物理與數位世界的聚合帶來了智慧工廠和新一代工業機械的崛起。這一新的時代稱為工業 4.0，它正在將 物聯網 (IoT) 網路物理系統相連，以簡化製造和業務流程，提高通用性和精度，並縮短上市時間和減少浪費。

但是，要將傳統工廠轉變為智慧工廠來實現這些優勢還面臨許多挑戰。這包括：

• 適應所涉及機械的龐大品種和尺寸
• 管理分散式控制系統的複雜性，可包含數百個控制節點
• 在隔離工廠網路上連接和集成眾多感測器與傳統設備

本文介紹一款基於 PC 的物聯網控制器，它執行機器視覺解決方案並執行物聯網閘道服務。我們研究此控制器如何為機器視覺帶來新的性能和靈活性。我們說明即時工業 Ethernet 技術在確保多個控制節點之間流暢協作中的作用。我們討論開放標準和預集成 CODESYS SoftMotion CNC RTE 及 NEXCOM NexECM 軟體如何加速多功能機械的開發和部署。此外，我們還調查第 6 代 Intel® Core™ 處理器產品系列的性能功能如何實現執行如此眾多工的單一物聯網控制器。

對更通用機器視覺的需求

機器視覺系統找出有故障的進入工件，引導工件定位，檢查成品進行品質控制。較早的傳統專用機器視覺系統與自動化控制鏈隔離，缺乏運動控制 API。它們只能做到透過/失敗決定，需要可程式設計邏輯控制器 (PLC) 來處理控制功能（圖 1）。由於這些系統中經常未收集到資料，相關變數、發現趨勢和實施預測維護非常 困難。

新一代機器眼睛

現代對提高效率、盈利率和容量的壓力產生了對新一代機器視覺系統的需求。包含機器視覺的物聯網工業控制器現在正在真正地上線。這些成熟而通用的系統帶來物聯網連線性，計算和影像處理的巨大增長，以及資料存儲 （圖 2）。它們的機器視覺支援更大的精度和協調。

高速成像和分析對生產時間至關重要。圖像捕獲與分析之間的時間越短，迴圈時間越短。

監控確保快速可重複的高品質輸出生產。現代工業控制器必須根據複雜計算，近即時協調控制節點和資料交換以實現流程內改動與糾正。要具備通用性，這些控制器還必須支持滿足現代批量定制需求需要的高混合低容量生產。它們應足夠靈活，能夠從執行一種材料的一個加工流程快速切換到執行其他材料的另一種加工流程。同時，它們必須隨時接受協助工具，允許遠端系統管理避免高成本的手動干預，尤其是潔淨室或危險環境。最後，要支援人機界面 (HMI)，這類控制器必須具備圖形功能。

物聯網閘道功能對工廠運營的更大透明度很重要。要提供必要的物聯網連線性，工業控制器必須提供連接傳統設備與雲需要的所有協定與 操作。

智慧工廠，基於 PC 的機器視覺物聯網控制器與閘道

為加速工業 4.0 的鋪開，NEXCOM 開發了 NIFE 300，這是一個可直接搭接在工業機械上的機器視覺物聯網控制器解決方案。其開放架構提供必要的高互通性，實現工業 4.0 系統的整合功能（圖 4）。

NIFE 300 基於 PC 的開放架構和 EtherCAT I/O 為具有數百控制節點的大型機械和分散式控制系統而設計，實現可與 PLC 媲美的豐富擴展性和靈活性。同樣重要的是，其對即時工業 Ethernet 的支援使 NIFE 300 成為提供以下內容的理想現場匯流排：

• 透過分散式時鐘方法進行高速傳輸和對控制節點的高 同步
• 同步延遲在十分之一毫秒內
• 輕鬆新增其他功能和控制節點

為解決高混合低容量生產需求，NIFE 300 滿足 PLCopen* 規範。對於堅持 IEC 61131-3 標準的工業機器製造商，NIFE 300 透過 CODESYS SoftMotion CNC RTE 軟體輔助控制程式設計。開發人員可以使用可重複使用的邏輯和運動功能庫，更容易建立控制方案以快速設計 SoftPLC、SoftMotion 和 SoftCNC 功能。

對於用 C/C++ 語言程式設計的機器製造商，NEXCOM 提供 NexECM 套裝軟體。此包允許工業機器製造商重複使用資源，改進物聯網控制器的現有運動控制功能以節約開發時間與成本。NexCAT 的 EtherCAT 配置工具允許開發人員部署即時工業 Ethernet 運動控制，無需豐富的 EtherCAT 知識。

為便於管理，NIFE 300 的 HMI 軟體 JMobile Suite 提供加工流程和系統狀態的圖形概述。工廠操作員可以透過本地 HMI 站或透過移動設備和基於 Web 的 HMI 遠端存取此視圖。他們幾乎可以隨時隨地檢查設定、操作和進度 （圖 5，參見第 40 頁）。

強大靈活的機器視覺平台

Intel 最新一代 14 nm 處理器第 6 代 Intel Core 處理器系列將基於 PC 的 NIFE 300 變為一個功能強大的機器視覺平台。相比上一代圖形，內建 Intel® HD Graphics 530 的圖形性能增強達 30%。這些集成圖形在執行機器視覺任務時釋放 CPU 資源，這樣 NIFE 300 可以以極高精度執行高解析度圖像 分析。

NIFE 300 支援常用於連接高性能工業攝像頭的 GigE Vision 和 USB3 Vision 介面。前 PCI 和 PCIe 介面使新增攝像頭和連接至圖像採集卡的工作便於採集未壓縮圖像和無損圖像壓縮。

通用物聯網閘道

為彌補物理系統和企業之間的差距，NIFE 300 充當提供現場匯流排、Gigabit Ethernet (GbE) 和 4G/Wi-Fi 連接的物聯網閘道。這些連接支援工廠車間、製造執行系統 (MES) 和企業資源規劃 (ERP) 系統之間的雙向通訊，為“按訂單製造”製造商帶來更大的靈活性。製造商還可以使用閘道功能收集製造統計以及其他用於流程優化與預測維護的資料。

工業強大的處理器系列

NIFE 300 物聯網控制器提供 Intel® Core™ i7-6700TE、i5-6500TE 和 i3-6100TE 處理器選擇。這些第 6 代 Intel Core 處理器帶來性能、功率效率和影像處理的飛躍。此外，更快的 DDR4 記憶體支援和額外高速 I/O 實現下一代工業應用。

Intel® Core™ 處理器提供整合系統和提供即時確定性性能所需的多核架構。它們允許 NIFE 300 並行處理複雜集成邏輯和運動動力學控制任務，控制數以百計的軸或處理數十萬 I/O 標籤資料。處理器的 Intel® Hyper-Threading Technology 允許每個物理核支援兩個處理執行緒，進一步增加多工回應能力。

EtherCAT 技術與多核 Intel® 處理器支援更高通道密度和更強多工的能力相結合，極大減少需要的控制器數量。NIFE 300 充分利用處理器對快速 DDR4 2133 DRAM 和高速介面的支援。機器製造商可以訂購具有最多 16 GB DRAM 的控制器。PCIe 3.0、USB 3.0 和 SATA 3.0 確保複雜控制方案和圖像捕獲的流暢性能。

處理器的高性能圖形引擎將機器路徑的動態即時 3D 類比 – 以及超高清 4K 圖形顯示功能 – 引入加工資訊和 HMI 應用。Intel® HD Graphics 530 支援最新圖形 API，包括 DirectX 12 和 OpenGL 4.5，高能效呈現 2D 和 3D 向量圖形。硬體加速的視頻轉碼器實現快速轉碼。

Intel® Advanced Vector Extensions 2 (Intel® AVX 2) 確保高效處理圖像資料。憑藉新優化的 256 位元整數指令和用於浮點計算的新融合乘加 (FMA) 指令，Intel AVX 2 加倍每時鐘迴圈的每秒雙精度浮點運算 (FLOPS) 數量。此性能提高改善機器人引導、工件定位與測量以及表面檢查的性能。

用配備視覺的物聯網控制器使現在的工廠更智慧化

在市場快速變化和價格競爭的全球經濟中，製造商面臨優化運營和解決新機遇的壓力。為說明企業實現這些目標，下一代工業機械必須更智慧，更敏捷，更靈活。作為物聯網控制器與機器視覺組合系統，NEXCOM NIFE 300 提供真正的工業 4.0 解決方案。利用最新 Intel Core 處理器的性能，NIFE 300 可以說明提高製造品質和容量，適應批量定制，促進物理工廠和業務系統的融合以帶來更好的資訊和流程優化。

[SD ICON]有關 NIFE 300 物聯網控制器的資訊，請參見 intel.com/SD-nexcom-nife-300

[INDUSTRIAL ICON]有關連接、整合和優化工業自動化的更多資訊，請參見 intel.com/embedded-industrial

NEXCOM (intel.com/MR-nexcom) 是 Intel® 物聯網解決方案聯盟夥伴成員。 NEXCOM 成立於 1992 年，在集成其產業後運營六個全球業務部門，包括多媒體解決方案、移動計算解決方案，物聯網自動化解決方案、網路和通訊解決方案、智慧數位安全以及健康與醫療資訊。NEXCOM 透過五個主要工業國家的子公司服務全球客戶。在物聯網的大趨勢下，NEXCOM 用新興應用解決方案擴展其產品系列，包括物聯網、機器人、聯網汽車、工業 4.0 和工業安全。