「産業用ネットワーク 〜EtherNet/IPとは〜」

近年、FA業界でもIoTやAIといった言葉が広く意識されはじめています。
工場においてこれらを実現し活用するために欠かせないのが、コントロール機器、センシング機器、メカトロニクス機器、等を接続し、様々なデータのやり取りを可能とする強力な産業用ネットワークです。

産業用ネットワークは、一般的に4つの階層(*1)に分けられ、上位層より順に

となります。

今回は、数あるフィールドネットワークの中でも、EtherNet/IPにスポットをあててご紹介します。

EtherNet/IPは、LANケーブルを使用した産業用イーサネットの1つで、定周期でデータ通信を行うサイクリック通信と、任意のタイミングでデータの送受信を行うメッセージ通信の2種類の方法があります。

コントローラ同士の通信や、コントローラとスレーブ間での通信が可能であり、どの階層でも幅広く対応できる汎用性が大きなメリットとなります。

また、FTPやSMTPと同様の汎用イーサネットをベースとしているため、EtherNet/IPの通信と同時にファイルやメールの送受信などを行うことも可能です。

図1. ネットワーク階層イメージ

2.1 サイクリック通信

2.2 メッセージ通信

各機器のコネクション設定はEDS(*2)というテキストファイルで定義します。各EtherNet/IP機器メーカーが用意しているEDSファイルを読み込むことで、メーカーが異なる製品でも簡単な操作でコネクション毎に設定を行うことが可能となっています。

具体的には、コネクションの名称やデータサイズ、通信タイプ、リフレッシュ優先度など、コネクション毎に様々な項目があり、各メーカーにて初期値が設定されています。
これらの設定値は、必要に応じてメーカーから提供されるツールにて変更することも可能ですが、特殊な事情がない限りは、初期値で運用する事が望ましいです。変更の際は、十分に設計を行ったうえで実施ください。

なお、EDSファイルは機器購入時にメーカーから入手したり、メーカーのHPから取得することができます。また、同メーカー同士の機器であれば、提供されるツールに予めEDSファイルが組み込まれていることも多いです。

参考までに、実際にどのような機器がEtherNet/IPに対応し使用できるのか、具体的な製品をいくつか例に挙げてご紹介します。(2019年1月時点)

4.1 コントローラ

4.2 センサ(変位センサ、流量計、圧力計、画像センサその他)

4.3 リモートI/O

4.4 サーボ、インバータ、ロボット、電動アクチュエータ、バルブマニホールド

4.5 バーコードリーダ

4.6 表示器(タッチパネル)

最後に、EtherNet/IPについて調べていく中で感じたメリットとデメリットをいくつか箇条書きでまとめます。

メリット

• どのネットワーク階層でも幅広く対応できる汎用性がある
• EtherNet/IP通信と同時にFTPでファイルの送受信などを行うことも可能
• 標準イーサネットを利用しているため、イーサネット技術の進歩に追従しやすいプロトコルである

デメリット

• コントローラ間でサイクリック通信する場合、送信側と受信側それぞれでデバイスの割付設定が必要

デメリットとして挙げた点について、EtherNet/IPのサイクリック通信を用いて、コントローラ間でデータの送受信をする場合、送信側コントローラで送信デバイスの範囲を「タグ」と呼ばれる単位で設定し、受信側のコントローラでどの「タグ」を受信し、受信したデータをどのデバイスに展開するかという設定を行います。
CC-LinkIEやFL-netなど共有メモリにより通信するプロトコルでは、ノード毎に共有したいメモリエリアを割り付けることで通信するため、これと比較するとやや設定の手間があると思います。

また、EtherNet/IPに限らず産業用イーサネット全般に言えることですが、サイクリック通信の説明でも触れましたように、同ネットワーク内のEthernet機器の通信状況によってはデータの遅延が考えられ、リアルタイム性が重要であるFA制御においては致命的な欠点となり得るため注意が必要です。
対策としては、リアルタイム性が重要なネットワークを分離した設計をすることなどが考えられます。

冒頭でも述べましたように、近年IoTやAIに関する技術がとても注目されるようになりました。
このような背景が後押しして、産業用イーサネットが益々普及していくと思います。
また、既に各社メーカーから様々な種類の機器が展開されており、ネットワーク内のほとんどの機器をEtherNet/IPで統一することもできそうです。もちろん、各通信ユニットにも幅広く対応しており、一部分を他のプロトコルで対応するということも可能です。

今回はEtherNet/IPということでご紹介しましたが、機会があれば他の産業用イーサネットであるEtherCATやPROFINETについてもご紹介できればと思います。
最後までお読みいただきありがとうございました。