Allen{0}}Bradley ベースの制御システムを管理または保守している場合は、おそらくこの状況に遭遇したことがあるでしょう。 PLC モジュールが製造中止になったり、元のサプライヤーからの価格が突然 3 倍になったりした場合、代わりに代替モジュールまたは互換性のあるモジュールを検討し始めます。仕様は適切で、物理コネクタも一致しており、価格も手頃です。しかし、注文する前に、1 つの質問が飛ばされがちです。それは、このモジュールは実際に、置き換えられるモジュールと同じプロトコルを同じ方法で話すのですか?
これは、アレン-ブラッドリーとのコミュニケーションの中で、明確に説明されることはめったにない部分です。ほとんどのガイドでは、EtherNet/IP、DeviceNet、または ControlNet が一般的に何であるかを説明していますが、その知識をエンジニアが部品調達時に直面する実際的な決定に結びつけるものはほとんどありません。この記事では、Allen-Bradley の主要な PLC 通信プロトコルと、それぞれが実際のシステムに適合するものについて説明します。また、同様に重要なこととして、インストール後に通信の問題が発生しないように、交換用モジュールまたは互換性のあるモジュールを購入する前に確認すべきことについて説明します。
PLC 通信プロトコルとは何か、そしてそれがなぜ重要なのか
平易な言葉での定義
通信プロトコルは、2 つのデバイスがデータを正しく交換できるようにするための、合意された一連のルールにすぎません。共有言語について考えるのと同じように考えてください。PLC と HMI が同じプロトコルを使用している場合、それらはお互いのメッセージを理解します。そうでない場合、接続は物理的には正常に見えますが、実際には接続間で使用可能なデータがやり取りされない可能性があります。
プロトコルの選択がシステムの稼働時間とメンテナンスコストに影響を与える理由
プロトコルの不一致は、ダウンタイムの最も一般的な原因の 1 つであり、より予防可能です。規模に対して間違ったプロトコルを中心に構築された制御システムは、後から拡張するのに苦労します。また、プロトコルの互換性を確認せずに古い機器と新しい機器を混在させると、配線と電源が正しいように見えるために診断が困難な断続的な障害が発生することがよくあります。メンテナンス費用も影響を受けます。プロトコル レベルの問題のトラブルシューティングは、症状が原因を直接示していることはほとんどないため、通常、配線障害を修正するよりも時間がかかります。システムがどのプロトコルに依存しているのか、またそのプロトコルが接続されているデバイスに何を要求しているのかを理解することが、これらの問題を回避するための第一歩です。
この基礎を整えたところで、Allen{0}}Bradley 環境で最もよく使用されるプロトコルを見てみましょう。まず、今日の新規インストールで主流となっているプロトコルから始めます。
最新のイーサネット-ベースのプロトコル
イーサネット/IP
EtherNet/IP (イーサネット産業プロトコル) は、Allen{0}}Bradley の最新システムのほとんどが構築されている通信プロトコルです。これは標準のイーサネット ハードウェア上で実行され、アプリケーション層で Common Industrial Protocol (CIP) を使用します。これは、DeviceNet および ControlNet と共有される同じプロトコル基盤です。この共有基盤が、EtherNet/IP がロックウェル・オートメーションのアーキテクチャ全体で非常にスムーズに統合される理由の 1 つです。
いくつかの理由により、EtherNet/IP が新しいビルドのデフォルトの選択肢となります。汎用イーサネット スイッチとケーブル配線を使用するため、ハードウェア コストは低く抑えられ、IT 部門は使い慣れたツールを使用してネットワークをサポートできます。スイッチド イーサネット ネットワークは、古いバスベースのプロトコルとは異なり、すべてのデバイス間で帯域幅を共有するわけではないため、拡張性に優れています。{2}}また、EtherNet/IP は非常に広く採用されているため、サードパーティ製のセンサー、ドライブ、ゲートウェイはほとんどの場合、すぐに EtherNet/IP をサポートしているため、マルチベンダーの統合は以前よりはるかに軽減されています。{4}
システムが MES、ヒストリアン、またはクラウド ダッシュボードとデータを共有する必要がある場合、EtherNet/IP はデフォルトの選択肢に近いです。これは、EtherNet/IP が別個のゲートウェイ層を必要とせずに IT インフラストラクチャと同じ物理ネットワーク上に配置できるためです。
どの AB モデルがサポートしていますか:ControlLogix プラットフォームや CompactLogix プラットフォームを含む、最新の-世代の Allen-Bradley コントローラには、標準の組み込み通信ポートとして EtherNet/IP が含まれています。-一部の古いコントローラー モデルやより特殊なコントローラー モデルでは、EtherNet/IP ネットワークをネイティブにサポートするのではなく、アドオン通信モジュールを必要とする場合があります。そのため、製品ファミリー全体でのサポートを想定するのではなく、特定のモデルとファームウェアのリビジョンを確認する価値があります。-コントローラーまたは通信モジュールを購入していて、特定の部品番号が何をサポートしているかを確認したい場合は、アレン-ブラッドリー PLCそしてアレン-ブラッドリー PLC モジュールページにはプロトコルの詳細を含む現在の在庫がリストされています。または、モデル番号を直接送信することもできます。
EtherNet/IP クイックリファレンス
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パラメータ |
代表値 |
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物理メディア |
標準イーサネット (銅線またはファイバー) |
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スピード |
10/100 Mbps 共通、新しいハードウェアでギガビットをサポート |
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トポロジー |
スター型スイッチド ネットワーク。 |
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一般的な使用方法 |
新規設置、IT/OT統合、モーションおよびI/O制御 |
最新のイーサネット-ベースの通信は、ほとんどの新規設置に対応していますが、設置されている Allen-Bradley システムの大部分は依然として EtherNet/IP 以前のプロトコルに依存しています。これらは今でもよく使われているので、理解する価値もあります。
従来のバス-ベースのプロトコル
デバイスネット
DeviceNet は、各デバイスを個別に配線するのではなく、センサー、押しボタン、モータースターターなどの単純なフィールドデバイスを共有バス経由で PLC に接続します。これはコントローラー エリア ネットワーク (CAN) テクノロジーで実行され、通常、ケーブルの長さに応じて最大 500 kbps の速度で動作します。実際的な利点の 1 つは、DeviceNet が電力と信号の両方を同じケーブルで伝送するため、多数の単純なデバイスの設置コストが削減されることです。これは、包装ラインや食品飲料機器など、生のスループットよりもセンサー数の多さが重要となるコスト重視のディスクリート アプリケーションでよく見られます。-
コントロールネット
ControlNet は、低コストの現場配線ではなく、決定的でタイム クリティカルな制御という別の優先事項を考慮して構築されました。-タイム スライシング スキームを使用して、スケジュールされたトラフィックの帯域幅を保証するため、メッセージ タイミングが単に速いだけではなく予測可能である必要がある多軸モーション コントロールなどのアプリケーションに適しています。-多くの単純なデバイスを安価に接続する必要があるために DeviceNet が選択されるのに対し、アプリケーションは変動するメッセージ遅延を許容できないため ControlNet が選択されます。システムに、タイミング要件が厳しい調整されたモーションまたはプロセス制御が含まれる場合、両方とも EtherNet/IP と同じ CIP 基盤を共有しているにもかかわらず、ControlNet は DeviceNet よりも適切なままです。
これらのプロトコルがまだ使用されている理由と注意すべき点
現在、新しい設置が DeviceNet や ControlNet から始まることはほとんどありませんが、それらをベースに構築された多くの機器が依然として現場で確実に稼働しています。 EtherNet/IP に移行するためにネットワーク全体を置き換えるのは費用がかかり、多くの場合、移行中の計画外のダウンタイムのリスクとコストが、すでに動作している機器をアップグレードするメリットを上回ります。これらのレガシー ネットワークにおけるメンテナンスの主な課題は、プロトコル自体ではなく、オリジナルの部品を見つけるのが難しくなっているため、互換性のあるフィールド デバイスと通信モジュールを調達することです。 DeviceNet または ControlNet コンポーネントを交換する必要がある場合は、プロトコル バージョンとノード容量を慎重に確認する価値があります。古いネットワークでは、最新のスイッチド イーサネット ネットワークに比べて小さな不一致が許容されにくいためです。
これらのバス{0}}ベースのプロトコル以外にも、Allen-Bradley システムは古い世代のシリアルおよび独自のネットワーキング標準にも依存しているため、特に DeviceNet より前の機器を保守している場合には理解しておく価値があります。
シリアルおよびデータ ハイウェイ プロトコル
DH+ / DH485
Data Highway Plus (DH+) と DH485 は、Allen-Bradley の初期の独自ネットワーキング プロトコルで、元々は Ethernet- ベースのオプションが存在する前に PLC とプログラミング端末をリンクするために開発されました。 DH+ は最大約 230 kbps の速度で動作し、トークン パッシング スキームを使用してネットワーク アクセスを制御し、最大 64 ノードをサポートします。{8} DH485 は、関連していますが別個のプロトコルであり、サポートされるノードが少なく、スループットが低い短距離の製造現場アプリケーション向けに設計されています。-どちらも今日の新しいシステム設計では使用されていませんが、両方ともプログラミング端末、古いオペレーター インターフェイス、および完全にアップグレードされていない生産現場のレガシー PLC-5 または SLC-500 コントローラを実行しているのがまだ見つかります。
RS-232 / RS-485
RS-232 と RS-485 は、それ自体がプロトコルではありません。これらは、ケーブル上で信号がどのように伝送されるかを定義する物理層標準であり、Modbus RTU や DF1 などのプロトコルは通常、その上で実行されます。 RS-232 は、短距離でのシンプルなポイントツーポイント接続をサポートしており、プログラミング ケーブルや基本的な HMI リンクに一般的に使用されます。 RS-485 は、はるかに長距離にわたる共有バス上の複数のデバイスをサポートします。そのため、単純な HMI またはサードパーティの計測器を古い AB 機器に接続するのが依然として一般的です。 「RS-485 互換」と記載されているデバイスは配線について説明しており、PLC が予期している特定のプロトコルを使用して実際に通信できるかどうかは必ずしも保証していないため、この区別を認識することが重要です。
オリジナルのハードウェアが入手できなくなった場合
DH+、DH485、または基本的なシリアル リンクで動作する機器は数十年前のものであることが多く、正確なオリジナルの交換部品を入手できるとは限りません。そのような場合、通常、使用済みまたは再生済みのオリジナル モジュールを見つける、古いネットワークを新しいネットワークにブリッジするプロトコル変換ゲートウェイを追加する、同じレガシー プロトコルをサポートするように構築された互換性のある代替モジュールを調達するなど、現実的な選択肢がいくつかあります。各オプションにはコスト、リードタイム、長期サポートの点でトレードオフがあり、通常、どちらを選択するかは、システムの残りの部分が今後数年間でどのように進化すると予想されるかによって決まります。-
この決定は、当然のことながら、これらのプロトコルすべてに当てはまるより広範な疑問につながります。前回使用されたものをデフォルトにするのではなく、特定のシステムに実際にどれが適切であるかをどのように判断するのでしょうか?
システムに適切なプロトコルの選択
速度、ノード数、環境
ほとんどのプロトコルの決定は 3 つの要素によって左右される傾向があります。速度要件が最優先されます。調整されたモーション コントロールなど、アプリケーションがミリ秒未満のタイミングを必要とする場合は、時間に敏感なネットワーキングまたは ControlNet を備えた EtherNet/IP が適切です。一方、単純なモニタリング タスクは、はるかに遅いシリアル リンクでも快適に実行できます。-次にノード数が重要になります。EtherNet/IP のスイッチド アーキテクチャはデバイス数の増加に合わせて拡張できますが、DeviceNet などのバスベースのプロトコルは接続されているすべてのノードで帯域幅を共有するため、大規模なシステムでは制限要因になります。{4}}環境は 3 番目の要素です。長いケーブル配線や電気的にノイズの多い場所では、標準の銅線イーサネットや基本的なシリアル リンクを介して、強力なノイズ耐性や光ファイバー サポート (ControlNet など) を備えたプロトコルが優先されます。
新旧のプロトコルの混在
実際のシステムは単一のプロトコルでエンドツーエンドで実行されることはほとんどありません。コントローラを IT ネットワークに接続する EtherNet/IP バックボーンがあり、DeviceNet またはシリアル リンクがまだ古いフィールド デバイスをマシン レベルで処理していることが一般的です。通常、プロトコル変換ゲートウェイはこれらのネットワークの橋渡しをしますが、ゲートウェイ自体も他のデバイスと同じ精査が必要です。つまり、両方のプロトコルを処理しているように見えるゲートウェイでも、ファームウェアが古い場合、特定のメッセージ タイプを正しく解釈できない可能性があるため、各側でどのプロトコル バージョンとファームウェア範囲をサポートしているかを確認する必要があります。データシートに両方のプロトコルが記載されているため、ゲートウェイまたは移行ポイントが機能すると仮定するのではなく、実際の動作条件でゲートウェイまたは移行ポイントをテストすることは、完全な展開の前に余分な時間を費やす価値があります。
適切なプロトコルを選択すれば、新しいシステムの設計の問題は解決しますが、ほとんどのメンテナンスやアップグレードの作業では、より難しい問題が後から出てきます。実際に特定のモジュールを交換または追加する必要がある場合、そのモジュールがすでにインストールされているすべてのモジュールと正しく通信できることをどのように確認すればよいでしょうか?
交換モジュールを調達する際の通信プロトコルの互換性
プロトコル仕様が無視される理由
エンジニアが代替モジュールまたは互換性のあるモジュールを評価するとき、当然のことながら、部品番号は一致するか、コネクタは適合するか、価格は妥当かなど、比較しやすい点に注目します。プロトコルの互換性は、特にモジュールがオリジナルと物理的に同一に見える場合、チェックされるのではなく想定されることがよくあります。実際には、2 つのモジュールは、異なるプロトコル バージョンまたはファームウェア範囲をサポートしながら、同じコネクタとフォーム ファクタを共有できます。その違いは、デバイスがインストールされて確実に通信できなくなるか、完全な障害よりも診断がはるかに難しい方法で断続的に通信するまで現れません。
交換用モジュールまたは互換性のあるモジュールを購入する前に確認すべきこと
注文する前に、既存のシステムに対して次のことを確認してください。
- プロトコルのバージョンとファームウェアの範囲。交換モジュールが、同じプロトコル名だけでなく、交換するデバイスと同じプロトコル バージョンとファームウェア リビジョン範囲をサポートしていることを確認します。
- 通信速度。サポートされているボー レートまたはデータ レートがネットワークの残りの構成と一致していることを確認してください。ここで不一致があると、プロトコル自体が正しい場合でも接続が妨げられる可能性があります。
- ノードまたはアドレスの容量。DeviceNet や ControlNet などのバス ベースのネットワークの場合、特にシステムが最初にインストールされてから大きくなった場合、代替品が現在のネットワーク サイズに十分なノード アドレスをサポートしていることを確認してください。
- 物理インターフェイスのタイプ。同じプロトコルをサポートする一部のモジュールは、モデルの世代に応じて異なる物理コネクタを使用しているため、コネクタとケーブル規格が正確に一致していることを確認してください。
- 変換モジュールが必要です。交換品がシステムで使用しているプロトコルをネイティブにサポートしていない場合は、追加のゲートウェイまたは変換モジュールが必要かどうかを判断し、コストと設置時間の両方を考慮に入れてください。
特定の交換部品がこれらの点に照らしてどのようにチェックされるかが不明な場合は、当社の技術チームが、当社を通じて注文する前に、既存のセットアップに対してプロトコル仕様を確認するお手伝いをいたします。お問い合わせページ.
互換性がチェックされていない場合に何が起こるか
プロトコルの互換性がない場合、いくつかのパターンが繰り返し発生します。元のデバイスが必要とするファームウェア リビジョンよりも低い交換モジュールを使用すると、完全な障害ではなく断続的な通信ドロップアウトが発生する可能性があり、接続が部分的に機能しているように見えるため、障害の追跡が困難になります。正しいプロトコルをサポートしているがデフォルトの通信速度が異なるモジュールは、速度設定が手動で修正されるまで接続の確立にまったく失敗する可能性があります。これは、前のモジュールが自動ネゴシエーションを行っていた場合に見落とされがちです。-また、ノード容量が固定されたバス ネットワークでは、残りのアドレス空間を確認せずに代替デバイスを追加すると、単に接続に失敗するだけでなく、既存のデバイスとの競合が発生する可能性があります。これらの状況はいずれも防ぐのが難しいものではありませんが、事前に確認するよりもインストール後に診断するほうがはるかに時間がかかります。-
現在、特定の Allen{0}Bradley モデルの代替モジュールまたは互換性のあるモジュールを評価している場合、注文を確定する前に、当社のチームが既存のシステムに対するプロトコルの互換性を確認するお手伝いをいたします。弊社を通じてご連絡いただけます。お問い合わせページモデルの詳細とともに。
一般的な通信トラブルシューティングのヒント
一般的な障害の種類
アレン-ブラッドリーのコミュニケーション問題のほとんどは、いくつかのわかりやすいカテゴリに分類されます。タイムアウトは、デバイスが予想される時間内に応答しない場合に発生します。これは、多くの場合、デバイスの障害、ケーブルの破損、またはネットワークの過負荷を示しています。チェックサムまたは CRC エラーは、送信中のデータ破損を示します。通常、構成の問題ではなく、電気ノイズやケーブルの損傷が原因です。アドレスの競合は、同じネットワーク上の 2 つのデバイスに同じノード アドレスが割り当てられている場合に発生します。これは、プロトコルが一致しない代替モジュールが正しく登録できなかった場合にも発生する可能性があります。-注目に値します: 交換用デバイスのファームウェアまたはプロトコルのバージョンが一致しないと、タイムアウトまたは断続的な障害と同じように見える症状が発生する可能性があります。これは、互換性の問題を最後ではなく早期に除外するもう 1 つの理由です。
基本的なトラブルシューティング手順
より詳細な診断を行う前に、物理的な接続とケーブルの状態を確認し、デバイスのアドレス指定が別のノードと競合していないことを確認し、通信速度の設定がネットワーク全体で一致していることを確認するという基本的なことから始めます。通信のブラウジングとテスト用の Rockwell の RSLinx や、イーサネット-ベースのトラフィック用の一般的なネットワーク アナライザなどの標準ツールは、ネットワーク内のどこに問題があるかを絞り込むのに役立ちます。これらの基本的なチェックで問題が解決しない場合、通常、次のステップでは、デバイス モデルとファームウェアの詳細を、その特定の部品に関するメーカーのドキュメントと照合して確認します。
よくある質問
現在、Allen{0}}Bradley PLC で使用されている最も一般的な通信プロトコルは何ですか?
EtherNet/IP と DeviceNet を同じシステム上で使用できますか?
ControlLogix はデフォルトでどの通信プロトコルを使用しますか?
既存の Allen-Bradley PLC がサポートしているプロトコルを確認するにはどうすればよいですか?
交換用または互換性のある PLC モジュールを購入する前に何を確認する必要がありますか?
サードパーティ製または互換性のあるモジュールは、オリジナルの Allen-Bradley ハードウェアと確実に通信できますか?
最終的な考え
ここで説明するプロトコルはいずれも、それ自体が特に複雑なものではありません。 EtherNet/IP、DeviceNet、ControlNet、および古い DH+ およびシリアル標準は、それぞれかなり特殊な問題を解決します。それぞれの設計の目的がわかれば、新しいシステムにどれを選択するかは通常簡単です。実際に問題が発生するのは、さらに先のことであり、特定のモジュールを交換する必要があり、プロトコルの詳細がチェックされずに想定される場合です。
お使いのシステムがアレン-ブラッドリーの機器と並行して三菱のハードウェアを実行している場合は、以前の内訳をご覧ください。三菱PLC通信プロトコルCC-Link、MC プロトコル、Modbus を同じ実用的な形式でカバーしています。
現在、交換用モジュールまたは互換性のあるモジュールを調達中で、それが既存のセットアップと正しく通信できることを確認したい場合は、注文前に当社のチームが特定のモデルに対してプロトコルとファームウェアの詳細を確認できます。詳細は弊社までお送りください。お問い合わせページ.
