工業連接通常須客製化解決方案，會面臨維護不易、成本過高的問題，因此工業自動化正透過Profinet等工業乙太網路協定的整合，來克服這些局限。而MQTT、OPC、UA等協定也不斷增強，以滿足IIoT所需技術。
工業物聯網(IIoT)能夠支援智慧工業的新時代。工業物聯網基於開放性和互用性、易擴展性和「大數據」之概念，可以幫助企業在各種製造和業務流程中顯著改進營運。
IIoT技術正在應對一些市場空間的問題以便充分利用機器與機器(M2M)的通訊、遠端訪問和密集數據擷取來支援統計製程控制、製造管理和持續的改進計畫。事實上，現代工業企業中的數據流已經被組織成一個成熟的機制。
在監控和數據擷取(SCADA)層面及以下，工業乙太網路協定已經在不斷發展以滿足過程自動化等相關之特定要求。一個特別的要求是須支援確定性控制(Deterministic Control)，這種要求通常是即時的，只允許毫秒級之延遲。工業乙太網路協定也被用來滿足當今工業企業日益增長的數據需求，從而幫助他們更快地滿足客戶需求，提升產品品質，並降低成本。
即便這樣的商業目標已經確立，但從歷史上看，工業連接通常依賴基於專有標準的客製化解決方案，這些解決方案的實施成本很高，維護複雜且難以擴展。雖然IIoT技術可以幫助改變這一切，但工業自動化領域已經在嘗試克服這些明顯的局限性。例如，工業乙太網路協定已經將Profinet等幾個常用規格進行了整合。
關鍵業務型工業乙太網路
Profinet非常適合工業自動化任務，同時支援不斷增長的M2M通訊和數據擷取之需求，它也能夠適用於滿足工業過程的特定需求。基於來自不同製造商的裝置和系統的互通性和互換性，大量的應用程式配置檔案可以確保裝置系列以相同的方式使用Profinet。這種例子包括用於驅動器/馬達的PROFIdrive、適用於能源管理的PROFIenergy以及與功能安全相關的PROFIsafe等。此外，Profinet I/O配置檔案還提供了連接機械開關等非智慧裝置的方法，以監控狀態並發送指令。
Profinet還設計用於處理特殊的工業要求，例如在無法使用乙太網路的危險環境中進行安全的操作。Profinet透過代理進行處理，允許安全的現場總線端點將處於危險區域的裝置連接到基於乙太網路的基礎設施。以這種方式可以支援多種現場總線規格，包括PROFIBUS DP、PROFIBUS PA、Interbus、DeviceNet、Foundation Fieldbus等，以及使用Profinet I/O等配置檔案的非智慧裝置。
Profinet已經安裝了超過1,700多萬個節點，這種成功表明SCADA系統和製程自動化裝置之間連接的監控得到了很好管理和有效執行。IIoT技術可以幫助數據擷取，尤其是使製造活動中的數據在SCADA層面之上的整個企業IT基礎設施能夠關聯並可訪問。
物聯網能帶來什麼？
從商業角度來看，IIoT技術作為一種實現數位化轉型的途徑，將使企業更加有興趣採納，最終將可以提高製造生產率，提高企業的營運效率，並推動創新。
用於製程控制統一架構的物件鏈接和嵌入(OPC UA)是一種新興的基於乙太網路的協定，可處理工業製程數據、警報、事件和歷史數據之間的通訊。它是一種中立的平台，具有內建的安全性，能夠支援自主和智慧的系統。透過這些特性，它提供了一個用於開放的、與供應商無關的通訊平台，在控制器層面將可編程邏輯控制器(PLC)、感測器數據與SCADA系統、MES、ERP和雲端連接在一起。
輕量級協定/開放標準
消息隊列遙測傳輸(MQTT)把營運技術(OT)和訊息技術(IT)兩個領域整合在一起，可能會成為一個普遍的協定。最初，MQTT被設計為一個輕量級、數據未知、低開銷的協定，主要用於石油和天然氣行業的低頻寬數據連接。現在它已經用於Facebook Messenger等訊息應用程式，以及亞馬遜和IBM IoT平台等等。
MQTT透過運作將數據生成者與數據使用者分離的發布/訂閱模型，能夠提供IIoT技術所期望的可擴展性和靈活性。這與工業領域採用的通常是主/從式的傳統M2M原則，或者從特定來源重複請求數據的輪詢回應有著根本不同。在這個傳統模型中，導入感測器等新的數據源，改變或擴展應用程式以使用更大的數據集，都是複雜且嚴格的挑戰。
在MQTT使用的發布/訂閱方法中，數據生成端(例如感測器)只要數據準備就緒即可發布，這些數據通常可供任何訂閱用戶使用。只需最少干預，即可導入新裝置或改變訂閱。以異常報告(RBE)為基礎發布數據可釋放網路頻寬，以供關鍵的OT裝置和企業系統使用。此外，低資料封包開銷和簡單的功能有助於更加簡化，報頭(Header)僅占用微薄的2字元，有效負載關聯於特定應用，並且只支援連接、斷開連接、發布、訂閱和Ping等操作。
許多其他發布/訂閱協定可能對IIoT場景中的數據擷取有用。數據分發服務(DDS)是一種開放協定，不須像MQTT伺服器那樣集中式代理，因此允許更簡單的網路管理以及更快的通訊。微秒級解析度使DDS適用於即時和嵌入式系統，以及關鍵業務應用。
在其他發布/訂閱協定中，高級消息隊列協定(AMQP)已經在金融服務部門得到廣泛應用，並且具備保證交易完成的機制。然而，AMQP並非輕量級協定，可能會阻礙其在頻寬受限之工業通訊中的採用。
作為發布/訂閱的替代方案，受限應用協定(CoAP)等互聯網協定，由於使用代表性狀態轉移(REST)，透過請求可在伺服器上提供資源，可以像與一個Web API互動一樣，能夠輕鬆地從感測器獲取數據，並且可以應對各種不同類型的有效載荷。CoAP支援多種數據類型，包括HTML、JavaScript、JSON和XML。基於HTTP的JSON在更廣泛的物聯網中已經非常流行。CoAP與HTTP很相似，但只有4個字元的報頭，以及緊湊的編碼和簡化的請求結構，非常適合基於微控制器之小型裝置。它還可以透過使用與複雜RSA密鑰一樣強大的數據包傳輸層面安全性(DTLS)來保護通訊。
既有協定不會立即被取代
面向SCADA的工業自動化多年來一直採用基於乙太網路的通訊，以利用這種技術更快的速度，更高的效率和未來保障的優勢。透過一些流行規格(如Profinet)的融合可以更好地利用針對工業自動化優化的通訊強固性，並且可以處理即時和任務關鍵型的互動，並可確保來自不同製造商模組之間的互用性，從而實現高度專業化之目標。
未來可能會出現一些適合高嚴格性和高性能表現的基於互聯網的協定。但就目前而言，當今IIoT技術的關鍵角色是要連接OT和IT領域，這可以透過實現更高效和輕量的數據交換，並簡化IT系統對相關數據的訪問來實現。可擴展性和靈活性是物聯網實施的基本原則，在企業學習如何利用IIoT，並尋求更多業務優勢時，這種可擴展性和靈活性對於其演進同樣很重要。
在工業場合，所有投資都被認真考慮並預期能夠具有相應的回報，因此簡單的拆除和替換並不是一種受推崇的方式。基於互聯網的協定僅有在能夠提供可運算的收益時才有可能進入工業自動化領域。因此，像MQTT、OPC UA及CoAP等其他協定將不斷增強，但不會立即取代像Profinet這樣的已有協定。
(本文作者任職於貿澤電子)