産業用イーサネット(Ethernet)とは？種類・意味・定義を入門者向けにわかりやすく解説

産業用イーサネットとは、イーサネットのうち、産業向けに使用されているもののことです。産業用イーサネットは、工場内のネットワークで使用されています。オフィスなどで使用される標準的なイーサネットよりも、高い堅牢性、リアルタイム性能を備えています。

産業用イーサネットとは

産業用イーサネットとは、産業向けに使用されているイーサネットのことです。

イーサネット

イーサネットとは、有線LANの通信規格の一つ。イーサネットを使用すると、コンピューターや通信機器を接続し、ネットワークを利用できる。

産業用イーサネットは、オフィスなどで使用される標準的なイーサネットよりも、高い堅牢性、リアルタイム性能を備えています。

従来、産業向けネットワークは、イーサネットではなく、シリアル通信を用いたフィールドバスが主流でした。

フィールドバスとは

フィールドバスとは、工場などで稼働している機器とコントローラーのやり取りで繋げる通信規格のこと。フィールドネットワークとも言う。

シリアル通信とは

シリアル通信とは、1本の信号線や回線を使いデータを1ビットずつ順番に送信する方式のこと。シリアル通信を実現するインターフェース(接続部分)をシリアルインターフェースと言う。

しかし、近年はイーサネットの普及に伴い、イーサネットベースの機器が増加したことから、産業用ネットワークが市場シェアを拡大しています。

ポイント
  • 産業用イーサネットとは、イーサネットのうち、産業向けに使用されているもののこと
  • イーサネットの普及に伴い、イーサネットベースの機器が増加したことから、産業用ネットワークが市場シェアを拡大している

産業用イーサネットの用途・役割

産業用イーサネットは、製造に関する特定のデータを正確に送受信したり、動作を実行するために、決められた時間内にデータを送受信します。

このため、万が一何かしらのエラーが発生した場合、直ちに検知して処理を停止できます。これにより、不良品の発生や、それに伴う材料や時間、費用など、無駄なコスト発生を未然に防止できます。

また、リモートでも監視できるようになるため、人が立ち入りたくない、または立ち入るのが危険である過酷な工場環境においても、簡単に機器の稼働状況を確認できます。

【産業用イーサネットの具体例】ペットボトル飲料の製造工場の場合

産業用イーサネットの具体例としては、ペットボトル飲料の工場への導入があります。

ペットボトル飲料の製造工程に産業用イーサネットを導入すると、ネットワークを介して飲料の充填に関するデータを送受信できます。これにより、問題なく充填されているかどうかを確認できます。また、逆に何らかの事故、エラー、イレギュラーが発生した場合にも、製造工程をストップするなどの対応ができます。

飲料ボトルは、製造工程において、高圧・高温洗浄を行います。このような温度上昇などの過酷な工場環境にも耐え得るよう、産業用イーサネットは、堅牢に設計されています。

また、産業用イーサネットを導入することで、リモートで監視できるようになるため、温度が上昇している工場の中に人が立ち入る必要もなくなります。

ポイント
  • 産業用イーサネットを導入することで、製造に関する特定のデータを適時・随時かつ正確に送受信したり、動作を実行するために決められた時間内にデータの送受信ができるようになる。
  • 産業用イーサネットを導入することで、万が一何かしらのエラーが発生した場合であっても、直ちにこれらを検知し、リモートで処理を停止できるようになる。
  • 産業用イーサネットを導入することで、人が立ち入りたくない、または立ち入るのが危険である過酷な工場環境でもリモートで容易に監視できるようになる。

汎用イーサネットと産業用イーサネットの違い・比較表

汎用イーサネットと産業用イーサネットの違いとして、大きな違いは、次の2点です。

  • リアルタイム性
  • 信頼性・堅牢度
汎用イーサネット 産業用イーサネット
リアルタイム性 中 高
信頼性・堅牢度 中 高

汎用イーサネットと産業用イーサネットのリアルタイム性の違い

第一に、汎用イーサネットと産業用イーサネットの違いとして、リアルタイム性が挙げられます。

工場現場では、常に最新の測定値に基づいて制御演算が行われます。また、演算結果は、できるだけ早く伝達される必要があります。

このため、産業用イーサネットは、定められた時間の中で素早く伝達するリアルタイム性（時間確定性）が必要になります。

汎用イーサネットと産業用イーサネットの信頼性・堅牢度の違い

第二に、汎用イーサネットと産業用イーサネットの違いとして、信頼性・堅牢度の違いが挙げられます。

産業用イーサネットは、過酷な工場環境の中で使用されます。このため、そのような環境における動作できるよう、高い信頼性・堅牢度が実証される必要があります。

以上の点から、繰り返しになりますが、汎用イーサネットと産業用イーサネットの違いをまとめると、以下のとおりです。

汎用イーサネット 産業用イーサネット
リアルタイム性 中 高
信頼性・堅牢度 中 高

産業用イーサネットの種類

産業用イーサネットの代表的な規格の種類として、以下があります。

  • CC-Link IE
  • FL-net
  • EtherNet/IP
  • PROFINET
  • EtherCAT

CC-Link IE

CC-Link IEは、三菱電機が開発した産業用イーサネットです。CC-Link IEは、フィールドネットワーク「CC-Link」にイーサネットの技術を取り込んでいます。

CC-Link IEの特長は、通信速度が1Gbpsと高速な点です。これにより、応答性能の高い安全システムを構築できます。

CC-Link IEは、以下の4種類の規格があります。

  • CC-Link IE Control
  • CC-Link IE Field
  • CC-Link IE Safety
  • CC-Link IE TSN

FL-net

FL-netは、日本電機工業会（JEMA）が推進しているコモンメモリシステムをベースとした産業用イーサネットです。

コモンメモリとは

コモンメモリとは、FL-netが採用しているメモリブロックのこと。FL-netに接続された全てのノードが共通認識してい仮装共有メモリを指す。

コモンメモリシステムでは、マスタとなって全体を統括するノードが存在せず、全てのノードが平等に動作します。

EtherNet/IP

EtherNet/IPは、ODVA(Open DeviceNet Vendor Association, Inc.)に管理された産業用イーサネットです。

EtherNet/IPは、イーサネットの上にアプリケーション層として、CIPを付加しています。

CIP(読み方：シーアイピー)とは

CIPとは、「共通産業プロトコル」を意味するCommon Industrial Protocolの略。CIPは、ODVAが管理する産業オートメーションアプリケーション用の産業プロトコルのこと。

これにより、イーサネットが持つ通信機能と、産業用メッセージ通信(イベント通信)機能、 データリンク通信(サイクリック通信)機能を両立させています。

PROFINET

PROFINETは、PI（PROFIBUS＆PROFINET International）によって規定、管理されている産業用イーサネットです。

PROFINETは、フィールドバスであるPROFIBUSをベースにして開発されています。

PROFIBUS(読み方：プロフィバス)

PROFIBUSは、フィールドバスの一つ。FA（ファクトリーオートメーション）とPA（プロセスオートメーション）を双方をカバーする唯一のフィールドバス。

PROFINETは、工場内の全てのアプリケーションに一本のバスで対応するよう設計されています。PROFINETは、以下の3つのパフォーマンスレベルがあります。

  1. NRT(Non Real-time)
  2. RT(Real-time)
  3. IRT (Isochronous Real-time)

以上3つのパフォーマンスレベルを使い分けることにより、汎用イーサネットから高速同期制御を実現しています。

EtherCAT

EtherCATは、ドイツのBeckhoff Automationによって開発された産業用イーサネットです。現在は、EtherCAT協会（ETG：EtherCAT Technology Group）により管理されています。

EtherCATは、帯域使用率が最大97%であり、効率よく伝送できるのが特徴です。

産業用イーサネットの比較・違い

CC-Link IEの中でも最新の規格であるCC-Link IE TSNを例に比較を行います。

通信速度 通信距離 最大接続台数
CC-Link IE TSN 1Gbps/100Mbps ツイストペアケーブル(IEEE802.3準拠)の場合：100m

光ファイバ(IEEE802.3準拠マルチモードファイバ)の場合：550m

光ファイバ(SI-POF)の場合：20m

光ファイバ(SI-HPCF)の場合：100m

 64,770台（マスタ局とスレーブ局の合計）
FL-net 10/100Mbps 100メートル以内 254
EtherNet/IP 10/100Mbps ノード間距離 100メートル以内 制限なし
PROFINET 100Mbps 100メートル以内 制限なし
EtherCAT 全二重100Mbps ノード間距離 100メートル以内 65535

出典：CC-Link IE TSN―仕様

出典：FL-netの特長、仕様、普及状況

出典：EtherNet/IP、EtherCAT

出典：PROFINET

フィールドバスを上回る産業用イーサネットのシェア

HMSインダストリアルネットワークスの調査によると、産業用イーサネットの市場シェアが拡大する一方、フィールドバスのシェアは減少しています。

以下は、2020年5月に同社が発表した産業用ネットワークの市場シェアです。

出典：産業用ネットワーク市場シェア動向 2020（HMS Networks 統計）

2018年に同社が行った調査で、初めて産業用イーサネットがフィールドバスのシェアを上回りましたが、現在もそれが進行しており、産業用イーサネットへのシフトは加速しています。

ポイント
  • 産業用イーサネットの市場シェアが拡大傾向
  • 一方、フィールドバスのシェアは減少

弊社製品「μC3(マイクロ・シー・キューブ)」のご紹介

マイコン向け超軽量カーネルを採用したRTOS「μC3（マイクロ・シー・キューブ）/Compact」

μC3(マイクロ・シー・キューブ)/Compactは、マイコン内蔵の小さなメモリだけで動作するように最適化された、コンパクトなμITRON4.0仕様のRTOSです。

μC3/Compactは、ソースコードに直接コンフィグレーションを行うのではなく、付属のコンフィグレータによりGUIベースでRTOS、TCP/IP、デバイスのコンフィグレーションからベースコードの自動生成まで行います。

小さいフットプリント
マイコンの小さなROM/RAMのみで動作するように最適化された最小2.4Kbyteのコンパクトなカーネル。メモリ容量が小さい安価なデバイスを使用する事ができます。
μC3/Configurator付属
選択・設定するだけでベースコードが生成できるコンフィギュレーションツール。開発時間の大幅な短縮や、コーディングミスの減少が可能。RTOSの初心者でも簡単に開発をスタートすることができます。
豊富なCPUサポート
業界随一のCPUサポート実績があり、技術サポートも充実しています。CPUの選択肢を広げ、機会費用を抑える事ができます。業界随一のCPUサポート実績があり、技術サポートも充実しています。ご使用予定のデバイスで直ぐに開発着手が可能で、ご質問に対して24時間以内の1次回答を徹底しています。
省電力対応
デフォルトで省電力機能がついているため、システム全体の省電力に貢献します。

詳しい資料をご希望の方は、下記より製品ガイドをダウンロードしてください。

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高性能リアルタイム処理向けRTOS「μC3（マイクロ・シー・キューブ）/Standard」

μC3(マイクロ・シー・キューブ)/Standardは、μITRON4.0のスタンダードプロファイルをベースに、32/64ビットプロセッサが搭載された組込みシステム向けのRTOSです。

μC3/Standardは、高性能プロセッサがより高度なリアルタイム制御に耐えられるよう、割込み禁止時間を極力なくし、割込み応答性を最重要課題として設計したRTOSです。

ARM Cortex-Aシリーズ、ARM Cortex-Rシリーズだけでなく、高性能な ARM Cortex-MやRenesas RXシリーズにも対応しています。

32/64bitの高性能プロセッサに最適化
割り込み応答性を高め、32/64bitの高性能プロセッサ向けに最適化されたμITRON4.0仕様のカーネル。
豊富なプロセッサ・サポート
業界随一のプロセッササポート実績があり、技術サポートも充実しています。CPUの選択肢を広げ、機会費用を抑える事ができます。業界随一のCPUサポート実績があり、技術サポートも充実しています。ご使用予定のデバイスで直ぐに開発着手が可能で、ご質問に対して24時間以内の1次回答を徹底しています。
マルチコア対応
組込み機器向けに最適なAMP型カーネル。マルチコアによって、リアルタイム性能を強化します。
豊富なデバイスドライバを用意
I2C, SPI, GPIO, SDなどのデバイスドライバをオプションで用意。(UART, Timer, INTCはμC3に、EthernetドライバはμNet3に付属しています。)

詳しい資料をご希望の方は、下記より製品ガイドをダウンロードしてください。

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弊社製品「μNet3(マイクロ・ネット・キューブ)」のご紹介

少ないメモリリソースで動作するコンパクトタイプのTCP/IPスタック「μNet3(マイクロネットキューブ)」

少ないメモリリソースで動作するコンパクトタイプのTCP/IPスタック「μNet3(マイクロネットキューブ)」

μNet3は、組込みシステム向けのミドルウェアです。弊社製品RTOS「μC3」上で動作するTCP/IPスタックです。

TCP/IPスタックとは(読み方：ティーシーピーアイピースタック)
TCP/IPスタックとは、TCP/IP通信のプロトコルに関するプログラムをまとめて一つとしたプログラム群・モジュールのこと。

IPv4、ICMP、IGMP、ARP、TCP、UDP、FTP、HTTPd、DHCP、DNSのプロトコルをサポートし、オプションでIPv6、PPP、SSL、MQTTなどのプロトコルを用意しています。シンプルな専用APIを採用しており、ネットワークプログラミングの初心者でも容易に導入できます。

多くのミドルウェアは、RTOSの環境やハードウェアに合わせて、移植(ポーティング)する必要があります。

μNet3は、μC3に対応しているため、RTOSに合わせた移植が必要ありません。また、μC3は豊富なCPUに対応しているため、CPU間の移植も必要ありません。

これらの移植工程を省くことで、μNet3を購入後、すぐに利用できます。

更にμNet3は、バイナリだけではなく、ソースコードの提供も行っています。このため、デバイスドライバを独自で開発したい場合、一部のソースコードを書き換えるだけで簡単に利用できます。

わずか12KBのコンパクトなTCP/IP
μNet3は、最小12KBで動作します。マイコンの内蔵メモリでも動作するよう、軽量に設計されています。
20種類もの豊富なプロトコルサポート
最大20種類の豊富なプロトコルサポートを行っています。新たにプロトコル対応にかかる開発工数を省き、コストを低減します。
GUIコンフィギュレーターで簡単立ち上げ
ネットワーク初心者でも簡単にスタート
OpenAMP仕様を採用
Multicore Associationによって標準化されたOpenAMPの仕様に対応しています。
WiFi対応
2.4Ghz, 5Ghzに対応した無線LANモジュールで利用可能です。
産業系ネットワークに対応
PROFINETやEthernet/IPの実装が可能

詳しい資料をご希望の方は、下記より製品ガイドをダウンロードしてください。

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μC3のライセンスの種類・詳細

ライセンスの種類

ライセンスの種類は3つあります。

  • 研究開発用プロジェクトライセンス
  • 開発量産用プロジェクトライセンス
  • プラットフォームライセンス

研究開発用プロジェクトライセンス

研究開発用プロジェクトライセンスは、研究開発のみ可能なライセンスです。ライセンス購入時の段階で、製品化まで見えていない場合や、フィジビリティスタディの場合にお勧めです。

研究開発用プロジェクトライセンスのライセンス費用は、このあとご紹介する開発量産用プロジェクトライセンスの60％の価格です。

有償の保守契約に加入中の場合、開発量産用プロジェクトライセンスのライセンス費用の40％オフの価格でアップグレードが可能です。

開発量産用プロジェクトライセンス

開発量産用プロジェクトライセンスは、研究開発から量産販売までが可能な標準的なライセンスとなります。開発量産用プロジェクトライセンスの対象製品の範囲には、1種類の製品型番だけでなく、その製品ファミリ（派生機種）が含まれます。

有償の保守契約に加入中の場合、プラットフォームライセンスのライセンス費用との差額でアップグレードが可能です。

プラットフォームライセンス

プラットフォームライセンスは、プロジェクトライセンスの対象範囲を広げたライセンスです。プラットフォームライセンスの対象製品は、1種類の製品ファミリだけでなく、複数の製品ファミリが範囲となります。サイトライセンスではございません。

※弊社のライセンスはプロジェクトライセンスの形式を採っております。ご購入時に該当プロジェクトの名称をご登録頂く必要があり、その際、「計測機器」などの抽象的な名称ではなく、具体的な名称を頂戴しております。

お客様のご要望をお聞きした上で適切な範囲を設定させて頂きますので、先ずは、担当営業にご相談下さい。

ポイント
  • 研究開発用プロジェクトライセンス：製品化まで見えていない場合や、フィジビリティスタディの場合にお勧めなライセンス
  • 開発量産用プロジェクトライセンス：研究開発から量産販売までが可能な標準的なライセンス
  • プラットフォームライセンス　　　：1種類の製品ファミリだけでなく、複数の製品ファミリを範囲とするライセンス

ライセンスの詳細

  • ライセンス費用の金額・計算方法：ライセンス購入時の固定の一括払いのみでご使用いただけます
  • 開発人数制限 ：無(ただし同プロジェクト内)
  • 提供形態 ：ソースコード
  • 使用範囲 ：定義されたプロジェクト内
  • 使用CPU ：型番固定ではなくCPUシリーズ(例：STM32F4シリーズ)
  • μC3/ConfiguratorはCPUシリーズ毎に用意されています

ライセンスの価格などの詳細については、下記よりプロダクトガイドをダウンロードしてご覧ください。

資料ダウンロード(無料)

保守について

製品定価には契約日の翌月1日から6ヶ月分の無償保守が含まれています。その後、有償で保守を継続することが可能です。

また、年間保守費用は製品定価の40％になります。

無償保守期間終了後、継続して有償保守サービスにご加入いただいた場合は、製品定価の20%になります。(ただし、初年度分の保守とライセンスをセットで購入された場合は、初年度分に限り製品定価の15%になります。)

*研究開発用プロジェクトライセンスの保守費用は開発量産用プロジェクトライセンスの定価の20%になります。

保守サービスには以下が含まれています。

  • メールによる技術サポート(1営業日以内に1次回答)
  • 製品の無償バージョンアップ

各プロトコル向けSDKのご紹介（パートナー連携製品）

産業用イーサネット機器開発用のSDKである「JSEtherNet/IP Adapter SDK on μNet3」、「JS-PROFINET Device SDK on μNet3」も用意しています。

SDK(読み方：エスディーケー)とは

SDKとは、「ソフトウェア開発キット」を意味するSoftware Development Kitの略。ソフトウェア開発に必要なツール、プログラム、ドキュメントをひとまとめにしたもの。

「JSEtherNet/IP Adapter SDK on μNet3」、「JS-PROFINET Device SDK on μNet3」は、弊社製品RTOS「μC3」と、弊社製品TCP/IPスタック「μNet3」、JSLテクノロジー社製の通信ミドルウェアを1パッケージ化した製品です。

産業用イーサネットの代表的な規格である「EtherNet/IP」「PROFINET」に対応しており、これらの通信がすぐに行えます。

ルネサス社製 LSI 向けラインアップ
ルネサス エレクトロニクス株式会社のＬＳＩ「RX72M」、「RZ/T1」、「R-IN32」に対応しています。
産業用イーネットを利用した組み込みシステム開発に必要な機能をパッケージ化
EtherNet/IP Adapter、または PROFINET Device に対応したスタック、μITRON 準拠のリアルタイム OS「μC3」、TCP/IP「μNet3-Professional」及び各インターフェースを実装しています。移植作業が不要となり、導入がより簡単に行えます。「μC3」及び「μNet3-Professional」はイーフォースの商品名です。
契約及び問合せ窓口の一元化
JSL が契約窓口となり問合せ対応などの一次対応を行います。各ベンダーとのやり取りの手間や手続きが簡略化できます。
関連ドキュメントの提供
ソースコード、プロジェクトファイル、マニュアルを提供します。
各種認証取得済
JSL 社でのセルフ認証及び第三者認証を取得済みであるため、お客様側での認証作業がより短期間で行えます。
価格を従来比 15％低減
製品毎に個別で購入するよりも安価に購入することができます。

TCP/IPプロトコルスタック開発に興味がある方を募集中！

現在、イー・フォースでは一緒に働く仲間を募集しています。

近年、インダストリー4.0やIoTへの取り組みがさらに活発になっています。今までスタンドアロンで動いていた産業機械がネットワークに接続するためミドルウェアの需要がますます高まっています。

弊社はTCP/IPスタックなどのミドルウェアをスクラッチで開発しており、最大限スキルアップできる環境が揃っています。
お客様と直接折衝して上流工程から携わることもできるため、ビジネス視点を持ったエンジニアとしての成長機会もあります。また、エンジニア主体で組織されている会社で、いつでも周りに質問や相談がしやすいことも特長です。

社員の好奇心を大事にしながらお客様の課題に本気で向き合う弊社で、新たな挑戦をしてみませんか？

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