イーサクラシック（ETC）が注目される新プロジェクトを紹介

イーサクラシック（ETC：EtherCAT Classic）は、産業用イーサネットの分野で広く採用されている高速かつ決定論的な通信プロトコルです。その高いパフォーマンスと信頼性から、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、リアルタイム性が要求される様々なアプリケーションで利用されています。本稿では、ETCの技術的な特徴を改めて解説するとともに、現在注目されている新プロジェクトについて詳細に紹介します。

1. イーサクラシック（ETC）の技術的特徴

ETCは、1999年にベックホフオートメーション社によって開発されました。その設計思想は、既存のイーサネットフレームを利用しつつ、リアルタイム性を実現することにあります。主な技術的特徴は以下の通りです。

• マスター/スレーブアーキテクチャ: ETCは、マスターデバイスが通信を制御し、スレーブデバイスがマスターからの要求に応答するアーキテクチャを採用しています。これにより、通信のタイミングを正確に制御し、決定論的な動作を実現しています。
• フレームベースの通信: ETCは、イーサネットフレームを利用してデータを伝送します。各フレームには、送信元アドレス、宛先アドレス、データ、チェックサムなどの情報が含まれています。
• プロセスデータオブジェクト（PDO）: ETCは、プロセスデータをPDOと呼ばれる単位で扱います。PDOは、リアルタイム性の高いデータ（例えば、センサーの値やアクチュエーターの制御信号）を効率的に伝送するために設計されています。
• 分散クロック: ETCは、分散クロックと呼ばれる仕組みを採用しています。これにより、各スレーブデバイスは、マスターデバイスからクロック信号を受け取る必要がなく、独立して動作することができます。
• ハードウェア実装: ETCは、専用のハードウェア（ETCスレーブコントローラー）に実装されることが一般的です。これにより、通信処理のオーバーヘッドを最小限に抑え、高速な通信を実現しています。

これらの特徴により、ETCは、従来のフィールドバスと比較して、大幅に高速かつ決定論的な通信を実現しています。例えば、100Mbpsのイーサネット環境において、ETCは、10μs以下のサイクルタイムでデータを伝送することができます。

2. ETCの応用分野

ETCは、その高いパフォーマンスと信頼性から、様々な分野で利用されています。主な応用分野は以下の通りです。

• 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ー）、HMI（ヒューマンマシンインターフェース）、I/OモジュールなどのFA機器間の通信に利用されています。
• ロボティクス: ロボットコントローラー、サーボドライブ、センサーなどのロボットシステム内の通信に利用されています。
• モーションコントロール: モーションコントローラー、サーボドライブ、エンコーダーなどのモーションコントロールシステム内の通信に利用されています。
• 半導体製造装置: 半導体製造装置の制御や監視に利用されています。
• 工作機械: 工作機械の制御や監視に利用されています。
• 風力発電: 風力発電機の制御や監視に利用されています。

これらの分野において、ETCは、リアルタイム性の高い制御や監視を実現し、生産性の向上や品質の改善に貢献しています。

3. 注目される新プロジェクト

3.1. ETC1000

ETC1000は、ETCの次世代規格として開発が進められているプロジェクトです。従来のETCの通信速度を大幅に向上させ、1Gbps以上の通信速度を実現することを目指しています。これにより、より複雑なアプリケーションや、より多くのデバイスを接続することが可能になります。ETC1000は、従来のETCとの互換性を維持しつつ、新しい機能を追加することで、既存のETCユーザーがスムーズに移行できるように設計されています。主な新機能としては、以下のものが挙げられます。

• 高帯域幅: 1Gbps以上の通信速度を実現し、より多くのデータを高速に伝送することができます。
• セキュリティ機能の強化: 暗号化や認証などのセキュリティ機能を強化し、セキュリティリスクを低減します。
• ネットワーク管理機能の向上: ネットワークの監視や診断、設定変更などのネットワーク管理機能を向上させ、ネットワークの運用効率を高めます。
• PoE（Power over Ethernet）対応: PoEに対応することで、電源供給とデータ通信を1本のケーブルで実現し、配線工事を簡素化します。

ETC1000は、2024年以降の本格的な普及が期待されています。

3.2. Safety over EtherCAT (SoE)

Safety over EtherCAT (SoE)は、ETC上で安全機能を実装するための規格です。SoEは、国際規格であるIEC 61508に準拠しており、SIL3（Safety Integrity Level 3）までの安全機能を実装することができます。SoEは、安全PLC、安全I/Oモジュール、安全センサーなどの安全機器間の通信に利用され、機械の安全性を向上させます。主な特徴としては、以下のものが挙げられます。

• 冗長化: 通信経路の冗長化により、通信障害が発生した場合でも、安全機能を維持することができます。
• エラー検出: エラー検出機能を強化し、エラーが発生した場合に、安全な状態に移行することができます。
• 診断機能: 診断機能を搭載し、安全機器の状態を監視し、異常を早期に発見することができます。

SoEは、ロボット、工作機械、搬送装置などの安全性が要求されるアプリケーションで利用されています。

3.3. EtherCAT TSN (Time-Sensitive Networking)

EtherCAT TSNは、ETCとTSN（Time-Sensitive Networking）を組み合わせた技術です。TSNは、IEEE 802.1Qavなどの規格に基づき、イーサネットネットワーク上でリアルタイム性を実現するための技術です。EtherCAT TSNは、ETCの決定論的な通信特性と、TSNの柔軟なネットワーク構成能力を組み合わせることで、より高度なリアルタイム制御を実現します。主な特徴としては、以下のものが挙げられます。

• 高精度な同期: TSNの同期機能を利用することで、ネットワーク内のデバイスを高精度に同期させることができます。
• トラフィックシェーピング: TSNのトラフィックシェーピング機能を利用することで、ネットワークの帯域幅を効率的に利用し、通信の遅延を最小限に抑えることができます。
• QoS（Quality of Service）: TSNのQoS機能を利用することで、重要なデータに優先的に帯域幅を割り当て、リアルタイム性を確保することができます。

EtherCAT TSNは、産業用IoT（IIoT）や、スマートファクトリーなどの次世代の産業システムで利用されることが期待されています。

4. まとめ

イーサクラシック（ETC）は、産業用イーサネットの分野で広く採用されている高速かつ決定論的な通信プロトコルです。その高いパフォーマンスと信頼性から、FA、ロボティクス、モーションコントロールなど、リアルタイム性が要求される様々なアプリケーションで利用されています。現在、ETC1000、Safety over EtherCAT (SoE)、EtherCAT TSNなどの新プロジェクトが注目されており、これらのプロジェクトは、ETCのさらなる進化を促進し、より高度な産業システムの実現に貢献することが期待されます。これらの技術動向を理解し、適切な技術を選択することで、より効率的で信頼性の高い産業システムを構築することができます。