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日文-計裝一詞,是指生產工廠內,安裝用於操作量測與製程控制的儀器設備。

"計裝豆知識"--就是儀器小知識,關於儀器信號連接使用時有很多術語及現場技術,您可能找不到人可以問,這個知識園地將可提供小小幫助。

請點擊相關標題,即可展開/收合相關詳細說明。能麒企業(股)公司 身為日本M-SYSTEM技研代理商,希望相關說明有助於負責系統設計規劃或現場維護的使用者。

內容將陸續追加,敬請期待與追蹤。

 

 

 

1. TCP與UDP /2002.02

TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)是在Internet和Intranet上廣泛使用的一種通信協議。該協議起源於1969年美國研究機構和大學為了廣域網路而開發,稱為ARPANET協議。而後,研究小組推動了改進和標準化,並於1975年最終確定了TCP/IP的基本規範。於1983年被安裝在UNIX系統中,並開始全面運用。

 

TCP/IP協議

電腦間相互通信時的各種“安排配置”稱為通信協議。這些“安排配置”根據通信中的作用內容進行劃分和分層,國際標準模型是ISO倡導的“ OSI(Open Sytem Interconnection)參考架構”(請參見表1)。OSI參考架構是瞭解通信協議的良好雛形。

 

表1 OSI參考架構和TCP/IP協議架構

  OSI參考架構(7層架構)

TCP/IP架構

(4層)

TCP/IP架構

(5層)

第7層

應用層

(Application layer)

將提供什麼樣的通信服務,將實現什麼?

(關於應用類型的規定)

應用層

應用層

第6層

表現層

(Presentation Layer)

發送哪種表達格式?

(關於資料類型和傳送位元數的規定)

第5層 會議層
(Session Layer)

發送哪種對話模式?

(關於通信模式和同步方法的規定)

第4層

傳輸層

(Transport Layer)

如何檢查它是否正確到達?

(關於發送/接收確認和應用程序識別的規定)

傳輸層

(TCP/UDP層)

傳輸層

(TCP/UDP層)

第3層

網路層

(Network Layer)

對方的識別位址是什麼?如何使用通信網路?

(關於通信路由的選擇和識別位址的規定)

Internet層

(IP層)

Internet層

(IP層)

第2層

資料連結層

(Data Link Layer)

傳送路由的確保及終端的識別?

(關於通信路由和錯誤修正的規定)

網路介面層

資料連結層

(MAC層)

第1層

實體層

(Physical Layer)

傳輸線發送資料的媒介和方法是什麼?

(有關實體線路、設備和電氣信號的規定)

實體層

 

TCP/IP協議雖參考OSI架構以相同的方式分層,但是在OSI協議架構有7層,在TCP/IP被分成5個或4個層(見表1)。

TCP/IP參考OSI架構, 由相當於傳輸層的TCP層(或UDP層)及相當於網路層的IP層為核心組成。

 

TCP和UDP的區別

在電腦間的通信中,當送信側要資料傳送到受信側時,必須考慮<資料損壞>、<遺失>、<重複或延遲>、<到達順序錯位>等問題。透過檢查這些項目並在檢測時自動進行更正,以確保通信的可靠度。TCP在資料通信中扮演著這個角色,提供了完善可靠度和傳送保證。

 

在TCP中,由於重視資料的傳達保證,增加了錯誤檢查和重傳請求之類的處理,因此,在“高速資料傳輸”方面,性能受到了些許限制。所以,出現另一個不要求TCP的傳輸保證,只強調高速性通信的UDP協議(User Datagram Protocol)。UDP不提供傳輸受送信確認和重傳要求等保證機制,因此相對於TCP較不具可靠性。但是,由於其出色的高速性,被用於重視響應性的通信服務或製程控制以及各種自動化控制網路(請參考圖1)。M-SYSTEM技研的MsysNet的控制網路“ L-Bus”和JEMA(日本電氣工業協會)推廣的“ FL-NET” 都是採用UDP協議。在這些控制網路中,使用者可以獨立設計UDP上層的應用層,以達成實際使用的可靠性。然而,隨著高速乙太網路(100Mbps)物理層變得廣泛,且電腦的處理速度也顯著提高,因此TCP也可以達到相當高的傳輸速度。所以,TCP也已經泛用於自動化控制網路。

 

 

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2. RS-232/RS-485規格 /1999.09

RS-232/EIA-232

個人電腦和智能型量測控制設備大都使用稱為“(EIA-)RS-232(-C) ”或“ EIA(/ TIA)-232(-E) ”的串列通信介面 。

 

“ RS-232-C”是終端機和撥號式數據機(Modem)之間的介面標準,EIA定義了資料和控制信號的機能、電路特性以及25針連接器腳位分配、電纜長度15m (在EIA-232-D之後對該標準進行了修訂,因此該標準現在規定為2,500pF的靜電容量而不是長度)和20kbps以內的傳輸速度等條件。

 

IBM PC相容電腦標準配備的9針連接器,同樣是該標準的子集,所以也被稱為RS-232(-C)(9-pin)。許多測量和控制設備提供的介面都符合此標準。

 

該標準已被修改,現在為“ ANSI/EIA/TIA-232-E-91”,但該修訂對子集的影響很小,如開頭所述,各種名稱均仍適用。

 

標準傳輸速度為20 kbps以下,但業界上存在許多“ RS-232、115.2 kbps”之類的產品,所以有必要注意電纜規格以及傳輸系統各部分中時序誤差的累積。

 

RS-232是終端機和數據機(Modem)之間連接的標準,但為了可以跟個人電腦直接連接,在另一端也設計具RS-232數據機介面。另外,終端機間的數據機連接介面直接用特殊的連接電纜(例如,Cross cable及 Null modem cable)連接也是很常見的。在這種情況下,由於控制信號之間的連線因電纜而異,因此必須注意與傳輸控制軟體搭配的問題。

 

隨著各種高速串列介面的出現,該標准在技術上已逐漸消失。但由於廣泛被使用,仍佔有標準介面的地位。

 

RS-485/EIA-485

長期以來,稱為“ RS-485”或“ EIA-485”的標準已廣泛用於遠端I/O和PLC等測量、控制設備的分歧(multidrop)連接。各種現場網路標準的物理層也採用了此標準。

 

本標準中EIA規定了下列介面信號送受信電路的標準。

• 最多32台的分歧連接

• 最高10 Mbps的通信速度(取決於電纜長度)

• 對絞線最長可達1.2km

• 使用1對或2對(僅1:N傳輸時)的對絞線連接差動式送受信電路後,並在兩端使用符合電纜特性阻抗的終端電阻。

 

在計測控控設備中,為應付接地電位差和雜訊干擾,RS-485送受信電路與設備主電路之間通常要進行隔離。

 

當所有連接的傳送電路都處於非傳送/高阻抗狀態的閒置期間,將因有終端電阻,所以線路電壓變為0V。由於接收電路的門檻為0V,因此無法通過RS-485接收IC的輕微滯後現象將無法消除雜訊干擾,受信電路的輸出資料可能會發生不穩定的變化。

 

為了避免在閒置期間的這種不穩定動作,大多會在終端阻電阻部設計了一個偏置電路,可以在閒置時消除線路0V電壓,或者在RS-485受信IC之前設計臨界值偏移電路。但是因為方法不統一,因此連接多個製造商的設備到同一條通信線上時,結合設備的送受信特性、線阻、終端電阻、偏置電路等需要互相匹配,才能夠確保穩定地動作。

 

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3. 乙太網路電纜線及HUB /2002.06

乙太網路是當前最流行的資料通信網路,廣泛用於家庭、辦公室、工廠等。在我們周圍都可以輕鬆地找到乙太網路電纜線。

 

乙太網路電纜線

乙太網路電纜線有10BASE5、10BASE2、10BASE-T、100BASE-TX和1000BASE-T等規格。開始的數字表示最大傳輸速度,例如10表示10 Mbps。BASE代表此通信傳送數位信號時的基頻(baseband)。後面數字5和2則指最大傳輸距離,5代表500m,2代表200m(準確地說是185m)。如果後面是-T(或-TX),則不是代表傳輸距離,而是使用兩兩對絞的絞線。

 

“10BASE5和10BASE2則是使用同軸電纜線。10BASE5使用直徑為10mm的粗同軸電纜,其顏色為黃色,因此被稱為黃色電纜。而,10BASE2 則是使用直徑為5毫米的細同軸電纜。近年來,為了容易施工,對終端設備大多以使用模塊化端子(RJ-45)連接的對絞線(Twisted cable)為配線主流。表1列出了上述每種電纜線的標準。

 

表1

  10BASE5 10BASE5 10BASE-T 100BASE-TX 1000BASE-T
最大傳輸距離 500m 185m 100m 100m 100m
最大傳輸速度 10Mbps 10Mbps 10Mbps 100Mbps 1Gbps
電纜線種類 同軸 同軸 UTP、STP UTP、STP UTP、STP
連接頭 AUI BNC RJ-45 RJ-45 RJ-45

 

注) UTP是非隔離對絞線(Unshielded Twisted Pair Cable)、STP是隔離對絞線(Shielded Twisted Pair Cable)的簡稱。

 

集線器(HUB)

HUB集線器是乙太網路(Ethernet)中用來放射性連接-T(-TX)形式電纜線(HUB起源為英語車輪的中心)的集線裝置。電纜要延長時,也可以當作中繼設備來使用。

 

HUB集線器有中繼集線器和交換集線器等各種類型。中繼集線器是內建強波(repeater)機能的集線器。強波器可放大信號並修正波形的機能,一般說的HUB就是指中繼集線器。交換式集線器(Swithcing HUB)是除了中繼集線器機能外,還具有儲存各乙太網路電纜線連接的每個埠口MAC位址的機能,並且只會僅將資料傳送到指定的目標埠口。因此,不太可能發生通信線路上的衝突,適合於高速資料傳輸。市場上可以看到到具有4個連接埠口的小型集線器,甚到多達數十個連接埠口的大型集線器的產品。

 

圖1為交換式集線器產品。

 

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4. CC-Link /2000.02

 

什麼是CC-Link?

在FA系統中,以串列通信連接PLC(可程式控制器)和輸出入設備(條碼機,電磁閥等)的現場通信網路正日益普及。為了應用於與現場控制有關的機能,特別要求通信網路的即時性。

 

“ CC-Link”是 Control&Communication Link的縮寫,由三菱電機公司於1996年倡議以PLC為核心的一種開放式網路技術。

 

 

CC-Link的特色

• 最快可達到10Mbps的高速傳送

• 可以傳送字元資料和訊息

不只是傳送接點信號的位元資料,還可連接含溫度等類比信號字元資料的設備。

• 總距離最長可達1200 m

(傳送速度 156kbps時)

• Bus型網路配線,系統配置更加容易

 

 

通信網路的動作

網路的物理層採RS-485標準,資料框架(Frame)符合HDLC標準。通信網路需要一個主局(Master),而PLC通常就是主局。最多可以連接64個子局。主局透過儲存連接的子局種類及站號資料來管理整個網路。傳輸控制是由主局對子局同時廣播及個別交握方式執行。

 

 

開放性

透過向三菱電機公司提出會員申請,設備製造商可以得到相歇技術資料及購買通信LSI,進而開發CC-Link相容產品。而三菱電機公司為了減少開放性產品所可能發生的互連性問題也會進行原型機的連接性測試。

 

M-SYSTEM技研提供CC-Link相容產品多通道類比傳送器(型號(M2BC)(圖1)。

M-SYSTEM M2BC

截至1999年12月7日,包括M-SYSTEM技研在內的120多個國內外設備製造商已成為合作夥伴製造商會員,發表CC-Link相容的伺服驅動器、溫度控制器、LED顯示器、人機介面、條碼機,傳送設備、機器人控制器、傳感器、信號轉換器、電磁閥和流量計等多樣化產品。

 

 

個人電腦/主局的實現

最近,三菱電機公司宣布了一種支援電腦PCI匯流排插槽的CC-Link介面卡。電腦搭配此介面卡後,便可與CC-Link相容設備組合在一起,建構出沒有PLC的控制系統。可預期CC-Link的應用範圍將會進一步擴展。

 

 

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5. CC-Link Ver.2.0 /2005.02

CC-Link是以成為全球標準唯一起源於日本的開放性網路,被廣泛使用於亞洲和北美為中心的全球FA市場。已有605家加盟會員(其中,海內外公司數量322家)加入推廣CC-Link的CC-Link協會(CLPA),連接註冊產品累計有614個機種,累積到達216萬台出貨數量。這個規模接近DeviceNet開放網路,已是全世界公認的全球標準。

 

CC-Link Ver.2.0的推出

CC-Link具有省配線、高速性、可靠性和多元供應商等多種特性,適用於FA為主的各種應用中。原本CC-Link規範為Ver.1.10,但在2003年1月推出了升級的CC-Link Ver.2.0。版本升級的目的是從傳統的FA領域,擴展到半導體製造設備和PA測量控制中,需要類比信號為主的大容量資料通信應用領域。

 

 

Ver.1.10與Ver.2.0 的比較

與Ver.1.10相比,Ver.2.0將送收信的資料量最大擴充到8倍,大大增加連接到網路的資料量。

 

 

Ver.2.0和Ver.1.10的基本規格比較如表1所示。

表1 Ver.2.0和Ver.1.10的基本規格比較

項目 Ver.2.0的規格 Ver.1.10的規格

備註

(Ver.2.0/Ver1.10)

最大連結點數

(資料量)

RX,RY:各8192 bits

RWw,RWr:各2048 words

RX,RY:各2048 bits

RWw,RWr:各256 words

4倍

8倍

每台連結點數
(資料量)
佔1局時

RX,RY:各32~128 bits

RWw,RWr:各4~32 words

RX,RY:各32 bits

RWw,RWr:各4 words

4倍

8倍

佔4局時

RX,RY:各128~896 bits

RWw,RWr:各16~128 words

RX,RY:各128 bits

RWw,RWr:各16 words

7倍

8倍

每1台佔有局數 1~4 同左  
擴充循環設定 1倍、2倍、4倍、8倍
通信速度 10M/5M/2.5M/625k/156kbps
連接台數 最多64台

 

 

Ver.1.10與Ver.2.0 的互換性

最近,市場上出現了許多支援Ver.2.0的新產品,網路上Ver.1.10和Ver.2.0之間的互換性如下。

當主局支援新版本(Ver.2.0)時:子局如果是舊版本(Ver.1.10)相容的產品,仍然可與支援新舊版本(Ver.2.0、Ver .1.10)產品混合連接使用(但是,舊版本相容的產品僅限於使用於舊版本的規格範圍內)。

 

當主局是舊的版本(Ver.1.10)時:則無法連接支援新版本的子局產品。

 

M-SYSTEM技研的遠端I/O產品(子局) R3系列具有可支援CC-Link Ver.2.0相容的模組,同時銷售與Ver.1.10相容的模組。圖1 為R3系列的外觀和主要規格。

 

 

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6. 關於CC-Link IE TSN /2020.10

下面將解釋有關工業用開放性網路“ CC-Link IE TSN”。

 

什麼是TSN

近年來,乙太網路已被推廣在各個工業領域使用中。因為在物聯網(IoT)的時代,需要將資訊系統及控制系統的所有事物都連接起來,因為無縫連接變成可能之後,期待可以透過系統的全部自動化,提高生產效率、安全性、可維護性、品質提升節能和降低成本。

 

TSN是(時效性網路 Time Sensitive Networking的縮寫)由IEEE(美國電氣與電子工程師協會)定義的乙太網路資料連結層(第2層)的擴充標準,保證了傳統乙太網路無法實現的時間同步,成為工業領域(FAPA等)通信中可以確保即時性的網路標準規格。它除了允許發送非TSN框架(Frame)資料(無保證),同時允許如期發送的TSN框架資料(有保證),因為可以將資訊系統控及制系統網路整合為一,期望在未來能加以普及。 IEEE 802.1中的TSN標準是由TSN任務小組開發的多個子標準,並將這些標準加以組合而成。表1列出了代表性標準。 TSN標準仍在發展之中,除了表1中列出的標準以外,還有一些其他草案尚未獲得認證。

 

表1 代表性TSN標準

標準 名稱 內容
IEEE 802.1AS

時間同步

(Timing and Synchronization)

定義傳輸同步時間的協定。
IEEE 802.1Qbv

預定傳輸流量的增強

(Enhancements for Scheduled Traffic)

準時發送預定的資料框架。
IEEE 802.1Qbu

資料框架的優先

(Frame Preemption)

允許高優先權的資料框架中斷處理。
IEEE 802.1Qci

串流間的過濾及策略

(Per-Stream Filtering and Policing)

防止破壞、異常或惡意攻擊。
IEEE 802.1CB

資料框架複製和消除以提高可靠性

(Frame Replication and Elimination for Reliability)

二重化提高可靠性。
IEEE 802.1Qcc

串流預留提高擴充性及性能

(Stream Reservation Protocol)

串流預留協定

 

 

什麼是CC-Link IE TSN?

CC-Link IE TSN是一種工業用開放型網路,由CC-Link協會所推廣,是世界上第一個採用TSN標準的網路。

 

CC-Link IE TSN符合IEEE 802.1AS(時間同步),IEEE 1588和IEEE 802.1Qbv(預定傳輸流量的增強)的TSN標準,以分時(Time-sharing)的方式達到實時(Real-time)性能。線路上也可以混合多個不同的網路,更透過有效的協定,實現高速、高精度的運動控制。

 

 

CC-Link IE TSN的特色

(1)控制通信與資料數據通信的融合

將設備控制用的循環性通信優先於資料數據通信來分配頻寬,不只可透過實時的循環通信來控制設備,讓IT系統(非TSN)可以一起輕鬆地建構交換資料數據的網路環境。

不同網路融合的圖示

 

(2)系統儘早啟動和高精度預測性維護

支援SNMP(簡易網路管理協定:Simple Network Management Protocol),因此可使用泛用SNMP監視工具,針對不只是CC-Link IE TSN相容設備,甚至可透過IP通信設備(如Switch Hub或路由器)全部收集並分析。

 

另外,由於採用高精度的時間同步,會以微秒為單位調整各主局或子局之間保持的時間資料,因此,當網路上發生異常要進行動作日誌的分析時,將可以按照準確的時間序列追踨導致事件發生的事件。

 

此外,可以向IT系統提供生產現場的資料和彼此關聯的準確時間資料,再透過資料分析應用程序進行預測性維護,使精確性得以進一步提高。

 

(3)最佳化驅動控制性能以縮短訂單要求時間(Takt time)

採用分時方法(Time-sharing method)達到31.25μs以下的高速通信性能。即使由於增加了傳感器或因控制需要在線路增加所需的伺服驅動器的數量,對訂單要求時間的影響將可降到最低。

 

此外,在同一網路內可以運用多個通信週期。所以可以根據每個設備特性選擇適用的通信週期,使網路上子局設備的性能充份活用,使整個系統的生產率能夠提高。

運用複數個通信週期時的圖示

 

(4)CC-Link IE TSN的通信規格

項目 規格
通信速度 1Gbps/100Mbps
每局的最大循環容量 各局、入出力合計最大4G(4,294,967,296)bytes
暫態傳送 每局都具有伺服器功能和客戶端功能,傳輸容量與SLMP相同。
通信方式 分時方法(Time-sharing method)
同步機能 符合EEE802.1AS、IEEE1588v2
一個網路中可連接節點數量 64,770台(主局與子局合計)
節點間最大距離 ・Cat.5e以上對絞纜線(IEEE 802.3標準)時:100 m
・光纖(IEEE 802.3標準多模光纖)時:550 m
・光纖(SI-POF)時: 20 m
・光纖(SI-HPCF)時:100 m
最大分歧數 無上限
拓撲結構 直線型、星型、直線-星型混合、環型、環型-星型混合、網格(Mesh)

 

 

M System技研CC-Link IE TSN相容產品

M-SYSTEM技研已開發出小型模組式遠端I/O R30系列的CC-Link IE TSN的通信模組(型號:R30NCIT1)(照片1)。通訊速度為1 Gbps,遠端暫存器為RWw/RWr 64點,可與其它I/O模組共同組成遠端子局。

 

 

 

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7. Modbus /1999.11

採用Modbus Protocol為通信協定的通信網路稱為Modbus。Modbus Protocol是Modicon Inc.(AEG Schneider Automation International SAS)為PLC開發的一種通信協定,規格內容是被公開的。目前,可以在WEB網頁http://www.modicon.com/上查看協定規範(PI-MBUS-300 Rev.J)內容。Modbus協定只定義通信協定,而不定義通信介質的物理層。一般使用RS-232和RS-485作為物理層。也有在乙太網路(Ethernet)和MAP等其它網路上加入Modbus協定訊息。在這種情況下,不僅是主局/子局通信,還可以進行1對1通信。

 

Modbus由於其協定規範是公開且非常簡單,因此已在FA和PA領域中被廣泛使用。與其他現場網路的標準不同,沒有驗證或認可機構的問題。因此,當需要連接儀表設備時,必須自己確認是否可以正常連接。圖1為可連接到Fisher-Rosemount Systems Inc.的DeltaV System的M Systems技研 Modbus多通道類比輸出入單元(型號:60M)產品。

 

 

Modbus Protocol

Modbus Protocol的通信為單1主局/多子局方法。只有主局才能送出查詢(開始通信)。子局看到此查詢,會執行指定的機能,並送出回應訊息。主局可以針對特定的子局發出查詢,也可以對所有子局發送廣播式查詢。使用廣播查詢時,子局只會執行指定的機能,不會送出回應訊息。而子局只針對查詢對象為自身局號才會送出回應訊息。

 

查詢的傳送格式由子局位址(或廣播)、定義的要求內容機能代碼、資料和錯誤檢查碼組成。而,回應訊息的傳送格式由要求內容的確認欄位、回應資料和錯誤檢查碼組成。圖2顯示了查詢和回應訊息的傳送格式。

 

串型傳送模式具有 ASC II(American Standard Code for Information Interchange)模式或 RTU(Remote Terminal Unit)模式兩種類型可以選擇。但是,在一個網路線路上,所有設備必須都是相同模式。

ASC II在模式中,每1 byte(8位元)資料將會以 2 bytes 的ASC II 碼來傳送。而在RTU模式下,將會保持原樣來發送1 byte(8位元)資料。所以一般採RTU模式,因為它具有比ASCII模式更好的傳輸效率。

 

錯誤檢查碼的算法會依傳送模式而有所不同。在ASC II模式下使用LRC(Longitudinal Redundancy Check)法,而在RTU模式下則是使用CRC(Cyclical Redundancy Check)法。

 

 

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8. 全雙工通信與半雙工通信 /1996.02

關於全雙工和半雙工通信之間的差異,我們將透過電話和無線電對講機為例進行解釋。

 

在電話上,通信雙方可以同時說話與聽到對方聲音。但是,在我們的日常生活中,如果彼此保持同時說話,將無法聽清楚對方所說的話。這種雙方同時都可以說話和收聽的通信方法,就稱為全雙工(FULL DUPLEX)通信方式。

 

相反的,如果是使用無線電對講機,每次說完話時,就需要在發送和接收之間切換,所以在收聽時無法說話,在通話時也無法聽到對方的所說的話。這種不能同時收聽及說話的方式,就稱為半雙工(HALF DUPLEX)通信方式。

 

讓我們以A和B兩地之間的資料傳送為例加以說明。

 

在全雙工通信方式中,A和B之間有兩組資料流路徑,允許不同方向上的資料同時由A流向B、由B流向A。

 

另一方面,在半雙工通信方式中,只需要一組資料流路徑,並且透過對傳送進行時間分配,使傳送方向會交替地切換以進行資料傳送。

 

當使用雙絞線作資料傳輸線路時,半雙工通信方式基本上使用1對纜線(圖1),而全雙工通信方式則使用2對纜線(圖2a)。

但是,全雙工通信時,不一定需要2條纜線。例如,可將2個信號都放在1條纜線上,將信號調變為具有不同頻率分量的信號(圖2b中的f A和f B)後,再將它們分為不同方向上的信號的方法。這樣就可以使用1條纜線同時傳送兩個信號。此時資料路徑就不僅是1對導體本身,而是透過調變進行頻率分割而獲得的2個頻寬。

相反地,也存在使用2條纜線,但是採半雙工通信方式的情況。基本上選擇哪種方式取決於應用上的性質。

 

一般來說,資料通信大多採用查詢和回應的半雙工通信方式。因此,即使資料通信設備具有全雙工通信機能,實際上大部份使用情況都是採用半雙工通信方式。

 

 

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9. EtherNet/IP、EtherCAT /2011.07

本次將介紹2種以Ethernet為基礎的工業用即時乙太網路(Real-Time Ethernet) 。

 

目前被一直使用的現場網路(CC-Link、DeviceNet 等),在近年來已漸漸往乙太網路(Ethernet)為基礎的工業即時乙太網路 (RTE:Real-Time Ethernet) 穩步推進。本次,將概略介紹其中的EtherNet/IP(Ethernet Industrial Protocol)及EtherCAT(EtherNet For Control Auttomation Technology)。

 

1.EtherNet/IP

EtherNet/IP 是一種使用乙太網路(Ethernet)的工業用多供應商網路。表1內列出了它的通信規格。本規範是一個開放性的標準,該規範由與 DeviceNet 相同的 ODVA(Open DeviceNet Vendor Association)管理,並被各種工業設備採用。它在美國和亞洲已擁有較大的使用市場,並在通用汽車所有工廠內作為通信系統。EtherNet/IP 不僅是控制器之間的網路,還可以做為現場網路來使用。此外,由於使用標準乙太網路技術,因此可以混合使用各種泛用乙太網路設備。

 

表1 EtherNet/IP 的通信規格

傳送種類 10BASE-T/100BASE-TX
傳送速度 10/100Mbps
通信距離 節點間距離:100m以內
傳送線路 STP纜線 Cat.5/5e
拓樸 星形、直線形、樹狀
最大連接台數 無限制

 

EtherNet/IP 是一種適用於工業環境和實時應用(Time-critical application)的網絡。EtherNet/IP 使用標準Ethernet和 TCP/IP 技術,以及稱為通用工業協定 (CIP:Common Industrial Protocol) 開放的應用層協定。只要使用 CIP連接到 EtherNet/IP網路 ,多個製造商產品之間就可以互相運用。

 

由於CIP 與 DeviceNet、ControlNet 和 CompoNet 網路使用一樣的應用層,所以可以容易地移植到 EtherNet/IP。

 

圖1為CIP共通層示意圖。

 

 

2.EtherCAT

EtherCAT 使用乙太網路(Ethernet)實現超高速的工作原理和節點間高精度同步機能,是具備運動控制的最佳架構、佈線形式簡單等特色的一種開放式網路(表2)。

 

EtherCAT Technology Group (ETG) 是由各產業領先的用戶企業和主要的自動化公司成立的論壇,旨在促進 EtherCAT 技術的支援、推廣和發展,並進行相容性測試及認證程序,保持 EtherCAT 執行時的互換性。

 

表2EtherCAT 的通信規格

傳送種類 100BASE-TX
傳送速度 全雙工100Mbps
通信距離 節點間距離:100m以內
傳送線路 STP纜線 Cat.5/5e
拓樸 星形、直線形、樹狀
最大連接台數 65535

 

EtherCAT不是直接向每個節點發送數據框架,而是透過每個節點協助傳遞框架,每個節點會將發送的數據寫入框架,並從框架中讀取接收數據,保證數據傳送的高速和實時性(圖2)。

每個節點在通過框架時的延遲僅為幾個 ns。因此,與傳統的實時Ethernet通信不同,可使用頻寬為90%以上。

 

此外,EtherCAT充分利用了100BASE-TX全雙工通信,因此可以使用超過100 Mbps(2 x 100 Mbps的90%以上)的通信性能。EtherCAT 主站使用標準乙太網路媒體處理控制器 (MAC: Media Access Controller),不需要任何其他專用 ASIC晶片。因此,EtherCAT 主站(Master)可以掛載在任何具有乙太網路介面的設備上,不受作業系統或應用環境限制。在 EtherCAT 子站(Slave)中,EtherCAT 子站控制器 (ESC: EtherCAT Slave Controller) 會高速執行數據傳送/接收處理。因此,網路性能不依賴於子局的控制器的性能。子站的應用和ESC可透過雙埠RAM來連接。

 

 

3. 與M-SYSTEM技研產品的連接

M-SYSTEM技研推出 圖3 所示可連接到EtherNet/IP、EtherCAT出的遠端I/O R3系列,並計劃逐步擴展到其它系列的遠端 I/O。

 

 

 

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10. 乙太網路(Ethernet) /1999.10

乙太網路發展背景及普及

乙太網路(Ethernet)是1970年代初在美國Xerox公司研究所內開發誕生的局部區域網路(LAN:Local Area Network)方式,是今天看到的以辦公環境為目標的分散式網路系統的一部分,而名字是源自古代所想像的光和電磁波傳輸介質“乙太(ether)”。官方規範由 DEC、Intel和Xerox共同發布,並迅速成為業界標準。之後規格稍有增加,被美國工業標準IEEE802.3採用,所以現在的商用設備都是以此為基礎而生產的。由於變得非常流行,便宜的PC介面卡和集線器(HUB)只需幾千日元就可買到,所以在一般家庭中也開始被使用。

 

即使在儀表量測的世界裡,不僅注意到傳統上被使用於電腦LAN,也注重高速性、成本、靈活性,所以原來的RS-232/RS-485或各公司專用的現場網路、設備之間以及設備與電腦之間的通信也開始採用乙太網路。例如,市場上開始出現能連接到乙太網路的PLC或I/O設備。

 

 

乙太網路概述

乙太網路原則上是用一條電纜線上將許多帶有網路介面卡的電腦連接。當一端發送信號時,所有電腦上的介面卡都會收到信號,如果它是受信的對象時,就會將資料讀取到電腦中,如果不是,那就會被捨棄。

 

因為多台電腦同時開始傳輸時會產生碰撞,因此各發送端使用以下方法來避免。

 

① 發送端會先查看電纜上的信號(載波),確認沒有其它信號流過時,才會開始傳送。

 

②  即使在送信過程中,也會根據波形來監視是否與來自其它站的送信發生衝突。如果發生衝突,在傳送一定量後中斷,每個發送端會以亂數方式隨機設定等待時間,再從①重新開始。

 

這種方式稱為CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection)。

 

最初,使用稱為 10BASE5(黃色電纜)的較粗同軸電纜作為連接線。然而,在那之後,一種叫做10BASE2的細同軸電纜,以及另一種叫做10BASE-T的電話雙絞線也能使用,由於更易於佈線而成為當前的主流。此外,在通信速度上,不再只是最早的 10 Mbps,也漸漸普及成為 100 Mbps 。在使用雙絞線時,也會透過具有 4~ 16 個連接埠的 HUB集線器,以放射狀配線連接到所有電腦。也可以連接多個HUB,或將HUB 連接到同軸主幹電纜。

 

由於乙太網路被認為是辦公環境中的網路,因此已經被考慮在1台故障時不會影響整個網路,以及能夠On-Line連接/脫離或增設的靈活性。

 

每個介面卡在 IEEE 與製造商管理下分配了世界上唯一的 48 位元的MAC地址,因此無論將其加入何處的LAN,在不設定或變更位址下都可以使用。此外,介面卡可具有多群組位址,並且可以發送到特定群組所屬的介面卡。

 

乙太網路上可同時存在TCP/IP 和 NetWare 等各種通信協定。


 

MsysNet

M System技研的分散式控制系統MsysNet,在通信部的頂層的 L-Bus也採用乙太網路。

 

* MsysNet是 M System技研的註冊商標。

 

 

 

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11. 關於SLMP /2021.01

本篇將介紹用於 CC-Link IE 與乙太網路(Ethernet)產品之間可以無縫通信的通信協定“SLMP”。

 

什麼是SLMP

SLMP(Seamless Message Protocol)是泛用乙太網路設備和 CC-Link IE 相容設備之間的無縫通信,以使用者無需理會網路差異為目的的一種開放式通信協定。SLMP 規範自從與 CC-Link IE 現場(Field)網路規範一起發布以來,仍持續一直在擴充。2018年新增CC-Link IE TSN網路管理相關的內容。

 

 

SLMP的特點

SLMP 是在 TCP、UDP 和 CC-Link IE 的上層(應用層)實現的。因此,當SLMP使用在泛用乙太網路設備中時,可以使用既有的硬體及驅動程式,不需要專用設備。

SLMP

圖1 實現無縫通信的協定構成

 

SLMP 通信方式有用戶端(Client)-伺服器(Server)型和Push型兩種。在用戶端-伺服器型中,用戶端向伺服器發送請求以收集資料、管理連接的設備和設定參數。另一方面,在Push型中,伺服器向用戶端發送請求來進行通信和資料分發。

 

SLMP 是安裝的設備有連接不同網路時,可傳遞之間的請求來實現無縫通信。

圖2的例子中,連接到辦公室區網(LAN)的設備維護管理用PC(用戶端)與連接CC-Link IE網路I/O(伺服器)的控制器之間以用戶端-伺服器型式通信。在這裡,CC-Link IE 控制器網路上的主控制器及控制器會將 PC 的要求傳遞搬送到 I/O上。

圖2 來自區域網路的設備管理案例

 

 

SLMP和MC通信協定之間的關係

 採用SLMP 通信時,設備之間必需支援訊息格式(Message fomat)、命令(Command)和子命令(Sub command)。

 

訊息格式有連續要求型的MT型(Multi-Transmission)和單一要求型的ST型(Single-Transmission)兩種。MT型因為會在要求的訊息中加入序列編號,所以可以連續發出多個要求,而不需要等待回應的訊息。另一個ST型,則沒有在訊息中加入序列號碼,而是在每個要求後等待回應訊息。這些訊息格式與三菱 MC通信協定(Melsec Communication Protocol) 4E 框架以及 QnA相容的 3E 框架是相同的格式。

 

此外,有些SLMP 與 MC通信協定的命令及子命令具有相同的動作,如表 1所示。因此,在SLMP 中可以使用 MC通信協定有支援的訊息格式、命令和子命令與具有MC通信協定的設備進行通信。

 

表1 命令對應表摘錄

MC 通信協定 SLMP
動作 命令 子命令 種別 動作
位元(bit)單位批次讀取 0401 001 元件 Read
字元(word)單位批次讀取 000
位元(bit)單位批次寫入 1401 001 Write
字元(word)單位批次寫入 000
字元(word)單位隨意讀取 0402 000 Read Random
位元(bit)單位隨意寫入 1402 001 Write Random
字元(word)單位隨意寫入 000

・ 子命令的 部分,依指定的元件而不同。

 

 

關於 SLMP 相容設備

 只要經過CC-Link協會的符合性測試合格,就可以取得SLMP相容設備認證。符合性測試僅針對設備的軟體機能來確認,硬體測試部份只要符合網路規範即可。

 

軟體機能確認時,可以不需要包含所有已公開的規範,只要針對任意機能(支援訊息格式、命令、子命令、Push型通信等)。因此,如圖3 內所示,各種用途的設備都是SLMP相容設備。此時,就需要檢查每個設備的規格,以瞭解該SLMP 相容設備所具有的機能。

圖3  SLMP架構例

 

 

M System技研的 SLMP相容產品

多通道自由組合型遠端I/O R3系列中,我們為SLMP客戶端開發了一種通訊輸出入模組(型號: R3-GSLMP1)(照片1),使SLMP相容設備的資料被可不同通訊協定的模組來使用。

 

R3-GSLMP1

 

 

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12. 網路拓撲(Network Topology) /2002.08

「網路拓撲」是用來描述通信網路上的電腦、控制設備和各種終端設備(以下統稱為終端)如何連接的術語。典型的網路拓撲包括「星型」、「Bus型」和「環型」。以下是每種拓撲的簡要說明。

 

星型(Star type)

星型是乙太網路 10BASE-T 的網路拓撲架構,將所有終端都連接到1台集線器 (HUB) (如圖1所示)。因為電纜從集線器到終端呈放射狀佈線,所以稱為星型,是目前最常用於 LAN(區域網路) 的網路拓撲。當增加或刪除終端時不需要將系統停止。另一個特點是即使網路的任一台出現故障,也不會影響到整個系統。使用UTP電纜(Unshielded Twist Pair cable:非屏蔽雙絞線電纜)。由於 UTP 是較軟的,與Bus型相比可以更容易佈線。

 

 

Bus型

Bus型是用於乙太網路10BASE2和10BASE5的網路拓撲,將所有終端連接到一條主幹線上,在線路兩端要連接終端電阻(如圖2所示)

 

 

由於資料傳輸的高可靠性, 常被用作10BASE-T 等的幹線,在場所內使用的垂直佈線。Bus型架構簡單,雖然電纜線總長較短,但由於使用同軸電纜,因此與使用UTP電纜的星型相比,電纜佈線較困難一些。而且在改變設備配置時可能需要重新進行鋪設工作。此外,如果網路上有部分出現故障,它可能會影響到整個系統。且在10BASE2的架構下,每次增加或刪除終端都需要將系統停止(10BASE5則無此限制)。

 

 

環型(Ring type)

 環型是以環狀連接各終端的型式,以Token Passing傳輸控制為基礎的網路拓撲,其中每個終端連接成環形。典型的例子為TokenRing和 FDDI(Fiber Distributed Data Interface)。

 

 

Token Passing方式是賦予一種被稱為Token的傳送權限框架在網路上循環,而只有獲得此權限的終端才能進行資料傳送的一種傳輸控制方式。這種傳輸控制方式可以在任何物理性網路拓撲中實現,邏輯上只要Token可以循環即可。例如在物理上,上一項所提到的Bus型拓撲架構也可以使用Token傳遞方式(在這種情況下,也會特別稱為Token Passing Bus方法)。

 

在環型拓撲中,只要有1條線故障就會影響整個系統。所以,在 FDDI連線時,常會以 2條電纜線的二重化方式作為對策,以提高可靠性。

 

 

 

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13. HART(1)  /1998.11

什麼是 HART

在製程儀表中,差壓變換器、溫度變換器等傳送器及控制閥等操作端統稱為現場設備,在工廠中被大量安裝使用。這些現場設備控制器、指示器與接收設備之間需分別鋪設信號線,透過這些線來傳輸4~20mA DC的類比信號。眾所周知,這種方法是自1950年代末逐漸建立起來的一種標準方法。當然,在這種情況下,在每條信號線上,僅傳送溫度、流量、壓力等測量信號或閥門開度等控制輸出信號般的單一個變量。

 

一種將數位信號疊加在這個 4~20 mA DC信號上,並同時傳輸多個信號的方法開始於 12~13 年前,最近在歐洲及美國被廣泛應用。在數位信號中, 4~20mA DC信號首先以變量實際值作為主信號。結合了差壓傳感器和 RTD 的差壓變換器中,流體的靜壓、溫度和使用它們計算的質量流量分別作為2次、3次和4次信號傳送。此外,還可以發送測量點的測量點編號(TAG NUMBER)和測量點名稱(TAG NAME)。還有一個給發送器的輸出指定信號是鮮為人知的信號。例如,如果向發送器發送「設定輸出信號為 10mA」命令,則無論輸入信號如何,都可以將輸出設定為 10mA。

 

實現這種方法的發送器或操作終端一般稱為智能設備,這種通信方式一般也被稱為智能通信。主要製造商已經建立各自的智能信號。其中,HART(Highway Addressable Remote Transducer)已被視為業界標準在世界範圍內被廣泛使用,它是由美國Rosemount公司所提倡和推廣的。目前,已不具特定的企業色彩,成為儀器業界的開放性共有財產,HCF(HART COmmunication FOundation)是組織的核心,超過70多家製造商、用戶和活動的會員加入加盟行列。目前已有300個機種的HART設備實際可供使用。

 

 

HART實現的機制

①交流數位信號疊加到測量信號、控制輸出信號等4~20mA DC直流類比信號上,透過該數位信號實現現場設備與攜帶式​​通信終端(稱為HART 通信器)的通信,使得各種訊息交換成為可能。如圖 1所示 HART 通信器照片。目前,除Honeywell之外的主要 DCS 都可以處理 HART 信號。

 

圖1 HART通信器

 

②透過現場設備與HART通信器兩端所內建微處理器及HART數據機來實現①的數位通信。發信端透過HART數據機進行信號的疊加 ,接收儀表端經過濾波器進行交流信號的分離,就可取出直流的類比信號。而,HART 通訊器也將從交流分量中取出原始數位值。如果能用個人電腦替代 HART 通訊器,將可以得到更好的操作性。

 

下一期,我們將講解HART的具體機制和應用實例。

 

 

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14. HART(2)  /1998.12

HART通信的機制

圖1所示為實現HART通訊的機制原理圖。

HART通信機制

在微處理器的控制下,發送器中的數位信號經HART數據機轉換成頻率信號,疊加在4~20mA直流信號上後,再送至信號線。 HART通信器接收這個疊加信號後,用HART數據機提取頻率信號,再還原原始數位信號。 另一方面,接收儀表使用濾波器從疊加信號中提取出原始的4~20mA直流信號。

 

 

HART實現的機制

HART 的 4~20mA DC信號傳送至控制器、指示器並使用於控制迴路上。 使用上與常用方式一樣。

 

另一方面,可以很容易地想像,測量點編號、測量名稱、實際單位測量值等數位信號可以用於DCS、PLC和PC的MMI。

 

舉出一個應用例,利用HART來進行迴路測試。 啟動儀器時,利用迴路測試確認數百個發送器、操件端是否使用正確的產品並連接正確。 使用過的人都應該都知道,這是一項非常耗時的工作。

 

 

在儀表室裏,將 HART 通訊器連接到配線完成的接線上,發送測量點編號和輸出指定信號(例如設置為 10mA DC)。 如此可以確認測量點編號連接的變換器是否是指定的轉換器。 另外,輸出信號送回的10mA DC信號,可以用來檢查連接的顯示器。

 

HART 信號變換器或操作端與處理簡單 4~20mA DC 的產品要貴一些。 然而,使用者可以感受到,啟動時的迴路測試及其它施作工時(成本)的減少將足以彌補差異。 維護方面也是如此。

 

此外,HART可以透過現場安裝儀表更改變換器的上/下限值的設定。 也可以統計控制閥到達上死點和下死點的次數並傳送該數值。

 

 

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15. PoE(IEEE802.3af)  /2009.12

PoE(Power over Ethernet)是使用 LAN 電纜線為乙太網路(Ethernet)設備供電的技術。網路攝影機和無線LAN基地台等需安裝在天花板或牆壁上的設備,從外觀和安裝成本的角度而言有節省配線的需求,因此支援 PoE 的產品數量也正在增加。

 

PoE概述

關於 PoE 技術,IEEE 於 2003 年 6 月將其標準化為 IEEE 802.3af。供電型交換式集線器(Switching HUB)、供電變換器等供電側設備稱為PSE(Power Sourcing Equipment),而網路攝影機、無線LAN基地台等受電側設備稱為PD(Powered Devices)。在PoE中,PSE(供電側設備)可以透過LAN電纜線,對所連接的每1個埠口提供 輸出電壓48V(最大 57V)、最大15.4W的輸出。另外,由於PSE具有PD檢出機能,所以並不是向任何乙太網路設備輸出電壓,而是只對PoE相容的設備供電。也因為這樣,所以可以在同一網路中混合使用 PoE 相容設備和非 PoE 相容設備。

 

供電方式(Alternative A、Alternative B)

一條 LAN 電纜線是由8條帶有絕緣塗層的銅線兩兩對絞在一起(雙絞線)組成。在10M/100M Ethernet中,4對雙絞線中的2對((1)(2)一對、(3)(6)一對)用於數據通信,其餘2對((4)(5)一對、(7)(8)一對)並未被使用。PSE(供電式交換集線器)有在通信用的2對((1)(2)對、(3)(6)對)疊加供電電流(Alternative A),及未使用的2對((1)(2)一對、(3)(6)一對)供電(Alternative B,圖2)兩種類型。另一方面,PD(受電側設備)被設計為支援Alternative A、B兩種供電方式,因此可以在不管PSE供電方式的情況下使用PoE機能。

 

 

PD的檢出方法

為確保連接到 PSE 的Ethernet設備是支援 PoE 的設備 (PD),PSE 會對連接設備輸出兩個 2.8-10V 範圍內不同的電壓值,再測量其電流。由於PD有內建25kΩ的檢出用電阻,當檢測到25kΩ對應的電流值時,PSE即可判斷為PD。

 

然後 PSE 輸出 15.5 至 20.5V 範圍內的電壓並測量電流。由於檢測到的電流可以識別PD所屬的消耗功率等級(表1),因此可以掌握PSE從各連接埠提供的全部PD的最大功耗。檢測到PD的400ms後將會開始供電,之後它會一直供電,直到 PD 斷開連接(圖3)。

 

表 1 消耗功率等級

等級 消耗功率 檢出電流
0 0.44~12.95W 0~5mA
1 0.44~3.84W 8~13mA
2 3.84~6.49W 16~21mA
3 6.49~12.95W 25~31mA
4 未定 35~45mA

 

 

M-SYSTEM技研的產品例

以相容 PoE 的 M-SYSTEM技研產品的為例,圖4 中相容PoE/1000BASE-T 的Ethernet用避雷器(型號:MDCAT),最近就有大量的客戶下訂購買。

M-SYSTEM MDCAT

 

 

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16. 關於安全的通信 /2020.07

我們將解釋避免網際網路通信各種風險的安全通信。

 

通信風險

我們每天都在使用互網際網路通信,但其中存在各種風險。 列出以下風險的代表性範例。

可能的風險 內容
竊聽

攻擊者攔截通信並窺探訊息。

(例) 購物網站的通信資料中的信用卡資訊被盜取。

竄改

攻擊者竄改通信資料。

(例) 發送郵件的內容被改寫後再寄送給對方。

欺騙

攻擊者冒充網頁管理者。

(例) 被引導至購物網站類似畫面的假網站,盜取登錄名稱、密碼等個人訊息。

 

TLS

TLS(傳輸層安全性協定: Transport Layer Security)是一種實現安全通信的手段。透過TLS的導入,可以應付上述風險。

可能的風險 內容
竊聽

由於通信是加密的,竊聽變得困難。

竄改

由於具有檢測竄改的機制,因此您可以判斷是否被竄改。

欺騙

伺服器(購物網站)準備一份聲明其身份的證明書,並申請第三方予以認證。認證機構在確認請求者的存在及 URL 的身份後簽署證明書。伺服器會對每個客戶端(使用者)連接者傳遞這個簽名證明書,接收此證明書的客戶端可以用來確認連接目標的伺服器。

 

應用 TLS 的 HTTP 和 FTP分別稱為 HTTPS 和 FTPS 。 除了上述範例之外,還有許多使用 TLS 的安全通信協議,同時也被廣泛使用。

 

 

注意事項

當使用瀏覽器連接到 HTTPS 伺服器時,URL 旁邊會顯示一個鑰匙標記( )(圖 1)。透過鑰匙標記的顯示,使用者可以知道已在確保安全性的連線。然而,有鑰匙標記並不意味著是絕對安全的。即使在 TLS 環境中也需要以下預防措施。

 

① 如果在瀏覽器中輸入的 URL 來自惡意網站,也可能會顯示鑰匙標記。 但仍要隨時確認 URL 是否正確。

② 如果登錄名稱或密碼洩露時,未經授權的風險仍然存在。 有必要維持定期更改密碼的習慣。

 

圖1 瀏覽器上顯示 URL的鑰匙標記

 

 

M-SYSTEM技研支援安全通信的產品

● 物聯網現場資料記錄器,機型 E(照片1)

現場資料記錄器是可具有 Web 瀏覽器畫面的遠端監控機能、資料記錄機能和事件通報機能的物聯網終端機。 機型 E(型號:DL8-E)具有安全通信機能(HTTPS、FTPS)。

 

● 物聯網現場資料記錄器,Web Logger2(照片2)

Web logger2 是現場安裝的資料記錄器,可使用 Web 瀏覽器畫面的遠端監視機能、資料記錄機能、事件通報機能和報表生成機能。Web Logger2 的高性能規格型(型號:DL30-G)具有安全通信功能(HTTPS、FTPS)。

M-SYSTEM DL8-EM-SYSTEM DL30-G

 

 

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17. IP位址  /2005.07

IP位址是 TCP/IP 網路上電腦對應位置的識別號碼。網際網路(Internet)連接了數千萬台電腦 ,全部的電腦都會被分配到唯一的 IP 位址。

 

該 IP 位址由世界各地的 NIC(網路資訊中心:Network Information Center)管理。在日本,JPNIC(Japan Network Information Center)負責管理和分配日本的 IP 位址。

 

IP位址的組成

一個 IP位址由32位元的 2進制數字(4個 0~255的10進制用逗點分隔)組成(此規格稱為IPv4),而一個 IP位址可代表 2個位址,分別是網路位址(Network Address)及主機位址(Host Address)(參考圖1)。

IPV4

例如,在網際網路(Internet)的情況下,許多網路(Network)匯集在一起形成一個大網路。且每一個網路(Network)中會連接多個終端設備。由於這些原因,IP 位址首先必須表示它屬於哪個網路,這就是網路位址(Network Address)。而,主機地址(Host Address)則代表了這個網路(Network)中的哪個終端設備。

 

子網路遮罩(Subnet Mask)

子網路遮罩是一種可將網際網路這種龐大網路分割為多個小網路(子網路)來管理的機制。32位元數字的IP 位址中是使用多少位元來作為網路識別的網路位址 ,網路位址以外的部分又是用於識別網路中各個終端設備的主機位址。透過計算子網路遮罩值和 IP位址間各位元的邏輯乘積(Logical AND)來識別IP位址的網路位址。

 

例如,如果子網路遮罩值為 2進制的 11111111 11111111 11111111 00000000(10進制的 255.255.255.0),則 IP 位址的前面24位元為網路位址,後面的 8位元為主機地址。

 

舉個實際例子,如果使用子網路遮罩值255.255.255.0來分割IP位址192.168.0.100,則此 IP位址表示為192.168.0 網路位址內主機位址為100的終端設備。

 

 

預設閘道(Default Gateway)

與不存在於同一子網路上的設備(電腦等)進行資料通信時,需要先將資料傳送到稱為閘道器(Gateway)的設備(例如路由器,英文:Rounter)。但是如果不知道要傳送到哪個閘道器時,它將會被傳送到稱為預設閘道的代表性設備(閘道器、路由器等)。通常,各設備只會設定預設閘道的 IP地址。之後,設定這個預設閘道的設備將透過適合的路由傳送資料(參考圖2)。

預設閘道

 

 

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18. IPv6  /2002.11

網際網路(Internet)的普及是顯著的,網頁瀏覽和網路郵件已成為當今我們在工作場所不可或缺的商務工具。網際網路上使用的網路通信協議是TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)。

 

目前使用的 TCP/IP 是大約 20 年前標準化的協議,稱為 IPv4 (Internet Protocol version4)。然而,現在網際網路已經全球普及,這個 IPv4 存在以下問題。一是IP位址耗盡。IPv4 可以處理大約 43 億個位址,但有人擔心在不久的將來會分配不到新的位址。另一個是服務供應商管理的路由表(routing table)龐大化。我們使用的網際網路是一種首先連接到簽約供應商,然後根據那裡管理的路由表來到達目標網頁的機制。隨著 網際網路位址的增加,這個路由表也變得越來越大,越來越複雜。

IPv6

 

因此,IPv6(Internet Protocol version6)成為下一個備受關注的協議。IPv6 可以處理 2的 128次方(43億x43億x43億x43億)天文數字般的位址。換句話說,例如,如果將 IP位址平均分配給全球目前約 66億的人口,則每人可以分配到5.6 ×1028(100萬億乘以5600萬億)個IP 地址(參考 圖1)。幾乎可以說位址是無限制的。因此,點對點(end to end)通信時,只要終端設備本身俱有伺服器機能,在不透過網路服務供應商(ISP)的伺服器下,設備之間就可以直接通信。由於設備本身俱有網際網路的伺服器機能,因此可以從任何地方直接連接設備進行通信(參考 圖2)。

IPv6

我們大多認為網際網路只是個人電腦的連線,但 IPv6 允許設備在未經許可的情況下相互通信(例如,在北海道連接溫度傳感器,但在東京使用記錄器來顯示)。

 

最終,全世界的家電和汽車都將擁有各自的IP地址,並透過通信來相互溝通。目前看來,若要將IPv6標準化時,有著IPv4變遷、安全性等問題待解決,但IPv6的實際應用可以會讓我們的生活變得更加便利,這似乎並不遙遠的事。

 

 

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19. 關於HDMI產品開發過程 /2020.04

本篇將簡要概述 HDMI 技術相容產品開發的各個過程。

 

什麼是HDMI®

HDMI 是由 High-Definition Multimedia Interface 縮寫的介面關格。它的常見用途是透過一根電纜在錄製電視節目的錄影機和顯示畫面的電視之間交換影像、音頻和控制信號等多種訊息。此外,HDMI 不只是作為 AV 交換訊息用,也可以使用於個人電腦等 IT 設備間的通信。

 

傳統上,AV所使用的介面,有複合影像端子(俗稱AV端子)、分離影像端子(俗稱S端子)、色差端子、D影像端子(俗稱D端子)等連接器. 這些都是類比式信號。而IT設備多使用VGA端子(俗稱D-sub 15針)、DVI端子等連接器。 DVI 端子有一部份用於類比信號。無論是AV設備還是IT設備,都存在類比信號造成影像劣化、纜線多芯數、配管的粗細等問題,而且音頻信號需要與影像信號用不同纜線分開傳送。

 

HDMI 就是解決這些問題的方法之一。

 

有關 HDMI 的概述,請參閱以下網站。

サンワサプライ(株)「HDMIとは」

https://www.sanwa.co.jp/product/cable/hdmi/howto/index.html

 

 

HDMI Licensing Administrator, Inc.是什麼?

如果要開發使用HDMI技術的產品,首先要獲得技術規範。為此,需要先成為 HDMI Licensing Administrator, Inc. (HDMI LA) 協會的會員。該組織由全球 1,800 多家企業會員組成,其中日本有 179 家公司參與。M-SYSTEM技研也是其中之一(截至現在)。

 

其相關組織,有HDMI Founders和HDMI Forum,前者制定HDMI Ver.2.0版本以前的技術規範,後者制定Ver.2.1版本以後的技術規範。雙方指定由HDMI LA 代為管理HDMI 規範許可證。與 7家公司(包括 4家日本公司)組成的 HDMI Founders 不同,HDMI Forum 是一個開放性業界團體,由 90 家以上全球領先的消費電子、PC、行動設備商、電纜等製造商構成,以制定新版本的 HDMI 並擴大 HDMI 產品規模為使命。

 

 

HDMI 產品種類

支援 HDMI 的產品分為以下4種類型。需要決定該產品是屬於這4種產品中的哪一種。

規格上的分類 概要
Source 錄影機和個人電腦等會將內容輸出的設備
Sink 電視、PC 顯示器和投影機等顯示影像的設備
Repeater Source、Sink間的中繼器
Cable Source、Sink、Repeater間連接用電纜線

 

 

自有產品獲得 HDMI LA 確認的程序

在這種情況下,需要處理以下作業。

 

① 加入 HDMI LA 會員,取得HDMI Adopter(採用者) 資格。

② 獲得自有產品所需的HDMI規範。

③ 根據技術規範進行產品開發。

④ 根據測試規範進行自我評價。

⑤ 在認證的測試中心進行試驗。

⑥ 將認證測試中心所提供的資料,在 HDMI LA 網站會員區登錄,並得到 HDMI LA 的確認。

 

 

在ATC的試驗是?

認證測試中心(參考⑤和⑥)正式稱為授權測試中心(AUTHORIZED TEST CENTERS ,簡稱ATC)。ATC在全球共有 17 間公司,其中 3 間在日本(截至 2019 年 12 月)。

 

在 ATC,試驗是根據稱為 CTS(Compliance Test Specification:合規性測試規範)測試規範來進行。試驗完成後,ATC會為提供一份名為“CONFIRMATION OF HDMI ATC TESTING”的文件和測試報告。此試驗為最低要求,ATC 僅對其進行確認。因此,即使結果合格了,ATC也不能保證與其它產品的互通性,各製造商必須對自己的產品來負責。

 

 

關於HDMI版本的說明

HDMI 有多種版本,主要是解析度、機能(用途)和傳輸速度不同。但請注意,在規格書和使用說明書中,禁止單獨使用如“HDMI 2.1 相容”版本編號,來定義產品或介面的機能(具體的規則在HDMI LA 提供的專用指南將有說明)。

 

 

關於 HDMI Adopter年費和產品權利金

HDMI 採用者(Adopter)必須支付年費和產品權利金以維持其資格。年費和產品權利金是在取得 HDMI 採用者的資格時與 HDMI LA 所簽訂的契約內規定。

 

產品權利金是以HDMI LA 確認的產品出貨數量乘以指定單價所得的金額。HDMI 採用者需依每季生產數量報告來支付產品權利金。

 

 

M-SYSTEM技研 通過HDMI LA確認的產製品介紹

遠端畫面顯示介面RemoteGP(型號: RGP30)照片1),可以編輯開關、指示燈、儀表等圖形顯示並可和物聯網設備顯示相同畫面。由於配備了 HDMI 連接埠,可以使用性價比較優的市售大型顯示器和觸控面板。

M-SYSTEM RemoteGP RGP30

 

<參考資料>

HDMI HOME https://www.hdmi.org/

 

 

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資料來源: M-SYSTEM技研