EtherNet/IPとIIoTについて知っておくべきこと

イーサネット・ケーブルは、現場での普及が進み、その活用が新たな可能性をもたらしています。EtherNet/IPの仕組みやメリット、IIoTアプリケーションにこのネットワークが欠かせない理由をご紹介します。

おそらく、あなたの工場には、どこかにまだアナログ信号があるのではないでしょうか。そう、産業オートメーションに携わるほとんどの人が同じだと思います。しかし、アプリケーションやプロジェクトにおいて、ようやくアナログ信号からの脱却が進んできました。

イーサネットや無線通信を利用した新しいソリューションが続々と登場しています。  疑問に思うことがあっても、大丈夫です。ここでは、その疑問を解消するために詳しくご説明致します。

EtherNet/IPは、イーサーネットをベースとした新しいネットワークの一つです。それは最高のものでしょうか？いつものように、それはお客様の状況とアプリケーションに依存します。

ここでは基本に立ち返って、IIoT領域でEtherNet/IPデバイスを使用することで見えてくる可能性についてご説明します。

家庭用のイーサネット機器とEtherNet/IPの違いは何でしょうか？

ワイヤレスネットワークが普及した現在では、イーサネット機器を目にする機会は少なくなりましたが、私たちの生活には欠かせません。メインのインターネット接続やスマートテレビに使用している方も多いのではないでしょうか。

しかし、産業環境におけるイーサネット機器は大きな進化を遂げています。EtherNet/IPには、インターネットに接続するときに使うような、有名なIPが入っていると思いますか？いいえ、そうではありません。この意味は、Industrial Protocolの略です。

フィールド機器でも、家庭にあるものと同じようなケーブルとコネクターでイーサネット機器を使うことができます。もちろん、産業用アプリケーションでは、家庭よりも厳しい環境で動作するために、より堅牢なケーブルとコネクターが必要ですが、それでも似たようなものです。

つまり、これらの "新しい "産業用イーサネットデバイスがどのように機能するかについては、すでに多くのことをご存じだということです。さて、この技術が私たちの生活に密着した技術であることがわかったところで、その違いを構成する一口メモをご紹介しましょう。

EtherNet/IPの始まりは？

90年代、ControlNet International Ltd.の小さなグループが集まり、後にEtherNet/IPとして知られるようになるものを開発することを決めました。

2000年、プロジェクトを継続するためには、より多くの支援が必要でした。当時はまだクラウドファンディングが普及していなかったため、昔ながらの方法で行うしかありませんでした。

そして、1995年に設立されたオートメーションメーカーの団体であるODVA（Open DeviceNet Vendors Association）にアプローチをしました。そしてODVAは、EtherNet/IPを開発するためのパートナーシップに合意しました。

2009年、発案者はプロジェクトの管理をODVAとそのメンバーに委ねました。現在、ODVAはCommon Industrial Protocol (CIP™), ControlNet®, CompoNet®, DeviceNet®をサポートしています。

さらに、ベンダーやシステムを超えた相互運用性を確認しています。相互運用性の確保は難しいですが、ODVAでは、汎用品を取り入れるCOTS（Commercial-Off-The-Shelf）、現状のままのインターネット技術、およびイーサネット技術の採用を推進しました。

EtherNet/IPとは？

CIPをベースとし、OSI（Open Systems Interconnection）モデルと標準的なTCP/UDPスイートに準拠したEtherNet/IPは、柔軟性に優れたそのクラスで最も優れたイーサネットネットワークであり、オープンなIEC規格でもあります。フィールドセンサー、コントローラー、制御システムを同一ネットワーク上で接続することができます。

その実装は膨大なので、パワーコントロール（モーター、ドライブ、ソフトスターターなど）やディスクリートコントロール（Safety I/IO、ロボットなど）も出てきます。ここには、OT（Operation Technology）とIT（Information Technology）の融合があります。

IPカメラ、WiFi、IP電話などもネットワークに適用できるので、可能性は無限大です。これらの機能は、EtherNet/IPがIIoTの拡張に十分対応できることを示しています。

EtherNet/IP規格とは？

ここでは、規格のすべてを説明するのではなく、知っておかなければならない主要なポイントを挙げておきます。

  • IEEE 802.3:標準規格、イーサネット、高精度時間プロトコル（IEEE-1588）
  • IEC: International Electrotechnical Commission - IEC 61158
  • ODVA：CIP（Common Industrial Protocol）について
  • IETF：Internet Engineering Task Force、標準的なインターネットプロトコル(IP)

さらに、EtherNet/IPではセッション層にCIPが追加されていますが、プロトコルの枠組みはOSIモデルに準拠しています。図を見てみましょう。

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ネットワークには、HTTPやModbus TCPなど、多くのプロトコルが存在しますが、それだけでは相互運用性は保証されません。そのためには、それらを翻訳するゲートウェイが必要になります。

最後に、通信手段をたくさん持つことができます。物理層では、ワイヤレス、銅線ケーブル、光ファイバーなどが可能です。また、データリンク層では、物理層に応じて、IEEE 802.3（光ファイバー）、IEEE 802.3または802.1（銅線）、IEEE 802.11（WiFi）などの異なる規格を使用することができます。

新しいAPL（Advanced Physical Layer）2線伝送は、爆発性のある危険な場所でも利用できる防爆に対応した規格です。

すごいと思いませんか？

EtherNet/IPのトポロジーとは？

イーサネット技術は、10Mbps、バス/ツリー型、半二重通信から、100Mbps、1Gbps、全二重通信、スイッチ/ルーター型スター型へと進化しました。この進化により、イーサネットネットワークは重要な産業システムをサポートできるようになりました。

EtherNet/IPはアクティブなインフラであり、ネットワークセグメントはスター型トポロジーのポイントツーポイント接続を使用します。このトポロジーの中核となるのが、レイヤ2スイッチとレイヤ3スイッチの相互接続です。これらのスイッチは、多数のポイントツーポイント・ノードをサポートします。

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EtherNet/IPネットワークは、リニアおよびシングルフォールトトレラントのリングトポロジーにも対応しています。これには、組み込みスイッチとDLR（Device Level Ring）技術が使用されています。これらの代替トポロジーを組み合わせることで、ケーブル配線や通信レイアウトを最適化することができます。

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EtherNet/IPについて重要なポイントは何しょうか？

EtherNet/IPネットワークの技術的な詳細を深く掘り下げることもできますが、ここでは主なトピックを3つの質問にまとめて、簡潔に説明します。

その答えは、ネットワークをよりよく理解するためのベースとなるでしょう。

1 - TCPとUDPの違いは何ですか？

EtherNet/IPはTCP/UDPというIP規格をベースにしていますが、このアルファベットから何が得られるのでしょうか？TCP（Transmission Control Protocol）は、ユニキャストのパケットやフレームで、信頼性は高いが低速のデータ転送を行うものです。例えば、電子メールやウェブ閲覧にはTCP接続が使われています。

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さて、UDP（ユーザー・データグラム・プロトコル）に移行すると、接続速度は格段に速くなりますが、転送されたデータが確実に受信者に届くという保証はありません。  ここでは、ユニキャスト、マルチキャスト、ブロードキャストのパケットやフレームがあり、音楽やビデオのストリーミングに適しています。

2 - EtherNet/IPを他のTCP/IPアプリケーションと併用できますか？

はい、EtherNet/IPは他のTCP/IPアプリケーションとの共存を前提に開発されています。ここでは、市場でよく目にするTCP/IPアプリケーションの例を紹介します。

  • HTTP - ハイパーテキスト・トランスファー・プロトコル
  • SNMP - シンプルなネットワーク管理プロトコル
  • Modbus/TCP
  • OPC UA

3 - EtherNet/IPの基本コンポーネントとは？

ネットワークは、機器や制御システム間の通信を可能にする重要な要素で構成されています。EtherNet/IPには、コンポーネントとその使用方法を特定する3つのクラスがあります。

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  • スキャナー：スキャナークラスは、ネットワークの入力変数と出力変数を、更新時間によって定義されたサイクルでマッピングします。例PLCとコントローラ
  • メッセージング：メッセージングクラスは、リアルタイムI/Oデータではなく、明示的なメッセージングをサポートします。例：診断、ネットワーク構成ツール、SCADAおよびHMIシステム
  • アダプタ：アダプタクラスは、EtherNet/IPプロトコルが組み込まれた機器に、機器固有の機能を提供します。例：センサー、バルブ、ゲートウェイ

EtherNet/IPはIIoTソリューションにどのように適用されますか？

EtherNet/IPはデジタル通信であり、統合やデータ利用の視野を広げます。NAMUR NOAのコンセプトに従い、エッジデバイスを使ってネットワークから直接情報を引き出したり、各種クラウドサービスに送信したりすることができます。

例えば、Endress+HauserのNetilion Ecosystemでは、いくつかの方法でEtherNet/IPデバイスをサポートしています。Analytics、Library、Health、Valueの各サービスでEtherNet/IPデバイスを使用したり、AnalyticsやLibraryでサードパーティのデバイスを使用することができます。詳細は公式ページをご覧ください。

これらのサービスは、データを強化し、あなたがどこにいても適切な情報を提供します。それぞれのサービスには、日常業務に関連したメリットがありますので、詳細はサービスのページをご覧ください。

IIoTサービスは、現場の計測器から関連するインサイトに簡単にアクセスできる方法です。クラウドと統合し、産業を前進させ、メンテナンスで新しいレベルに進み、生産を強化するなど、快適で安全な方法をご提供するものです。

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ご安全に、そして良い一日をお過ごしください。