工业乙太网路使用专用协定强化网路稳定性,5GIIoT网路布建上虽较有线系统简易,但是应用稳定性则有待时间进一步检验, AOI这类对5G有高度需求的应用,与新兴的AMR可能是第一波导入的亮点。
5G工业物联网(IIoT)可以有效提升生产效率,并强化产业竞争力,不仅电信营运商积极推动,产业界对导入也有高度兴趣,不过受到新冠肺炎疫情影响,3GPP R16技术标准制定并不顺利,晶片与系统解决方案预计要到2022年以后才会陆续问世,工业环境对于稳定性的要求极高,不仅需要进行耗时繁琐的验证,可以进入产线实际运作要考虑的环节也很多,如何兼顾稳定与效能提升,也是这个阶段产业关注的热点。
工业物联网稳定/可靠性为首要
IIoT的发展已经有一段时间,早期以有线的工业乙太网路为主,与一般网路相较通常需要使用更稳定的连接器、电缆并要求高可靠性。而为了获得更高的可靠度,工业乙太网路会使用专用协定,目前较受欢迎的工业乙太网路协定包括:PROFINET、EtherNetIP、EtherCAT、SERCOS III以及POWERLINK等。工业乙太网路协定会修改标准乙太网路的协定,以确保不但能正确发送和接收特定的制造资料,还能在需要执行特定操作时,准时发送和接收资料。
工业乙太网路对于效能的要求除了高可靠性与低时间延迟之外,德州仪器半导体行销与应用产品应用经理林家贤提到,电磁干扰(EMI)、电磁相容(EMC)与静电放电(ESD)也是工业应用很重要的考量因素。抗电磁干扰性差的系统会辐射大量能量,扰乱周遭的敏感装置并降低效率,因为能量在辐射中被浪费。电磁相容差的设计会使系统高度敏感并导致性能问题。而静电放电是一种突然进入系统的电流,并与带电体接触,静电放电事件很短,但其会对系统注入大量能量。如果装置的设计不能承受这类事件,对装置来说是具毁灭性的,通常会导致装置毁坏。
林家贤强调,工业级乙太网路实体层应具有低确定性延迟,符合工业等级EMI/EMC标准,并能抵抗ESD事件。TI的乙太网路产品组合包括DP83867工业Gigabit乙太网路实体层和DP83826E 10/100乙太网路实体层等,能满足这些要求。而西门子制程监测系统资深产品经理林瑞媛也指出,工业应用环境复杂,有很多场域如矿场、油田、化学工厂、炼钢厂等高温、高湿、高压的恶劣作业环境,使用无线网路有其便利性,但是有线网路运作的可靠性,对于厂商而言信赖度更高。
西门子在工业领域已经有悠久的经验,随着智慧制造的发展,也提供工业网路解决方案,林瑞媛表示,在导入相关服务的厂商中,稳定、可靠性是最基本的要求,但是时间延迟却是最能发挥网路效能的指标,目前该公司的网路服务以工业乙太网路搭配工业等级Wi-Fi为主,有线网路时延最低可达2ms,无线网路时延也可低达17ms。
5G IIoT提升现有应用能力/导入新应用
5G IIoT在网路布建上较有线系统简易,尤其是在户外大范围且环境恶劣的场域,URLLC技术指标可以达成工业等级的要求,但是应用稳定性则有待时间进一步检验,林瑞媛认为,工业网路朝5G发展是趋势之一,但是应用导入应该是渐进式的。同时对于希望透过5G强化产线智慧化与核心竞争力的厂商,她建议要先了解5G特性,接着体检自己的产业特性与应用需求,最后找到市场上可靠的厂商以导入5G IIoT应用解决方案。
现有已经导入工业网路应用的厂商,可能要花上多年时间逐步汰换旧有的网路架构,所以现有应用中对5G有高度需求的应用可能率先采用,u-blox业务开发经理陈晓誾说,像是即时光学检测(Automated OpTIcal InspecTIon, AOI)需要利用高速、高画质影像搭配机器视觉技术找出产线上的瑕疵品,5G的高频宽与低延迟特性就有很大的发挥空间;另外一类为5G带动的新应用,如自主移动机器人(Autonomous Mobile Robot, AMR),可以远端即时控制并自主避障,不用依靠地上的磁条可自由移动,除了是智慧制造的好帮手之外,还可以应用在餐厅、医院、饭店等,也是最热门的防疫概念零接触应用。
而透过与广泛布建搜集特定温度、湿度、气压等讯息的物联网终端合作,大范围厂区的巡检可以更加智慧化与自动化,过去许多工安意外通常肇因于人为疏失,陈晓誾强调,导入5G IIoT除了让环境监控更轻松、聪明之外,机器设备可以进行24小时全年无休的监控,还可以节省人力,并避免因为恶劣环境造成的危险,同时维修不仅更即时,也可以预先了解问题所在。
责任编辑:tzh
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