設備資料有效上雲端 升級智慧工廠平步青雲
MOXA市場開發副理林昌翰(圖1)指出工廠自動化目前的挑戰，由於工廠內有太多不同廠牌、種類的設備，該如何整合各種設備，如何收集資料、監控設備是第一個問題；第二個則是不同資料的擷取。例如設備商將設備賣到全球，要如何管理監測也是一大挑戰。
林昌翰進一步說明，AI大數據時代，所有設備都要收集資訊，因此需要大量感測器。目前常見廠商用可程式控制器(Programming Logical Controller, PLC)收集資料，但這會出現幾個問題，用PLC來擷取資料可能會造成過大的負擔，因為資料量太大。在上傳資料到雲端時如果要執行邊緣運算甚至上傳到公有雲，都要耗費很多精力，因此MOXA認為要把資料擷取到雲端，讓設備做該做的事。
比方說，串列轉換器要連網時可以使用串列設備連網伺服器，另外若是複數感測器要連網，則可使用支援雲端技術的IIoT控制器。林昌翰表示，未來MOXA的設備都會支援雲端，可以快速布建模組化設計，易於進行故障排除。而這樣做的好處就是可以直接進行邊緣運算，不用把所有資料都上傳雲端，先進行前端處置，讓設備連網更有效率。
林昌翰解釋，至於工廠自動化的第二個挑戰，業者將設備賣到國外要如何監控，則可以利用雲端技術，在設備銷售時就搭配可遠端連接的閘道器(Remote Connect Gateway)。業者可提供一個USB給廠商，設備發生問題時再進行連接，此時業者就能從遠端處理經過加密的資料。這樣的做法就可以彈性地使用並能大量部署。
5G驅動工業4.0 蜂巢科技成長可期
所謂工業4.0可以分為四個階段，第一階段就是收集設備上感測器的資訊，而後分析收集到的資料做格式化、圖型化的轉換，再對這些經過整理的資訊進行預測。最後一個則是視覺化(Visualization)，包括攝影機、光學電視等具有高數據資料量的應用，而與5G通訊結合的工業應用也因此變得更加重要。
美商優北羅(u-blox)商業開發主任林世澤(圖2)表示，在工業與車用方面，隨著電信資費的降價、5G基地台越來越普及，將有更多的設備商會直接透過蜂巢(Cellular)科技，將資料上傳到基地台。根據Machina Research的預測，到了2025年蜂巢式網路的物聯網設備連接數目將會達到220萬。
林世澤指出，對u-blox來說5G應用包括了三大應用場景，物聯網、定位與V2X。在工業物聯網領域，現今應該都還是透過Wi-Fi、ZigBee等通訊協定將感測器資料傳送到設備供應商，供應商再藉由有線上傳雲端或是利用NR、NB-IoT等傳到基地台，但是u-blox在這裡看到了Wi-Fi、5G蜂巢通訊的機會，利用蜂巢式網路就可以直接將資料傳送到基地台；定位方面利用GPS和蜂巢技術的結合，從衛星收到GPS訊號，再藉由5G傳回基地台；最後一個則是V2X，車與車之間或是車與交通設施之間的資訊交換可以直接藉由蜂巢技術傳回基地台。
故障預診斷提升產能/設備稼動率
進行了資料的收集、整合，並上傳到資料中心之後，若能針對設備故障預先診斷，也能大幅提升產能並降低相關成本。
工研院巨量資訊科技中心資料分析技術部副經理賴建良(圖3)表示，善用AI和大數據可以創造智慧製造新價值。在產線端可以導入故障預診斷(PHM)技術，提升產線效率同時降低維修成本。
賴建良說明，工業製造的產線設備維護包含了預測和進廠管理兩個部分。預測的其中一個問題就是過度保養，有時設備零件還沒壞，保養時間到還是馬上更換，造成資源以及開銷的浪費。另一個問題則是非預期性停機，即使已經定期更換零件，設備依然有可能意外停機，停機以後就須要進行清機和調機等作業，進而會影響產能和設備稼動率。
賴建良進一步說明，利用生產過程中機台相關的資料與維修紀錄，可以進行故障預診斷。收集關鍵零件的健康指標，了解零件與正常狀態的差距，進行健康狀態評估，即可快速找出故障源進行排除，關鍵零件健康狀態一目了然；另外，藉由相關資料的收集分析，可以進行故障預測，避免零件無預警故障造成非預期性停機，在故障點前提早預測到，事先進行零件的更換與維修，減少無預期故障帶來的原料損失。
工業電源設計更安全 隔離式控制器不可少
以上談到了物聯網時代智慧工廠的應用趨勢，但同樣不可忽視的，就是工廠環境最重視的安全問題，在工業電源系統中，隔離(Isolate)是一個不容忽視的議題。
茂宣企業(亞德諾ADI)應用工程經理陳俞阡(圖4)表示，進行隔離不外乎幾個原因，其中一個就是安全，為了防止人員碰觸而形成迴路引發安全危險；二則是有時會有電壓主位轉移(Shift)的發生，因此有些人會使用一些隔離的電源來做電壓/電平轉換器(Level Shift, LS)；另外，電流的路徑永遠都是從哪裡出發就回到哪裡，所以透過隔離的做法可以確保電流方向，設計可以因此更乾淨簡潔；最後一個理由則是透過隔離來避免電流的浪湧(Surge)與雷擊的狀況發生。
在工業系統的隔離有許多不同的電源設計，在工業用PLC系統等有電源設計需求的應用中，常見的拓撲以馳返式(Flyback)架構為主，因為Flyback的架構簡單而且成熟，但傳統的Flyback架構會遇到幾個問題，就是線路太複雜、零件太多、備料太麻煩。
為解決上述問題，ADI把所有元件全部整合到單一晶片，做一次側電流0電流的檢測，一次側電流到達到0的時候，才針對晶片內部MOSFET的切換，來達到最終混壓的效果。其好處是在PLC的系統裡面一次側和二次側的電流設定可以變得非常簡單，而不會出現太過複雜的線路，例用低廉的成本達到一樣的效果，讓工業電源設計既安全又經濟。
