産業用 Ethernet PROFINET の最新技術 元吉伸一 目次 1 2 3 4 PROFIBUS & PROFINET International (PI) 紹介 Industrie 4.0 The PROFINET of Things まとめ 2 1
PI の組織 3 PROFIBUS 累計出荷台数 4 2
PROFINET 累積出荷台数 5 PI World Support 6 3
産業革命の進行 第 4 次まで 今日 18 世紀末 1st Industrial Revolution 蒸気機関による機械製造 19 世紀末 2nd Industrial Revolution 大量生産と電気エネルギーの導入 1970 年代 3rd Industrial Revolution PLC など IT 技術の採用 4th Industrial Revolution Cyber Physical Systems ネットワークの重要性 7 Industrie 4.0 とは 人間と機械 機器 物流システム そして製品がお互いにコミュニケートして かつ協力し合う 生産と物流は企業間をまたいで インテリジェントに統合される Industrie 4.0 では生産システムが IT を使って 協調して動く smart value-creation chain を作る 8 4
競争力を保ち続けるために クラウド リリース時間の短縮 生産の柔軟性向上 自己最適化 より効率的に 新ビジネスモデル 機器の性能アップ 新生産システム デジタル機器 セキュリティ 標準化 Data Connectivity Uptime 9 データから情報へ 100100 001010 101100 010001 Semantics( 意味 ): 72 C 上限警報 40 C! Data Raw( 生データ ): 72 Syntax( 文法的規則 ): 72 C Value 温度センサ 10 5
PROFINET: : データを意味のある情報にする 100100 001010 101100 010001 semantics: 72 C 上限警報 40 C! Data syntax: 72 C PROFIBUS & PROFINET + プロファイル データに意味づけをして情報として提供する! Value raw: 72 単純なフィールドバス 温度センサ 11 ネットワークは何システム必要? Connectivity PLC 品質管理システム 1 If you use PROFINET! 溶接ロボット 12 6
ITとOT の統合 Internet Communication The Domain specific data transfer (Realtime, Safety, ) Internet Communication 13 The PROFINET of Things 100100 001010 101100 010001 Data収集 評価 知識 Connectivity 簡単にどこでも接続 + Uptime 効率性と生産性の向上がキーとなる = 14 7
The PROFINET of Things 100100 001010 101100 010001 Data Connectivity Uptime 稼働監視 アセット管理 エネルギー管理 PA プロファイル 安全 OPC クラウド リアルタイム性実現 TCP/IP 通信 / オープン性 セキュリティ デバイス統合 (FDI) レガシーシステム統合 マルチベンダー データ解析 / 予知保全 診断 冗長化 / ロバスト性 15 容易なエネルギー管理 Controller HMI Ad 追加機器 リモート I/O モーション制御 & 回転機器 DC24V Foto source: Siemens 16 8
ハードリレーによる電源 ON/OFF との比較 ハード的 ON/OFF PROFIenergy 機器の再スタートはうまくいくか? エンドユーザは了解するか? 電源断する理由は? 一括の電源断のみ 機器メーカは了解するか? 追加のハードが必要 コスト削減の余地が多い 電源断の方法が明確 順序を決めて間違いのなく再スタートできる 機器ごとに ON/OFF 指定が可能 重要 機器は電源を維持 追加のハードが不要 改善が容易 17 エネルギー管理 : 節約量計算 操業時の最低電力 : 2.200 W 休憩 (20 秒後 ): PROFIenergy: 900 W 90 W 改善余地 / ロボット : ~ 200 W 200 W *500ロボット*52 Weekends/24h 節約 : 124,8 MWh Foto source: Siemens 18 9
アセット管理 - なぜ必要か? V4.7.1.1 V1.2.3.4 V5.1.5.0 V6.0.2.1 V2.1.3.0 V2.1.3.0 V6.0.3.2 V0.8.1.5 デバイスの情報を簡単に収集し 文書化できるプロセスが必要 Foto source: Siemens 19 アセット管理 構造化データ PROFINET Processing Unit 機械に属する機器のすべての FW-/HW- バージョンの収集機器はユーザによって変更される可能性がある標準的かるオンラインで使える接続が必要 通信モジュール FW: C.M. メインユニット W: M.U. サブユニット FW: S.U. 回転機器 FW: D.S. 現在 PROFINET で機械内のバージョンデータの保存についての仕様を作成中 I&M0 for Main Unit I&M5 for Comm. Module 構造化データ 20 10
DMS und Telemetrie 稼働監視 - 標準モデル 振動 速度 加速度 トルク Foto source: Siemens 21 PROFINET 経由 Big Data 活用例 穀物貯蔵システム サイロ内の貯蔵穀物の温度 湿度データをセンサーで検知 収集 厳しい環境での監視 温度とモーションセンサーでサイロ内のエレベータを監視 Why PROFINET? Uptime! Real time! 22 11
PROFINET the next level One bus suits all! ボディウェルディングセル ( BMW Dingolfing plant) 14,500 台の Profinet 機器! 1 本のネットワークですべての通信タスク ツール交換が 500ms 以内 ネットワーク診断機能の活用 Ethernet の銅線ケーブルを使用しても EMC トラブルなし Source: Siemens 23 On our way to Industrie 4.0 24 12
Industrie 4.0@PNO Use Cases Harmonized network infrastructure IPv6 TSN Multiple services on network 変更が容易で安全 冗長化 Convergence of IT and OT Data Semantic 診断 Dynamic Interfaces Security 保全 拡張プロファイル アセット管理 Gigabit Device Information Cloud ネットワークセットアップ 25 PROFINET の位置 安定した稼働ベース 世界中で使われている 各種機器にプロファイルを用意 FA,PA, 機械などほとんどの産業で使用実績 未来を考えた方向性 TCP/IP をそのまま使える 標準 Ethernet リアルタイム性を用意 The Backbone for Industrie 4.0 26 13
次世代の Ethernet 通信 :TSN IEEE802.1 WG で TSN (Time Sensitive Networking) の仕様の作成が進んでいる TSN のメリットは 今まで Ethernet はリアルタイム性を持っていなかったため 産業用 Ethernet は各仕様でリアルタイム性を保証する技術を付加していた TSN を採用すると標準の Ethernet がリアルタイム性を持つことになる したがって コストの削減と制御通信と標準通信の共存が同時にできる PROFINET はデータリンク層に TSN の仕様を付加するだけですむ 標準 Ethernet に対応しているから簡単 27 私たちは何をしたいのか? オートメーション技術を進化させ ( より ) 品質の高い製品を 効率よく 低価格にまた安定的に かつ変化に対応できるよう生産したい そのための 1 つの方法として ネットワークのオープン化をすすめ 工場で稼働する多くのメーカの多くの機器 機械が多くのデータのやり取りを簡単 効率的 安定して通信できるようにしたい 制御データに加えて 現場をモデル化できるデータ 情報をネットワークに流す必要がある ネットワークを介することで データは情報となり 情報は知識となる これらの要求をどのよう取り込むことができるかがネットワークの課題 オープンなデジタル通信が必要 PROFIBUS PROFINET IO-Link ならできる 28 14