次世代工業通訊協定串連OT+IT

圖一 : 由於工業乙太網協定的低延遲、互通性有限，促成TSN、umatti等新一代通訊協定陸續被導入工業領域，並吸引設備製造、FA自動化系統整合商紛紛尋求加速落地。（source：umati.org）

[作者 陳念舜]

面對當前工業製造數位轉型階段，陸續融入了資通訊（ICT）科技和人工智慧（AI）的應用和發展，以即時並充份利用大數據加值。促使各家設備製造、FA自動化系統整合商紛紛尋求新一代工業通訊標準，包含TSN、umati也應運而生，並透過合縱連橫加速落地。

爲了在「數位轉型」方面導入數位、智慧化技術，實現生產流程自動化和數位化來實現工具機的高效生產、更精準的加工以提高生產效率和品質；應用大數據、人工智慧（AI）、umati等技術，對生產過程和產品品質進行數據分析，或透過雲端計算技術實現生產數據管理與應用，優化生產製程，期能迎接科技進步所帶來的挑戰與機會。

繼2011年工業4.0問世以來，工業物聯網（IIoT）正逐漸改變工業製造的日常運營模式，包含藉此感測蒐集資料、實現設備之間M2M的高速通訊，再經由雲端或邊緣運算處理、AI模擬解析，實現各種不同的加值應用。

進而利用預測分析來檢測零組件運行狀態及壽命，提高生產效率、產品品質，削減整體成本；或是將營運和服務大數據資料，反饋到產品設計週期等各種面向；實現變種變量生產，符合用戶需求多樣化的世界製造業潮流，打造可自主生產的智慧工廠。

TSN合縱連橫加速落地 與EtherCAT競逐IIoT主流標準

其中TSN（Time-Sensitive Networking）技術源自於IEEE在2004年成立了小組，開發了一系列Ethernet車用音訊/影像橋接（Audio Video Bridging；AVB）標準，是在乙太網上追加了時間同步、A/V設備控制、頻寬預約等功能的通訊規範，減輕電池以外排線重量、又避免封包碰撞疑慮，而影響行車安全性。

等到2018年逐漸成熟後，再由IEEE將之推廣到製造業/車載等方面，擴展了Ethernet AVB標準，於2012年改名爲TSN，現在正在進行各項擴展規範的審議；在與IEEE及IEC國際標準制定的同時，各網路推廣組織也在推進TSN在開放網路中的應用，包含TIACC制定單一通用型的一致性測試計劃。

TSN的優點在於使用乙太網可以保證即時通訊，於通過時間同步精度1μsec以下進行高精度同步通訊，有效利用通訊頻寬；可共用時間，藉時間戳記保持連接設備的時間一致，可混在IP通訊等多種協定，將現場設備數據陸續發送到SCADA、MES和ERP系統以及雲端系統。

雖然TSN與EtherCAT皆屬於乙太網的通訊標準，但因爲EtherCAT使用專屬拓撲架構，還須透過閘道器（Gateway）切換網路協定。反觀TSN則可以使用現有的乙太網路架構與佈線，串聯各式工業物聯網裝置並快速完成IT+OT整合。

目前已可看到如西門子PROFINET、三菱CC-LINK IE（Control & Communication Link Industrial Ethernet）等基於乙太網路架構支援，並積極推出相關產品上市，與在傳統工業總線配線滲透率較高的EtherCAT分庭抗禮，第一波產品將以交換產品與終端控制類型爲主。

然而，由於工業乙太網協定的低延遲、互通性有限，加上衆多專屬（Proprietary）標準充斥在IIoT環境，使得工業4.0發展受阻。卻也促成TSN、umatti等新一代通訊協定，在2018~2019年間正式被導入工業領域，並吸引歐美日大國的設備製造業（Maker）、FA自動化系統整合商（SI）紛紛尋求夥伴合縱連橫並加速落地，以率先推出硬體、模組和解決方案。

【欲閱讀更豐富的內容，請參閱2024.6月(第103期)智動化Smart Auto雜誌】

2024.6月(第103期)儲能系統 補強電網