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感測通訊走向數位化 IO-LINK奠定機聯網基礎

2018-07-12 08:48智動化

【作者: 王明德】

2018年7月(第38期)
2018年7月(第38期)
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感測技術發展多年,之前由於市場應用成熟,技術進展一度緩慢,近年來物聯網市場加溫,為因應物聯網的不同領域應用需求,感測技術這幾年開始有進一步的發展,尤其是在機器聯網部分,除了感測器本身有所提升外,通訊傳輸標準方面,廠商也積極投入新標準的制定與研發。

過去由於應用有限,因此感測技術發展並不快,物聯網的興起讓此技術有了截然不同的面貌,以往由於應用領域固定,系統對感測器的需求並不高,只要能正常運作就可以,不過物聯網的應用多元,感測器也就必須因應系統需求而有特別設計,尤其是在工業領域,除了效能與功耗外,穩定度向來是重要需求,因此在感測器的封裝、傳輸技術,也會多有要求。

在傳輸技術部分,目前機聯網中,業界公認最具發展潛力的感測通訊標準莫過於IO-Link,IO-Link的主要推動機構是IEC,其目的是希望可以讓感測器與控制器之間的傳輸進階為數位化與雙向化,同時也將數據內容進一步擴大。

IO-Link優勢明確

台灣西克(SICK)產品管理經理朱啟懷指出,大數據是工業4.0系統的首要建構,透過機聯網傳回的龐大數據,後端系統的運作才會精準,過去自動化時代的製造系統感測器往往只單純傳遞加工物件的訊息,而在IO-Link中,感測器的安裝不但不需再調整量程以及校準,感測器狀況還可以即時被偵測並修正,並由遠端進行設定。

相較於現在的類比式傳輸,IO-Link在可模組化轉換設定、無訊號失真問題、遠程參數設定功能、感測器監測功能、不受總線系統限制等部分具有優勢。傳統感測器無法紀錄當初設定的參數,因此當舊有器件故障必須更換新品時,系統管理者必須重新設定一次參數,而一旦參數紀錄遺失或管理者離職,後續的製程設定就會受到影響,IO-Link感測器除了本身記錄參數,也可在Master端備份參數,當新感測器安裝上線時,Master會直接傳輸參數,大幅縮短產線設定時間。

圖1 : 台灣西克(SICK)產品管理經理朱啟懷指出,IO-Link感測器可以即...
圖1 : 台灣西克(SICK)產品管理經理朱啟懷指出,IO-Link感測器可以即時被偵測並修正,並由遠端進行設定。(source:SICK)
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除了Master端外,使用者也可把以前的參數記憶紀錄於在PLC中,當產線變動時,只要選取之前記憶過的模組,系統就會自動快速的帶入對應的參數,而Master端與PLC的參數儲存機制,也可讓使用者從遠端操控IO-Link感測器,提升管理效能。

在訊號失真部分,台灣倍加福(P+F)工廠自動化產品經理張凱傑則表示,傳統感測器採用的類比式傳輸一般須要經過2次訊號轉換,在轉換過程中,若設備與主控制室的距離越長,就越容易產生干擾,尤其是製造現場若有大輸出的馬達,其電磁波更容易造成類比訊號的衰減和失真,IO-Link除了採用可抵抗工業現場電磁干擾的24V脈衝訊號外,已經數位化的數據也不會因轉換產生失真,將可確保後端所收到的數據品質。

圖2 : 台灣倍加福工廠自動化產品經理張凱傑指出,企業可先在局部安裝IO-Lin...
圖2 : 台灣倍加福工廠自動化產品經理張凱傑指出,企業可先在局部安裝IO-Link感測器,再視成效決定後續的導入動作。(攝影/王明德)
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數位化的另一個好處則是讓IO-Link可以數位方式精確回饋偵測狀況,讓管理者可透過其數據掌握感測器狀態,並藉此進行預防性檢查,這除了可確保設備中的感測建置效能最佳化之外,也降低因感測器失效導致系統的無預警停機機率。

在通訊方面,處於工業通訊底層的IO-Link,可透過其Master端,有效鏈結各類的通訊系統,工廠內的底層設備都可以通過IO-Link發送和接收訊息,讓底層設備可互相知道彼此狀態,另方面統一了現場傳輸方式,透過設備描述檔規格,讓感測、致動設備和系統控制之間具有一致性傳輸標準,不再受到多種現場匯流排的通訊協議限制。

大廠紛紛投入發展

在上述優勢與工業4.0的帶動下,各工控大廠都開始著手推出IO-Link產品,工業感測器廠商倍加福(P+F)就提出了Sensorik 4.0概念,張凱傑解釋,此概念是因應工業4.0的系統整合需求,讓感測器具備聯網能力,各生產部件除了與原控制單元互聯外,也可與同一網路層中的其他設備橫向溝通,目前倍加福的多種感測器都已具有IO-Link介面,後續則會持續強化並擴大這方面的布局。

至於另一工業感測大廠SICK,朱啟懷則表示之前在歐洲成立的IO-Link聯盟,SICK也是成員之一,在過去亞洲市場仍少有廠商推出相關產品時,SICK在2014年就已推出IO-Link感測器,目前多數產品也都具有此介面。除了IO-Link之外,SICK加強感測傳輸的資安設計,其產品訴求的標語「Sensor Intelligence」,就將資安問題也涵蓋進去,全球的資安協會International Data Spaces Association中,SICK就是成員之一,朱啟懷指出,由於過去的製造系統屬於封閉性架構,較少有業者注意到資安,不過隨著機聯網與工業4.0的落實,資安將成為製造業企業主必須嚴正面對的問題。

除了工業感測器製造商外,半導體大廠ST(意法半導體)這幾年也開始強化工業領域布局,技術行銷專案經理林進裕指出,ST在感測器的深耕已久,工業也一直是產品的重要應用領域,在IO-Link部分,目前已開始推出相關產品,包括L6260、L6362A等兩款單晶片解決方案就設計有IO-Link主連接埠,未來將持續投入研發,提供高品質的工業通訊產品。

圖3 : ST技術行銷專案經理林進裕表示,ST的L6260、L6362A等兩款單...
圖3 : ST技術行銷專案經理林進裕表示,ST的L6260、L6362A等兩款單晶片解決方案設計有IO-Link主連接埠。(攝影/王明德)
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逐步導入 踏出智慧製造第一步

從技術優勢和廠商的積極動作來看,IO-Link的市場已開始啟動,雖然在價格方面,IO-Link會比傳統感測器高出1倍,不過感測器佔整體製造系統的成本比例並不高,因此市場仍可接受,而對製造業者而言,IO-Link的另一個好處是可與舊有系統相容,企業可先在局部安裝,再視成效決定後續的導入動作,不必像多數智慧化設備需要一次性的全面汰換,IO-Link感測器可依企業需求逐步建置,在有限資源與風險下,踏出機聯網的第一步。

**刊頭圖(Source: Automation Insights)

智動化

智動化SmartAuto 簡介 遠播資訊股份有限公司以經營國際化的電子產業媒體為目標〈全球中文文化性電子產業社群平台─Global E.E. Community Platform in Chinese Culturelization〉。並經由平面、網路與活動來積極達成本身的媒體功能,目前有《CTIMES零組件雜誌》、《智動化SmartAuto》、《CTIMES》網站、《SmartAuto網站》與「零組件科技論壇」等產品或媒介,其中「智動化 SmartAuto」雜誌以最專業、完善的內容,深入探討自動化產業的技術進展與應用趨勢,並加入觀點剖析與業界動態,讓讀者快速掌握自動化與智慧化產業的全貌,並以網路與平面雙重平台,提供詳實而綿密的產業訊息,「智動化 SmartAuto」雜誌將會是市面上唯一兼具深度與廣度的自動化專業媒體。

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