産業用イーサネット用語集

産業用イーサネット通信プロトコル

イーサネットは、共通の物理リンクと高速化により、ユビキタスになり、コスト効率が高くなります。そのため、多くの産業用通信プロトコルがイーサネットベースのソリューションに移行しつつあります。 TCP/IP を使用したイーサネット通信は通常非決定的であり、反応時間は多くの場合 100 ミリ秒程度です。産業用イーサネットプロトコルは、修正されたメディアアクセスコントロール (MAC) 層を使用して、非常に低い遅延と確定的な応答を実現します。イーサネットはまた、システム内の柔軟なネットワークトポロジと柔軟な数のノードを可能にします。一般的な産業用イーサネットプロトコルのいくつかを詳しく見てみましょう。

イーサキャットは、プロセスデータ用に最適化されたプロトコルで、標準の IEEE 802.3 イーサネットフレームを使用します。各スレーブノードはそのデータグラムを処理し、各フレームが通過する間に新しいデータをフレームに挿入します。このプロセスはハードウェアで処理されるため、各ノードの処理遅延が最小限に抑えられ、可能な限り最速の応答時間が可能になります。 EtherCAT は MAC 層プロトコルであり、TCP/IP、UDP、Web サーバーなどの上位レベルの Ethernet プロトコルに対して透過的です。EtherCAT はシステム内で最大 65,535 のノードに接続でき、EtherCAT マスターは標準の Ethernet コントローラにすることができます。したがって、ネットワーク構成が簡素化されます。各エージェントノードの遅延が短いため、EtherCAT は柔軟で低コストのネットワーク互換性のある産業用イーサネットソリューションを提供します。

EtherNet / IP TCP/IP 上のアプリケーション層プロトコルです。 EtherNet/IP は、TCP/IP 上の Common Industrial Protocol (CIP) を使用しながら、標準の Ethernet 物理層、データリンク層、ネットワーク層、およびトランスポート層を使用します。 CIP は、産業オートメーション制御システムにメッセージとサービスの標準セットを提供し、複数の物理メディアで使用できます。たとえば、CAN バス上の CIP は DeviceNet と呼ばれ、専用ネットワーク上の CIP は ControlNet と呼ばれ、イーサネット上の CIP は EtherNet/IP と呼ばれます。 EtherNet/IP は、TCP 接続上の CIP 接続を通じて、あるアプリケーションノードから別のアプリケーションノードへの通信を確立します。XNUMX つの TCP 接続上で複数の CIP 接続を確立できます。

PROFINET は、シーメンスや GE などの大手産業機器メーカーによって広く使用されている産業用イーサネットです。 100 つの異なるクラスがあります。 PROFINET クラス A は、プロキシ経由で PROFIBUS ネットワークへのアクセスを提供し、TCP/IP 上でリモートプロシージャを呼び出すイーサネットと PROFIBUS をブリッジします。そのサイクルタイムは約 XNUMX ミリ秒であり、

主にパラメータデータとサイクリック I/O に使用されます。典型的なアプリケーションには、インフラストラクチャやビルディングオートメーションが含まれます。 PROFINET クラス B は、PROFINET リアルタイム (PROFINET RT) とも呼ばれ、ソフトウェアベースのリアルタイムアプローチを導入し、サイクルタイムを約 10 ミリ秒に短縮しました。クラス B は通常、ファクトリーオートメーションとプロセスオートメーションで使用されます。 PROFINET クラス C (PROFINET IRT) はアイソクロナスかつリアルタイムであり、モーションコントロール操作用のリアルタイム産業用イーサネット上で十分なパフォーマンスを実現するには、サイクルタイムを 1ms 未満に短縮する特別なハードウェアが必要です。 PROFINET RT は PLC タイプのアプリケーションで使用でき、PROFINET IRT はモーションアプリケーションに適しています。ブランチとスターは、PROFINET で使用される一般的なトポロジです。 PROFINET ネットワークがシステムに必要なパフォーマンスを達成するには、慎重なトポロジ計画が必要です。

パワーリンク 元々はB&Rによって開発されました。 Ethernet POWERLINK は IEEE 802.3 上に実装されているため、ネットワークトポロジ、クロスコネクト、ホットプラグを自由に選択できます。リアルタイムのデータ交換には、ポーリングおよびタイムスライスメカニズムが使用されます。 POWERLINK マスターまたは「管理対象ノード」は、数十ナノ秒の範囲のパケットジッターを通じて時刻同期を制御します。このようなシステムは、PLC 間の通信や視覚化からモーションや I/O 制御に至るまで、あらゆる種類の自動化システムに適しています。オープンソースのスタックソフトウェアが利用できるため、POWERLINK の実装の障壁は非常に低くなります。さらに、CANopen は標準の一部であり、以前のフィールドバスプロトコルからシステムを簡単にアップグレードできます。

セルコスIII は、シリアルリアルタイム通信システム (Sercos) の第 31.25 世代です。リアルタイムイーサネットと標準 TCP/IP 通信を実現するためのオンザフライパケット処理を組み合わせて、低遅延の産業用イーサネットを実現します。 EtherCATと同様に、Sercos IIIスレーブは、オンザフライでデータを抽出してイーサネットフレームに挿入することでパケットを処理し、低遅延を実現します。 Sercos III は、入力データと出力データを 511 つのフレームに分離します。サイクルタイムは XNUMX マイクロ秒で、EtherCAT や PROFINET IRT と同じくらい高速です。 Sercos III はリングまたはライントポロジをサポートします。リングトポロジを使用する主な利点の XNUMX つは、通信の冗長性です。 XNUMX つのスレーブの障害によりリングが切断された場合でも、残りのすべてのスレーブは引き続き入出力データを含む Sercos III フレームを取得します。 Sercos III は XNUMX つのネットワーク内に XNUMX 個のスレーブノードを持つことができ、サーボドライブ制御で最もよく使用されます。

時間に敏感なネットワーキング（TSN） は、イーサネットベースのネットワークをより決定論的にするために設計された電気電子学会 (IEEE) によって定義されたイーサネット拡張機能です。 TSN はローカルエリアネットワーク (LAN) であり、非 TSN イーサネットと連携できるレベルのソリューションですが、適時性は TSN LAN 内でのみ保証されます。 TSN 標準は、時間の共通の見方、最大遅延の保証、バックグラウンドまたは他のトラフィックとの共存など、解決するユースケースに基づいてグループ化できます。一般的な標準と同様に、TSN ツールボックスの標準も進化しています。