PROFINET 採用実例とそのポイントシーメンス ジャパン株式会社 PROFINET 推進担当青木文康 2011 年 7 月
PROFINET の特長 港湾物流一般物流自動車組立自動車製造ロボットへの適用 PROFINET 最新機能 国際標準 世界中のユーザー様に採用実績 TCP/IPなど イーサネットがベース 高速リアルタイム通信 同期モーション制御まで対応 セーフティ統合システム ワイヤレス通信による移動体リアルタイム制御 簡単で充実した実用的な診断機能 省エネ対応機能内蔵 プロセス 安全 リアルタイム通信 IT 規格とセキュリティ PROFINET 分散型フィールド機器 ネットワーク構築 分散型インテリジェンス モーションコントロール Page 2
PROFINET ネットワーク 3 港湾物流 一般物流 自動車組立 PROFINET Industrial Ethernet Internet ファクトリーオートメーション モーション制御 自動車製造 ロボットへの適用 100ms 250µs PROFINET 最新機能 ITサービス RT TCP/IP IRT IEEE802.3 に基づいた TCP/IP 機能を最大限に活用 モーション制御も可能な同期リアルタイム通信 (IRT) 標準イーサネットに準拠の リング / ツリー / バス / スター型のトポロジー 一般的なスイッチも使用可能 冗長化ネットワーク TCP/IP 通信 I/O 通信 HMI ドライブ セーフティ ワイヤレス WEB 機能 故障診断機能など 製造現場に必要な機能をすべて統合 Page 3
セーフティ & ワイヤレス 港湾物流一般物流 PROFINET PROFINET 自動車組立 アクセスポイント アクセスポイント アクセスポイント 自動車製造 RCoax RCoax ロボットへの適用 クライアント PROFINET 最新機 I/O デバイス 能 クライアント モバイルパネル Page 4 IEEE802.11 に準拠した無線 LAN で リアルタイム I/O 通信やセーフティ通信 ワイヤレス接続の監視機能や優先順位付け 2 種類の周波数を用いた冗長化 移動体向け高速アクセスポイント切り替え ( ラピッドローミング ) セーフティシステムの統合による コスト削減 部品点数削減 漏洩ケーブルアンテナ (Rcoax) を使用し AGV や搬送台車などの移動体との信頼性の高い無線通信を構築可能今まで困難だった移動体とのリアルタイム制御や配線レスのシステム構築が可能 しかもセーフティも統合
多彩な診断機能 港湾物流一般物流自動車組立自動車製造ロボットへの適用 PROFINET 最新機能 IT スタンダードを最大限に活用可能 わかりやすいメッセージやグラフィック表示 機器やケーブルからチャンネル単位まで総合的な診断 WEB によるツールなしでの診断 ワイヤレスや光ケーブルの信号強度表示 ツールなしでの故障機器交換 機器の名前での管理 ケーブルの接続のポート単位までの設定 ネットワークのトラブルにお困りのユーザー様のお悩みを解決 Page 5
PROFIenergy の 5 つの利点 港湾物流一般物流自動車組立自動車製造ロボットへの適用 PROFINET 最新機能 コントローラ HMI コスト削減 外部ハードウエアの不使用 エネルギー削減 細分化されたスイッチングにより短期停止にも対応 システムの高信頼性 協調性の取れたスイッチング 過去の資産の保護 リモート I/O モーション制御 ドライブ DC24V 既存システムへの簡単で影響の無い統合 自由にデバイスを選択 ベンダー依存ではないスタンダード Page 6 PROFIenergyは 不要な負荷のスイッチオフしエネルギーを削減
PROFINET 3 つのキーワード PROFINET 柔軟性効率性パフォーマンス 製造現場に新発想資源を有効活用生産性を向上 工業用ワイヤレスLAN セーフティ各種トポロジーオープンスタンダード WEBツール拡張性 1つのケーブルにすべてのサービスデバイス / ネットワーク診断省エネルギー簡単ケーブル施工迅速デバイス交換堅牢性 / 安定性 スピード高精度大規模システム構成高速データ通信メディアリダンダンシーファストスタートアップ Page 7
PROFINET 採用実例とそのポイント 港湾物流 一般物流 自動車組立 自動車製造 ロボットへの適用 PROFINET 最新機能
港湾コンテナ自動搬送システム チャレンジお客様のターゲット ドイツのコンテナターミナル 港湾コンテナの自動搬送システム 屋外仕様の堅牢な無線通信システム 実装から試運転までワンストップでのサポート システム要求 ダウンタイムの許されない高信頼性 あらゆる天候にも対応できる堅牢なシステム 既存設備を稼動しながらの逐次マイグレーションと互換性の確保 他エリアの無線システムとのオーバーラッピング 速度 6m/s ( カーブでは3m/s) 60トン対応 冗長化 セーフティや位置検出などへの拡張性 Solution: Products: Sector: Communications with IWLAN SCALANCE W Logistics Page 9
港湾コンテナ自動搬送システム ソリューション お客様のご決定 SCALANCE W アクセスポイント13 台 AGV 搭載クライアント84 台 既存の他社ネットワークシステムでは実現できなかった AGV 台数の増加やトラブル発生時に干渉がおきないネットワークの構築 異なるコンテナサイズの搬送時にも問題なく通信が出来る新設計の車載型強力アンテナ ワンストップサプライヤーによる コンサルティングから計画 サービス サポートの提供 採用製品 : 13 台 :SCALANCE W788-1PRO ( アクセスポイント ) 84 台 :SCALANCE W744-1PRO ( クライアント ) Solution: Products: Sector: Communications with IWLAN SCALANCE W Logistics Page 10
港湾コンテナ自動搬送システム お客様のメリット 100% 稼働率 802.11b(11 Mbit/s) にも対応し 干渉レス運転 既存のマストやアンテナなどをそのまま使用し 無駄なコストの削減 ワンストップサプライヤーによる実装 試運転サポート 自動化エリアは隔離されており安全 コンテナのやさしい取り扱い Solution: Products: Sector: Communications with IWLAN SCALANCE W Logistics Page 11
PROFINET 採用のポイント : 港湾物流 PROFINET 柔軟性効率性パフォーマンス 製造現場に新発想資源を有効活用生産性を向上 工業用ワイヤレスLAN セーフティ各種トポロジーオープンスタンダード WEBツール拡張性 1つのケーブルにすべてのサービスデバイス / ネットワーク診断省エネルギー簡単ケーブル施工迅速デバイス交換堅牢性 / 安定性 スピード高精度大規模システム構成高速データ通信メディアリダンダンシーファストスタートアップ Page 14
PROFINET 採用実例とそのポイント 港湾物流 一般物流 自動車組立 自動車製造 ロボットへの適用 PROFINET 最新機能
製造業製造 物流管理 お客様 43 カ国に 67 の会社を持ち 12 カ国で製造を行うポンプメーカー 年間約 1000 万台のポンプを製造 改善前の状況 スリップリングを用いた通信を利用 旧式の技術を使用 ( スペアパーツはネット通販で購入 ) MES システムは完全に独自開発 独自仕様 ( たった 2 名の技術者のみが変更可能 ) Solution: Products: Sector: Page 16 Wireless Profinet total solution SCALANCE X, W, PROFINET, SIMATIC S7 416F-3 PN/DP, SIMATIC S7 315T, SINAMICS S120 Logistics
製造業製造 物流管理 チャレンジ 標準部品を使用したシステム メンテナンスフリー サポート技術者の確保 確実に信頼できるワイヤレス通信 シンプルな診断 Solution: Products: Sector: Page 18 Wireless Profinet total solution SCALANCE X, W, PROFINET, SIMATIC S7 416F-3 PN/DP, SIMATIC S7 315T, SINAMICS S120 Logistics
製造業製造 物流管理 お客様のメリット 同一の PLC I/O およびネットワークでセーフティと標準制御 メンテナンスフリー ( 既存のスリップリングと比較して無線 LAN) WEB ベース診断による設備の可視化 有線 無線両方ともに冗長化ネットワークにより高稼働率を実現 Solution: Products: Sector: Page 20 Wireless Profinet total solution SCALANCE X, W, PROFINET, SIMATIC S7 416F-3 PN/DP, SIMATIC S7 315T, SINAMICS S120 Logistics
PROFINET 採用のポイント : 一般物流 PROFINET 柔軟性効率性パフォーマンス 製造現場に新発想資源を有効活用生産性を向上 工業用ワイヤレスLAN セーフティ各種トポロジーオープンスタンダード WEBツール拡張性 1つのケーブルにすべてのサービスデバイス / ネットワーク診断省エネルギー簡単ケーブル施工迅速デバイス交換堅牢性 / 安定性 スピード高精度大規模システム構成高速データ通信メディアリダンダンシーファストスタートアップ Page 23
PROFINET 採用実例とそのポイント 港湾物流 一般物流 自動車組立 自動車製造 ロボットへの適用 PROFINET 最新機能
自動車組立 1 無線 LAN を用いたモバイルランナー制御 お客様 世界最大規模の海外自動車メーカー 海外の乗用車工場 チャレンジ 自動車の最終組立工程におけるナットランナーの台数の削減 取り扱いの効率化 セットアップ時間 ( データ転送 ) の短縮 Solution: Products: Sector: Mobile nut runner control with SCALANCE W SCALANCE W Automotive industry Page 25
自動車組立 1 無線 LAN を用いたモバイルランナー制御 ソリューション お客様のご決定 漏洩同軸波 (Rcoax) ケーブルを使用した堅牢な無線フィールドの活用による高い信頼性の実現 1 台のワイヤレスクライアントに8 台までI/Oデバイスを接続可能のため 柔軟なシステム構成を実現 PROFINET アクセスポイント RCoax アクセスポイント RCoax クライアント I/O デバイス 8 台まで I/O デバイス Solution: Products: Sector: Mobile nut runner control with SCALANCE W SCALANCE W Automotive industry Page 26
s s IM 151-3 CPÚ DP ADDR ESS OFF ON 自動車組立 1 無線 LAN を用いたモバイルランナー制御 お客様のメリット ナットランナー削減による トータルコストの削減 現場作業工数削減により 高いスループットの実現 柔軟なシステムのため 品質検査など追加アプリケーションの統合が可能 稼働中のモデル変更が可能 アンテナ コーディングバー コードナンバー モバイルナットランナー Solution: Products: Sector: Mobile nut runner control with SCALANCE W SCALANCE W Automotive industry Page 27
自動車組立 2 無線 LAN を用いた車体搬送 無線 LAN を用いた製造管理 自動車業界において カスタマイズの多様化による多品種生産への対応が新しいチャレンジとなっている 正しい車体を 正しい場所に 正しいタイミングに配置する ボディショップにおいて 作業工程のロジカルな順序立てが維持されているのに対して ペイントショップにおいては RFIDとのコンビネーションにより 無線 LANの活用が非常に効果的である お客様 海外の自動車メーカー 海外の高級車工場 Solution: Products: Sector: Communications with transfer cars SCALANCE W Automotive Page 28
自動車組立 2 無線 LAN を用いた車体搬送 チャレンジ無線 LANにより 車体搬送に対して直接行先を指示 過去に使用していた無線システムからの置き換え 3つの通路の6 台の搬送車体と通信 5GHzの指向性アンテナにより 種別と行先を指示 Solution: Products: Sector: Communications with transfer cars SCALANCE W Automotive Page 30
自動車組立 2 無線 LAN を用いた車体搬送 ソリューションお客様のご決定 既存の2.4GHz 帯との干渉を避けるために IT 部門が5GHz 帯を使用を指定 堅牢な工業専用に設計されたコンポーネントを使用 スタンダードに基づいたプラットフォームの使用 安定したワイヤレスリンク お客様のメリット 過去の資産の有効活用 無線 LAN 全体についての長期供給 チャネル分離により 通路での相互干渉なし PROFINETを用いて台車制御自体も実現 製品アクセスポイント SCALANCE W788-1PRO : 3 台クライアントモジュール SCALANCE W744-1PRO : 6 台指向性アンテナ : 9 台 Solution: Products: Sector: Communications with transfer cars SCALANCE W Automotive Page 31
自動車組立 2 無線 LAN を用いた車体搬送 アプリケーション 並べ替え 移送台車 入庫口 移送台車 約 40 レーン 出庫口 約 120m Solution: Products: Sector: Page 32 Communications with transfer cars SCALANCE W Automotive アクセスポイント SCALANCE W788-1PRO クライアント SCALANCE W744-1PRO
PROFINET 採用のポイント : 自動車組立 PROFINET 柔軟性効率性パフォーマンス 製造現場に新発想資源を有効活用生産性を向上 工業用ワイヤレスLAN セーフティ各種トポロジーオープンスタンダード WEBツール拡張性 1つのケーブルにすべてのサービスデバイス / ネットワーク診断省エネルギー簡単ケーブル施工迅速デバイス交換堅牢性 / 安定性 スピード高精度大規模システム構成高速データ通信メディアリダンダンシーファストスタートアップ Page 33
PROFINET 採用実例とそのポイント 港湾物流 一般物流 自動車組立 自動車製造 ロボットへの適用 PROFINET 最新機能
自動車製造ボディショップ お客様 海外自動車メーカー 最新のテクノロジーでイノベーションを行うことでブランドイメージを確立 お客様のご要求 アプリケーション信号システムの開発 自動的にHMIを生成するための準備 スタンダードベースの無線通信を利用したオープンシステム 現場機器 安全制御 無線 LANを統合し かつ未来志向の通信ソリューション 安全通信 Solution: Products: Sector: Page 35 PROFIsafe on PROFINET via Wireless LAN SCALANCE W, S7-317F Automotive
自動車製造ボディショップ お客様のご決定トータル3つの工場に使用 PROFINETの使用 PROFISAFEの使用 無線 LANの使用 ET 200S 安全 I/O 漏洩波同軸ケーブル SCALANCE S612 SCALANCE X208 CPU317F-PN お客様のメリット ワンストップサプライヤー バスシステム構成 高価な独自の光インターフェースの不使用 高速データ通信 安全信号の伝送 Solution: Products: Sector: Page 36 PROFIsafe on PROFINET via Wireless LAN SCALANCE W, S7-317F Automotive
PROFINET 採用のポイント : 自動車製造 PROFINET 柔軟性効率性パフォーマンス 製造現場に新発想資源を有効活用生産性を向上 工業用ワイヤレスLAN セーフティ各種トポロジーオープンスタンダード WEBツール拡張性 1つのケーブルにすべてのサービスデバイス / ネットワーク診断省エネルギー簡単ケーブル施工迅速デバイス交換堅牢性 / 安定性 スピード高精度大規模システム構成高速データ通信メディアリダンダンシーファストスタートアップ Page 39
PROFINET 採用実例とそのポイント 港湾物流 一般物流 自動車組立 自動車製造 ロボットへの適用 PROFINET 最新機能
PROFINET 実例 4 台のロボットを用いたオートメーションアーキテクチャ 港湾物流 一般物流 エンジニアリングステーション ( 例 : ファイルバックアップ ) ライン管理 PLC 自動車組立 自動車製造 Tool Tool ロボットへの適用 スイッチ PROFINET 最新機能 ロボットコントローラ Robot PROFINET Robot PROFINET Tool Tool Robot Robot PROFINET PROFINET Page 42 シンプルなネットワーク構成により 導入 管理コスト削減 I/Oとセーフティ信号に TCP/IPによるファイルのバックアップも同居
PROFINET 実例ライン PLC とロボットコントローラの接続 港湾物流一般物流自動車組立自動車製造ロボットへの適用 PROFINET 最新機能 ライン制御用安全 PLC S7-CPU + Safety Integrated PROFINET +PROFIsafe ドッキングステーション ツール 1 ツール 2 次のロボット Robot ツール 3 ロボットコントローラ + CP1616 ET200eco ロボットコントローラ ET200S ET200S safety + Safety IO ET200eco もしくは ET200pro Page 43 Fast Start Up ( ファストスタートアップ ) ロボットのツール交換が 500ms 以下
ファストスタートアップスタートアップクラス 方式 ノーマルスタートアップ (NSU) ファストスタートアップ (FSU) 特徴 内容 一般的な起動方式 優先順位付けを行い選択された I/O デバイスにて実現 起動時間 7 秒既存の一般的フィールドバスでも7~8 秒 500ms 以下 対応している PROFINET 機器であれば 設定だけで使用可能 I/O システムごとに 最大 32 個のデバイスが FSU 手順に設定でき 同時に 8 個まで利用可能 PROFINET IO デバイス側から初期化する (DCP プロトコルの拡張 ) Page 45 起動時間を最短にするために 銅線ポートは常に100Mbpsのフルデュプレックスに設定される必要があります この場合オートクロッシングは使用不可 POFの場合この設定は必要ありません
名前チェック IP チェック IP 設定 ( オプション ) アドレス解決 ファストスタートアップデバイス主導の起動設定 一定のスキャン周期 IO コントローラ IO デバイス DCP.Identify (NameOfStation) ARP Request** 通常起動 ARP Timeout** DCP.Set (IP Suit) ARP Request** Connect(.) **= 標準イーサネットのメカニズム WriteRecord (Record Data) WriteRecord (Record Data) デバイス内部起動 Autoneg/Crossover (3 秒はかかる ) I/O デバイスが I/O データを確立 (IOXC=Good) モジュールへのパラメータ設定 ファストスタートアップ IOコントローラ IOデバイス DCP:Hello 時間短縮 500ms 以下 Connect (.) WriteRecord (Record Data) WriteRecord (Record Data) 電源 ON I/O デバイスが I/O データを確立 (IOXC=Bad) EndOfParameter IOxS=Good EndOfParameter IOxS=Good Page 46 Application Ready Application Ready
PROFINET 採用実例とそのポイント 港湾物流 一般物流 自動車組立 自動車製造 ロボットへの適用 PROFINET 最新機能
シェアードデバイス PROFINET を使って 2 台のコントローラでデバイスを共有 IO コントローラ 1 IO コントローラ 2 2 つの異なるコントローラが同一デバイスへアクセス (IO ステーション, ドライブ, ほか ) IE / PROFINET 同一ネットワーク - モジュール単位で自由に個別のコントローラへアサイン可能 シェアードデバイス Page 48 コスト削減 機器構成の最適化 簡単なアーキテクチャ
シェアードデバイス アプリケーション例プロセス機器の共有 例 : レーザー光源 現状 複雑なエンジニアリング 難しいインターフェース接続 シンプルに 機器自体を共有 Production Cell 1 Production Cell 2 Production Cell 1 Production Cell 2 IO controller 1 IO controller 2 IO controller 1 IO controller 2 Bus 1 Bus 2 Interface 1 Interface 2 IE / PROFINET IO device with Shared Device Laser source Laser conductor/of Laser source Laser conductor/of プロセス機器を共有 Page 49 現有機材の有効利用 ケーブル削減 ハードウエアの追加ほぼ無し 簡単なエンジニアリング
I-Device 港湾物流一般物流自動車組立自動車製造ロボットへの適用 PROFINET 最新機能 IOコントローラがIOデバイスとしても稼動する 同じインターフェースでIOコントローラ機能も動作 IO controller 1 CPU1 IO device 1 CPU2 IO controller 2 IO device 2 I-Device CPU 自体をリモート IO として割当 異なるプロジェクトの接続口として シーメンス以外のコントローラへの接続口として カプラーの削減と透過性の高いネットワーク Page 50
MRP メディアリダンダンシープロトコル基本リング構成 ( スイッチを使用 ) ネットワークの信頼性を確保 ネットワーク機器が故障した場合 速やかに切り離され修復される必要がある IE / PROFINET 他のノードへ影響しないこと 冗長化メカニズムにより故障部位が迅速にブリッジされる メディアリダンダンシー Page 51 稼働率向上 リング構成 通信異常時に別の経路を確保 通常イーサネットスイッチを介して行う
MRP - メディアリダンダンシープロトコル特定のスイッチなしでのリング構成 システム構成の簡素化 SIMATIC の PLC やリモート I/O に搭載されている PROFINET ポートでリング構成 IE / PROFINET リングを管理するイーサネットスイッチが不要 リング上の機器のうち 1 つが自動的にリングマネジャーとなる 機器上の PROFINET ポートで MRP 実施 Page 52 プラントや機械稼働率の向上 さらなる柔軟性 コスト削減 機器が削減可能
MRP メディアリダンダンシープロトコル伝送スイッチオーバー セグメントもしくはリング参加ノードの故障時に通信が再開 バックアップの通信経路がリングマネジャーにより構築される IE/ PROFINET このバックアップ経路にて継続的に通信が実施 問題は故障したセグメントかデバイスのみに限定される Page 53
MRP メディアリダンダンシープロトコル 港湾物流 一般物流 自動車組立 IEC 61158-5-10 Edition 1.0 2007-12 INTERNATIONAL Standard 自動車製造ロボットへの適用 PROFINET 最新機能 リングトポロジーをベース MRP と HSR( ハイスピードリダンダンシー ) の基本コンセプトは同じ 最大 50 台のリングノード PN IO コントローラ PN IO デバイス ネットワーク機器 ( スイッチなど ) STEP7 にて 設定診断 再構築時間は 200ms Page 54
WEB 拡張 港湾物流一般物流自動車組立自動車製造ロボットへの適用 PROFINET 最新機能 現在の標準 WEB 画面に追加する アプリケーションオリジナル画面 ユーザープログラムからのデータを WEB 画面上から表示 設定できます HMIシステムを補完するものではありません DB100 DB99 WEB 拡張 アプリケーション特有の診断 装置パラメータの設定 サービス メンテナンス目的での HMI 画面 Page 55
WEB ページ作成のワークフロー 港湾物流 一般物流 1 Web-Application 自動車組立自動車製造ロボットへの適用 ブラウザーより WEB ページを呼び出し 4 WEB ページの作成 2 DB への変換 PROFINET 最新機 能 ユーザープラグラムの拡張 3 STEP 7 プロジェクト PLC へダウンロード DB100 DB99 STEP 7 プロジェクトにインポート Page 56