用語解説

用解語説●知恵袋コーナーEtherCAT(イーサキャット)1.EtherCATとはEtherCAT(EthernetforControlAutomationTechnology)は、LAN(LocalAreaNetwork)の代名詞として、家庭やオフィスなどで使われているEthernetと互換性のある産業用オープンフィールドネットワーク規格の一つで、ドイツの企業ベッコフオートメーションが開発した技術です[1]。省配線、高速、高精度同期など数多くのメリットがあるため、自動車メーカの生産工場で採用されるなど、産業用途で広く利用されています。広く普及しているEthernetのハードウェアの構成を維持しつつ、ソフトウェアにおいて、独自の仕組みを採用して、高速・高精度な同期通信を実現しています(図1)。ハードウェアブロック図ソフトウェアイメージ図標準プロトコルアプリケーションTCPUPDIPIndustrialEthernetプロトコルEthernetコントローラ専用コントローラ(EtherCATSlaveController)MCUEthernetMACEthernetPHYPulseTransRJ45コネクタEthernetEtherCATEthernetEtherCAT図1EtherCATプロトコルの概要2.EtherCATの特長EtherCATには、高速かつ高精度な同期性能を備えた産業用Ethernetを実現する上で、以下のような技術的特長があります。●高速通信高速通信の実現には、接続された機器がデータを送受信する方法として、オンザフライ方式という技術が採用されています(図2)。EtherCATでは以下のような手順で、データが通過中にその中身を読みとり、書き加えることで実施されます。マスタスレーブ1スレーブ2スレーブnデータ交換OUTINデータ交換OUTINデータ交換OUTINECATヘッダスレーブ1データワーキングカウンタECATヘッダスレーブ2データワーキングカウンタECATヘッダスレーブnデータワーキングカウンタデータグラム1データグラム2データグラムnイーサネットヘッダEtherCATデータFCS:CRCパケット間隔IPGEtherCATフレーム1.司令塔であるマスタが接続される各機器(スレーブと呼ばれる)に対して、EtherCATフレームを送信します。2.送信されたEtherCATフレームは接続されたすべてのスレーブを順次通過して、最下流のスレーブまで届いた後、折り返されて再びマスタに戻ります。3.スレーブを通過する際に、送信されたEtherCATフレームに対して各スレーブがデータを読み書きすることで、データの交換を実現しています。この方式では、一つのフレームをマスタとすべてのスレーブの通信で使用します。これによりマスタと各スレーブが一対一で通信するよりも送受信するフレーム数が少なく、効率的な通信が実現できます。●高精度同期高精度同期の実現には、DC(ディストリビュートクロック)という技術が採用されています(図3)。DCは、マスタがすべてのスレーブに対して、共通の基準時間を通知して実現しています。スレーブは通知された基準時間に対して、内部で持っている時間との差異を考慮して、動作するタイミングを調整することで、高度な時刻同期を可能にしています。マスタの時刻マスタ基準時間を共有する機能を持つスレーブDC機能を持つスレーブスレーブ1スレーブ2スレーブnスレーブ1の時刻(=基準時間)図3ディストリビュートクロックのイメージ図3.おわりに神戸製鋼所では、溶接に関わるさまざまな装置を用いて、お客様のご要望に応えるべく、多種多様な溶接ロボットシステムをご提案・ご提供しております。その中で、EtherCATはマニピュレータ、周辺装置、溶接電源との通信に活用され、高速かつ高精度に同期させるリアルタイム制御を可能にし、溶接品質の向上に貢献しています。(参考文献)[1]EtherCATTechnologyGrouphttps://www.ethercat.org/jp.htm図2オンザフライ処理のイメージ図溶接システム部252025Winter(株)神戸製鋼所溶接事業部門金尾顕一朗