イーサネットは、産業用アプリケーションにおいてますます重要なネットワーク技術になりつつあります。
モーション コントロールの分野では、イーサネット、フィールドバス、{0}Peripheral Component Interconnect (PCI) などのその他のテクノロジー-は、産業用オートメーションおよび制御システムにおける最も要求の厳しいワークロードのいくつかを処理するために歴史的に競い合ってきました。モーション コントロール アプリケーションには、決定性-ネットワークが指定されたノードにワークロードをタイムリーに配信するという保証-が必要です。これは位置保持を確保するために不可欠であり、ひいてはドライバーの正確な停止、適切な加減速、その他のタスクが保証されます。
標準の IEEE 802.3 イーサネットは、これらの要件を満たしたことがありません。全二重スイッチングと分離コリジョン ドメインが時代遅れの CSMA/CD データリンク層に取って代わったとはいえ、このプロトコルには依然として予測可能性が欠けています。さらに、一般的なスタックにおける TCP/IP の複雑さは、リアルタイム トラフィックの信頼性の高い送信に対して最適化されていません。-その結果、フィールドバスと、ASIC- ベースの PCI カードを備えたフィールドバスと PC{6}} ベースの制御アーキテクチャが、モーション コントロールの一般的なソリューションとして長年使用されてきました。
EtherNet/IP® から EtherCAT® までのイーサネット ソリューションは、独自の方法でこれらの欠点を克服します。産業用イーサネットは、代替技術に比べて他にもいくつかの利点がありますが、モーション コントロール市場を支配するにはまだ程遠いです。今後数年間でこの機能が受け入れられる可能性があり、また受け入れられるであろう 3 つの理由を見てみましょう。-
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複雑さの増加ではなく収束
時間の経過とともに、企業の IT と工場現場の間の相互接続が増加し、システムはより複雑になり、多くの場合、標準イーサネット、産業用イーサネット、およびフィールドバス テクノロジーが混在するようになりました。たとえば、マシンは以下を利用する場合があります。
このようなネットワークは複雑で、セットアップと維持に費用がかかります。各プロトコルには、独自の実装手順、設置担当者、トレーニングが必要です。対照的に、イーサネットは、さまざまなネットワーク-モーション コントロールや安全のためのネットワークなど-を、配線が容易で、ベンダーによって広くサポートされ、将来の要件に適応できるコスト効率の高いインフラストラクチャに統合する可能性を提供します。-
イーサネットは、異なるネットワークを統合する可能性を提供します。
EtherNet/IP プロトコルは、実際にコンバージェンスを最大限に活用できる例を示しています。 TCP/IP や UDP/IP などの標準イーサネット テクノロジを使用し、CIP Sync (IEEE 1588 分散クロックを介して正確な時間プロトコル同期を実現するため) などの機能を追加することにより、統合スイッチ システムは商用アプリケーションと産業アプリケーションの両方に同時に対応できます。
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モーションコントロールアプリケーションの決定論
モーションコントロールは正確なコミュニケーションに依存します。この精度は、タイムスロット-ベースのスケジューリングによってサポートされています。-、各デバイスには、他のデバイスと通信するためのスケジュール ポリシーがスケジュール設定されています。これらのサーボ ドライブとコントローラーはそれぞれのタイミングを計算し、そこから制御関数の ΔT 値を導き出すことができます。ただし、データ送信が予測不能になった場合、結果が失われる可能性があります。したがって、ループの安定性を確保するには決定論が必要です。
イーサネットは、工場内の要求の厳しいモーション制御アプリケーションをサポートできます。
場合によっては、インテル® チップに直接統合されたアクセラレータ回路を介して EtherNet/IP に IEEE 1588 を実装することは、イーサネット ソリューションが決定論を強制する一般的なメカニズムの 1 つにすぎません。 EtherCAT の高速リアルタイム処理-は、モーション コントロール アプリケーションで一貫した予測可能なパフォーマンスがどのように達成されるかを示すもう 1 つの例です。 EtherCAT は、PCI- ベースの集中通信の厳しい物理的制限を克服します。これには、短距離を維持しながらマシン処理ユニットとサーボ プロセッサ間の高速通信が必要です。
Jason Goerges は、2010 年に *Machine Design* に掲載された記事で次のように説明しました。
EtherCAT- ベースの分散プロセッサ アーキテクチャは、分散ネットワークの利点を提供しながら、集中制御の機能に匹敵する高帯域幅、同期、物理的な柔軟性を提供します。
実際、このアプローチを使用する一部のプロセッサは、20 kHz のサンプリング レートと更新レートで、位置、速度、電流ループ、整流を含む、高度に調整された最大 64 の軸を制御できます。{{1}
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IIoT の長期的な存続可能性-
イーサネットは、ローカル エリア ネットワーク (LAN) テクノロジとして誕生して以来、一連の発展を遂げてきました。従来のフィールドバス コンポーネントは現在小規模で生産されており、PCI が時代遅れの業界標準アーキテクチャになるリスクがあることを考慮すると、イーサネットは IP{1} ベースの産業用モノのインターネット (IIoT) に完全に対応できるところまで進化しました。
IEEE 1588 を改良し、ネットワーク コンバージェンスの可能性をサポートする、時間に敏感なネットワーキングなどの今後の機能強化{{0}{1}{3}により、イーサネットは現在および将来のモーション コントロール アプリケーションにとって理想的な選択肢となります。これは、フィールドバスと PCI がなくなると言っているわけではありません。むしろ、オートメーション業界が IIoT に移行するにつれ、イーサネットの利点はさらに増大し続けるでしょう。