産業用通信の規格:現場まで一貫性のある通信

産業用通信規格

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自動化のためのメーカー間の新しい通信規格

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    シングルペアイーサネット

    フエニックス・コンタクトは、機器のインターフェースやケーブル配線からアクティブなネットワーク部品、また現場のセンサからオフィスのPCまで、シングルペアイーサネットの組込みに対応する重要なパートナーです。

産業用通信テクノロジの将来に向けた基本的な枠組みは、現在、多くの委員会や標準化プロジェクトにわたって開発されています。OPC UA、TSN、SPE、5Gなどの新しい通信規格は、コスト、データスループット、待ち時間、および確定性という点において、以前のシステムよりはるかに優れています。工業用通信テクノロジの分野で30年を超える経験を持つテクノロジ大手のフエニックス・コンタクトは、すべての主要な標準化委員会に参加しています。これらの委員会で、当社は自動化のためのメーカー間の新しい通信規格を設計しています。

未来の通信 - 概要

以前は数台の機器のみがイーサネット経由でネットワーク接続されていた場所も、すでに大規模ネットワークが開発されています。デジタル化、インダストリー4.0、およびIIoTの枠組みの中で、将来さらに多くのフィールドデバイスが組み込まれることになります。制御データに加えて、これらはネットワーク内およびクラウド内のさまざまな宛先に需要指向のデータを伝送します。これらのデータ量を管理し、リアルタイム性が必要なアプリケーションの運用が継続できるようにするためには、次のような新しいテクノロジが必要になります。

ネットワークで新しい通信規格が使用されている場所  

新しいテクノロジであるTSN、SPE/APL、5G、およびOPC UAは、相互に独立していると見なすべきではなく、むしろまとまることにより将来の通信が形成されます。

OPC UA通信規格は、上位の通信層内ですでに確立されています。この規格は現在、現場での直接通信用としてさらに開発が進められており、一貫性のあるメーカー間の通信もこのレベルで対応可能です。Time-Sensitive Networking(TSN)と組み合わせることにより、OPC UAは、現場まで、さらにはコントローラ間でも、リアルタイム対応の集中的な通信を可能にします。

伝送の物理特性も同時に開発されています。将来的には、シングルペアイーサネット(SPE)により、センサへのイーサネット接続用に2本の電線のみでのイーサネット伝送が可能になります。ますます増え続けるモバイルアプリケーションへの信頼性の高い接続を実現するために、5Gでは大幅に信頼性と性能が向上する新しいモバイルネットワーク規格が指定されています。これらすべてのプロジェクトにおいて、サイバーセキュリティの問題は常に考慮されるべきであり、それは絶えず新しいシステムや脅威に適応される必要があります。これらの新たに出現した規格がすべてまとめられ、産業用通信テクノロジの将来に向けた基本的な枠組みを形成します。

私たちのチャンス:自動化のための一般規格

インダストリー4.0とIIoTのビジョンを実現するためには、センサからマシン、上位システム、そしてクラウドまで、幅広いネットワークが必要になります。しかし、これまで、安全性や動作制御などのオートメーション機器用の互換性のないフィールドバスシステムやプロファイルが、異なるフィールドバス組織で開発されてきたため、この一貫したネットワーキングを実現するのは困難でした。そのため、現在では、インターフェースとしてゲートウェイを使用することがしばしば必要になります。

これを変えるために、フエニックス・コンタクトは、あらゆる有力な作業グループに参加することで、未来の統一されたメーカー間の通信規定を定義することに従事しています。既にこの枠組みの中でのさまざまなプロジェクトにおいて大きな進歩を見ることができたことは、当社としては喜ばしいことです。

OPC UA – この分野でも統一された通信規格

OPC UAが望ましい選択肢となります。  

OPC UAは産業の通信規格になります。

OPC UAはすでにシステム内の上位通信規格として使用されています。OPC UAは現在、I/O、安全性、動作などの分野において標準化されたアプリケーションプロファイルを追加することで拡張されています。

さらに、標準化された機器モデルが、ネットワーク内の統一構成や統一機器診断用に定義されています。高度な互換性に対する必要な適合性テストもまた記述されています。この組み合わせにより、将来フィールドデバイスを幅広くクラウドに接続できるようになり、ITとOTが常に普遍的に接続されるようになります。

OPC UAおよびTSN – 収束ネットワーク

ITとOT間の確実な通信のための必要性としての収束  

TSNにより収束ネットワークが可能になります。

分散型のタイムクリティカルなアプリケーションを使用するネットワークでは、追加のTSNメカニズムによってデータストリームの時間の同期と優先順位付けが可能になります。TSNは、標準イーサネットをリアルタイム対応にすることを目的とした、IEEE 802.1作業グループ内のさまざまな規格を指します。これは、複数の担当者が1つの収束ネットワークで複数のエンジニアリングツールを使用してデータストリームを定義する場合に特に重要です。したがって、各自の部分的なソリューションが他の人々の通信を妨害しないということ(またはその逆も同じ)を誰もが確信することができます。これにより、さらにネットワークの信頼性と可用性が向上します。

相互運用性を確保するために、さまざまな作業グループでは、あらゆる通信層がTSNとOPCに基づいて指定されています。この目的のために、作業グループにより設定されるすべての定義は、標準化委員会IEC/IEEE 60802の中で管理されている産業用通信向けTSNプロファイル(TSN-IAプロファイル)に基づいています。フエニックス・コンタクトは、OPC協議会により開始された作業グループに資金面と人的資源の両面で貢献しており、将来の産業用通信規格を下回るものの定義は支援しておりません。

SPEおよびAPL – センサへのイーサネット接続

DNAストリング  

2線式テクノロジのSPEは、将来的にネットワークを介してDNAのように実行されます。

センサからクラウドへの統合ネットワーキングに必要なもう1つの条件は、インテリジェントなセンサおよびアクチュエータをネットワークに簡単に接続することが可能でなければならないということです。シングルペアイーサネット(SPE)を使用することで、これが簡単になるだけでなく、はるかにコンパクトで費用対効果も高くなります。4対のワイヤペア経由で接続していた以前の方法とは対照的に、SPEによってデータ伝送は1対のワイヤペアのみが必要となります。IEEE内では、さまざまな作業グループが10 Mbps 〜 10 Gbpsの伝送規格と最大1000 mの伝送長の開発に取り組んでいます。2線式テクノロジにより、1対の電線のみで末端機器にデータとエネルギーを効果的に供給することも可能になります。

Advanced Physical Layerテクノロジ(APL)はSPEテクノロジに基づいています。それはプロセステクノロジの本質安全の分野で使用するために特別に開発されました。これにより、システムの中断やゲートウェイを使用せずに、IPベースの通信をセンサに到達させることができます。このテクノロジに必要な規格は、3つのフィールドバス組織(Fieldcom Group、ODVA、およびPI)と11の産業パートナーとの間の共同プロジェクトで開発されています。このプロジェクトの創始者の一人として、また産業パートナーとして、フエニックス・コンタクトは財源と人的資源の両方に携わっています。

5G – モバイルアプリケーション向けの確実なモバイルネットワーク

有線通信と共に、無線通信も最先端の柔軟な生産に向けてますます重要になってきています。無人搬送システム(DTS)、モバイル末端機器(スマートデバイス)、および人間とロボットの協調の分野における開発には、信頼性の高い無線通信が求められます。以前のモバイルネットワーク規格は信頼性の保証がありません。接続品質の診断機能がなく、国によって異なります。

したがって、さまざまな作業グループにおいて、3GPP(3rd Generation Partnership Project:第3世代パートナーシッププロジェクト)は、一般に5Gと呼ばれる次世代モバイルネットワーク用のシステム仕様を開発しています。5G Alliance for Connected Industries and Automation(5G-ACIA)は、2018年の初めにZVEI(ドイツ電気・電子工業連盟(German Electrical and Electronic Manufacturers 'Association)によって設立されました。これは、初期段階から5Gを産業機器用に設計し、生産段階で迅速に確立することを目的としています。オートメーションにおけるワイヤレステクノロジの使用のパイオニアとして、フエニックス・コンタクトはこのプロジェクトの開始を支援し、作業グループに適切なリソースを提供しています。

サイバーセキュリティ - あらゆる通信の基盤

ロックによりネットワークセグメントが互いに接続されます  

あらゆる人やモノがどのような人やモノとでも通信できる環境においては、データは特に高度に保護される必要があります。

対応するセキュリティ対策がなければ、一貫した通信は不可能です。これは、特に大規模なオープンシステムでは、不要な変更や盗難からデータを保護する必要があるためです。したがって、理論的にはあらゆる人やモノが互いに話すことが可能ですが、実際に必要な通信だけが許可されるべきです。

フエニックス・コンタクトは、他の多くの作業グループへの参加に加えて、インダストリー4.0のITセキュリティの国立参考文献プロジェクトとして設立されたIUNO研究プロジェクトにも支援しました。目的は、将来のインテリジェントな工場に対する脅威とリスクを特定し、適切な保護対策を開発することでした。同時に、産業環境におけるITセキュリティが直面する課題に向けた汎用ソリューションが開発され、テストされました。これらは現在、インダストリー4.0のITセキュリティの青写真として使用できます。このプロジェクトは2018年9月に無事終了し、最終報告書はドイツ教育研究省(German Ministry of Education and Research)に提出されました。

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