各種ネットワーク対応フィールド機器の開発 : FA 機器と PA 機器 産業オープンネット展 2012 7 月 9 日名古屋 7 月 11 日東京 ガイロジック株式会社 /Softing Industrial Automation Softing のビジネス Softing は FA と PA の通信プロトコル関連製品と技術サポートを提供できる数少ないテクノロジーベンダ 6% 10% 49% 51% 8% 76% Process Automation Factory Automation EU EMEA AMAERICAS APAC
FA : Softing が対応する各種フィールドバス 1. CAN/CANopen PCインターフェイス (USB, PCI, PCI Express,PC104) 診断ツール 2. PROFIBUS PCインターフェイス (USB, PCI, PCI Express,PC104) ゲートウェイ OPCサーバ 診断ツール ( ケーブルテスタ, プロトコルアナライザ, 常時監視型 ) 3. DeviceNet PCインターフェイス (PCI, PC104) 診断ツール 4. 産業用 Ethernet - PROFINET, EtherCAT, EtherNet/IP, PowerLink, Modbus-TCP プロトコルスタック FPGAベースSWパッケージ 組込みモジュール 評価キット Page 3 FA : 産業用 Ethernet --- 分布 多くの産業用 Ethernet が存在しますが 4~5 種類の主要なプロトコルに集約されてきました Profinet ( 30 %) EtherCAT ( 6 %) Powerlink ( 4 %) Modbus TCP/IP (13%) Ethernet IP ( 33%) Softing IA 2011 / Page 4
FA : 産業用 Ethernet Softing が対応する RTE プロトコル PROFINET IO EtherNet/IP EtherCAT Modbus/TCP --- 対応プロトコル Softing が今後対応する RTE プロトコル PowerLink PROFINET IRT Softing IA 2011 / Page 5 FA : 産業用 Ethernet --- お客様からの要望 共通のハードウェア上に複数のRTEを実現したい 既存または将来的な通信インフラにできるだけ簡単に統合したい 柔軟なソリューション 将来にわたり保証できるソリューション 適正なコストで開発したい 拡張性があるソリューション アプリケーションベースで通信を考える ( 通信プロトコルにアプリを合わせるのではなく ) このような要望に応えるために Softing が出した結論は Softing IA 2011 / Page 6
FA : 産業用 Ethernet --- ポータブルなスタックとシンプルな API Application Simple Device Application Interface Porting Layer Application Processor DP RAM Single Processor PROFINET Softing EtherNet/IP Softing MODBUS TCP Softing EtherCAT Beckhoff Various Operating Systems (Windows, Linux, RT OS, ) Various Processors (Intel, Renesas, Freescale, ) POWERLINK B&R Protocol Processor Softing IA 2011 / Page 7 FA : 産業用 Ethernet --- アプリケーションとスタック間で簡単に通信 Application IF RTE Stack IF sdai_init Flexible HW IF sdai_plug_unit Sdai_plug_unit(complete) Callback Function Init SDAI Init Interface Init RTE Stack Standardized API Plugging Unit Config RTE Stack Start RTE Stack e.g. inc Write Request Sdai_get_data() Update local I/O Data Sdai_set_data() Set stack I/O Data Sdai_deinit() Stop RTE Stack Deinit SDAI Softing IA 2011 / Page 8
FA : 産業用 Ethernet ASIC --- ハードウェアの選択 FPGA Life Cycles, Flexibility, Compact HW Designs CPU RTE with special HW requirements (enhanced real time, redundancy) RTE with standard Ethernet + Enhancements (Real Time, support for daisy chain) RTE with standard Ethernet (Real Time, single port) Softing IA 2011 / Page 9 FA : 産業用 Ethernet --- Softing のハードウェア選択は FPGA 複数の標準規格プロトコルを簡単にサポート 標準的なプラットフォーム プログラマブルなハードウェア (IP Core) つまり SW と HW に対応する Off the shelf な IP により 短期間でインプリメント可能 低価格 PCB レイアウトは 1 度 同じ部品なので効率的な在庫管理 開発とサポートの手間が少ない 新しい規格へのアップデートやコンバートが簡単 ボードの変更は不要 HW と SW の両方の再プログラムが簡単 旧式化の対応 FPGA デバイス自体 長期供給が可能 IP ベースの設計は次世代の FPGA にも簡単に移行可能 Softing IA 2011 / Page 10
FA : 産業用 Ethernet ビジネスモデル : FPGA ベースの SW パッケージ 組込モジュール FPGA (SW) --- SoftingのFPGA ベースの提案 RTEM( モジュール ) 9-12 months Workshop & Spec Hardware Development Integration of IP Cores & Application SW Workshop & Spec Integration into Customer Environment System test 3-6 months System test Softing IA 2011 / Page 11 FA : 産業用 Ethernet --- FPGA ベースソリューション仕様とイメージ GPIO Altera:Cyclone III, IV, V( 予定 ) Xilinx: Spartan,ZynQ, Artix7 ( 予定 ) に対応 FPGA 内 CPU 上でのアプリケーション開発 ( 右図 ) または外部 CPU 上アプリケーションと DP-RAM 接続 各種プロトコル上に 共通 API (SDAI) 共通プラットフォームでマルチプロトコル の対応可 スタック側はロイヤリティフリー RTOS ecos 採用 従来 IT(Socket Interface) も対応可 FPGA SDAI Socket RTE Stack NIOS II DP-RAM SX 3/4 Port SDAI Socket Application NIOS II Web server Port 1 Port 2 Softing IA 2011 / Page 12
FA : 産業用 Ethernet FPGA GPIO --- FPGA only 2 Processors Nios II / µblaze Device Application Simple Device Application Interface DP RAM IP Cores CoE EtherCAT- Slave Simple Device Application Interface PROFINET IO Device CIP EtherNet/IP Adapter Nios II Nios / µblaze II MODBUS/TCP Server ecos POWERLINK CN ESC Switch Switch Switch Hub Softing IA 2011 / Page 13 FA : 産業用 Ethernet --- FPGA only 1 Processor GPIO IP Cores FPGA Device Application Simple Device Application Interface CoE CIP ecos EtherCAT- Slave PROFINET IO Device EtherNet/IP Adapter MODBUS/TCP Server POWERLINK CN Nios Nios II / µblaze II ESC Switch Switch Switch Hub Softing IA 2011 / Page 14
FA : 産業用 Ethernet --- FPGA + Microprocessor connection via DP RAM µp Device Application Simple Device Application Interface DP RAM Simple Device Application Interface FPGA CoE EtherCAT- Slave PROFINET IO Device CIP EtherNet/IP Adapter Nios Nios II / µblaze II ecos MODBUS/TCP Server POWERLINK CN ESC Switch Switch Switch Hub Softing IA 2011 / Page 15 FA : 産業用 Ethernet --- FPGA + Microprocessor connection via serial interface µp Device Application Serial Interface Mapping Application Simple Device Application Interface FPGA CoE EtherCAT- Slave PROFINET IO Device CIP EtherNet/IP Adapter Nios Nios II / µblaze II ecos MODBUS/TCP Server POWERLINK CN ESC Switch Switch Switch Hub Softing IA 2011 / Page 16
FA : 産業用 Ethernet ビジネスモデル 1 --- FPGA (SW) FPGA ベースでユーザが自社ハードウェアを製作 ハードウェア設計とソフトウェアは既製品を利用可能 リファレンスとして Softing の RTE モジュールの回路も用意 各種対応プロトコルに共通な API 評価フラットフォームあり セキュリティ EEPROM による 1 台ごとのライセンス管理 価格は数量に応じる ( 各プロトコルを実行するための暗号 ) わずかな手間で将来の拡張が可能 Softing IA 2011 / Page 17 FA : 産業用 Ethernet ビジネスモデル 2 --- 組込みモジュール RTEM ハードウェアを Softing がユーザに代わって製作 すぐに使えるコンポーネントを納品 各種対応プロトコルに共通な API(SDAI) SDAI ライブラリをアプリ側の環境にポーティングするだけ モジュールごとにライセンス管理 価格は数量に応じる わずかな手間で将来の拡張が可能 Softing IA 2011 / Page 18
FA : 産業用Ethernet 産業用 Stress Test 組込みモジュール RTEM スタータキットとして FPGA+IP core 搭載モジュールとベースボード 電源 USB Blaster 4つのプロトコル搭載 Interoperability Test Plug Fest Softing IA 2011 / Page 19 主要なPLCのプロジェクト 各サンプ ルプログラムも用意 (EtherCAT, PROFINET, Ethernet/IP, Modbus-TCP) 評価キット Conformance Test FA : 産業用Ethernet --- 実績のあるスタック 産業用 Internal Test Softing IA 2011 / Page 20
FA : 産業用 Ethernet --- Internal Test Stress Test ユーザ機器のテストもサポート Conformance Pre-Test Interoperability Test support Plug Fest support Your Device With Our Stack(s) Softing IA 2011 / Page 21 PA : Softing が対応する各種フィールドバス 1. HART HART 7 対応プロトコルスタック スタータキット 2. Wireless HART 組込みモジュール スタータキット 3. Foundation fieldbus ゲートウェイ (FF H1- FF HSE or Modbus) PCインターフェイス (USB, Bluetooth) FFスタータキット コンフィグレーションソフト 組込みモジュール ASIC 4. PROFIBUS-PA 診断ツール ( ケーブルテスタ, プロトコルアナライザ, 常時監視型 ) PAスタータキット 組込みモジュール ASIC Softing IA 2011 / Page 22
PA : 従来のプロセス機器とネットワーク対応機器 従来機器 4~20 mamp DCS または PLC のアナログ入力ボード センサー 通信 センサー 圧力 温度 流量 PH レベル, 濁度などプロセスから測定する必要がある プロセス値しか見えない設定 アセット管理 診断などエンジニアリングツールの使用不可能 プロセス値の監視 設定 アセット管理 診断などエンジニアリングツールの使用可能 Softing IA 2011 / Page 23 PA : DCS の現状は? 横河電機株式会社様ホームページより Softing IA 2011 / Page 24
PA : DCS の現状は? 日本エマソン株式会社様ホームページより Softing IA 2011 / Page 25 PA : DCS の現状は? アズビル株式会社様ホームページより Softing IA 2011 / Page 26
PA: Softing が提案する HART PA FF WirelessHARTの一環開発方法 既存の HART 対応機器を 組込みモジュールの追加だけで FF, PA, WirelessHART 対応機器へ HART over UART HART スレ - ブスタック 測定のアプリ Softing IA 2011 / Page 27 PA : プロセスの世界で使われるプロトコル HART Communication Foundation ホームページより Softing IA 2011 / Page 28
PA : プロセスの世界で使われるプロトコル 2010 年売上 ( 機器個数 ) 2.500.000 700.000 100.000 150.000 50.000 HART Profibus DP Profibus PA Foundation Fieldbus WirelessHART* 2011 の予想 Softing IA 2011 / Page 29 PA : プロセスオートメーション機器開発 --- HART 7 Softing 社の提案 HART 7 Slave Stack 開発パッケージユーザ側でインテグレーション可能 多様なロイヤリティライセンスモデル少数ロット 年間使用許諾 アップフロント その他 HART Tester DD の作成 アプリケーション開発 Softing IA 2011 / Page 30
PA : プロセスオートメーション機器開発 デバイスにスタックをインテグレート The Freedom To Choose --- PB-PA と FF 組込みモジュール FBK2 Softing IA 2011 / Page 31 PA : プロセスオートメーション機器開発 --- PB-PA と FF インプリメントのアプローチ :3 通り Solution 1 Sensor Board HART Interface Fieldbus Module (FBK) Solution 2 Sensor Board Proprietary e.g. serial Fieldbus Module (FBK) Solution 3 Sensor an FF Module One board one processor Softing IA 2011 / Page 32
PA: Foundation fieldbus と PROFIBUS-PA 組込みモジュール FBK2 FF/PROFIBUS PA の提案 既存デバイスを簡単に迅速にフィールドバス対応にするための組込みモジュー ルを提案 FF と PA は物理的に共通 同じモジュールのファームウェアを変更するだけ 完全なサービス : 技術的なトレーニング ソフトウェアとハードウェアの仕様確認 ソフトウェアとハードウェアの開発 テスト デバイス機器の認証をサポート EDD と DTM 開発 量産 Softing IA 2011 / Page 33 PA: Foundation fieldbus と PROFIBUS-PA 組込みモジュール FBK2 HARTまたはシリアルインターフェイスをもっている既存のフィールドデバイスを簡単に迅速にFF またはPAに対応させるための組込みモジュール ほとんどの既存デバイスのハウジングにインストール可能なコンパクトなサイズ 本質安全防爆設計が施され ATEX 認証 フィールドデバイスへの接続 : UART, I²C or SPI プログラマブルな AI/AO と DI/DO HARTコマンドへのカスタマイズを簡単 早く実現するテンプレートを用意 Pre-Certification (ITK, PROFIBUS Tester), Emerson stress test など FF (ITK, US Austin) でのFF 認証をサポート ホストインテグレーションテスト itm (Germany) でのPROFIBUS PA 認証のサポート Softing IA 2011 / Page 34
PA: Foundation fieldbus と PROFIBUS-PA 組込みモジュール FBK2 シリアル HART と FF/PA 間のマッピング Device Hardware FBK2 HART Mapping( アプリケーション ) TB AI-FB PID-FB Device-HART Mapping Function Block Application RB HART- Master Function Block Shell Stack Physical Layer Softing IA 2011 / Page 35 PA: Foundation fieldbus と PROFIBUS-PA 組込みモジュール FBK2 例 : センサー用ボード ( ノンインテリジェント ) にFBK2を搭載 Sensor connected directly to FBK2 DI DO AI AO を 直接 FBK2 に接続 デジタル回路開発不要! FBK2 直接 DI DO AI AOのファンクションブロックに接続 または独自のアプリを開発してアプリからSoftingのスタックを呼び出す AI-FB PID-FB TB Function Block Application RB Function Block Shell Stack Physical Layer Softing IA 2011 / Page 36
PA: Foundation fieldbus と PROFIBUS-PA 開発用スタータキット Contents of the FF Starter Kit: FF リンキングデバイス FF コンフィグツール (OPC Server, Client) FF フィールドデバイス 電源コンディショナ Contents of the PA Starter Kit: PBusb PB コンフィグツール (OPC Server, Client) DP/PA カプラ PA フィールドデバイス Power Supply Softing IA 2011 / Page 37 PA: Foundation fieldbus PC インターフェイス エンジニアリングツール向けインターフェイスとリンキングデバイス FFリンキングデバイス Ethernet (HSE) とフィールドバス (H1) を接続するゲートウェイ FF-USB (or FF-Blue) PCインターフェイス (USB, Bluetooth) --- API, CommDTM 対応 Softing IA 2011 / Page 38
PA: WirelessHART 組込みモジュール RTEM 開発キットと組込みモジュール WirelessHART 7 の提案 すぐに評価可能なスタータキット Softing 社の組込みモジュール搭載の Wireless 温度トランスミッタ ゲートウェイ 開発ボード 組込みモジュールコンパクトなモジュール ハード的なコンバートなのでファームウェアの開発不要 -ATEX, RF 認証 - 周波数 2.4GHz-2.48GHz -15 チャネル対応 Softing IA 2011 / Page 39 国内お問合せ ガイロジック株式会社 /Softing Industrial Automation 180-0005 東京都武蔵野市御殿山 1-6-8 ムサシヤビル TEL: 0422-26-8211 FAX: 0422-26-8212 www.gailogic.co.jp Softing 担当 : アルフレドキンテーロペイスンナン Email: softing_ jp@gailogic.co.jp Softing IA 2011 / Page 40