産業環境における相互運用性への対処方法

典型的な産業アーキテクチャ

大規模な産業用オートメーションシステムの典型的なアーキテクチャは、3つの層で構成されています。センサや単純なデバイス（例：モータスタータや電子過負荷保護など）の層、PLCやオペレータパネル、インテリジェントモータドライブを含む制御層、そして情報システムの層です。

各層は、データ交換量、速度、決定論について異なる要件を持っています。従来のアプローチでは、特に下位2層の場合、これらの様々な要件に対して専用ネットワークで対応していました。

さらに、各大手技術サプライヤは、自社の好みに応じて統合方法を推奨していました。その結果、既存の産業アプリケーションでは多くの異なるデータネットワークとプロトコルに遭遇することがあります。このように設計・実装されたシステムの相互運用性と拡張性は、すべてのシステムインテグレータおよびこれらのソリューションの所有者にとって、現在も、そして長期間にわたって悪夢となっています。

この状況は、Industry 4.0やIIoTの出現以前から持続不可能でした。この問題にどう対処すべきでしょうか？

理想的には、情報システムやオフィスシステムで長年存在している類似のソリューション、つまりイーサネットのようなものが欲しいところでした。イーサネット自体は標準（実際には、以下で説明するように標準のファミリー）と見なされていますが、その特性（定義上非決定論的、リアルタイムのメッセージングをサポートしない、かなり高価など）により、長い間産業環境には適さないと考えられていました。

しかし、新技術の導入（特にインテリジェントスイッチ）、ネットワークトポロジの変化（ツリー型からスター型トポロジへ）、全二重通信、より高い伝送速度、そして時間の経過とともにイーサネット技術の価格低下などの要因により、イーサネットは産業用オートメーションシステムの下位2層での通信にも使用される興味深いソリューションとなりました。

イーサネット、無修正イーサネット、EtherNet/IP、および産業環境における相互運用性

産業用アプリケーションでのイーサネットの使用について話す前に、イーサネットとは何かを説明する必要があります。

厳密に言えば、イーサネットはIEEE 802.3標準によって定義され、オープンシステム間相互接続（OSI）モデルの下位2層（物理層とデータリンク層）の実装を表しています。産業実務では、物理媒体として主に金属ツイストペアまたはファイバーリンクが使用されています。

より広い意味でのイーサネットは、ネットワーク層とトランスポート層のすべてのプロトコル、特にIP、TCP、UDPプロトコルを含む、インターネットへの接続(性)を可能にする技術として理解されることが多いです。 

産業環境でイーサネットがますます検討されている理由は、すでに上記で示されています。しかし、産業用オートメーション用途におけるイーサネットの主要な欠点、すなわちリアルタイムのデータ伝送のサポートの欠如と非決定論は、完全には解決されていません。

3つのソリューション

したがって、これらの産業用アプリケーションのニーズを満たすソリューションが求められました。一般的に、今日では3つのそのようなソリューションがあります。限られたスペースのため詳細には立ち入れませんが、文献で「無修正イーサネット」と呼ばれる1つのソリューションのみが、イーサネット標準および上位層のTCP/IPおよびUDPプロトコルの修正なしに使用されていることから始めることができます。

他の2つのソリューションは、標準プロトコルまたはハードウェアの修正や拡張を必要とします。

無修正イーサネットに基づく産業環境でのデータ交換の標準のみが、インフラストラクチャの変更（つまり特別なスイッチやルーターなど）を必要とせず、他の既存のプロトコルと単純に共存でき、最も重要なことに、IIoTの観点からスムーズな統合と相互運用性を可能にします。

無修正イーサネットの原則に完全に基づく数少ない標準の1つがEtherNet/IP™です。EtherNet/IP™は、ODVAによって管理されるオープン標準です。

私たちはこの協会の創設メンバーであり、長期にわたってEtherNet/IP™の恩恵を受けています。この技術は、The Connected Enterprise®と呼ばれる産業用オートメーションの完全デジタル化のための私たちのソリューションの基盤でもあり、EtherNet/IP™の利点のおかげで、理想的なIIoTソリューションでもあります。