インクルード 産業用イーサネット インダストリー 4.0 環境における標準イーサネットの拡張としての地位を確立しつつあります。 設立当時 フィールドバス 沈下しても市場は成長する PROFINET, イーサネット/IP、イーサキャット およびその他すべての産業用ネットワーク。 ただし、増加する IIoT アプリケーションの要求はますます高まっています。 OPC UA と TSN それと独自のプロトコルの問題を解決する必要があります。 ここでは、産業用イーサネットがどのようにさらに発展しているかを知ることができます。
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現在の産業用イーサネット ソリューションは、ノイズ、温度変動、電磁干渉により、より堅牢な設計が必要とされる要求の厳しい産業環境でも確実に機能するように設計されています。 しかし、今日の最も重要な機能はこれです リアルタイム機能、モーション コントロールなどのアプリケーションに必要です。 今日では、産業用モノのインターネット (IIoT) デバイスの統合も重要です。 センサー デバイスは大規模にネットワーク化されているため、分析、プロセスの最適化、および分析のためのデータを収集できます。 メンテナンス 提供する。 このテクノロジーは拡張性も高く、小規模から大規模のネットワークまでサポートできます。 したがって、生産現場のマシンとシステムに柔軟なインフラストラクチャを提供します。
データ レートの絶え間ない増加により、より多くのデータ転送と帯域幅が必要になります。 これには、特にデータ集約型のアプリケーションでは、さらに高速なイーサネット速度が必要です。 サイバー脅威は、高度な暗号化および認証メカニズムで防御する必要があります。 ネットワークのエッジでコンピューティングを行う傾向もあります (EdgeComputing) 中央データセンターの代わりに。 これにより待ち時間が短縮され、より迅速な意思決定が可能になります。 一部の産業用イーサネット ソリューションは現在統合されています。 AI アルゴリズム異常検出、予知保全、その他の高度な機能を可能にします。 企業がオフィス システムと生産システムの両方を統合する統合イーサネット ネットワーク インフラストラクチャを求めるにつれ、情報テクノロジ (IT) とオペレーショナル テクノロジ (OT) の間の境界線があいまいになりつつあります。
05.06.2023 | HMSネットワーク は、産業用ネットワーキング市場 (上の写真) について年次調査を実施し、ファクトリー オートメーションに新たに統合されたノードの傾向を特定しています。 2023 年のレポートによると、この市場は 7% 拡大すると予想されています。 産業用イーサネットは成長を続けており、現在では最近導入されたノード全体の 68% を占め、昨年の 66% から増加しています。 フィールドバスの使用率は 24% に低下しました (前年の 27%)。 同時に、ワイヤレス ソリューションの市場シェアは増加しており、昨年の 8% から現在 7% に増加しています。 Profinet と Ethernet/IP がそれぞれ 18% でネットワーク ヒット リストを独占し、EtherCAT が 12% を占めています。
間の直接対決 プロフィネットとイーサネット/IP 両社は引き続き、それぞれ 2023% の市場シェアを獲得し、18 年のネットワーク ランキングをリードしています。 ちなみに、フィールドバスの昨年の成長は一時的なものに過ぎず、新規フィールドバス設置数は2023年に5%減少すると予想されている。 新しいフィールドバス ノードの数は減少しているにもかかわらず、フィールドバスは十分に試行され、信頼性が高いという理由だけで、数年間は使用され続けると考えられます。
ワイヤレス ネットワークはユーザーとともに成長します + 22%で ますます多くの無線産業用ネットワーク ソリューションが工場オートメーションに移行するため、2023 年には急速に増加します。 代表的なアプリケーションは次のとおりです。 カベルン、無線を介したマシンアクセス、および産業ネットワークへのモバイルデバイスの統合。
ヨーロッパと中東では、Ethernet/IP、Profinet、Ethercat がトップで、Profibus と Modbus-TCP が僅差で続きます。 米国では、Ethernet/IP が市場を支配している一方で、EtherCAT の人気が急速に高まっています。 アジアでは、Profinet が市場リーダーとしての地位を確立しており、Ethernet/IP がそれに僅差で続きます。 ここでは、CC-Link/CC-Link IE Field、Ethercat、Profibus、Modbus (RTU/TCP) も広く使用されています。
01.05.2023 年 2022 月 XNUMX 日 | インストール済み製品の公証年次評価 XNUMX プロフィバス&プロフィネット インターフェイスは、特に Profinet と IO-Link に関しては満足です。 さらに、プロフィセーフの成長は 2021 年と比較して大幅に増加しました。 2022 年に、Profinet は 10,5 万ノードという新記録を樹立しました。 これは 2 年より 2021 万人多く、23,5% 増加しました。 現在までに、合計 58,7 万台の Profinet デバイスがインストールされています。
IO-Link収録XNUMX本 8,4万増加。 2022 年にはデバイスが増加し、前年よりも 2,1 万台増加します。 増加率は 33% で、ノード数の合計は 35,7 万ノードになります。 2022 年、Profisafe は 2,8 万ノード、合計 21,7 万台のデバイスが使用され、これまでで最高の年間価値を達成しました。 2022 年には、Profibus のデバイス数は 1,5 万台となり、前年の価値に達しました。 プロセスオートメーションでは、その値は 0,8 万で安定しました。 これにより、合計 67,4 万台の Profibus デバイスが設置され、そのうち 15,4 万台がプロセス エンジニアリング システムに統合されています。
07.05.2020年XNUMX月XNUMX日 | の技術 プロフィバス + プロフィネット インターナショナル (PI)は、開発から30年以上経った今でも市場で高い評価を得ています。 年間で最大の増加は2019年に見られました IOリンク 40%で、 PROFINET 25%を達成し、ProfisafeとProfibusにも有望な数値があります。
ProfinetとIO-Linkのワーキンググループでは、エキスパートが通信技術をさらに開発し、Industry 4.0準拠の生産で使用するための重要な追加機能を提供しています。 この例は、XNUMXつのコンパニオン仕様です。 OPC UA IO-LinkおよびProfinetの互換性のある情報モデルについて説明します。
「私たちにとって、インストールされているノードの最新の数は、私たちのテクノロジーの開発に関して過去に多くの正しい決定を行ったことの最も良い証拠です」とコメントしました カルステンシュナイダー、Profibusユーザー組織のCEO、PIの議長。インストールされているノードの最新の数。
40年前と同じようにXNUMX%増加 IOリンク これは、IO-Linkが長期的に市場に定着することを示しています。 現在、インストールされているIO-Linkデバイスの数は2019万を超えています。
6,4万台のデバイスがインストールされている PROFINET これまでで最高の年間値を達成しました。 これは25%の増加に対応し、32,4万ノードの数になります。
「Profinetは、インダストリー4.0の観点からの要件をすでに非常によく満たしている、信頼性が高く将来性のある通信テクノロジーを表しています。 これが長期的に続くことを保証するために、私たちの専門家は、ますます他の組織の専門家と協力して、プロフィネットを生産におけるデジタル化のイネーブラーとしてしっかりと定着させることに絶えず取り組んでいます」と言います カルステンシュナイダー.
これは、他の市場調査の結果でも印象的に実証されています。 たとえば、IHS Markitは、Profinetが29% 世界で最も広く使用されているイーサネットベースのシステム です。
PROFIsafeを は2,5年に2019万ノードの設置数を達成し、2年連続で14万ノードを超えました。 インストールされている Profisafe ノードの総数は約 XNUMX 万です。 最後に重要な報告がありました プロフィ その長い市場プレゼンスにもかかわらず、それはまだ1,9万の新しいノードを備えた印象的な数です。 2019年の終わりに、世界中の産業プラントに62万台を超えるProfibusデバイスが設置されました。 このうち、13万以上がプロセスエンジニアリングシステムで使用されました。
「市場の成功に動機付けられた世界中のメンバーは、技術の進歩と数多くのマーケティングプロジェクトに深く関わっています」と語っています。 カルステンシュナイダー。 「この文脈では、ウイルス関連の障害が短期間であり、ビジネスやプライベートの領域にいる人々がすぐに正常に戻ることができることが期待されます。」
05.07.2019 年 XNUMX 月 XNUMX 日 | 数年前、Profinet はイーサネットベースの通信の時代に飛躍しました。 Indu-Sol のビデオでは、Profibus から Profinet への移行がどのようにスムーズに機能するか、最初のテレグラムから安定したネットワーク動作がどのように保証されるかを示しています。
06.04.2018年XNUMX月XNUMX日 | に新しく設置されたノードに関しては、 ファクトリーオートメーション 産業用イーサネットには従来のイーサネットがあります フィールドバス時代遅れです。 これは、インダストリアル ネットワークの市場シェアに関する当社の年次調査の重要な発見です。
当社は毎年、次の点に焦点を当てて産業用ネットワーク市場を評価しています。 新しくインストールされたノード ファクトリーオートメーションの中で。 産業用通信およびモノのインターネット向けの製品とサービスを提供する独立系プロバイダーとして、当社は産業用ネットワーク市場について深い洞察を持っています。 2018 年の産業用通信のトレンドをいくつか確認しますが、過去 5 年間の産業用ネットワーク市場シェアの発展も振り返ります。
ここ数年、産業用イーサネット ネットワークは従来のフィールドバスよりも急速に成長し、現在では後者を追い越しています。 の成長率で 22% 産業用イーサネットの世界市場シェアは、前年の 52% から現在 46% に達しています。 Ethernet/IP は 15% の市場シェアを誇る最も広く使用されているネットワークとなっており、Profinet、Ethercat、Modbus-TCP、Ethernet Powerlink がそれに続きます。
私たちは開発を注意深く追跡しており、産業用イーサネットへの移行は予見できましたが、新たに設置されたノードの数の点で産業用イーサネットがフィールドバスを追い越したのは今になって初めてです。 産業用イーサネットの主な推進要因は、より高度な要求です。 性能、工場設備とIT/IoT(産業用モノのインターネット)システムの統合、およびIoT全般。
強力な業界と懸念のおかげで、 サイバーセキュリティ フィールドバスは依然としてわずかに増加しています。 それにもかかわらず、フィールドバスは 6% の成長率 (前年は 4%) でわずかに増加しましたが、フィールドバスの設置数は今後数年間で着実に減少すると想定できます。 主要なフィールドバスは依然として Profibus であり、世界市場シェアは 12% で、Modbus-RTU と CC-Link がそれぞれ 6% で続きます。
無線技術 は 32% (前年も 32%) 成長しており、市場全体の 6% (前年も 6%) を占めています。 ワイヤレスでは、WLAN が最も広く使用されているテクノロジーであり、次に Bluetooth が続きます。 革新的な自動化アーキテクチャを実装するために、機械製造業者やシステム インテグレーターによってワイヤレスの使用が増えています。 ユーザーはケーブル配線を削減し、タブレットやスマートフォンを使用して、Bring Your Own Device (BYOD) などの接続と制御のための新しいソリューションを実装できます。
ヨーロッパや中東では、 プロフィネットとイーサネット/IP 先頭に立って。 そこではプロフィバスも依然として蔓延しています。 その他の一般的なネットワークには、Ethercat、Modbus-TCP、および Ethernet Powerlink があります。 米国市場は CIP ネットワークが独占しており、イーサネット/IP への移行は明らかです。 アジアでは市場をリードするネットワークはありませんが、Profinet、Ethernet/IP、Profibus、Ethercat、Modbus、CC-Link は広く普及しています。 Ethernet版CC-Link IE Fieldの重要性も高まっています。
今年の調査の特徴は、HMS が産業ネットワークにおける 5 年間の着実な成長を振り返ることができることです。 私たちは、2017 年に産業用イーサネットが市場シェアの点でついにフィールドバスを追い抜いたと結論付けています。 興味深いのは、産業用イーサネットが従来のフィールドバスを超えていること、そして現在も超えていることです。 市場の52% ここでは Ethernet/IP が主要なネットワークとしての地位を確立しています。
それにもかかわらず、私たちの調査では、ネットワーキング市場が依然として細分化されたままであることも確認されています。ユーザーは、アプリケーションに応じて、さまざまな異なるネットワークへの接続を求め続けています。 将来に目を向けると、産業用デバイスが IoT によって強化され、 業界4.0 お互いのネットワークがますます強化されています。 私たちの観点からすると、当社はこれらのトレンドに合わせて成長できる有利な立場にあります。 私たちの主張「デバイスの接続」が示すように、それが HMS のすべてです。
この調査には、以下に基づく 2018 年の HMS の推定値が含まれています。 2017年に新たに設置されたノード ファクトリーオートメーションの分野で。 ノードは、産業用ネットワークに接続されたマシンまたはデバイスとして定義されます。 この数字は、HMS 独自の販売統計、同業他社の洞察、および全体的な市場認識に基づいた HMS の総合的な見解です。
22.06.2017年XNUMX月XNUMX日| それか EPSG パワーリンク プロトコル IEEE により国際規格 IEEE61158 として採用されました。 このステータスを達成した唯一の産業用イーサネットです。 IEEE規格も TSN したがって、Powerlink は、IEEE の観点から見ると、産業用リアルタイム通信の中心的なコンポーネントです。
IEEE (電気電子学会) は、電気工学およびコンピューター サイエンスの分野における世界最大の技術者の専門団体です。 彼らの最も有名な業績の XNUMX つは、 標準IEEE802.3、イーサネットとも呼ばれます。 IEEE ワーキング グループの産業用リアルタイム通信は、過去 2017 年間にわたって産業用イーサネット標準の定義に取り組んできました。 97 年 XNUMX 月、作業グループは最終的に Powerlink を唯一の IEEE 標準として XNUMX% の承認を得て採用しました。
「これまで産業用リアルタイム通信はIEEEの空白地帯だった」と同氏は述べた。 博士ビクター・ファン、投票後はIEEE Industrial Electronics Society (IES)で標準化を担当。 「Powerlinkは高性能と無制限のオープン性を兼ね備えているため、以前のIEEE通信標準を理想的に補完します。」「PowerlinkをIEEE標準として採用することは、産業オートメーション技術を現場レベルで標準化するための重要な一歩です。」とIEEEのAleksander Malinowski教授は付け加えました。 Industrial Electronics Society (IES) 上級 Adcom メンバー。
29.02.2012/XNUMX/XNUMX | Profinet は、産業用イーサネット アプリケーションの通信標準としてますます確立されてきています。 ユーザーは、Profinet で Profibus を長年使用して得た経験から恩恵を受けることもできます。 これには、例えば、 B. 外部から見えるネットワーク機能は、「うまくいく...」というモットーに従ってネットワーク品質を評価するための尺度として使用されるべきではないという認識。 の貢献 寄り付き-ソル どの品質基準を満たす必要があるか、またそれをどのように実装できるかを示します。
Profinet の利点は明白です。リング、スター、ライン、ネットワークなどのすべてのネットワーク構造を実装して、干渉の影響を受けにくくすることができます。 ポイントツーポイント配線 気づく。 さらに、Profinet は、オープンでメーカー中立の国際標準化されたバス規格として説得力があり、ユーザーの受け入れが継続的に増加していることを示しています。 最後に、Profinet は PC ベースを非常によく補完します。 オートメーション フィールドレベルからエンタープライズレベルまでの垂直統合が容易になります。 しかし、ネットワーク通信の専門家は、このテーマにあまりにも素朴に取り組むことに対して警告しています。 カール·ハインツ·リヒター、マーケティング&セールス Indu-Sol GmbH のマネージング ディレクターは、むしろ Profibus の経験から学ぶようにアドバイスしています。
〜で プロフィバス 90% バス通信で発生した問題のうち、物理的な原因 (LAN ケーブル、回線、コネクタが原因) にまで遡ることができますが、Profinet では、異なるプロトコルの伝送の可能性により、論理的な通信コンテキストの評価に視点がますます向けられています。ネットワーク内で。 システムの機能や障害の数だけで判断するのではなく、実際の通信の品質を知りたい場合は、具体的な値が必要です。
ヴェルグレイヒト プロフィネットとプロフィバス 送信されるデータ量と送信速度はほぼ無制限のようです。 ただし、Profibus とは異なり、通信負荷が一定ではないため、信頼性の高い通信を予測することが困難です。 したがって、必要な負荷予備量を事前に計画し、ネットワーク構造をよく考えておく必要があります。
可能な限り田舎道や交通量のピーク時に重い荷物を送り出さないようにするのと同じように、Profinet では、 コミュニケーションチャンネル 負荷に応じて設計されています。 たとえば、監視カメラは視覚化システムにできるだけ直接接続する必要があります。あるいは、画像を維持するために、さまざまな町や村を経由しないようにする必要があります。 計画におけるもう XNUMX つのキーワードは、ラインの深さ (I/O デバイスのカスケード接続) です。 一定の更新レートを遵守する必要がある場合、行の深さがそれぞれのアプリケーションに適しているかどうかを事前に明確にすることが重要です。 道路交通のイメージに適用される線の深さは、目的地に向かうまでにいくつの信号機または信号機の交差点(スイッチ)を通過する必要があるかを意味します。
測定の実践において、Indu-Sol のネットワーク専門家は Profinet を選択しました。 XNUMX つの測定可能なネットワーク状態変数 これらは、Profinet 通信における一般的に有効な品質基準として確立される可能性があります。つまり、Profinet と TCP/IP の間の関係と同様に、電文のジッター、失敗した電文の数、および負荷スペクトルです。 これらの品質基準とその限界値、および相互の関係が考慮されていれば、ネットワークを最初から確実に計画し、最適に設計することができます。
理論と実践の違いについて、リヒターは次のように説明しています。「通常、XNUMX つの一般的な原因により、 理論と実践 合わない。 まず、実装は計画に正確に従っていないことがよくあります。 ここで、測定は計画データの管理に役立ちます。 第 14 に、複雑なシステムの場合、計画段階ですべての事態を考慮することは不可能なことが多く、実行者にはネットワーク設計 (設置) において意図的に一定の自由が与えられます。 「ここで、実際の動作での測定は、設定や通信パスの最適化に役立ちます。」 理論と実践を統合したい場合、これは信頼できる測定結果がなければ不可能です。 B. 実稼働環境下で、たとえば XNUMX 営業日などの長期間にわたるネットワーク監視を使用します。 コントローラーの「ステータス LED」や障害の数によって通信の品質を判断したくない場合は、何よりも必要なものが XNUMX つあります。それは、明確でわかりやすい品質基準です。
ネットワーク専門家の実践では、Profinet に関して XNUMX つのネットワーク ステータス変数が明らかになりました。これらは、Profinet 通信に一般的に適用できる品質基準として確立される可能性があります。 電報のジッター、失敗した電文の数、および負荷スペクトル(Profinet と TCP/IP の比率など)(図 2)。
ジッターは、 リフレッシュレート。 リヒター氏は次のように説明します。「たとえば、公共バスの到着時間とジッターを比較できます。 バスが 50 時間ごとに来ることを期待していて、そのバスが時々早すぎたり、遅すぎたりする場合、実際に予想される時刻表からの時間のずれについて話すことができます。 Profinet では、更新間隔によって「到着時刻」を設定します。 時間が XNUMX% 以上逸脱した場合は、「なぜ」という質問が必ず必要になります。 しかし、外から見ると、問題の初期兆候であるこの事実には気付かないでしょう。」
XNUMX 番目の基準としての失敗したテレグラムの検出は、Profibus の場合と同様です。 再試行制限 見る。 ただし、重要な違いは、Profibus では電文が繰り返されるのに対し、Profinet では、オペレータが外部から認識することなく最大 XNUMX つの電文パケットの欠落が許容されることです。
XNUMX 番目の Profinet 基準、一般 バス負荷 またはトラフィック。すべての周期的データ トラフィックと非周期的データ トラフィックの合計が含まれます。 リヒター氏は次のように述べています。「ここでも、道路交通量との比較は、『バスの積載量』や『交通量』を理解するのに役立ちます。」 プロフィバスでは、「自動車」タイプの自動車は 100 台だけが A から B、またはその逆に走行します。 Profinet では、車の交通に加えて、トラックやバイクが同じ道路を走行できるようにするオプションもあります。 評価の観点からは、トラフィック負荷における各参加者の相互の割合を知ることが重要になります。 負荷スペクトルのガイド値は 1:100 の比率です。つまり、たとえば、XNUMX 個の Profinet テレグラムごとに最大 XNUMX つのイーサネット テレグラムを送信する必要があります。」
さらに、よく考えられたネットワーク計画では、どの負荷がいつ発生する可能性があるか、またネットワーク全体の良好な利用を実現するために負荷を適切に分散する方法を事前に検討することが重要です。 ここでもリヒターは経験的価値観に言及しています。 バス負荷 20% 予期せぬ通信障害が発生することなく確実にネットワーク通信を確保できます。 比喩的に言えば、シュメルンの道路が 20% 埋まっているとき、ドライバーとしては、どこから車で来ても、どこに車で向かっても、常に無料の走行とグリーンウェーブがあると確信できます。」
Profibus との通信の信頼性を最初から確保するには、通常、最初のステップとして、 物理的な回線品質。 プロフィバスでは 30 つの回線に最大 30 人の参加者が参加することが多いため、これも重要です。 参加者 30 人に対してラインが XNUMX ある Profinet では、この手順は時間と費用がかかるだけでなく、タップや切断によって設置が積極的に妨げられるリスクも伴い、新たなエラーの原因となる可能性があります。 。 これについてリヒター氏は次のように述べています。「専門家との議論でも、Profinet の回線テストに関して『賛成か反対』で明確な多数決は得られませんでした。」
これまでの Indu-Sol の経験から、適切に実行された オンラインテスト Profinet では、合格基準として回線テストを行わないでください。 オンライン テストで前述の XNUMX つの品質基準がすべて満たされている場合は、回線品質が適切であるとみなすこともできます。 逆に、ラインの欠陥は、品質パラメータの偏差に基づいてすでに目に見えています。 これら XNUMX つの基準を使用して通信品質を評価する Profinet Inspector などの診断ツールを使用すると、受け入れという意味で時間と費用がかかるオフライン ケーブル テストが必要なくなります。
さらに、 プロフィネットインスペクター すべての異常が Web ベースの視覚化を使用して記録され、タイムスタンプと実際の値で明確に表示されるという利点があります。 これにより、どの問題が何によって引き起こされたのかを分析しやすくなります。 このようにして、ネットワークを最初から賢明に計画できるだけでなく、長期的に信頼性の高い通信を確保することもできます。 この目的のために、システム実行時間全体の間、システムの「長期 ECG」としてインスペクターを使用することをお勧めします。 非周期的に発生する大量のデータによって引き起こされるすべての変更、特に驚くべき変更をいつでも検出でき、通信の問題を回避できます。
08.12.2014 年 XNUMX 月 XNUMX 日 | Profinet は、ファクトリーオートメーションおよびプロセスオートメーションの標準になりつつあります。 しかし、現在、すべてのフィールド デバイスが必要なインターフェイスを備えているわけではありません。 彼と一緒に ネットリンクプロキシ 提供 ヒルシャー ただし、移行テクノロジーを使用すると、既存の Profibus フィールド デバイスも Profinet の世界に簡単に統合できるソリューションになります。
産業用イーサネットは、産業オートメーションおよび生産におけるイーサネット標準のアプリケーションを指します。 イーサネットはもともとオフィスおよびホーム ネットワーク用に開発されましたが、産業用バージョンは業界の特殊な要件に合わせて修正および適合されています。
次の XNUMX つの特徴が最も重要です。
イーサネット はもともとホーム ネットワークと一般的なデータ トラフィック用に開発されました。 これは LAN エンジニアリングの主要なテクノロジーであり、さまざまな環境で使用されています。 Ethernet と Profinet はどちらも、同じ基本的な Ethernet テクノロジーに基づいています。 PROFINET 産業オートメーションの要件に合わせて特別に最適化されており、リアルタイム通信、拡張診断機能、既存システムへの統合の可能性など、産業環境に利点をもたらします。
イーサネットプロトコルは、 ローカル エリア ネットワーク (LAN) 上のデータ送信を管理する標準化された通信プロトコル。 説明すると、ネットワーク内でデータ パケットがどのように作成、送信、受信されるかを定義します。 イーサネット プロトコルは、特定のデータ パケット構造を使用します。 いわゆるイーサネット フレームには、特に、宛先および送信元の MAC アドレス、ユーザー データ、およびエラー チェック情報が含まれています。 イーサネットはデータ パケットの衝突を検出し、それに応じてデバイスを制御します。 転送速度は 10Mbps (独自規格) から 100Mbps (ファスト イーサネット)、1Gbps (ギガビット イーサネット)、10Gbps、40Gbps、さらには 100Gbps の速度に進化し、さらに増加しました。
一般的な産業用イーサネット プロトコルの一部を次に示します。
製造用途向けの配線を削減した高速フィールドネットワーク。 三菱電機ではCC-Link IEを推奨しています。