EZ-Japan BLOG since 2017 真・MFC千夜一夜物語

EZ-Japanブログは、真・MFC千夜一夜物語という流体制御機器=マスフローコントローラ(MFC)の解説記事をメインに、闘病復帰体験、猫達との生活が主なコンテンツです

フィールドバス

真・MFC千夜一夜物語 第291話 フィールドバス vs 産業用イーサーネット vs マスフロー!その6

【お知らせ】

今まで本ブログは、"EZ-Japan BLOG since 2017”と "真・MFC千夜一夜物語”@niftyココログ版の2つで同時連載進行を行って参りましたが、既に告知の通り2019/5/11をもって@niftyココログ版の方を終了させていただきました。こちらのブログ"EZ-Japan BLOG since 2017"版での連載は、変わらず続けて参りますので、どうか千夜一夜=1001話にたどり着く迄、宜しくお願い申し上げます。

 

もう一つのMFC千夜一夜物語が掲載されている日本工業出版さんの「計測技術」誌 20198月号(7/25発売)は特集ページとのボリューム調整の関係で休載となっております。連載第56回は9月号になりますので、お楽しみに!

 
最後にDecoのスタンスを御説明しておきます。

Decoは特定のフィールドバスや産業用イーサーネットの推進論者でも、逆にアンチでもありません。

おそらくマスフローメーカーや関係者のほとんどが同じく中立位置だと思います。
それは今回の連載でお話ししてきましたように、「基本的に通信ネットワークの選択は、マスフローコントローラー(MFC)、マスフローメーター(MFM)の流量測定・制御性能向上に寄与する訳ではない。」からです。

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読者の皆さんからの問い合わせを頂く都度、「スレーブに位置づけられるマスフローのポジションでは、マスターであるPLCや流量制御を行う上位システムのメーカーがどこか?で選択すればよいのですよ。
決して“DeviceNetTM対応だからすごいマスフロー”という事はないので、勘違いしないで下さい。」と、お答えし続けてます。

2年前はフィードバスと産業用イーサーネットのシェア競争は、まだフィールドバスに軍配が上がっていましたが、それも2018年で逆転しました。

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出典:HMSインダストリアルネットワークス 産業用ネットワーク市場シェア2018

 

 

そろそろ生き残りを見極めて山を張るべきなのか?
それともあらゆる可能性を考えてマルチに対応できるモジュール化した製品を作り上げるべきか?
マスフローメーカーの立場は非常に難しいです。

前者なら日本での製品化実績の少ないModbus を狙ってみるのも良いし、後者ならば前回紹介したブロンコスト社を参考にしてモジュール化を進めてみるのはどうでしょうか?

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出典:ブロンコスト・ジャパン(株)


いずれにせよ、これからのマスフローは各種フィールドバス及び産業用イーサーネットに対応していけるポテンシャルをもった製品を市場に出していかなくてはならない のは確かだと思います。
今となっては大きな責任を負わないDecoが上述のようにああすればいい、こうすればいいと放言してしまい申し訳ないのですが、この辺りがどこへ転がっていくのかは、また2年後くらいの当ブログ記事で答え合わせをさせてください。

 

 【権利関係 引用元】

本ブログ記事(第286話~291話)中のDeviceNetTM ODVAOpen DeviceNet Vendor Association)、PROFIBUSは、PROFIBUS User OrganizationCC-Linkは三菱電機株式会社、Ethernetは富士ゼロックス株式会社、EtherCATBeckhoff Automation GmbH の登録商標です。

 

本ブログ記事(第286話~291話)中 産業用ネットワーク市場シェア2018の図表は Anybus News ”産業用ネットワーク市場シェア動向 2018 HMSインダストリアルネットワークス株式会社統計) — 産業用 Ethernet がついにフィールドバスのシェアを上回る” by Thomas Carlsson | 2 16, 2018 から引用させていただきました。

改めて御礼申し上げます。

 
*EZ-Japanは8/10(土)から18(日)まで夏季休暇を頂きます。
真・MFC千夜一夜物語の次回更新は、8/20(火)を予定しております。

猛暑が続きますし、どうぞ無理をせず、水分補給としっかりした食事で夏を乗り切ってください。

【あなたにMFCの夜が来る~真・MFC千夜一夜物語】by Deco EZ-Japan

 

真・MFC千夜一夜物語 第290話 フィールドバス vs 産業用イーサーネット vs マスフロー!その5

お知らせ】

今まで本ブログは、"EZ-Japan BLOG since 2017”と "真・MFC千夜一夜物語”@niftyココログ版の2つで同時連載進行を行って参りましたが、既に告知の通り2019/5/11をもって@niftyココログ版の方を終了させていただきました。こちらのブログ"EZ-Japan BLOG since 2017"版での連載は、変わらず続けて参りますので、どうか千夜一夜=1001話にたどり着く迄、宜しくお願い申し上げます。

 

もう一つのMFC千夜一夜物語が掲載されている日本工業出版さんの「計測技術」誌 20198月号(7/25発売)は特集ページとのボリューム調整の関係で休載となっております。
連載第56回は9月号になりますので、お楽しみに!

 

マスフローでのフィールドバス&産業用イーサーネットへの取り組み


前回お話ししたようなシチュエーションで、もしDecoが予算承認を行う経営者サイドの人間として下図を資料として見せられたら「このフィールドバスと産業用イーサーネットのプロトコル全てに対応するマスフローを個々に開発するつもりなの?市場でのターゲットの絞り込みはできているの?」と真っ先に部下に対して確認すると思います。

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出典:HMSインダストリアルネットワークス 産業用ネットワーク市場シェア2018

 

例えば今の300mm半導体製造装置では、確かに大きなシェアを持つ装置メーカーがDeviceNetTMを採用しています。

でも、それは次世代400mmでも同じではないでしょうし、フォールドバスから産業用イーサーネットに移行する可能性はかなり高いでしょう。

学生時代は試験の山を張ることが得意だったDecoでも、さすがにこの予測は難しいです。

顧客のPLCメーカーの嗜好、地区や業界による好み等が複雑に絡み合うからです。

ですが、近年のデバイスの進化は、こういった少量多品種での展開に対して、Decoの現役時代よりは有利な側面もあるのです。
フィールドバスが世に出て既に四半世紀が過ぎ、通信用ICはどんどん集積化され、小型化、高性能化が進んでいます。

下図、DIL-32 Communication IC - DeviceNetTM Slave はあくまで一例で、このチップをいずれかのマスフローメーカーが採用しているという意味ではありません。 

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DIL-32 Communication IC - DeviceNet Slave 出典ヒルシャー・ジャパン()

 

最初にCANチップでDeviceNetTM用マスフローの基板を作っていたDecoの現役時代の技術屋さん達から見たら昔日の感があるでしょうね。 BronkhorstHigh-Tech B.V.(ブロンコスト社)の「交換可能なモジュールで構成されたマスフローで工業製品としてのクラスアップを実現し、フレキシブル生産を実現する」という設計思想はこういった背景から生み出されました。(下図)

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出典:ブロンコスト・ジャパン()

 

基板を収めるケースには斜めにスリットが入り、分割できるようになっています。
スリット上半分の通信モジュールはフィールドバス、産業用イーサーネットの各通信に対応したインターフェイスを収め、下半分はどの通信モジュールと連結できるコモンアーキテクチャーとしてデジタル制御基板を収めてあるのです。

コアとなる共通のデジタル制御基板に対して、各種通信用モジュールを組み合わせることが可能なお陰で、各種フィールドバス&産業用イーサーネット対応マスフローを生産し、世界各国の市場に送り出すことが可能になっています。

 

別の視点で開発のコストの削減でいうならModbusという選択もあるかとDecoは思います。ModbusとはアメリカのModicon Inc.により開発されたPLC用のネットワークです。
他のフィールドバスとの大きな違いはDeviceNetTM でいうところのODVAに類する組織が存在せず、コンフォーマンステストなどは行われていない点です。
その為、機器接続は実機で確認するしかないのですが、その分、安上がりでもあります。

また、Modbusは通信プロトコルとして Modbus Protocolを定義しているが、物理レイヤに関しては定義がありません。
非常にシンプルであるため、FAPA 分野で実績を伸ばしているようです。
マスフローレベルの情報量のやり取りには、最適かもしれませんね。

Lab-VIEWとの連携にも用いられることが多く、徐々に日本でもシェアを拡大しているようです。

 

【あなたにMFCの夜が来る~真・MFC千夜一夜物語】by Deco EZ-Japan

真・MFC千夜一夜物語 第289話 フィールドバス vs 産業用イーサーネット vs マスフロー!その4

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マスフローでのフィールドバス&産業用イーサーネットへの取り組みに関して

マスフローでの各種フィールドバス&産業用イーサーネット対応への取り組みを紹介しましょう。現時点で最も多種多様なネットワークに対応するオプション展開を有しているのは、オランダのブロンコスト(Bronkhorst High-Tech B.V.)かと思います。
フルスケール(FS)0.7ml/min1450l/minまでを網羅する同社の標準機種EL-FLOWシリーズのI/O仕様は、D-Sub9ピンコネクターでのアナログ信号(電圧信号0-5VDC / 0-10VDC 、電流信号 0-20mA / 4-20Aから選択可能)とRS232Cです。
アナログI/Oでオプション費用なしで4種に対応できるだけでも非常に競争力があると言えます。
それに対してデジタルでは、まずフィールドバスでDeviceNetTM /PROFIBUSⓇ / Modbus /そして自社オリジナルのFLOW-BUS、産業用イーサーネットでEtherCAT / PROFINET と実に6種に対応しています。(下図)

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出典:ブロンコスト・ジャパン(株)

他のメーカーではDeviceNetTM  / EtherCATあたりで、国産メーカーが三菱のPLCを使用する顧客が多い関係でCC-Linkに対応しているくらいではないでしょうか?

下図で明記されたフィールドバスと産業用イーサーネットの数は10種+その他ですから、それでもまだ対応が及んでいないバスはあるのです。

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出典:HMSインダストリアルネットワークス 産業用ネットワーク市場シェア2018


だが、これを一概にマスフローメーカーの努力不足と責めることはできないと思います。
なぜならこれらのフィールドバス及び産業用イーサーネット対応のマスフローを開発するコスト、そしてODVAのような組織への加盟とコンフォーマンステスト受験費用、各通信ネットワークを用いた専用製造設備投資、そして通信基板の在庫負担を考えると全ての方式を網羅しろという方が酷だからです。

マスフローメーカーからすれば、本来のマスフローの性能とは関係のないI/Oの問題であり「この通信規格だからマスフローの性能が上がる」という利点は一切ないのです。
ネットワーク機器としての付加価値は付けられても、マスフローの基本性能である精度や繰り返し性、応答性への付加価値はゼロなのです。

なのにその開発にコストと時間を費やすことは、大半が中小企業であるマスフローメーカーにとっては大変厳しいと言わざるを得ないでしょうね。

【あなたにMFCの夜が来る~真・MFC千夜一夜物語】by Deco EZ-Japan

真・MFC千夜一夜物語 第288話 フィールドバス vs 産業用イーサーネット vs マスフロー!その3

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フィールドバスと産業用イーサーネット その2

 

産業用イーサーネットは、下図の2018年の市場予測では、フィールドバスを凌ぐシェアと成長率になっています。

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出典:HMSインダストリアルネットワークス 産業用ネットワーク市場シェア2018

イーサーネットは、LANで使用されている事もあり、なじみ深いコンピュータネットワークの規格ですね?
1983
年にIEEE802.3として規格化された当初は2.94Mbpsだった通信速度も、1995年には100Mbps1999年には1Gbps2002年には10Gbpsとスピードアップして、オフィスや家庭で用いられています。
産業用イーサーネットは、オフィスや家庭で使われているイーサーネットを、工場の現場へそのまま持ってきたものではありません。
産業用途では各種センサーが受ける信号は刻々と変化するので、通信の実行の確実性、つまりある時間間隔内に操作対象機器に確実に通信を実行することを求められます。
従って産業用イーサーネットでは「リアルタイム性」が要求されることになります。
産業用イーサーネットがRTEReal-Time Ethernet)とも呼称されているのはその為です。
また、生産現場環境はお世辞にも良いものではありません。
粉塵防水は当然として、更にオイルにまみれ、高温環境に晒され、ノイズの飛び交う過酷な環境下で使用される事になります。
信頼性に関する検証は厳しい条件が要求されます。
産業用イーサーネットは「標準イーサーネット型」「専用イーサーネット型 又は非標準イーサーネット型」に大きく分けられます。
標準イーサーネット型は、標準のイーサーネット技術を利用し、産業用イーサーネットのプロトコルを実装しているものです。

これはさらにTCP/IP UDP/IPを利用するものと、高速化のためにTCP/IP処理をスキップしたものに分けることができます。

前者の代表的なものとして、PROFINET , EtherNet/IP (Ethernet Industrial Protocol, Modbus TCPなどがあり、後者にはETHERNET Powerlink , EtherCAT(Ethernet for Control Automation Technology マスタ) , PROFINET IOなどがあります。

専用イーサーネット型は、高速・高精度な同期制御を実現したり、固有の冗長化システムを提供したりするために、専用のASICApplication Specific Integrated Circuit)もしくはFPGAField Programmable Gate Array)を採用しています。

専用型では、TCP/IP通信にはゲートウェイが必要になります。

代表的なものには、PROFINET IRT , MECHATROLINK, CC-Link IE , EtherCAT(スレーブ), SERCOS などがあります。
産業用イーサーネットの通信規格は、国際標準であるIEC規格においてIEC 61784-1/2でまとめられているので、参照してください。

工場現場での通信に関してフィールドバスの次世代通信規格として産業用イーサーネットの採用を考える人が増えているのが、上図のシェア推移を見ても理解できます。

2018年で、ついに産業用イーサーネットはフィールドバスとの比率を逆転する訳なのですが、その理由として挙げられるのは、データー(情報量)の増加です。

デジタル化により機器の能力が向上するのはマスフローだけではありません。
温度、圧力の信号はポイント毎にセンサーが配置されています。
それら機器からの情報をリアルタイムで吸い上げ確実に処理をするにはフィールドバスでは対応しきれないと予想されているのです。
その為、従来のフィールドバスを置き換えるだけでなく、しばしば継続して利用できる仕様であることも、産業用イーサーネットには望まれています。

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真・MFC千夜一夜物語 第287話 フィールドバス vs 産業用イーサーネット vs マスフロー! その2

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もう一つのMFC千夜一夜物語が掲載されてい日本工業出版さんの「計測技術」 20197月号(6/25発売)ではマスフローコントローラー(MFC)、マスフローメーター(MFM)が属する質量流量計の解説から離れまして、それ以外の各種流量計(体積流量計)を取り上げて解説を行っています。

 

フィールドバスと産業用イーサーネット

前にもお話ししたDecoの持論なのですが、「デジタル制御系を内蔵した現代のマスフロー(MFCMFMの総称)はデジタル通信で使ってこそ、その真価を発揮する。」と思っています。
その意味でフィールドバスへの対応は歓迎すべき状況です。
既存の制御系と互換性があり、その意味で実用性のあるアナログI/O対応デジタルマスフローは現在でも生産されています。
前夜の話ではないが、日本はアナログマスフローを根強く使い続けている唯一の国かもしれません。

それはアナログに対応した制御系を搭載したレガシーツールが根強く残っている事と、フィールドバスの乱立による戦国時代的な市場の有様が影響していると思えます。
マスフローだけ、特に半導体製造装置向けのマスフローを追いかけていると、フィールドバス=DeviceNetTMのイメージがありますが、世界的に、そして各種業界を俯瞰してみると、各種のフィールドバスと、更に産業用イーサーネットが入り乱れているのが実情なのです。

下図の円グラフを見れば、その群雄割拠ぶりが良く理解できると思います。

 
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出典:HMSインダストリアルネットワークス 産業用ネットワーク市場シェア2018

今回はまずフィールドバスに関して少し説明をしましょう。
マスフロー業界でのフィールドバスの代表格であるDeviceNetTM
はドイツのボッシュ社のCAN(Controller Area Network)技術をベースに開発され1994年にUSのアレン・ブラッドリー社が発表したRS485をベースとしたFA向けの制御ネットワークです。
こういったネットワークをフィールドバスと呼称しています。
「通信の規格化」が行われた上で、オープンネットワークとして開放されているのが特長で、例えば同じDeviceNetTM を使用する場合、マスフローや圧力センサー、バルブといった配管機器間の通信には互換性が確保されています。
アレン・ブラッドリー社は、ODVAという組織を作り、現在はODVADeviceNetTM を所有、管理しています。
ベンダー(マスフローメーカー)はODVAに参加することで、DeviceNetTMの仕様を開示されることで、初めてそれに対応したマスフローを開発できるのです。
デジタルマスフローの黎明期のように「RS232CRS485のような規格は共通でも、プロトコルはメーカー個々に構築された結果、各々の互換性に乏しくなる」という問題を解消し、ベンダーにもユーザーにも「優しい」仕様となっているのです。
フィールドバスの似通った規格として欧州のProfibus、日本のCC-Link等が存在し、同様に装置制御に用いるPLCメーカーが旗頭になっています。

つまり地域ごとに、PLCメーカーごとにこのネットワーク規格は存在してしまっているのです。(もちろんPLCメーカーの主導するフィールドバス以外の規格にも対応するPLC製品は存在しています。)
どのフィールドバスネットワークを選べばよいのか?悩みの種なのです。


ここでさらに事態を複雑にするのは、産業用イーサーネット(Industrial Ethernet)の台頭なのです。

 

【あなたにMFCの夜が来る~真・MFC千夜一夜物語】by Deco EZ-Japan

EZ-Japan(イージージャパン)Deco こと 黒田です。 2014年6月開業です。流体制御機器マスフローコントローラーを中心に”流体制御関連の万(よろず)屋”として情報発信しています。 日本工業出版「計測技術」誌で”マスフロー千夜一夜物語”の連載中です。
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