PROFINET

Technology

(PROFINET)

PROFINETとは、PLC、リモートI/O、インバーター、サーボ、ロボット、計測器などをEthernetで接続し、設備制御データと診断情報を送受信する産業用ネットワークです。工場設備や生産機械で、入出力通信、モーション制御、設備診断などに使用されます。

一般的なEthernet技術を利用しながら、周期的なリアルタイム通信、機器設定、ネットワーク診断を行えます。用途に応じて通信性能の異なるクラスがあり、通常の設備制御から高精度な同期制御まで対応します。

ハカルプラスでは、PLCと接続機器の対応クラス、更新周期、トポロジー、データ構造を確認し、PROFINETの機器設定、配線、通信異常監視を検討します。

PROFINETの主な用途

PLCとリモートI/Oの通信
インバーター・サーボの制御
ロボットや自動機との信号交換
温度・圧力・重量などの計測値取得
安全通信対応機器との連携
設備診断・保守情報の収集

IO ControllerとIO Device

通信を管理して入出力を制御する側をIO Controller、制御されるリモートI/OやインバーターなどをIO Deviceと呼びます。

PLCがIO Controllerとなり、各機器の入力データを受信し、出力データを送信する構成が一般的です。

IO Supervisor

設定・診断用のパソコンやエンジニアリングツールをIO Supervisorと呼ぶ場合があります。

ネットワーク上の機器検索、機器名設定、診断情報確認、パラメータ設定などに利用します。

リアルタイム通信

PROFINETでは、通常のTCP/IP通信とは別に、制御データを効率よく周期更新するリアルタイム通信を利用します。

一般的なPLC入出力ではRT通信が利用され、より高精度な同期が必要なモーション制御ではIRT対応が必要になる場合があります。

RT

RTはReal Timeの略で、一般的な設備制御やリモートI/O通信に使用されます。

センサ入力、電磁弁出力、インバーター状態などを一定周期で交換します。必要周期とネットワーク負荷を確認して設定します。

IRT

IRTはIsochronous Real Timeの略で、通信時刻を高精度に管理し、サーボやモーション機器を同期させる用途に使用されます。

対応するPLC、機器、スイッチ、ネットワーク設計が必要です。通常のPROFINET対応だけではIRTを利用できない場合があります。

機器名

PROFINETでは、機器を識別するためにデバイス名を設定します。

PLCプロジェクト内の機器名と実機へ設定された名称が一致しないと、正しいIPアドレスが設定されていても通信できない場合があります。

IPアドレス

各機器にはIPアドレス、サブネットマスクを設定します。

機器名を基にIO ControllerがIPアドレスを割り当てる構成もあります。機器交換時に同じ名称を設定すると、旧機器と同じ役割で認識させやすくなります。

DCP

DCPは、ネットワーク上の機器を検索し、機器名やIPアドレスを設定するために使用される仕組みです。

設定ツールから接続機器を検出し、MACアドレスや点滅機能を使って対象機器を識別します。

GSDMLファイル

GSDMLファイルは、PROFINET機器の機能、モジュール構成、入出力データ、診断情報などをエンジニアリングツールへ登録するためのファイルです。

対象機器とファームウェア版に合うGSDMLを使用します。古いファイルでは新しい機能を設定できない場合があります。

モジュール構成

リモートI/Oや多機能機器では、実際に取り付けたモジュールをPLCプロジェクト上へ同じ順序で登録します。

構成が一致しない場合、モジュール異常や通信異常となります。予備スロットやオプション機能の扱いも確認します。

入出力データ

デジタル入力、デジタル出力、アナログ値、状態ワードなどをPLCの入出力領域へ割り付けます。

機器ごとにデータ長、符号、バイト順、状態ビットが異なります。仕様書とPLCコメントを整合させます。

更新周期

入出力データの更新間隔は、機器とネットワーク構成に応じて設定します。

短い周期は応答を速めますが通信負荷を増やします。温度監視とサーボ制御では必要周期が異なるため、用途に合わせます。

Reduction Ratio

PROFINETでは、基準周期に対して機器ごとの更新頻度を調整する設定があります。

高速応答が必要な機器は頻繁に更新し、変化の遅い機器は低い頻度へ設定することで、通信負荷を調整できます。

Watchdog Time

一定時間、正常な周期通信を受信できない場合に通信異常と判定する時間です。

短すぎると一時的な遅延で停止し、長すぎると異常検出が遅れます。更新周期と設備の安全要件から設定します。

ネットワークトポロジー

スター型、ライン型、リング型などを利用できます。

機器の内蔵スイッチを利用したライン接続は配線を減らせますが、中間機器の電源喪失が後段へ影響する場合があります。

LLDP

LLDPは、隣接するネットワーク機器の情報を交換する仕組みです。

PROFINETでは、どのポートにどの機器が接続されているかを把握し、トポロジー診断や機器交換支援に利用されます。

MRP

MRPはMedia Redundancy Protocolの略で、対応機器をリング状に接続し、断線時に別経路へ切り替える機能です。

リング管理機器と対応ノードが必要です。切替時間と非対応機器の接続条件を確認します。

診断情報

PROFINET機器は、通信異常だけでなく、モジュール故障、断線、電源異常、測定範囲外などの診断情報を通知できる場合があります。

PLCで診断データを取得し、タッチパネルへ機器名、スロット、異常内容を表示すると保全しやすくなります。

機器交換

故障したIO Deviceを交換する場合は、機器名、モジュール構成、パラメータを再設定します。

トポロジー情報や自動交換機能へ対応する構成では、接続位置を基に交換機器を認識し、設定を自動配信できる場合があります。

安全通信

PROFINET上で安全関連信号を扱うための仕組みとして、対応する安全通信方式があります。

通常のPROFINET通信だけで安全機能を構成できるわけではなく、安全PLC、安全機器、認証された通信機能が必要です。

一般Ethernet通信との共存

同じ物理ネットワーク上で、設定ツール、Web画面、上位システム通信などを使用できます。

ただし、大量データ転送や不適切なブロードキャストが制御通信へ影響しないよう、ネットワークを分離・管理します。

セキュリティ

制御ネットワークを事務系・外部ネットワークから分離し、必要な通信だけを許可します。

遠隔保守ではVPN、ファイアウォール、利用者認証を使用します。機器設定変更の権限も制限します。

異常時の確認

通信できない場合は、機器名、IPアドレス、GSDML、モジュール構成、配線を確認します。

特定モジュールだけ異常の場合は、スロット構成、電源、入力断線を点検します。断続異常では、更新周期、ネットワーク負荷、コネクタ、ノイズを確認します。

ハカルプラスの対応

ハカルプラスでは、PLC、リモートI/O、インバーター、計測器のPROFINET仕様を確認し、機器名、モジュール、入出力割付を設計します。

通信周期、診断表示、通信断時動作、既設Ethernetとの分離まで含むPROFINET接続を検討します。

よくある質問

Q. IPアドレスが合っていても通信できないことがありますか？

A. PLC設定と実機のデバイス名が一致していない場合などは通信できません。

Q. GSDMLファイルは何に使用しますか？

A. 機器のモジュール構成、入出力データ、診断機能をPLC設定ツールへ登録するために使用します。

Q. PROFINETでサーボ同期制御できますか？

A. IRTへ対応するPLC、サーボ、ネットワーク機器を使用すれば対応できる場合があります。

Q. 一箇所の断線時にも通信を継続できますか？

A. MRP対応のリング構成を採用すれば、別経路へ切り替えられる場合があります。

Q. 既設PROFINETへ機器を追加できますか？

A. 機器名、IPアドレス、通信負荷、PLCの入出力容量を確認して追加を検討します。