通信プロトコルはセンサ、アクチュエータ、ロボットなどのフィールドデバイスが、PLCやエッジコンピューターなどのコントローラとデータを交換する方法を定義します。 よりスマートで信頼性の高い機械を実現しながら、配線を減らし、設置時間を短縮し、エラーのリスクを低減します。 プロトコルにより、デバイスは診断、I/Oステータス、パフォーマンスデータを共有し、リモートモニタリング、AI主導の分析、クラウドサービス、効率性とサービスイノベーションを促進する新しいビジネスモデルをサポートします。
PLCは最初、モニタやプリンタなどのデバイスを接続するためにRS232シリアルリンクに依存していました。 1980年代後半、Fieldbus技術は複雑なパラレル配線からデジタル伝送に取って代わり、後にIEC61158 で規格化されしました。されました。 1999 以来、多様なFieldbusシステムが広く使われるようになり、Ethernetベースの一部リアルタイムプロトコル が次世代を形成しています。 今日、クラウド接続、データレイク、IT/OTコンバージェンスが現代の産業用通信を定義しており、セキュリティは今や中核的な関心事となっています。
インフォメーションテクノロジー(IT)は情報システム、オフィスコンピューター、ネットワークなどのデータやアプリケーションを管理します。 オペレーショナルテクノロジー(OT)は生産設備のような物理的装置を監視制御します。 IT/OTコンバージェンスは多くの場合、共通のプロトコルを介して両者を統合します。 しかし、技術は異なる： 産業用Ethernetは振動、埃、熱などの過酷な条件に耐えなければならず、より高い堅牢性が要求されます。 エラーを防止し、障害に迅速に対応するよう設計されており、高速データ転送、衝突管理、そして最も重要なことだが、決定論的通信 のために構築されたプロトコルを使用して、データが時間通りに転送され、生産障害が回避されることを保証します。
しかし、今日の産業オートメーションを形成しているトップ10 テクノロジーとは何でしょうか？
第一世代では30 以上のプロトコルが開発されたが、Profibus、Interbus、CANopen、DeviceNet、CC-Link などの標準はすぐに数少ない主要プレーヤーに分野を絞りました。
1. プロフィバス。 Profibusは国際的に規格化され(例：EN50170 )、コントローラ、センサ、アクチュエータを接続しました。 Profibus DPやPAといったバリエーションはさまざまなオートメーションニーズに対応しました。 これは初期のオートメーションプロトコルとして最も広く使われていたもののひとつです。
2. Interbus 初期の業界標準であったInterbusは産業環境において高速で信頼性の高いデータ伝送を実現するため、リングトポロジーでデバイスを接続しました。
3. CANopenと4. DeviceNet どちらもCANベースで、もともとは車載ネットワーク用に開発されたものです。 DeviceNetは米国で人気のあるシンプルで迅速な統合を可能にし、CANopenはより高い柔軟性と高度な管理機能を提供しました。
5. CC-リンク CC-Linkはアジアで広く使用され、規格化されている高速リアルタイムオープンFieldbusです。
6. Profinet Profinetはその高性能、拡張性、Ethernet互換性により、産業オートメーションで広く使用されています。 標準TCP/IP、リアルタイム(RT)、アイソクロナスリアルタイム(IRT)のデータ転送をサポートし、複雑でタイムクリティカルなアプリケーションに最適です。 Profinetはまた、オートメーションとITシステムを統合し、診断、設定、メンテナンスをサポートすることで、Industry 4.0を実現します。
7. EtherNet/IP EtherNet/IPはその相互運用性、拡張性、および標準Ethernet(TCP/IP)への依存性により、産業用オートメーションで広く使用されています。 Common Industrial Protocol (CIP)をベースに構築され、センサ、アクチュエータ、コントローラなどのデバイスに一貫した通信フレームワークを提供します。 リアルタイム通信と非リアルタイム通信の両方をサポートし、単純な制御から複雑な製造まで、さまざまなアプリケーションに対応します。
8. EtherCAT EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) は産業オートメーション用に設計された高性能リアルタイムEthernetFieldbusです。 フレームがデバイスを通過する際にオンザフライでデータを処理するため、遅延が最小限に抑えられ、効率が最大化されます。 低レイテンシ、正確な同期、スケーラビリティで知られるEtherCATはモーションコントロール、ロボット工学、高速製造に最適です。
9. Powerlink Powerlinkは産業オートメーション用のオープンなリアルタイムEthernetプロトコルで、決定論的な高速通信を提供します。 タイムスケジュールされたマスタースレーブメカニズムにより、低レイテンシーと低ジッターで正確なデータ交換を実現し、モーションコントロールやロボット工学などのタスクに最適です。
10. CC-Link IE CC-Link IEはCC-Linkパートナー協会によって開発されたオープンな高速EthernetベースのFieldbusです。 産業オートメーション向けに、ギガビットのスピードとリアルタイムの決定論的通信を提供します。 アジアで広く使用されており、複雑なネットワークを介してシームレスなデバイス統合を可能にし、スマート工場やIIoTのようなIndustry 4.0アプリケーションをサポートしています。
産業オートメーションプロトコルのトップ10 以外では4つの重要な追加項目が目立つ。
スマート工場はデジタル技術 、自動化、およびデータ交換を使用して、柔軟で効率的な、相互接続された生産を実現します。 IoT、AI、ロボティクス、ビッグデータ、サイバーフィジカルシステムを統合し、リアルタイムのモニタリング、自律的な意思決定、機械システム人間間のシームレスなコミュニケーションを実現します。 第2世代および第3世代の通信プロトコルはデータ分析と新たなビジネスモデルの技術的基盤を提供します。 ビジネススクールや大学のような教育機関はFesto Didactic のサイバーフィジカルファクトリーを使用して、これらの技術に関するトレーニングを行っています。
スマート製品とはデータを収集、処理、交換するために、センサ、ソフトウェア、接続性、インテリジェンスで強化された物理的アイテムです。 これにより、遠隔監視、自己診断、適応行動、デジタルエコシステムへの統合といった機能が可能になる。 初期の例としてはFesto Motion Terminal VTEM 、エネルギー効率モジュール(MSE6-E2M)、MQTTとOPC UAをサポートするインテリジェントバルブ端末(CPX/MPA、CPX/VTSA、VTUX)などがあります。 Festo AX 産業用AIアプリ はAIの専門知識がないユーザーでも高度な分析を可能にします。
スマート工場と製品はIndustry 4.0の中核であり、生産性を促進し、ダウンタイムを削減し、品質を向上させ、市場への対応を加速させます。 持続可能な製造を可能にし、イノベーションを促進し、新しいビジネスモデルを解き放つ。
エッジコンピュータ、PLC、および高度な通信プロトコルはエンジニアに強力なデータ解析と将来に備えたソリューションのための強固な基盤を構築するためのツールを提供します。 Festoのようなイノベーションリーダーは包括的なワンストップソリューションを提供することで、このトレンドを加速させています。