イーサクラシック（ETC）最新プロジェクトと将来展望を紹介

はじめに

イーサクラシック（ETC：EtherCAT Classic）は、産業用イーサネットにおけるリアルタイム通信技術のデファクトスタンダードとして、長年にわたり自動化業界を支えてきました。その高速性、効率性、柔軟性は、様々なアプリケーションで高く評価されています。本稿では、ETCの最新プロジェクト、技術的な進展、そして将来展望について、詳細に解説します。特に、産業用IoT（IIoT）との融合、セキュリティ強化、そして新たなアプリケーションへの展開に焦点を当て、ETCが今後どのように進化していくのかを探ります。

イーサクラシック（ETC）の基礎

ETCは、Ethernetフレームをベースに、リアルタイム性能を向上させるために設計された通信プロトコルです。従来のEthernetとは異なり、ETCはマスター/スレーブ型の通信方式を採用し、マスターがスレーブにデータを送信する際に、各スレーブにデータを割り当てることで、効率的なデータ交換を実現します。このプロセスは「フレームのフラグメンテーション」と呼ばれ、各スレーブは自分宛のデータのみを処理するため、ネットワーク全体の負荷を軽減し、リアルタイム性を高めることができます。

ETCの主な特徴は以下の通りです。

• 高速性: 100MbpsのEthernet上で、最大で100μs以下のサイクルタイムを実現できます。
• 効率性: フレームのフラグメンテーションにより、ネットワーク帯域を効率的に利用できます。
• 柔軟性: 様々なトポロジーに対応し、ネットワーク構成の自由度が高いです。
• 決定性: リアルタイム性能を保証するために、通信遅延を最小限に抑える設計となっています。
• オープン性: 標準化されたプロトコルであり、様々なベンダーの機器との相互運用が可能です。

最新プロジェクト：SIL2/SIL3対応の安全機能強化

自動化システムの安全性に対する要求は、年々高まっています。特に、ロボットシステムや工作機械などの危険機械においては、安全規格（IEC 61508、ISO 13849-1など）に準拠した安全機能の実装が不可欠です。ETCは、これらの安全規格に対応するために、SIL2/SIL3（Safety Integrity Level）レベルの安全機能強化プロジェクトを推進しています。

このプロジェクトでは、以下の技術が導入されています。

• 冗長化: マスターとスレーブの冗長化により、単一故障によるシステム停止を防ぎます。
• エラー検出: データ伝送中のエラーを検出し、安全な状態にシステムを移行させます。
• 自己診断: システムの自己診断機能を強化し、故障を早期に発見します。
• 安全プロトコル: 安全関連データの伝送に、専用の安全プロトコルを使用します。

これらの技術を組み合わせることで、ETCは、より安全で信頼性の高い自動化システムの構築に貢献します。

技術的な進展：Time-Sensitive Networking（TSN）との連携

産業用イーサネットの進化において、Time-Sensitive Networking（TSN）は重要な役割を果たしています。TSNは、従来のEthernetにリアルタイム性能を付加するための技術であり、ETCとの連携により、さらなる性能向上が期待できます。

ETCとTSNの連携には、以下のメリットがあります。

• 帯域幅の確保: TSNのシェーピング機能により、ETCの通信に必要な帯域幅を確保できます。
• 遅延の削減: TSNのタイムシンクロナイゼーション機能により、通信遅延を最小限に抑えることができます。
• ネットワークの統合: ETCとTSNを統合することで、異なる種類の通信を同一ネットワーク上で共存させることができます。

現在、ETC協会は、TSNとの連携に関する標準化を進めており、将来的には、ETCとTSNがシームレスに連携した、より高度なリアルタイム通信システムが実現すると予想されます。

産業用IoT（IIoT）との融合

産業用IoT（IIoT）は、工場やプラントなどの産業現場におけるIoTの活用を指します。IIoTでは、様々なセンサーやデバイスから収集されたデータを分析し、生産性の向上、品質の改善、コスト削減などを実現します。ETCは、IIoTにおけるデータ収集・制御の基盤として、重要な役割を担っています。

ETCは、以下の点でIIoTに適しています。

• リアルタイム性: リアルタイムなデータ収集・制御により、迅速な意思決定を支援します。
• 信頼性: 安定した通信により、データの信頼性を確保します。
• 拡張性: ネットワークの拡張が容易であり、IIoTデバイスの増加に対応できます。
• セキュリティ: セキュリティ機能を強化することで、IIoTシステムの安全性を高めます。

ETCは、IIoTゲートウェイやクラウドプラットフォームとの連携を強化し、より高度なIIoTソリューションの提供を目指しています。

セキュリティ強化

産業用ネットワークにおけるセキュリティリスクは、年々高まっています。サイバー攻撃によるシステム停止やデータ漏洩は、企業の信頼を損なうだけでなく、甚大な経済的損失をもたらす可能性があります。ETCは、セキュリティ強化のために、以下の対策を講じています。

• 暗号化: 通信データの暗号化により、盗聴や改ざんを防ぎます。
• 認証: デバイスの認証により、不正アクセスを防止します。
• ファイアウォール: ファイアウォールを導入し、外部からの不正アクセスを遮断します。
• 侵入検知: 侵入検知システムを導入し、不正なアクセスを検知します。

また、ETC協会は、セキュリティに関するガイドラインを作成し、メンバー企業にセキュリティ対策の徹底を促しています。

新たなアプリケーションへの展開

ETCは、従来の産業自動化分野に加え、新たなアプリケーションへの展開を進めています。

• ロボティクス: ロボットの制御や協調動作にETCを活用することで、より高度なロボットシステムを構築できます。
• モーションコントロール: 高精度なモーションコントロールを実現するために、ETCのリアルタイム性能を活用します。
• エネルギー管理: エネルギー消費量の監視や制御にETCを活用することで、省エネルギー化を促進します。
• ビルディングオートメーション: ビルディング内の設備制御にETCを活用することで、快適性と効率性を向上させます。
• 医療機器: 医療機器の制御にETCを活用することで、高精度で安全な医療を提供します。

これらのアプリケーションへの展開により、ETCは、産業界だけでなく、様々な分野で活用されることが期待されます。

将来展望

ETCは、今後も産業用イーサネットのデファクトスタンダードとして、進化を続けていくでしょう。特に、以下の点が重要な課題となります。

• TSNとのさらなる連携: TSNとの連携を強化し、より高度なリアルタイム通信システムを構築します。
• セキュリティの強化: サイバー攻撃に対する防御力を高め、安全な産業用ネットワークを実現します。
• IIoTとの融合: IIoTデバイスとの連携を強化し、より高度なIIoTソリューションを提供します。
• 新たなアプリケーションへの展開: ロボティクス、モーションコントロール、エネルギー管理、ビルディングオートメーション、医療機器など、新たなアプリケーションへの展開を加速します。
• ワイヤレス化: ワイヤレスETCの開発を進め、より柔軟なネットワーク構成を実現します。

これらの課題を克服することで、ETCは、産業界のデジタル変革を支える、不可欠な技術となるでしょう。

まとめ

イーサクラシック（ETC）は、その高速性、効率性、柔軟性により、産業用イーサネットにおけるリアルタイム通信技術のデファクトスタンダードとして、長年にわたり自動化業界を支えてきました。最新プロジェクトでは、SIL2/SIL3対応の安全機能強化、TSNとの連携、IIoTとの融合、セキュリティ強化、そして新たなアプリケーションへの展開が進められています。これらの進展により、ETCは、今後も産業界のデジタル変革を支える、不可欠な技術として、その地位を確立していくでしょう。ETC協会は、標準化活動を推進し、メンバー企業との連携を強化することで、ETCのさらなる発展に貢献していきます。