【科普】 機聯網第一哩路 感測網路技術「IO-Link」是什麼？
新一代通訊技術的發展往往是推動工業4.0加速發展的助力之一。目前在機聯網中，業界公認最具發展潛力的智慧感測通訊技術莫過於IO-Link，但事實上IO-Link雖已發展一段時間，但時至今日，仍未大規模在台灣普及，這中間雖然有許多因素，但這項未來可能演化為新的標準規範，仍舊吸引廠商積極投入產品的制定與研發。
感測器在智慧工廠中扮演著相當重要的角色，舉凡機器運轉狀況的監測、生產環境的狀態監測、機器的產能與利用率等多方面資訊，都需要倚賴感測器的協助，將蒐集到的資訊進一步透過穩定的通訊往上傳遞到控制中心或後台，透過巨量資料的分析與運算，最終產生即時且有效的資訊給工廠作業人員或管理者。
值得注意的是，為了讓智慧感測網路的資訊傳輸更有效率，專為工業控制領域所打造的新一代感測器通訊技術「IO-Link」，這項技術被發展起來的目的主要是希望讓感測器與控制器之間的傳輸，從類比進階為數位化與雙向化，同時也進一步擴大數據應用內容。目前在歐洲與美國IO-Link都已迅速發展起來，未來可能演化為新的標準規範。2006年14家自動化大廠成立IO-Link協會，如德國FA設備大廠巴魯夫(Balluff)便是IO-Link協會的創始成員之一。
在各式各樣的感測器通訊協定中，目前成長最快的就是採用開放標準的IO-Link協定。台灣巴魯夫業務總監歐陽昱祺指出，在IO-Link的發展中有三大值得關注的地方，將改變傳統工業自動化控制系統模式，包括更靈活的配置、感測通訊走向數位化，以及雙向通訊等。
什麼是IO-Link？
根據定義，IO-Link(IEC 61131-9)是一種「開放式標準串列通訊協定」。其系統架構是由一個IO-Link主站(母站)和一個或多個IO-Link設備組成，這裡的IO-Link設備就包括系統往底層連結的所有感測器和節點。其運作方式是先將第一線感測器所蒐集到的資料，經過主站統整後，最後再透過一條工業乙太網路線，將訊號傳輸到上層的控制器(PLC)中。
在此許多人都有一個誤解，以為IO-Link似乎跟PROFINET、CC-Link、EtherNet/IP 及 EtherCAT 等工業乙太網通訊是互相競爭的關係。但事實上，IO-Link位處於整個工業通訊架構中的最底層，可以說是一種專為感測網路而生的通訊技術。
奠定智慧感測網路數位化基礎
IO-Link之所以在未來成為工業現場的通訊主流，這就要談到傳統工業自動化控制系統的瓶頸。歐陽昱祺指出，PLC做為工業現場的控制大腦，在傳統的自動化控制系統中，不論是底層感測器要往上傳送訊號，或是接收指令，傳統做法都是拉實體線與PLC串聯，換言之，當I/O節點越多，現場就需要拉越多線，久而久之，工廠便集線叢生，且時至今日，台灣大部分的製造現場放眼望去，都是這種模式。
除此之外，當用戶想要維護或者修改參數時，就需要操作人員到現場對設備進行檢查、維護或者設定，這種方法費時又費力。尤其在今年新冠疫情影響下，更突顯出這種傳統方法的維護與參數設置的不易。
而IO-Link的作法則是有別於傳統的「直線傳輸」，改採分組傳輸的方式進行。歐陽昱祺進一步解釋，此種傳輸方式是在主站與底層感測器之間，根據產線配置需求，再彈性設置多個子站分別整合，例如該區是主軸、油壓或是水箱的感測網路，這樣的好處是一來可根據感測器類型進行分組，在主站中清楚識別，方便管控與故障排除，二來因為透過子站整合，越往上層傳輸，佈線更為簡約。
而只要在工廠裡，就很難排除訊號干擾的問題。工業4.0的演進同時也代表著工廠正走向數位化時代，歐陽昱祺指出，走數位訊號介面的IO-Link系統，一方面具有更高的抗干擾性，因為相較傳統感測器以類比訊號傳輸，在轉換過程中，若設備與主控制室的距離越長，就越容易產生干擾，尤其是製造現場有大輸出的馬達，其電磁波更容易造成類比訊號的衰減和失真，而已經數位化的數據不會因轉換產生失真，可確保後端所收到的數據品質。
數位化的另一個好處則是讓IO-Link可以數位方式精確回饋偵測狀況，因此也將過去只能單向訊息傳輸的感測網路，進而轉為雙向通訊。控制器因此可以從遠端對設備進行監控，讓管理者可透過其數據掌握感測器狀態，並藉此達到預防性檢查，或直接向遠端的I/O進行參數設置，釋放感測器的巨大潛力。
未來三年看好可望在台加速普及
這種技術問世雖已有一段時間，在歐洲與美國已開始發展，但歐陽昱祺觀察，由於台灣製造業相對比較保守，投資意願不大，且市場策略方向尚未調整，因此即便深知IO-Link可能會是下一波主流趨勢，但對於IO-Link的接受度仍未很高。他指出，像是被視作工業巨頭的德國，訴求是把產品做到最好，因此很願意投資導入新的技術，但台灣過去兩三年受到中國大陸競爭對手衝擊，仍會習以先就成本為產品設計的出發點，這就凸顯出高階市場與中低階市場的水準落差。
不過隨著近年台灣工具機廠商逐漸受到來自客戶端的壓力，歐陽昱祺也看好在大廠的領頭下，產業動起來，未來三年可望看到IO-Link在台灣加速發展。