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掌握机联网关键设计 打造工业物联网基础
[作者 王明德]   2019年09月24日 星期二 浏览人次: [1826]

随着全球化脚步的加快,包括制造业在内的各种企业都必须提供就近服务,藉以提升企业竞争力,不过现在制造业的服务据点与生产基地遍布全球各地,要在成本控制前提下,让生产与服务品质最隹化,对多数经营者来说都是严厉挑战。



图1 :  机联网是工业物联网的基础,透过完善的功能设计,将可串连位於各地的机台,掌握其运作状态,提升企业竞争力。(source:cmorgan)
图1 : 机联网是工业物联网的基础,透过完善的功能设计,将可串连位於各地的机台,掌握其运作状态,提升企业竞争力。(source:cmorgan)

尤其以工业控制为主轴的相关行业中,对於日常远方的设备维护,所产生的技术人员派遣与交通、电话费用,一直是营业成本中必要且庞大的支出。因此,技术人员若能坐在办公室,即可针对来自世界各地的设备相关问题,进行即时的远端问题排除,不但大幅降低企业营业成本,同时也大幅提升了企业形象与客户对产品的信赖度,企业竞争力也因此大幅领先於同业,并且在工业物联网架构出现前,机联网(M2M)就已出现在工控领域。


制造业下一个蓝海 设备远程维护系统

机联网应用的正式出现可以追溯到2002年的美国,当时美国最大的水处理产品供应商BioLab公司运用机联网技术,远程监控游泳池水中的PH值和消毒剂投放情况,之後机联网应用便在全球如火如荼发展起来,并有极具爆发力的成长。


2011年德国推动工业4.0,带起全球智慧制造趋势,而智慧制造的核心架构-工业物联网,是透过底层感测网路、中层通讯传输与上层云端运算,将工厂中各类型机台的数据全面串连,并加以储存、分析。


不过,工业物联网的体系庞大,全面建置不仅旷日废时,而且各制造商的需求不一,并非所有功能都必须全包,因此无论设备与系统厂商均会建议有意导入的制造业,先从最基础之处导入,而此处就是机联网。目前机联网已被公认为制造系统产业的下一个蓝海,吸引了众多厂商叁与竞争,几??全部自动化设备业者都已经开始提供机联网业务和解决方案。



图2 : 透过机台的全面联网,管理者将可掌握制造现场的机台状态,优化产线的效率。(source:Siemens)
图2 : 透过机台的全面联网,管理者将可掌握制造现场的机台状态,优化产线的效率。(source:Siemens)

由於台湾多数制造业所使用的生产设备都有一段时间,并非全部都具备联网功能,要让这些老旧机台联网就已是巨大工程,在此同时,系统业者在设置通讯设备时,还必须让机台停机时间最少化,甚至是完全不影响设备的生产时间,对设备开发和系统建置业者来说,都是极为艰困的课题。


就目前来看,机联网设备的功能必须让使用者不需撰写任何程式,只需将机联网远端维护设备连接至本身的设备上,即可升级成具备网路通讯功能及支援远程线上监控、故障诊断、程式更新功能的产品,因此,机联网远端维护设备具备四项关键技术:


网路语音串流传输

机联网远端维护设备除了具备网路串列资料传输功能以外,还提供了双向语音串流传输及语音广播功能,来方便使用者在进行设备远程维护时,可与远端之设备操作人员进行交谈,同时语音资料传输前,设备会将语音资料以高品质及低数据传输量的原则来进行语音压缩,可有效降低网路频宽需求及负荷量,使用者也可依据本身的网路状况,选择适合的语音压缩比。


简易的网路配置

关於网路配置,机联网远端维护设备支援Static IP、DHCP、PPPoE,可轻易的与网路连接,且设备与设备之间通讯,是采用伺服端与客户端的通讯架构;在此架构下,一台伺服端设备最多可与64台客户端设备连接,而只有唯一的伺服端设备,需要具备网路的实体IP,至於其他的客户端设备,则只要能连接上网路即可完成通讯。


动态DNS功能

当唯一的伺服端设备所处的环境下,并不具备固定IP时,将会导致其他的客户端设备,无法正确的与伺服端设备建立通讯连接,此时使用者只需要开启动态DNS功能,伺服端设备将会於每次开机时,侦测取得当前IP位址,并主动告知DNS伺服器,其他的客户端设备只须依据DNS,即可轻易的与伺服端设备建立通讯连接。


Virtual Com通讯技术

机联网远端维护设备内部提供了Virtual Com通讯技术,使用者可於PC上,经由Virtual ComDriver/Utility,虚拟出一个Com Port,经由网路与使用者设备连接,如此就算使用者不在伺服端设备旁,也同样可以针对远端的客户端设备,进行系统维护。


设备远程维护系统应用 突破传统维修困境

透过上述设计,机联网即可达到远端设备维护标准,使用者可利用机联网远端维护设备与本身产品的串列通讯埠连接,透过网际网路对远方的设备进行远程线上监控、故障诊断,甚至程式更新的功能,可节省大量的人员往返费用与时间。



图3 : 工业通讯技术已发展多年,在智慧制造启动後,其技术与应用都有进一步成长。(source:Siemens)
图3 : 工业通讯技术已发展多年,在智慧制造启动後,其技术与应用都有进一步成长。(source:Siemens)

此外,经由机联网远端维护设备,客服人员或FAE除了可进行远端设备维护外,同时可直接与现场设备工程师进行一对一语音交谈或语音广播,透过语音交谈功能,使用者可明确的表达问题发生之原因以及解决方法。


在串列通讯升级网路应用方面,管理者可使用机联网远端维护设备,将原先为串列传输的产品,升级为网路传输,藉此扩展网路范围至全世界,而不受串列传输的传输距离限制。


此外,也可利用机联网远端维护设备内建的Virtual Com通讯,来进行远端设备维护,而不致於局限系统维护者,一定要在伺服端设备旁,也就是说,系统维护者可於任何可连上网路的地方,即可进行远端设备之维护;另一方面,市面上有部分PLC程式的编辑软体在与其PLC进行通讯连线时,当非采用系统预设之鲍率(baud rate)时,其在通讯的过程中,将会动态的变换鲍率,来进行控制命令与资料之传输,在此种情形下,必须采用Virtual Com通讯,来实现动态鲍率之资料传输功能,远端连线任务,方可顺利完成。


机联网产品必须以使用者需求为出发点,针对各种不同的需求,开发适用於不同客户的机联网远端维护设备产品,得以突破传统观念中,设备维护时,工程人员亲临现场,方能解决问题的想法,提供企业降低营业成本,提高公司获利能力的最隹途径。


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