産業用Ethernet

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Ethernet

Ethernetは、コンピュータネットワークの規格で、LANで最も使用されているものです。1973年(1972年という説明もあります)にXerox 社のパロアルト研究所でその原型が開発され、正式に発表されたのは1976年と言われています。当時の通信スピードは2.94Mbpsで、最大伝送距離1km、最大アドレス256個でした。その後1980年に、DEC、Intel、Xerox の3社が共同でスピードが10Mbps のDIX仕様をEthernet1.0としてIEEE802 委員会に提出し、1983年にIEEE802.3として規格化されました。1995年には100Mbps、1999年には1Gbps、2002年には10Gbpsのスピードが標準化されています。
Ethernetが登場したころは、トークンリング、アップルトーク、トークンバス、FDDIなどもありました。

トークンリングはIBM社が提唱し、IEEE 802.5委員会によって標準化されたLAN規格です。通信速度は4Mbpsまたは16Mbpsで、アクセス制御にトークンパッシング方式が使われていました。

FDDIはFiber-Distributed Data Interfaceの略で、光ファイバを利用したLAN規格です。通信速度は100Mbps、最大伝送距離は2kmで、トークンリングと同じようにアクセス制御にトークンパッシング方式を使用していました。

トークンバスは、バス型のネットワークで採用されているトークンパッシング方式で、最大伝送速度は10Mbpsです。

アップルトークは、Mac OS 9までのOSに搭載されていたネットワーク用プロトコル群の総称です。

産業用Ethernet

産業用Ethernetは、産業用と付いているようにオフィスのEthernetを工場現場へそのまま持ってきたものではありません。

工場現場における通信では、ある時間内に必ず通信を実行することが基本とされ、Deterministic(時間確定性)ともいわれます。現場機器で検出される測定データは常に変化していきます。ですので最新の測定値に基づき制御演算を行わなければなりません。そして、そのデータは、ある時間間隔内に操作機器に送らなければなりません。従って産業用Ethernetでは、「リアルタイム性」が求められます。

また、生産現場はオフィスと違って粉塵、オイル、熱、ノイズ、電気の品質など過酷な環境下にあります。そうした中でも正常に動作することが求められます。いわゆる「信頼性」にも厳しい条件が必要となってきます。さらに、すでに稼働しているフィールドバスとの継続性も求められます。

産業用イーサネットは「標準イーサネット型」と「専用イーサネット型又は非標準イーサネット型」に大きく分けられます。

ethernet_001_R(ネットワンパートナーズ株式会社マーケティング&ビジネス開発部:ネットワークインテグレータから⾒た、第四次産業革命時代のファクトリーネットワークhttp://jiia.org/wp-content/themes/jiia/pdf/report2016_04.pdf より)

標準イーサネット型は、標準のイーサネット技術を利用し、産業用イーサネットのプロトコルを実装しているものです。これはさらにTCP/IP やUDP/IPを利用するものと高速化のためにTCP/IP処理をスキップしたものに分けることができます。前者の代表的なものとして、「PROFINET」「EtherNet/IP」「Modbus TCP」などがあります。後者には「ETHERNET Powerlink」「EtherCAT(マスタ)」「PROFINET IO」などがあります。

専用イーサネット型は、高速・高精度な同期制御を実現したり,固有の冗長化システムを提供したりするために,専用のASIC(Application Specific Integrated Circuit)もしくはFPGA(Field Programmable Gate Array)を採用しているものです。専用型では、TCP/IP通信にはゲートウェイが必要になります。代表的なものには、「PROFINET IRT」「MECHATROLINKⅢ」「CC-Link IE」「EtherCAT(スレーブ)」「SERCOSⅢ」などがあります。

産業用Ethernetの通信規格は、国際標準規格である IEC規格においてIEC 61784-1/2で次のようになっています。規格化とはいうものの様々な規格が存在しています。

ethernet_002_R(Richard Zurawski 編集「Industrial Communication Technology Handbook, Second Edition (Industrial Information Technology)参照)

 

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