工控不怕斷線來亂 Moxa攜伴秀TSN解決方案

作者 : 蔡銘仁

時間敏感型網路(Time Sensitive Network,TSN)在企業邁入工業4.0轉型步調的路上,被重視度與日俱增,更是四零四科技(Moxa)近年聚焦的一大重點技術,並在本次自動化展大秀技術含量。

工業通訊及網路設備廠Moxa近年致力與生態鏈夥伴共同推廣TSN,今年2022台北國際自動化工業大展精銳盡出,偕同CC-LINK協會 (CLPA) 與三菱電機等夥伴,展示其TSN研發成果,共計至少10項展品和TSN相關。Moxa期許運用標準乙太網路上運作的簡單、可靠架構擁有高效能的時間同步網路,助攻企業加速推動工業數位轉型。

「我們去百貨公司,你想逛鞋子,我想逛衣服,下一步就是對時,這就展現TSN的最基礎且重要的兩個元素:對時及精準,」Moxa TSN全球推進計畫負責人林俊余談起TSN,以簡單的敘述說明TSN的概念。不過,這次Moxa的展品保有TSN兩大特點外,也往下延伸到提升網路可靠度的技術;在CLPA的展區,Moxa攜手NXP和德國Port,展出符合IEEE 802.1 CB協議的產品。

Moxa攜手NXP、德國Port等夥伴展出TSN展品。 (來源:蔡銘仁攝影)

IEEE 802.1 CB是TSN標準中的冗餘傳輸協議,定義是可「無縫」實現封包多複本傳輸功能。Moxa現場展出的展品由四台機器組成環狀(Ring)的架構,兩台控制器各自控制不同的裝置,即便其中一台交換器(Switch)斷線,依舊可維持正常的同步訊號傳輸。

林俊余解釋,網路過去是實體線斷掉就斷線了,一般網路是一筆資料封包進到Ring,會兩條線路走一邊,以前提升可靠度的做法是多丟幾筆資料或線路多一點,當發現有某個地方斷線再打開備用機,會有切換時間問題,冗餘則是兩邊都走,因此其中一邊斷線,資料傳輸也不會中斷。

工研院資訊與通訊研究所去年(2021)發佈的報告指出,IEEE TSN工作小組為實現與推廣TSN,目前為止針對標準制定多項標準。提到802.1 CB的標準,報告同樣明確表示這個技術可使特定的、特別關鍵的串流,在網路出現小幅度意外狀況時,獲得多一層保障,此標準被視為是增加TSN應用可靠度的重要功能,預期市場上會有越來越多廠牌的TSN Switch支援該標準。

冗餘的設計到本次展會才展出,林俊余表示,這主要跟設計邏輯還有開發難易度有關,軟硬體都需要做不同的設計,比如,0跟1的訊號傳輸還要做左右手的複製跟融合,知道何時把訊號分開、收到兩筆知道哪筆收哪筆不收,這些都需要比較複雜的運算。本次推出這項技術,他指出,家用掉線可能就是重開機或推測電信商有甚麼狀況,「工控停機就是成本」,談的就是時間精準、控制到位,再來就是可靠度。

Moxa於2022台北國際自動化工業大展,展示TSN生態系近期發展重大突破和多項重要合作成果,圖為Moxa TSN全球推進計畫負責人林俊余。(來源:Moxa)

Moxa本次展會自己展區展出TSN產品,其Switch也在CLPA展區和其他廠商一起陳列,其中一個想法,是希望傳達給客戶TSN是開放技術,不是屬於特定公司的技術。林俊余坦言,這是近幾年展TSN最常遇到的問題,「我們不希望外界覺得這是Moxa自己在做,跟隨標準來做對使用者是最好的。除了Moxa也看到其他廠商設備延續自動化核心架構,告訴大家TSN已經是可以被使用的技術。」

另,Moxa也跟國內黃光解決方案供應商億力鑫系統科技等廠商三方合作,現場展出TSN如何應用到晶圓位置檢測設備。Moxa負責網路通訊部分,當需要大量資料訊號傳輸時,訊號都能跑在同一個網域上,不會互相干擾,確保放置在對的位置。

談及與億力鑫的合作案,林俊余表示,晶圓位置的精度要到0.01mm,但站到站可能會有位置偏移,他們搭配機器視覺看到晶圓的位置並傳到控制器,調整機器手臂跟導正位置,以準確送到下一站。再者,現在晶圓廠大多是無人化,資料需求量越來越大,傳統盡力傳遞式(best-effort)先到先服務,可能會塞車,就更需要TSN確保資料在對的時間傳到對的地方。

億力鑫電控部協理黃佳偉也說,Moxa的TSN解決方案可以支援各種不同要求的流量,並透過同一個開放與標準的網路提供準確的實時運動控制數據,為他們提供很高的價值;也讓他們整體的生產基礎設施易於維護和擴充,不但提高經濟效益,同時還可降低生產設備的總持有成本(TCO)。

在5G發展趨勢下,Moxa強調TSN有助於實現高速網路、大量資料傳輸、精準的動作控制及低延遲,可排定網路流量優先順許的特性,使用者無需擔心具時效性的資料無法及時送達目的地,並可精確安排資料傳輸,避免未經授權的資料流入網路。透過在標準乙太網路上加入新元素實現通訊協議統一,未來資訊科技(Information Technology,IT) 和營運技術(Operational Technology,OT)合而為一,大家都用共同的語言,從使用者角度建立系統到系統維護等面向,效果都更勝以往。

Moxa賦能智造升級 加速產線與營運淨零碳排

Moxa台灣區業務總監劉孟迪表示,淨零碳排勢必會讓智慧製造往更綠能、人性化及簡易管理的方向開展,成為企業競爭力的最佳體現。(來源:Moxa提供)

Moxa本次展會也特別以「形塑未來淨零碳排智慧製造」和「優化廠務系統開創循環經濟」主題設置展區,展示如何運用OT資料讓企業營運韌性升級。Moxa台灣區業務總監劉孟迪直言,這是現在企業一定要做的工作,不做就是成本大幅增加而衍生工思競爭力的問題,像如何把老舊設備透過Wi-Fi、有線或無線連上網路,許多工廠都已在耕耘。

數位轉型的眾多案例中,劉孟迪舉5G為例,他表示,在疫情缺工缺料的情況下,網路基礎設施施工連買線材都很困難,但5G佈建或許就有機會解決問題,讓工廠生產即時,「以前3G、4G訊號連上網都會先連到電信商基地台,工廠資料容易流出,走5G專網基地台在廠內,資料都在工廠裡面,設備傳輸資料都是在廠內的範疇。Moxa方案中閘道器(Gateway)也會設置信賴平台模組(TPM),開機時必須驗證韌體是否為原廠認可。」

Moxa也因應企業針對環境議題及RE100目標所帶動的提升再生能源使用比例,與合作夥伴攜手推出雲端智慧營運中心,協助企業進行碳排放數據監控,具體呈現企業碳排與碳管理現況,並輔助企業減碳路徑規劃與缺口檢視,提升碳管理成效;以及太陽能發電與儲能設備系統監測應用,除了即時監控,更能預測使用端對於再生能源的耗用需求,即時彈性調配能源利用效率。

劉孟迪表示,循環經濟對企業來說在淨零上有立即性的需求,廠務由不同廠商提供的系統,未來都要能收到資料並做資料中心的監管,沒掌握狀況就很難知道哪裏耗損、哪裏可以優化,工業網路就是Moxa的強項,「網路架設是第一,再來才是資料收集。我們要把網路的高速公路架好,資料上來才有辦法可視化,掌管每個系統使用率有沒有最佳化。」

劉孟迪舉例,展會中就有做金屬加工的客戶問到他們,想找雲端電力監測系統,「他們工廠24小時生產,夜間輪班的人少,以前他們只有台電總表,也不知道能耗從何而來,當開著沒有生產就是不必要的耗損,就希望可以讓資料清楚化。Moxa廠務方案提供客戶穩定備援,設計工規備援也可以設計資安,軟體部分就跟夥伴合作。」

產業的淨零碳排行動不僅涉及工廠的產能效率議題,更與成本息息相關,建立可靠安全的自動化網路基礎與IIoT通訊連結部署,是生產製造與廠務端提升設備管理和耗能設備監控的關鍵。Moxa更積極思考如何在智慧工廠數位轉型的歷程中,持續運用OT資料賦能,讓能源利用達到最佳化、提高品質良率,減少重工或工廠停機所需能源及材料耗損等,往更節能、綠能的未來智造工廠前進。

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