Ethernet-APL

はじめに

Industry 4.0により、産業オートメーションの分野は180度の変化を遂げています。最先端の技術が組立製造業やプロセス産業に革命をもたらしているにもかかわらず、これらの技術の使用は、現場レベルではなくオートメーションピラミッドの上層部に限られています。 現場レベルでのテクノロジーの導入は遅れています。また、現場レベルの通信にEthernetを使用する点も見逃せません。

プロセス産業に目を向けると、ここ数年は、PROFIBUS PA、Foundation Fieldbus、HARTなどの技術が主流の通信技術となっています。現在、産業界では大規模な技術革新が進んでいますが、現場層にEthernetがないと、OTとITのシームレスな統合を実現する上でそれが障害となります。Industry 4.0の真のメリットを引き出すためにはこの統合が不可欠です。

歴史的にEthernetが現場層に実装されてこなかった理由を振り返ると、以下が論点になります。

（再設計が必要）

• 危険エリア：プロセス産業は一般的に、危険と安全上のリスクを伴う過酷な環境下で運営されています。標準的なEthernetの物理層はこのような極端な環境には適していないため、このようなシナリオではEthernetケーブルの使用はお勧めできません。
• 限られたケーブル長：Ethernetケーブルの長さは100メートルに制限されており、工場全体のフィールドデバイスの設置をカバーしきれないため、ネットワーク技術としては不向きで実現は不可能です。
• ネットワークの制約：プロセス産業のネットワークアーキテクチャでは、トポロジーや2線式技術などが重要な役割を果たしますが、Ethernetベースの通信技術では実現できません。標準的なEthernetでは4線式と8線式のケーブルがベースであり、プロセスプラントの要件を満たしていません。

企業がEthernet-APLを導入すべき理由

通信インターフェイスの制限は、さまざまなプラントデータにアクセスし、最終的にさまざまなデータ集約型アプリケーションでそれらを使用する能力に反映されていますさまざまなプロセスオートメーションのサプライヤーは、通信プロセスの高速化と収集データ品質の向上の必要性を認識し始めていますが、これらは現場レベルでEthernet機能を拡張すれば可能になります。さらに、クラウドを含め、上の層やシステムとのデータ交換にフィールドデバイスがシームレスに参加できるようにならない限り、Industry 4.0の真の実現は不可能です。

これを踏まえてAPL（Advanced Physical Layer）が導入されました。これは標準的なEthernet物理層の上に配置される拡張層です。IEEE規格とIEC規格に準拠したEthernet-APLは、以下の特長を備えており、プロセス産業のニーズに応えます。

• 2線式ケーブル：APLは、Ethernetの利点と2線式の設置技術を組み合わせたもので、Zone 0/Division 1のような危険ゾーンにも適した規格です。
• 長いケーブル長： APLはトランクとスパーという2種類のセグメントに対応しています。Trunkが最大1000mの高出力信号を供給するのに対し、Spurは最大200mの低出力信号を供給します。
• 通信速度： 通信速度は10mBit/秒、全二重で、これはHARTやFieldbusなどの既存の代替物の300倍の速度です。
• 複数の電力プロファイル： 危険エリア保護の有無に関わらず、複数の電力レベルに対して定義されたポートプロファイルです。電力レベルと機能の表示により、エンジニアリングやオペレーションからメンテナンスに至るまでのアプリケーションエリアにおいて、APLのデバイスと計測器の相互運用性が向上します。
• 本質安全：あらゆる危険ゾーンと危険部門に対する本質安全防備が定義されている2-WISE（2線式の本質安全Ethernet）仕様に基づいています。
• フィールドデバイスからクラウドまでのシームレスな接続：Ethernet APLは、高速通信と広いバンド幅により、フィールドデバイスからクラウドまでのシームレスな接続を可能にし、OTネットワークとITネットワークを同じネットワーク規格で結びます。これにより、デバイス間の相互運用性が高まり、強化された運用洞察を通じてデータ分析と生産性が向上する可能性が生じます。
• スマートな計装プロセス：多くの場合、フィールドデバイスには重要な計装診断情報があり、この情報にアクセスすることで計装の潜在力が高まる可能性があります。Ethernet APLはこれらの重要な情報への最適なアクセス手段となり、その上、計装プロセスをさらにスマートにします。
• フィールドデバイスへの電力供給： 現在の4 mA～20 mAのシステムにより供給されている約36 mWとは対照的に、Ethernet APLはゾーン0のアプリケーションで最大500 mWを供給できます。
• 専門的な知識・技術： HARTやFieldbusなどといった他の技術は、特定の専門知識やスキルを必要としますが、Ethernet APLは、Ethernet技術に精通しているため、比較的容易に導入することができます。

Ethernet-APLのためにUtthungaを選ぶ理由

Utthungaは、工業製品のエンジニアリング、プロトコル実装サービス、複雑な工業製品やソリューションの構築に関連する多くのサービスにおいて確かな技術を持っており、このトレンドの技術において頼りになるパートナーとして認められています。Utthungaが提供するEthernet-APLのサービス内容は以下の通りです。

（再設計が必要）

• Fieldbus インストールからAPLへのアップグレード：Utthungaは、既存のフィールドデバイスをModbus、HART、Foundation FieldbusなどのあらゆるフィールドバスからEthernet-APLにアップグレードすることができます。
• APLによる完全なデバイスエンジニアリング：Utthungaは、新製品の設計・開発でも、既存のデバイスをAPLに対応させるためのアップグレードでも、マイクロコントローラ、インターフェース接続、処理能力、認証、機能安全面など、あらゆる前提条件を満たすことができる専門知識を備えています。
• 本質安全設計：当社は、APLデバイスを本質的に安全なものにするために、設計評価スキル、実現可能性計画スキル、エンジニアリングスキルを通じて、お客様の製品エンジニアリングアーキテクチャに本質的な安全機能を提供する専門コンサルタントです。
• 完全プロトコルサポート： さまざまな産業用Ethernetプロトコルに関する深い知識を持つ当社は、APL上に実装されるプロトコル固有のソフトウェアソリューションの提供において優位に立っています。さらに、事前コンプライアンス認証や適合性試験もサポートできます。
• IIoTとネットワークアーキテクチャ：UtthungaのAPL Converterは、OTネットワークとITネットワークをシームレスに結合し、エンド・ツー・エンドのデジタル化を実現します。APLに関するUtthungaのデジタル化能力は、プラント全体のネットワークアーキテクチャの設計と展開から、「One Network Throughout」（全体で1つのネットワーク）を実現するためのEthernet-APL互換性の確保まで、多岐にわたります。
• Utthungaの業界団体 ：Utthungaは、PI、OPC Foundation、ODVA、FieldComm Groupなど、さまざまな産業コンソーシアムのメンバーとして活躍し貢献しています。 Utthungaには、Ethernet-APLに関する深いノウハウを持った専門のエキスパートが揃っています。当社は、この急速に成熟する技術に継続的に対応しています。当社のエキスパートは、グローバルな産業コンソーシアムのメンバーであり、さまざまな分野で認定を受けているプロフェッショナルです。Ethernet-APLの詳細と、このトレンド・テクノロジーを活用してお客様にメリットをもたらす方法については、弊社までお問い合わせください。
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Utthungaには、Ethernet-APLに関する深いノウハウを持った専門のエキスパートが揃っています。当社は、この急速に成熟する技術に継続的に対応しています。当社のエキスパートは、グローバルな産業コンソーシアムのメンバーであり、さまざまな分野で認定を受けているプロフェッショナルです。Ethernet-APLの詳細と、このトレンド・テクノロジーを活用してお客様にメリットをもたらす方法については、弊社までお問い合わせください。