會於每次開機時,偵測取得當前IP位址,並主動告知DNS伺服器,其他的客戶端設備只須依據DNS,即可輕易的與伺服端設備建立通訊連接。


Virtual Com通訊技術

機聯網遠端維護設備內部提供了Virtual Com通訊技術,使用者可於PC上,經由Virtual ComDriver/Utility,虛擬出一個Com Port,經由網路與使用者設備連接,如此就算使用者不在伺服端設備旁,也同樣可以針對遠端的客戶端設備,進行系統維護。


設備遠程維護系統應用 突破傳統維修困境

透過上述設計,機聯網即可達到遠端設備維護標準,使用者可利用機聯網遠端維護設備與本身產品的串列通訊埠連接,透過網際網路對遠方的設備進行遠程線上監控、故障診斷,甚至程式更新的功能,可節省大量的人員往返費用與時間。



圖3 : 工業通訊技術已發展多年,在智慧製造啟動後,其技術與應用都有進一步成長。(source:Siemens)
圖3 : 工業通訊技術已發展多年,在智慧製造啟動後,其技術與應用都有進一步成長。(source:Siemens)

此外,經由機聯網遠端維護設備,客服人員或FAE除了可進行遠端設備維護外,同時可直接與現場設備工程師進行一對一語音交談或語音廣播,透過語音交談功能,使用者可明確的表達問題發生之原因以及解決方法。


在串列通訊升級網路應用方面,管理者可使用機聯網遠端維護設備,將原先為串列傳輸的產品,升級為網路傳輸,藉此擴展網路範圍至全世界,而不受串列傳輸的傳輸距離限制。


此外,也可利用機聯網遠端維護設備內建的Virtual Com通訊,來進行遠端設備維護,而不致於侷限系統維護者,一定要在伺服端設備旁,也就是說,系統維護者可於任何可連上網路的地方,即可進行遠端設備之維護;另一方面,市面上有部分PLC程式的編輯軟體在與其PLC進行通訊連線時,當非採用系統預設之鮑率(baud rate)時,其在通訊的過程中,將會動態的變換鮑率,來進行控制命令與資料之傳輸,在此種情形下,必須採用Virtual Com通訊,來實現動態鮑率之資料傳輸功能,遠端連線任務,方可順利完成。


機聯網產品必須以使用者需求為出發點,針對各種不同的需求,開發適用於不同客戶的機聯網遠端維護設備產品,得以突破傳統觀念中,設備維護時,工程人員親臨現場,方能解決問題的想法,提供企業降低營業成本,提高公司獲利能力的最佳途徑。


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