信頼性と可用性の高いオートメーション・システム: ヒルシャーによるPROFINET S2システムの冗長性
産業分野や特定の用途に応じて、産業用ネットワークによるオートメーション・システムの信頼性と可用性に対する要求は大きく異なります。これらの要求が高くなるほど、冗長性というキーワードが果たす決定的な役割も大きくなります。冗長性とは、個々のシステム・コンポーネントに障害が発生した場合に、技術システムが中断することなく動作し続けることができる機能的に同一または同等なリソースの追加の可用性であると言い換えることができます。
次のブログ記事では、一般的な冗長性メカニズム(特にS2システムの冗長性)、およびヒルシャーがそれらをPROFINETネットワークに実装する際のサポート方法について知っておく必要があるすべてのことを学習できます。
S1の冗長性:
PROFINET S1は、実際のところ特別な冗長構成を記述しているわけではなく、従来のPROFINET標準です。これは、1つのIOデバイスが、1つのコントローラと通信関係を確立できるPROFINETインターフェースを持つことを意味します。
S2の冗長性:
S2の冗長性でも、IOデバイスはPROFINETインターフェースを1つだけ持ちますが、2つの冗長IOコントローラと最大2つの通信関係を確立できます。データは通常、プライマリ接続を介して交換されます。ただし、この接続に障害が発生した場合、データはバックアップ・コントローラを介して交換されます。
R1の冗長性:
この構成では、IOデバイスは2つのPROFINETインターフェースを持ち、それぞれがコントローラに接続されています。プライマリ接続に障害が発生した場合、同じインターフェースは2番目のコントローラに切り替わりませんが、IOデバイスは2番目のインターフェースに切り替わります。
R2の冗長性:
R2システムの冗長性は、S2とR1のアプローチを組み合わせたものです。そのため、IOデバイスは2つのPROFINETインターフェースを持ち、それぞれが冗長コントローラと2つの通信関係を持ちます。システム・エラーの種類に応じて、接続は常に可能な限り最速の通信関係を介して復元されます。
PROFINET redundancy in action
Yokogawa Electric, a leading company in integrated plant production control systems, has implemented S2 redundancy for their PROFINET IO controller by adopting Hilscher's comX embedded module, thereby improving the operation rate of the plant.
S2システムの冗長性は、システムの継続的な動作を保証するために2つの冗長コントローラが使用される制御レベルでの冗長性を表します。いずれかのコントローラに障害が発生した場合、2番目のコントローラがダウンタイムなしで自動的に制御を引き継ぎます。これは、スムーズで中断のない動作が不可欠な産業用アプリケーションで特に重要です。これには以下が含まれます。
- 重要なプロセスの自動化: 石油やガス、化学製品、医薬品などの業界では、高い信頼性と可用性が要求されます。PROFINET S2の冗長性により、コントローラに障害が発生した場合に、バックアップ・コントローラが即座に引き継ぐことができます。これにより、重要なプロセスの中断のない継続性が保証されます。
- 高可用性が要求される生産: たとえば、自動車製造や半導体製造で使用される高性能な生産施設では、計画外のダウンタイムは重大な損失につながる可能性があります。S2の冗長性により、障害時にコントローラをシームレスに変更することで、スムーズな生産フローを維持できます。
- 公共事業およびエネルギー部門: 発電所、水処理施設、その他の公共事業は継続的な運用に依存しています。S2システムの冗長性により、制御装置が故障した場合でも、目立った中断なしで運用を継続できます。
完全に分離されたネットワーク・セグメントを有効化するR冗長性と比較した場合、S2システムの冗長性を使用すると、比較的簡単な方法で冗長システムを実現できます。この場合、デバイスは1つのネットワーク・インターフェース(つまり、1つの通信コントローラ)のみを必要とします。これにより、ハードウェアを追加することなく、コンパクトなフィールド・デバイスを高可用性システムに接続することが可能になります。このタイプの冗長性は、ファクトリー・オートメーションのほとんどの適用シナリオにとって十分であり、プロセス・オートメーションの大部分にも適用されます。したがって、S2の冗長性は、冗長性メカニズムの中で優秀なオールラウンダーであると言えます。
ヒルシャーは、PROFINET S2システムの冗長性を必要とするデバイス・アプリケーション用にnetX PROFINETファームウェアを提供しています。つまり、netX 51、netX 90、netX 100の通信コントローラとそれらに基づく製品(たとえば、cifXファミリのPCカード、またはnetJACKやcomXなどの組込みモジュール)をネットワーク・インターフェースとして使用するデバイスは、最小限の作業で冗長システムに統合できます。
投資が少ないことから、企業は標準デバイスを冗長デバイスにアップグレードすることで、多くの点で利益を得ることができます。利点は次のとおりです。
- システム可用性の向上: 冗長性により、1つのコントローラに障害が発生した場合にシステムが自動的にセカンダリ・コントローラに切り替わるため、ダウンタイムが最小限に抑えられます。
- メンテナンス・コストの削減: システムが引き続き稼働しているため、メンテナンス作業を急がずに行うことができ、緊急メンテナンスのコストと労力を削減することができます。
- 障害からの迅速な回復: セカンダリ・コントローラへの自動切り替えにより、障害からの迅速な回復が可能になり、生産性が向上し、ダウンタイムが短縮されます。
- 安全性と信頼性の向上: システム冗長性を使用することで、システム全体の障害のリスクを最小限に抑えることができます。これは、安全性が重視されるアプリケーションでは特に重要です。
- ネットワーク要件への柔軟な適応: S2の冗長性により、ネットワークを特定の要件や環境に柔軟に適応させることができ、さまざまな産業用アプリケーションに合わせてカスタマイズされたソリューションを提供できます。
そのため、PROFINET S2システムの冗長性を使用することで、企業は生産システムの可用性と信頼性を大幅に向上させることができ、効率性の向上とダウンタイム・コストの削減につながります。
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PROFINET IRTには、短いサイクルタイムだけでなく、決定論的な動作も求められます。そのため、産業用ネットワークは、一定の要件を満たす必要があります。ヒルシャーのnetXを使用したPROFINET IRTの詳細は、こちらをご覧ください。