在數位匯流的大趨勢下，工業用的通訊也會走向同一匯流標準，應該是無庸置疑的結果，所以用乙太網路TCP/IP作為實體層與連結層的共同協定，就自然而然地順勢而起了。

在數位匯流的大趨勢下，工業用的通訊也會走向同一匯流標準，應該是無庸置疑的結果，所以用乙太網路TCP/IP作為實體層與連結層的共同協定，就自然而然地順勢而起了。然而一般商用環境下的乙太網路，對於工業通訊而言既太複雜，也不夠穩定，工業通訊需要更穩定可靠的連接器、電纜，以及更高的確定性，尤其後者最為重要，因此工業乙太網路也必須有一套自己的模式，以及設備標準。

然而傳統工業設備機台種類繁多，而且也已運作多年，因此新的協定必須與原有設備相容連接，也是目前的工作要務。但是，不論是傳統或乙太工業通訊標準，並沒有統一制定標準的組織，原有開發工業設備的各大公司便成為這一階段的主導者，他們直接從為PLC發展的通訊協定衍生出新的工業乙太網路標準，主要有EtherCAT、PROFINET、Ethernet/IP、Modbus TCP與Ethernet Powerlink等五種。

工業通訊結合乙太網路的優勢

在本文裡並沒有要為五大工業乙太網路做評論或背書，其實他們只要都是遵循IEEE 802.3的標準，將來要互相連接運作應該也沒有什麼困難，頂多在應用層上開放應用程式介面（API）即可。

所以，工業乙太網路最主要優勢就是能輕易整合操作科技（OT）與資訊科技（IT）的應用，PLC上的OT通訊很單純，通常只要傳送簡單的指令或參數，傳統設備機台用一般序列埠RS232或RS485來連結傳送即可。但是，應用乙太網路就不一樣了，它能連結更多IT的設備與資訊，未來可發展的功能與效率都會大大地增加。

在此就從效率與功能兩方面來具體說明其優勢，至於工業乙太網路的標準問題，也會從中得到了解答：

成本與環境帶來更高的效率

因為商用的乙太網路從1970年代出現以來，不斷地創新發展，各種設備既現成又齊全，更重要的是都在同一標準下運作且相容。所以工業乙太網路可以使用標準的路由器、網路交換器、集線器、線材、無線接取器及光纖等設備，不僅經濟實惠，在維護與器材供應上也都更簡便有效率。

至於工業環境要求的穩定度與可靠性，其實是不用太擔心的事，因為乙太網路的技術已相當成熟，只要用高檔的設備器材就能達到此一目的，那些標榜合乎工業環境的網路交換器等等設備，應該也是用更高級的材料與更嚴謹的工程所製造的產品而已。

另外在乙太網路的整體通訊環境中，由於有線、無線，短距、遠程的通訊設備裝置五花八門，只要做好一個優質的App，幾乎隨時隨地都能跨平台的來操控機台，提高生產效率。

CT促進OT與IT的最佳化運作

應用工業乙太網路重點還是在提升工廠運作的新境界，在工廠自動化精益求精的原則下，整合OT、IT與CT（通訊科技），發展更多功能，才能達到智慧化與最佳化的效果。簡單來說，工業CT就是OT與IT之間的媒介，也是工廠智能化與機動化必要的條件。（圖1）

圖1 : 工業乙太網路是當前結合IT與OT的最佳通訊科技。（CTIMES製圖）

工業乙太網路比傳統RS232或RS485來說速率要快很多，不過處理TCP/IP封包會比處理串列資料要複雜，或許對舊有處理簡單指令的機台不需要，也不必更換。但未來智能化的機台就不一樣了，加上嵌入式系統的OT可以做更多功能的應用，配上乙太網路來與外部連結交換資訊也很方便，而最重要的是乙太網路持續在隨著資訊科技進步發展，所以才能與IT做更好的結合。

另外，使用乙太網路就能做遠距與雲端連線，可以讓數據交換更無遠弗屆，辦公室與工廠資源得以整合，也方便ERP、CRM等系統做更精密的決策依據。所以，要有與時俱進與裝置齊全的通訊科技，才能使OT與IT得到最佳化的結合與運作，而使用乙太網路的CT則是目前最佳的選擇。

在工業物聯網方面的應用

工業乙太網路在工業物聯網（IIoT）上面的應用當然也是不可或缺的角色。從名詞的定義上就知道，IIoT（Industry Internet of Things）的第二個I就是Internet，工業物聯網的核心與基礎仍是網際網路，必須以TCP/IP的協定來串連所有的東西。

不過短距離的感知傳輸，才是機台裝置接觸各類物體的通訊需要，例如Zigbee或現場匯流排等方式，有些感知則是直接解譯後當場處理，乙太網路在這裡派不上用場。所以，乙太網路是負責將這些機台裝置串聯起來的作用，每個機台裝置則是這個節點的子網路伺服器。

機台之間的連結也就是所謂的M2M平台，由於是機器之間的自主管理，在用乙太網路串連起來之後，還需要遵循其他層面的協定標準，特別是應用層上的登錄與安全技術，這樣才能建構出一個完整的IIoT平台。

因為從理論上而言，每個「物」都會有它獨一無二的IP位址，而這些物平時並不會串連在一起，而且會散落各地，但一旦透過乙太網路連接之後，對於該物的履歷也就會一目了然，並且可以做進一步的應用或追蹤處理。

工業安全與時間敏感網路的問題

工安問題一直是工廠自動化首要考慮的項目，本來自動化可以減少人為的疏失或環境對人員的傷害，但在網路數位化之後，相關的傷害卻可能來自外部的侵入或數據的錯亂，一個環節出錯，所有連結的機器可能像骨牌效應一樣應聲而倒。所以，筆者認為起碼有三個環節要特別注意，一是網路安全，二是時效掌握（TSN），三是容錯設計，以下將分別說明。

開放性網路的安全保護

當工廠自動化應用乙太網路串連之後，雖然方便的與其他IT系統整合，也可以做遠距與無線的遙控，但因為TCP/IP的資料封包屬於開放分散式的傳送協定，在網路安全上就必須特別注意，要防備任何刻意或不刻意的系統侵入。

在網際網路上的駭客行為都是24小時自動化地在執行著，工廠機器一旦被駭客操控或癱瘓，可以想見引發的危機或損失會是多麼的嚴重，因此工業乙太網路也必須這方面提供更多的保障。當然，業者在應用層上可以設計一些安全措施，例如資料加密或防火牆，但最好是在乙太網路的各類裝置上就提供這些保障，並且由工廠可以做自主設定，許多工業乙太網路的供應商也意識到這一點，所以都會　另外提供諸如工業安全路由器或安全遠端存取平台等設備。(圖2)

圖2 : 供應商標榜的各類工業級乙太網路設備

然而網路安全是一個複雜的問題，對於資料數據的保密、完整、可用等都必須做好積極的保護。有業者表示，應儘早實施適當的安全功能，最好是在系統訊號鏈開始的時候，也就是從實際的物理世界轉向數位世界的時候，這個節點通常由感測器或控制器構成，在此點上可直接要求硬體身分識別及資料完整性，如此才能實現最高級別的資料安全。

時間敏感網路的建構

時間敏感網路或者也稱作時效性網路，涉及多個子標準，是IEEE 802.1工作小組中的Time-Sensitive Networking（TSN）工作小組發展的系列標準，其定義為在乙太網路上以最低延遲或高可用性進行資料傳輸的機制。所謂時間敏感就是為了能做到即時反應，除了是機器之間的有效運作外，也牽涉到品質與安全的問題。

前面曾經說過，乙太網路要處理TCP/IP封包要比處理序列資料要複雜很多，資料越多時間延遲就可能越多，另外TCP要做及時控制也有許多不便，因此建構TSN是工業乙太網路非常迫切需要的措施。然而TSN網路基礎為無數的感測器、裝置及系統，當智能化運作越來越重要時，必須依靠人工智慧的演算處理，未來讓各類機台當下就能自行決策。

各類環節的容錯設計

這個問題是筆者參考IT軟硬體整合時所應考慮事項而特別強調的一點，也就是在資訊科技裡不管多麼精良的系統，仍然會有不可預知的衝突或bug。造成系統錯誤的節點當然要立刻收集資料反應回管理端，而既然錯誤難免，也要馬上透過容錯設計，讓現場操作人員因應。

出現系統bug，也許是小問題可忽略，也許是停機檢查，也可能是立刻啟用備援系統來因應。總之，有了容錯設計會讓整個工廠自動化作業更讓人安心，也不至於耽誤生產的流程與效率。

結語

工業通訊選擇乙太網路從成本考量、方便性、自動化功能發展，乃至於串聯工業物聯網的需求而言，都是必然的趨勢應用；而隨著資訊科技與時俱進的乙太網路標準，現今作為IT、OT之間智能化與最佳化的運作媒介，也是順理成章的一件事。同時，各個領域如果都能早一點布局工業乙太網路，也是實現工業4.0讓多方都能參與生產與運銷的重要途徑。