今話題のイーサクラシック（ETC）とは何か？最新情報まとめ

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、近年注目を集めています。高速性、リアルタイム性、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、幅広い分野で採用が進んでいます。本稿では、イーサクラシックの基本原理から、最新の動向、導入における注意点まで、詳細に解説します。

1. イーサクラシックの基本原理

イーサクラシックは、ドイツのベックホフオートメーション社によって開発されたオープンなイーサネットベースのフィールドバスシステムです。従来のフィールドバスシステムと比較して、以下の点で優れています。

• 高速性: イーサクラシックは、100Mbpsの通信速度を実現し、非常に高速なデータ伝送が可能です。
• リアルタイム性: デターミネスティックな通信により、高いリアルタイム性を実現します。これにより、精密な制御や同期が求められるアプリケーションに適しています。
• 柔軟性: トポロジーの自由度が高く、ライン型、スター型、ツリー型など、様々なネットワーク構成に対応できます。
• オープン性: オープンな規格であるため、様々なメーカーのデバイスを接続できます。

イーサクラシックの通信方式は、フレームベースであり、各フレームには、送信元アドレス、宛先アドレス、データなどが含まれています。特徴的なのは、「オンザフライ」と呼ばれる通信方式です。これは、フレームがネットワーク上を伝送中に、他のフレームを挿入できるというものです。これにより、通信効率が向上し、リアルタイム性が高まります。

1.1. 通信サイクルと分散クロック

イーサクラシックでは、通信サイクルと呼ばれる一定の時間間隔でデータが交換されます。この通信サイクルは、ネットワーク全体で同期されており、各デバイスは、このサイクルに基づいてデータを処理します。また、イーサクラシックは、分散クロックと呼ばれる仕組みを採用しています。これは、各デバイスが独自のクロックを持ち、ネットワーク全体でクロックを同期させるのではなく、各デバイスが自身のクロックに基づいてデータを処理するというものです。これにより、ネットワーク全体の信頼性が向上します。

1.2. プロファイルとデバイス記述ファイル（ESI）

イーサクラシックでは、デバイスの機能を定義するために、プロファイルが使用されます。プロファイルは、デバイスの種類、サポートする機能、通信パラメータなどを定義します。また、デバイスの情報を記述したデバイス記述ファイル（ESIファイル）が使用されます。ESIファイルは、イーサクラシックマスターが、デバイスを認識し、制御するために必要な情報を提供します。

2. イーサクラシックの応用分野

イーサクラシックは、その高性能な特性から、様々な分野で応用されています。

• FA（ファクトリーオートメーション）: 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デバイスを接続し、生産ラインの自動化を実現します。
• ロボティクス: ロボットコントローラ、サーボドライブ、エンコーダなどのデバイスを接続し、高精度なロボット制御を実現します。
• モーションコントロール: サーボドライブ、エンコーダ、モーションコントローラなどのデバイスを接続し、精密なモーション制御を実現します。
• 半導体製造装置: 高精度な位置決めや同期が求められる半導体製造装置の制御に利用されます。
• 印刷機械: 高速で正確な印刷を実現するために、イーサクラシックが採用されています。
• 風力発電: 風力発電機の制御や監視に利用されます。

3. イーサクラシックの最新動向

イーサクラシックは、常に進化を続けており、最新の動向としては、以下の点が挙げられます。

• イーサクラシックHigh Performance: より高速な通信速度（1Gbps）を実現するイーサクラシックHigh Performanceが登場しました。これにより、より高度なアプリケーションに対応できるようになりました。
• 安全性機能の強化: IEC 61508やIEC 61511などの安全規格に準拠した安全機能が強化されています。これにより、安全性が求められるアプリケーションでの利用が促進されています。
• クラウド連携: クラウドとの連携が進んでいます。これにより、データの収集、分析、リモート監視などが容易になり、スマートファクトリーの実現に貢献します。
• セキュリティ対策の強化: サイバー攻撃に対するセキュリティ対策が強化されています。これにより、ネットワークの安全性を高め、機密情報の漏洩を防ぎます。
• 診断機能の向上: ネットワークの診断機能が向上しています。これにより、故障の早期発見や原因の特定が容易になり、メンテナンスコストを削減できます。

4. イーサクラシック導入における注意点

イーサクラシックを導入する際には、以下の点に注意する必要があります。

• ネットワーク設計: ネットワークのトポロジー、ケーブルの種類、通信速度などを適切に設計する必要があります。
• デバイスの選定: アプリケーションに最適なデバイスを選定する必要があります。
• 設定: 各デバイスのパラメータを適切に設定する必要があります。
• テスト: 導入前に、ネットワーク全体のテストを行い、正常に動作することを確認する必要があります。
• セキュリティ対策: サイバー攻撃に対するセキュリティ対策を講じる必要があります。
• メンテナンス: 定期的なメンテナンスを行い、ネットワークの安定性を維持する必要があります。

4.1. 互換性と相互運用性

イーサクラシックはオープンな規格ですが、異なるメーカーのデバイス間での互換性や相互運用性には注意が必要です。ESIファイルのバージョンやプロファイルの互換性を確認し、必要に応じてファームウェアのアップデートや設定の変更を行う必要があります。

4.2. ネットワークの負荷

イーサクラシックは高速な通信が可能ですが、ネットワークの負荷が高くなると、リアルタイム性が低下する可能性があります。ネットワークの負荷を監視し、必要に応じて通信サイクルを調整したり、ネットワークの帯域を拡張したりする必要があります。

5. まとめ

イーサクラシックは、高速性、リアルタイム性、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、幅広い分野で採用が進んでいます。最新の動向としては、イーサクラシックHigh Performanceの登場、安全性機能の強化、クラウド連携、セキュリティ対策の強化などが挙げられます。イーサクラシックを導入する際には、ネットワーク設計、デバイスの選定、設定、テスト、セキュリティ対策、メンテナンスなどに注意する必要があります。今後もイーサクラシックは、産業用イーサネットにおける重要な役割を担い、スマートファクトリーの実現に貢献していくことが期待されます。