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ソフテックだより第１７７号（2013年1月9日発行）
技術レポート

「フィールドネットワークの導入事例～DeviceNet, AS-i～」

1. はじめに

私は、これまで様々な工場向けでシステムに関わってきました。
システムを構築するにあたり、どのようなフィールドネットワークを利用しているかをご紹介したいと思います。

2. フィールドネットワークとは

まず、フィールドネットワークについて紹介します。
フィールドネットワークは、産業用ネットワークの一部であり、コントローラとフィールド機器間の制御用通信を主目的とするネットワークです。フィールドネットワークは、主に1つの通信コントローラ（マスタ）と複数のフィールド機器（スレーブ）で構成されます。

図1. マスタ/スレーブ方式

以下にフィールドネットワークの代表的な特徴について記載します。

2-1. 省配線で設置できる

フィールドネットワークを使用しない場合には、マスタから機器毎に配線が必要です。
フィールドネットワークを使用するとマルチドロップで配線でき、機器間の配線のみで済むようになります。

図2. マルチドロップ方式の配線例

2-2. ケーブル1本の配線だけで多くのデータを扱える

通常の信号線では4-20mAのアナログでプロセス値のみ、デジタルで異常信号のみの取得など複数の信号線が必要となります。しかし、フィールドネットワークを使用することで1本のケーブルで機器の状態をまとめて取得することが可能となります。

図3. ケーブルの１本化

2-3. メンテナンスしやすい

拡張性にすぐれていて同様の機器を増設する際に容易に対応することができます。
また規格に一致していれば、異なるメーカの製品であっても接続できます。
故障時の情報も取得できるため、故障に気付きやすく早い対応が可能となります。

3. 各種のフィールドネットワーク

以下に代表的なフィールドネットワークについてまとめました。

№	ネットワーク名 (アルファベット順に紹介)	関連団体	説明
1	AS-i [Actuator Sensor-Interface] (アジー)	AS-i協会	ＦＡ最下位層コンポーネントまでも省配線化上位のFA用フィールドネットワークの下位バス
2	CC-Link IE Field （シーシーリンクアイイーフィールド）	CC-LINK協会	超高速／簡単／シームレス／Ethernet規格への対応装置の制御データと管理データの混在に対応高速・大容量なフィールドネットワーク
3	DeviceNet （デバイスネット）	ODVA [Open Device Net Vendor Association]	デバイスレベル通信大量なデータの効率的な伝送、フィールド機器のインテリジェント化を促進システムの生産性を高めるために標準化された接続方式
4	EtherCAT [Ethernet for Control Automation Technology] (イーサキャット)	ETG [EtherCAT Technology Group]	イーサネットフレームを使用した高速通信データ伝送の高速性とリアルタイム性を確保
5	EtherNet/IP [Ethernet Industrial Protocol] （イーサネットアイピー）	ODVA [Open Device Net Vendor Association]	制御レベル・情報レベル通信制御用通信プロトコルを標準イーサネット上のアプリケーション層で実行オープンでグローバルな産業用イーサネット
6	FL-net （エフエルネット）	日本電気工業会（ＪＥＭＡ）	機器の高機能化,高速化に対応コンピュータレベル・デバイスレベルとの情報の連続性デバイスレベルでの他のネットワークとの接続が可能
7	MECHATROLINK （メカトロリンク）	MECHATROLINK協会	モータの位置決め制御高速、高性能制御を簡単・コストダウン・高いメンテナンス性
8	Modbus （モドバス）	米国Modicon社	産業用電子機器を接続する最も一般的手段 SCADAシステムにおける監視コンピュータと遠隔端末装置の接続

表1. 代表的なフィールドネットワーク

4. 導入事例

私が関わった案件でのフィールドネットワークの導入事例とその際に感じたことなどを紹介します。

4-1. 既設のラインをリプレース（DeviceNet）

本案件では、既設PLCのモジュールが販売終了になり、変換器を導入してコントローラをそのまま利用するか、後継のコントローラに更新するかの２案がありました。
今後の拡張性もポイントとなり、DeviceNet対応の機種にリプレースをすることが決まりました。

図4. DeviceNetのリプレース事例

DeviceNetシステムを使って感じたことを述べます。

(1) ソフトウェア構築方法

リプレースにあたり、DeviceNetで通信できる内容に互換性を持たせているため、通信処理の更新のみで対応可能でした。
具体的な内容としては、「接続するコントローラ毎の通信設定」「データの読み書き処理」などとなります。

(2) ケーブルの準備

社内で動作確認するときには自作のケーブルを使用しました。
DeviceNetケーブルの規格は決まっていますので、一般的なLANケーブルを流用して通信を確認しております。仕様が明示されているからこそ、自作ケーブルでも動作確認可能となっています。
ただ、ケーブルには24Vを流す必要があり、電源を準備する一手間があるのは使いにくい点です。（誤って機器を故障させるわけにはいかないので「配線あっているよな。電圧あっているよな。」とドキドキさせられました）

(3) 通信の安定

DeviceNetはCANプロトコルを使用していることで、安定した通信ができます。
それほど通信環境が悪い状況には陥ったことがないので、ありがたみは感じにくい点ではあります。
ただ、プログラムのミスがあった時に「意図した順番に処理ができていない。通信環境が悪いのか？」と疑いたくなる状況にはなりました。
（プログラムは正直ですので、自分が悪いと後々気付かされることになります）

4-2. 調合ラインの構築（AS-i）

エフェクター社のAS-iシステムを使って工場内の調合ラインのバルブ約1400点(入出力の予備も含む)の制御を行いました。
AS-iシステムを使って感じたことを述べます。

(1). 省スペース化

電気工事及び配線などは弊社担当ではありませんので、AS-iシステムのメリットとして上げられる省配線などのコストメリットがどの程度あったのかは分かっておりませんが、盤内配線は少なく、工場内のケーブルなどもスッキリとまとまっていたと思います。

(2). ソフトウェア構築方法

ソフトウェア側の観点からAS-iシステムを使った感想ですがインテリジェントなユニットを経由して入出力状態を取得するため「基本回路をどのようにすれば入力、出力、異常状態などを間違いなく取得できるのか？」事前調査して対応しました。その点さえハッキリさせておけば、その他一般的な入出力カードと比べても構築方法の使い勝手に大きな差はありませんでした。

(3). 速度・安定性

約1400点のバルブの入出力を行っていますが、I/Oの入出力に遅延が出るなどの問題はまったくありませんでした。またユニットの故障、通信異常なども導入後に大きな問題もなく非常に安定していると思います。

(4). I/O追加時、故障時の対応

工場のライン改造などでバルブを追加する際には、追加するユニット（バルブ）と通信できるように固有の情報を付加する必要があります。

同様にバルブ故障などでも、ただ単にバルブを交換するだけでは通信が正常に行われませんので交換するバルブにも通信できるように情報を付加する必要があります。
（入出力の配線をする様なバルブであれば、単純にバルブを交換して、配線し直せば良いという分かりやすさがあります）

この様な点はインテリジェントなユニットの大きなデメリットだと思います。

私の想像ですが、I/Oユニットから配線をしてしまえば動作する機器と違って、通信して動作するインテリジェントユニットだと目に見えない部分（通信）が多くなってしまいます。このような点がメンテナンスを担当する人にとって大きな壁となっているために、選定しにくい理由になっていると思われます。

5. おわりに

弊社ではPLCを使うことが多く、PLCと関わりが深いフィールドネットワークについて、導入事例を紹介させていただきました。
それぞれのフィールドネットワークには、一長一短があり、一概に「何が優れている」とは言い難いです。
フィールドネットワークの選定には、システムの組み合わせ・拡張性、コストパフォーマンス、お客様の要望など様々な要因がポイントとなります。通信対象・システム内容に応じて柔軟に対応できるよう、また適切なご提案ができるように日々精進していく次第です。

（T．N．）

「フィールドネットワークの導入事例 ～DeviceNet, AS-i～」