DEWETRONの計測システムをPROFINETネットワークへ統合する方法
産業用の試験・自動化システムでは、計測機器とPLCベースの制御システム間でシームレスに通信できることが求められます。計測システムでは、さまざまな計測データや演算結果が生成されますが、これらの情報を自動化システムで利用するには、追加のインターフェースや専用の通信ソリューションが必要になる場合があります。
OXYGENのPROFINET対応により、DEWETRONのデータ収集システムを既存の産業用イーサネットネットワークへ直接統合できます。選択した計測値や演算結果をPLCへ転送できるため、データ収集システムと自動化システムを標準化された通信方式で連携できます。
本記事では、PROFINETの基本的な仕組みを解説するとともに、OXYGENでPROFINET通信を設定する方法を紹介します。
PROFINETとは…
PROFINET (Process Field Network) は、自動化環境における通信を目的として開発された、オープンな産業用イーサネット規格です。PROFIBUS & PROFINET International (PI)によって開発・管理されており、PLC、コントローラ、I/Oデバイス、ドライブ、計測システムなど、オートメーションを構成する機器間で高速かつ信頼性の高いデータ交換を実現します。
PROFINETは標準的なイーサネット技術をベースとしながら、産業用アプリケーションで求められる時間要件に対応するための仕組みを備えています。周期的に送受信されるプロセスデータのリアルタイム通信に対応するとともに、標準イーサネット通信やTCP/IP通信を同一ネットワーク上で併用できます。
そのため、一般的なファクトリーオートメーションから、高い時間精度と同期性能が求められるプロセスまで、幅広いアプリケーションに対応できます。
PROFINETの仕組み
PROFINETネットワークでは、自動化システム内で担う役割に応じて、機器を以下の種類に分類します。
- IO-Controller: 通常はPLCや自動化コントローラが該当します。制御プログラムを実行し、接続されたデバイスとの間でプロセスデータを交換します。
- IO-Device: I/Oモジュール、ドライブ、センサ、計測システムなど、IO-Controllerに接続されるフィールドデバイスです。コントローラへ入力データを送信し、コントローラから出力データを受信します。
- IO-Supervisor: 通常はエンジニアリングPC、プログラミングデバイス、HMIなどが該当し、システムの設定、立ち上げ、診断に使用されます。
システムの稼働中は、IO-ControllerとIO-Deviceの間でプロセスデータが周期的に交換されます。また、PROFINETは、パラメータ設定、コンフィグレーション、診断、ステータス情報の取得などに使用する非周期通信にも対応しています。
これにより、時間的な制約の厳しいプロセスデータと、それほど高いリアルタイム性を必要としないサービス情報を、同一のネットワーク上で伝送できます。
これらの機器によってPROFINET IOシステムが構成されます。最小構成では、1台のIO-Controllerと1台以上のIO-Deviceで構成され、必要に応じて、システムの立ち上げ、設定、診断に使用するIO-Supervisorを接続できます。
図1：PROFINET IOシステムの構成例
計測システムにPROFINETを使用するメリット
自動化された試験環境では、計測システムと制御システムはそれぞれ異なる役割を担います。データ収集システムが高精度な信号を記録し、高度な演算を行う一方で、PLCは通常、試験シーケンスの制御、アクチュエータの操作、あらかじめ設定されたプロセス条件に応じた制御などを行います。
これらの処理を連携させるには、必要な計測情報を自動化システムで利用できるようにする必要があります。対象となる情報には、センサから直接取得したデータ、演算によって求めた値、ステータス情報などが含まれます。適切な産業用通信インターフェースがない場合、このようなデータ交換には、追加のゲートウェイや専用ハードウェア、個別に開発した通信ソリューションが必要になることがあります。
PROFINETを使用することで、計測システムと自動化システムを標準化された通信方式で連携できます。計測システムをPROFINETネットワークへ直接統合することにより、選択した計測値や演算結果をPLCへ送信し、自動試験プロセスの一部として活用できます。
代表的な用途は以下のとおりです。
- 自動化された生産・組立ライン：自動車の組立ライン、ロボットを用いた生産セル、自動化された製造システム
- エネルギー・電力監視：発電機試験、コンバータ試験、変電所監視
- 機械の検証および立ち上げ
- 出荷前検査（End-of-Line Testing）
- Hardware-in-the-Loop（HIL）システム
活用例：電動モータ試験ベンチ
自動化された電動モータ試験ベンチを例に説明します。
PLCが試験シーケンスや動作点を制御する一方で、DEWETRONの計測システムは電圧、電流、トルク、回転速度の各信号を収集します。OXYGEN計測ソフトウェアでは、効率、力率、実効値（RMS）をはじめとする各種パラメータを演算します。
PROFINETを介して、選択した演算結果をPLCへ直接送信し、自動試験のワークフローに組み込むことができます。これにより、自動化システムは計測結果に応じて動作し、試験条件に基づくアクションを実行できるため、検証プロセス全体の自動化が可能になります。
DEWETRONのOXYGENによるPROFINET連携
TRION-PROFINET-IO-DEVICEモジュールを搭載したDEWETRONのデータ収集システムは、PROFINETを介してPLCや自動化コントローラと直接通信できます。この構成では、DEWETRONの計測システムがPROFINET IO-Deviceとして動作し、選択した計測データを、通常PLCが担うIO-Controllerへ送信します。
OXYGENでは、同期および非同期のスカラーチャネルから、最大100チャネルを選択してPROFINET経由で送信できます。送信するチャネルには、収集した計測信号だけでなく、数式チャネルなど、OXYGEN内で生成された演算結果も含めることができます。データは最大500 S/sで送信され、最新の計測値または演算値には、それぞれの相対タイムスタンプが付与されます。
コントローラ側の設定に必要な専用のGSDMLファイルは、OXYGENから直接エクスポートできるため、設定作業を簡素化できます。また、OXYGENでは、チャネルに関する補足情報を含むTAGファイルも生成でき、コントローラ側での設定をさらに容易にします。
これらのファイルを使用することで、DEWETRONの計測システムを既存のPROFINETネットワークへスムーズに統合できます。
クイックガイド：OXYGENでのPROFINET設定
- TRION-PROFINET-IO-DEVICEモジュールが正しく取り付けられ、OXYGENで認識されていることを確認します。
- OXYGENのServerタブを開き、新しいPROFINETインスタンスを追加します。
- 任意の更新レートを設定し、PROFINET経由で送信する計測チャネルを選択します。
- GSDMLファイルと、必要に応じてTAGファイルをエクスポートし、コントローラの設定環境へインポートします。
- Playボタンを押して、データ転送を開始します。
システムの立ち上げや診断を容易にするため、OXYGENではApplication、Bus、Errorの各状態をリアルタイムで確認できます。これらのステータス情報は、いつでも更新できます。
図2：OXYGENでのPROFINET設定
まとめ
PROFINETは、計測システムを産業用オートメーション環境へ統合するための、標準化された信頼性の高い通信手段を提供します。
OXYGEN計測ソフトウェアがPROFINETにネイティブ対応したことで、DEWETRONのデータ収集システムとPLCをシームレスに連携し、計測データを自動化プロセスへ直接転送できるようになりました。
これにより、システム統合が容易になり、試験や検証、産業用オートメーションにおける一連のワークフローを効率化できます。
