非常に正確なモータードライブ、センサー、またはマシンビジョンを装備して、動きの交響曲を演奏するかのように、各軸が曲がって回転するロボットアームを想像してください。しかし、システムの各コンポーネントにそれぞれのアクションを実行する方法と方法を伝えるための「指揮者」がなければ、腕は厳しい衝突と金属の擦り傷を起こす可能性があります。
リアルタイムコントロールシリーズの以前の記事では、センシング、運転、処理に使用されるリアルタイムコントロール（RTC）機器を調べました。それらをすべてまとめるには、「コマンド」：リアルタイム通信が必要です。この記事では、リアルタイムのコミュニケーションとコントロールに基づいて、ディスカッションの出発点として、業界4。0を使用します。
自動化におけるビッグデータの開発を促進する要因
流行のために、人間の介入のない工場の運用が一般的になっています。ビッグデータの収集と適切な分布（オックスフォード辞書では、特に人間の行動や相互作用に関連して、パターン、傾向、および相関を明らかにするために計算的に分析できる非常に大きなデータセットとして定義されています）は、デジタルツイン、メータリング、サービスをサポートできます。充電、予測メンテナンス。たとえば、利用可能なビッグデータを持つことにより、ロボットアームとシステムの動作条件のパフォーマンス、およびデータレート、温度、湿度、振動などを監視することで、将来のパフォーマンスと動作条件を予測できるモデルの開発につながります。ビッグデータ（デジタルツイン）の使用を学習するAI。これらの利点を最大限に活用するには、情報技術（IT）とオペレーションテクノロジー（OT）を組み合わせて、RTCシステムエッジをサポートできるようにする必要があります。論理的には、これはそれとOT収束と呼ばれます。
イーサネットでは、Open Systems Interconnection（OSI）モデルのネットワークおよび輸送層は、送信制御プロトコル/インターネットプロトコル（TCP/IP）をサポートするため、イーサネットは本質的にIPv4（およびIPv6）をサポートできるようになります。これに加えて、必要な量の情報を決定的に転送する能力は、産業用イーサネットが産業自動化の収束分野で実質的なコミュニケーション基準になりつつある理由です。既存のインフラストラクチャは通常2線型プロトコルを使用し、ネイティブTCP/IPをサポートしていないため、従来のフィールドバスはエッジデバイスとの通信に使用されています。図1は、産業自動化における現在の通信方法を示しています。
産業自動化における現在の通信方法
産業コミュニケーションの実施方法が変化し始めました。シングルペアイーサネット（SPE）は、より速い速度と産業イーサネットの多くの利点をサポートしながら、既存の2線式システムアーキテクチャを維持しています。高度なフィールド診断は、分散型および集中型の監視と操作の両方をサポートしています。そしてもちろん、SPEは、複数の既存のフィールドバスから構築された既存の2線式インフラストラクチャを再利用し、収束駆動型のアップグレードを簡素化し、コストを最小化できます。
イーサネットのより深い理解
イーサネットはエンタープライズアプリケーションではオープンでユビキタスですが、ITイーサネットフレームの送信は「ベストエフォルト」で制御されていないため、リアルタイムアプリケーションでは現在利用できません。いずれにせよ、エラーは迷惑です。リアルタイムOTの場合、エラーは深刻な結果をもたらす可能性があり、危険でさえあり、RTCシステムはシステムの「指揮者」として信頼できる通信を必要として、システムが意図したとおりに動作することを保証するため、システムの障害またはシステムまたは負傷の損傷を回避します人員に。イーサネットは通常、企業または消費者環境で使用されるため、環境上の課題はほとんどありません。対照的に、RTCシステムはしばしば過酷な環境にあります。
堅牢性、決定論的な動作（たとえば、騒々しい環境での広い温度範囲にわたる信頼性）の必要性、およびより高いデータレートは、産業イーサネットの出現を促進しました。産業イーサネットは決定論的で堅牢であり、RTCシステムを完全に利用するための追加の帯域幅と固有のIP接続を提供します。
タイミングの特性と、それらがイーサネット物理層（PHY）にどのように適用されるかを見てみましょう。
タイミング特性の重要性
RTCシステムには3つの重要なタイミング特性があります。
遅延。これに関連して、伝播遅延などの遅延、つまりデータがシステム、サブシステム、またはサブシステムコンポーネントが出るまでの時間の長さなどの遅延を考慮することが重要です。たとえば、TiのDP83826E 10Mbps/100MbpsイーサネットPhyの往復遅延は208nsです。レイテンシが低いと、サイクル時間を短縮したり、バスのノード数を増やすことができます。
決定論。データがシステムを通過するたびに到着時間が大きく異なる場合、レイテンシがどれほど低いかは関係ありません。到着時間のこの変動は、決定論として知られています。低ジッターは良い決定論を意味します。低い決定論は、変化する遅延に対応するためにシステムへのマージンを少なくする必要があることを意味します。図2は、DP83826Eのレイテンシ（208NS）と決定論（±2NS）を示しています。 EtherCatなどのリアルタイムイーサネットプロトコルは、イーサネットPhysのより低い決定論的潜伏特性を活用できます。
遅延とその確実性
同期。また、システム全体またはいくつかの完全なシステムのタイミングを結び付けることには利点があります。安全な動作を確保しながら効率とスループットを最大化するために、別のサブシステムが操作を実行するときに、異なるサブシステムが正確に「知る」必要がある場合があります。産業用イーサネットプロトコルはすべて、何らかの同期をサポートします。 Time Sensitive Networking（TSN）は、RTCシステムの時間同期の例です。電気およびエレクトロニクスエンジニア研究所（IEEE）1588v2、精密時間プロトコル（PTP）は、複数のデバイスを互いに同期させるのに役立ちます。 RTCなど。
結論
成功したRTCと通信展開は、業界4の基礎です。0。しかし、単に業界4を可能にする以上のもの。0は、決定論的、同期、および低遅延コミュニケーションの物理学および産業イーサネットプロトコルを備えているため、すべての楽器が一緒になって美しい音楽を作ることができます。