イーサクラシック（ETC）これから流行る新技術に注目！

はじめに

イーサクラシック（ETC：EtherCAT Classic）は、産業用イーサネットにおける高性能な通信プロトコルとして、長年にわたりその地位を確立してきました。リアルタイム性、効率性、柔軟性を兼ね備え、FA（ファクトリーオートメーション）、ロボティクス、モーションコントロールなど、幅広い分野で採用されています。本稿では、イーサクラシックの基礎から最新動向、そして将来展望までを詳細に解説し、この技術が今後ますます重要になる理由を探ります。

1. イーサクラシックの基礎

1.1 イーサネットの課題とイーサクラシックの誕生

従来のイーサネットは、主にオフィス環境でのデータ通信を目的として設計されました。そのため、産業用アプリケーションが要求するリアルタイム性や決定性といった特性には課題がありました。特に、FA分野では、各機器が正確なタイミングでデータを送受信し、協調動作を行う必要があります。従来のイーサネットでは、通信の遅延やジッタ（タイミングの揺らぎ）が大きく、リアルタイム制御には不向きでした。

このような課題を解決するために、ベックホフオートメーション社が開発したのがイーサクラシックです。イーサクラシックは、イーサネットの物理層を利用しつつ、独自のプロトコルスタックを実装することで、リアルタイム性と効率性を大幅に向上させました。

1.2 イーサクラシックの主な特徴

• リアルタイム性： イーサクラシックは、ハードウェアベースの処理とフレームの優先度制御により、非常に高いリアルタイム性を実現しています。これにより、ミリ秒単位、さらにはマイクロ秒単位での制御が可能になります。
• 高効率： イーサクラシックは、フレームのオーバーヘッドを最小限に抑え、効率的なデータ伝送を実現しています。これにより、ネットワークの帯域を有効活用し、多数の機器を接続することができます。
• 柔軟性： イーサクラシックは、様々なトポロジーに対応しており、リング、スター、ラインなど、用途に応じたネットワーク構成を構築することができます。
• 分散型制御： イーサクラシックは、各スレーブ機器が独立して処理を行うことができる分散型制御をサポートしています。これにより、システムの冗長性や可用性を高めることができます。
• 容易な診断： イーサクラシックは、詳細な診断機能を備えており、ネットワークの異常や機器の故障を迅速に検知することができます。

1.3 イーサクラシックのプロトコルスタック

イーサクラシックのプロトコルスタックは、以下の層で構成されています。

• 物理層： 従来のイーサネットの物理層（100BASE-TX、1000BASE-Tなど）を利用します。
• データリンク層： イーサクラシック独自のプロトコルにより、フレームの送受信、アドレス管理、エラー検出などを行います。
• ネットワーク層： イーサクラシックは、ネットワーク層を省略し、データリンク層で直接データを送受信します。これにより、オーバーヘッドを削減し、リアルタイム性を向上させています。
• トランスポート層： イーサクラシックは、トランスポート層を省略します。
• アプリケーション層： 各機器のアプリケーションが、イーサクラシックのAPIを利用してデータを送受信します。

2. イーサクラシックの応用分野

2.1 FA（ファクトリーオートメーション）

イーサクラシックは、FA分野において、PLC（プログラマブルロジックコントローラ）、HMI（ヒューマンマシンインターフェース）、センサー、アクチュエータなどの機器を接続し、リアルタイム制御を実現するために広く利用されています。特に、高速な搬送システム、精密なロボット制御、複雑な機械制御など、高度な自動化を必要とするアプリケーションに適しています。

2.2 ロボティクス

イーサクラシックは、ロボットの関節制御、ビジョンシステムとの連携、外部機器との協調動作など、ロボットシステムの様々な部分で利用されています。リアルタイム性と高精度な制御により、ロボットの性能を最大限に引き出すことができます。

2.3 モーションコントロール

イーサクラシックは、サーボドライブ、モーター、エンコーダなどの機器を接続し、精密なモーションコントロールを実現するために利用されています。高速な位置決め、滑らかな速度制御、正確なトルク制御など、高度なモーション制御を必要とするアプリケーションに適しています。

2.4 その他

イーサクラシックは、上記以外にも、半導体製造装置、工作機械、印刷機械、医療機器など、幅広い分野で利用されています。リアルタイム性、効率性、柔軟性を活かして、様々な産業の自動化に貢献しています。

3. イーサクラシックの最新動向

3.1 イーサクラシックと産業用IoT（IIoT）

近年、産業用IoT（IIoT）の普及に伴い、イーサクラシックと他の通信技術との連携が重要になっています。イーサクラシックは、リアルタイム制御に特化した技術であるため、IIoTにおけるデータ収集や分析には、他の通信技術（OPC UA、MQTTなど）との連携が必要となります。ベックホフオートメーション社は、イーサクラシックとOPC UAを統合したTwinCAT 3 Universal Automation Platformを提供しており、IIoT環境におけるリアルタイム制御とデータ連携を容易に実現しています。

3.2 イーサクラシックと TSN（Time-Sensitive Networking）

TSN（Time-Sensitive Networking）は、IEEE 802.1規格で定義された、リアルタイム通信を保証するための技術です。イーサクラシックは、TSNの技術を取り入れることで、さらなるリアルタイム性の向上と、他のTSN対応機器との相互接続性を高めることができます。ベックホフオートメーション社は、イーサクラシックとTSNを組み合わせたソリューションを開発しており、次世代の産業用ネットワークの実現を目指しています。

3.3 イーサクラシックのセキュリティ

産業用ネットワークにおけるセキュリティは、ますます重要になっています。イーサクラシックは、セキュリティ対策を強化するために、様々な機能を提供しています。例えば、アクセス制御、暗号化通信、不正アクセス検知などがあります。ベックホフオートメーション社は、イーサクラシックのセキュリティ機能を継続的に強化しており、安全な産業用ネットワークの構築を支援しています。

4. イーサクラシックの将来展望

イーサクラシックは、今後も産業用イーサネットにおける重要な通信プロトコルであり続けるでしょう。IIoTの普及、TSNの導入、セキュリティの強化など、様々な技術動向に対応することで、その価値はさらに高まっていくと考えられます。特に、以下の点がイーサクラシックの将来展望として注目されます。

• エッジコンピューティングとの連携： エッジコンピューティングは、データ処理をネットワークのエッジで行うことで、リアルタイム性と効率性を向上させる技術です。イーサクラシックとエッジコンピューティングを連携することで、より高度な自動化と最適化を実現することができます。
• AI（人工知能）との統合： AIは、データ分析、予測、制御など、様々な分野で活用されています。イーサクラシックとAIを統合することで、よりインテリジェントな産業用システムを構築することができます。
• オープンソース化の推進： イーサクラシックのオープンソース化が進むことで、より多くの開発者がこの技術を利用できるようになり、新たなアプリケーションやソリューションが生まれることが期待されます。

結論

イーサクラシックは、リアルタイム性、効率性、柔軟性を兼ね備えた高性能な通信プロトコルであり、FA、ロボティクス、モーションコントロールなど、幅広い分野で採用されています。IIoTの普及、TSNの導入、セキュリティの強化など、様々な技術動向に対応することで、今後ますます重要になるでしょう。イーサクラシックは、産業の自動化と最適化を推進し、より効率的で持続可能な社会の実現に貢献していくことが期待されます。