CC-Link協会はこのたび、CC-Link IEの次世代を担うネットワークとして、新たな産業用オープンネットワーク「CC-Link IE TSN」の仕様を策定した。

CC-Link IEは2007年に、業界で初めて1Gbps Ethernetをベースとした産業用オープンネットワークとして登場した。「CC-Link IE Control」で工場内の基幹ネットワークとしてコントローラ間を結び、「CC-Link IE Field」でコントローラと現場の多彩な機器をつなぎ一般入出力制御をカバー。さらに「CC-Link IE Field Motion」でモーション制御、「CC-Link IE Safety」で安全制御へ、その機能・適用範囲を拡張してきた。また2016年には、小規模装置向けのフィールドネットワークとして、「CC-Link IE Field Basic」をラインナップに追加し、アジアを中心に広がりを見せている。

今回新たに仕様を策定したCC-Link IE TSNは、標準Ethernet規格を拡張した「TSN(Time Sensitive Networking)」を世界に先駆けて採用した。TSNはIEEEの国際標準化と並行して、さまざまな産業用オープンネットワークへの適用検討が進められており、従来のEthernet通信ではできなかった制御通信(リアルタイム性の確保)と情報通信(非リアルタイム通信)の混在を、時分割通信方式により可能にするものである。

CC-Link IE TSNはTSN技術を採用することで、よりオープンな産業用ネットワークとすると共に、効率的なプロトコルにより従来CC-Link IEが有する性能・機能をさらに強化した。また、開発手法の多様化により様々なタイプの機器への実装を容易にし、対応製品の充実化を図ることで、IoTを活用したスマート工場の構築を加速させることが期待される。

顧客ニーズの多様化や高度化に伴い、製造業では自動化、TCO(Total Cost of Ownership)削減や品質向上とともに、変種変量生産など新たな ものづくりを志向する動きが加速している。また、センシング技術の発展、ネットワークの高速化、クラウド・エッジコンピューティングの普及、及びAI(人工知能)の進化など、ITによってデータを活用するデータ駆動型社会が進展している。

製造業でのIoT活用に向け、欧州のIndustry 4.0や米国のIIC(Industrial Internet Consortium)、中国の智能製造、日本のConnected Industriesなど、グローバルレベルでさまざまなメガトレンドが立ち上がっている。それらに共通するのが、あらゆるものをつないでデータを最大限に活用し、自律的で最適なものづくりを目指す「スマート工場」の実現だ。

スマート工場を実現するためには、生産現場のデータをリアルタイムに収集し、そのデータをエッジコンピューティングで一次処理した上でITシステムへシームレスに送ることが重要となる。生産現場のデータを活用するには、高速・安定した制御通信やITシステムへの大容量の情報伝送が可能なネットワークが欠かせない。すなわち、生産現場における産業用ネットワークとITシステムにおけるネットワークの融合が重要である。

現在さまざまな産業用ネットワークが使用されているが、スイッチや配線などネットワークを構成する要素でも、リアルタイム性を確保するために独自仕様のものを使う必要があり、IT用ネットワークや他の産業用ネットワークとの間で回線やデバイスの共有ができないといった課題があった。また、スマート工場実現のためには、装置や設備の高性能化・高機能化による生産性向上が求められており、高度なモーション制御用ネットワークが必要とされる。特に、半導体やバッテリー製造などの業種において、要求が顕著である。

CC-Link IE TSN 詳細ページ：
https://www.cc-link.org/ja/cclink/cclinkie/cclinkie_tsn.html

(1)TSN技術及びプロトコル階層

CC-Link IE TSNは、OSI参照モデルの第2層に位置するTSN技術をベースに、第3層～7層のCC-Link IE TSN独自プロトコルとEthernet標準プロトコルで構成されている。

TSNは、複数の国際標準規格で構成されており、主なものに時刻同期方式を規定したIEEE802.1AS、時分割方式を規定したIEEE802.1Qbvがある。これらの規格を組み合わせることで、一定時間内での伝送を保証する定時性や異なる通信プロトコルとの混在が実現可能となる。

これに加えてTCP/IP、UDP/IPを使用するSNMP、HTTPやFTPなどのEthernet標準プロトコルが使用可能だ。これにより、ネットワークの診断に汎用のEthernet 診断ツールが使えるようになるなど、ネットワーク運用の柔軟性が高まる。

(2)通信方式

CC-Link IE TSNは、サイクリック通信の方式を刷新した。従来のCC-Link IEは、１ネットワーク中でトークン(送信権)を保有しているノードが自局の送信データを送信した後に、隣接局にトークンを譲渡するトークンパッシング方式を採用している。

これに対してCC-Link IE TSNは、時分割方式を採用した。ネットワーク内で同期している時刻を活用し、決められた時刻で、出力と入力の通信フレームを双方向に同時に送信することで、ネットワーク全体のサイクリックデータを更新する時間を短縮させることが可能だ。

この方式とTSN技術を組み合わせることで、制御通信と情報通信の混在が可能となる。

(3)プロファイル技術の拡充

CC-Link協会ではCC-Linkファミリー対応機器の立上げ、運用・保守を簡単に実現するため、CSP+(コントロール＆コミュニケーションシステムプロファイル)を定義している。CC-Link IE TSNでは、CSP+にて、CANopenデバイスプロファイルとの親和性を強化した。例えば、駆動機器で国際規格であるIEC61800-7(CiA402)を使用した通信設定が可能となる。

(4)汎用のネットワーク診断機能の活用

CC-Link IE TSNネットワーク機器の診断には、IT系のネットワーク監視に広く使われるSNMP(Simple Network Management Protocol)が使用可能だ。CC-Link IE TSN構成情報、統計情報などが拡張MIB(Management Information Base)として定義されており、汎用のSNMP対応ツールでネットワーク診断が実現可能となる。