PROFINET IRT: リアルタイムでも十分ではない場合
PROFINET IRTが必要な理由
PROFINET、EtherCAT、Ethernet/IPなどの産業用通信プロトコルは、リアルタイム通信プロトコルに分類されます。これらのプロトコルでは、1ミリ秒という短いサイクルタイムと、10から100マイクロ秒のジッタを達成することがすでに可能です。
ですが、このレベルの性能でも十分ではない場合があります。実際のところ、データの送信と処理には時間がかかります。特定のアプリケーションでは、この時間を正確に同期させ、本番の手順が正しく実行されるようにすることが重要です。
これが特に当てはまるのが、モーションコントロールです。標準的なリアルタイムPROFINETのサイクルタイムでは速度が足りず、ジッタや決定論のようなその他の主要な指標が、求められる水準を満たさなくなるほど、データ通信の速度と性能に対する要求が高まっています。
たとえば、ロボットアームは、部品を拾い上げたり加工処理したりするために、特定の時間に精密に定義された位置にこなければなりません。アームがわずかにでも早かったり遅かったりすると、プロセスの中断が深刻なものになる可能性があります。このようなケースでは、データの送信と処理が、速さと信頼性の両方を満たしている必要があります。
PROFINET IRTは、標準的なリアルタイム通信では限界で、データ通信に並外れた速度での非常に正確な同期が求められる場合に使用されます。
PROFINET IRTの仕組み
PROFINET IRTでは、ネットワーク内で特定のデータパケットを送信する際に、厳密な決定が求められます。これは、ネットワークの衝突やジッタなどの遅延に影響されることなく、事前に定義された時間枠内に、正確な順序でデータを受信、処理、転送する必要があることを意味します。
これを実現するため、PROFINET IRTネットワークでは、時間が重要なデータの処理に、特定のタイムスロットが割り当てられます。たとえば、ネットワークトラフィックの20 %が、PROFINET IRTなどのIRT通信用に予約されている場合、ネットワークトラフィックは5つの時間セグメントに分割されます。
- セグメントの1つはIRT通信専用
- 残りの4つのセグメントは、通常のリアルタイム通信用に予約
この場合、ネットワークは、所定の時間の80 %を標準のPROFINETネットワークとして機能します。残りの20 %の間は、PROFINET IRT関連のデータパケットのみが処理され、同期された決定論的な送信が保証されます。IRT通信が行われている間、通常のPROFINETのデータパケットはバッファされ、IRTの時間セグメントが完了した時に処理されます。
このシステムが効果的に機能するためには、PROFINET IRTネットワークが、次の2つの必須要件を満たしている必要があります:
すべてのIRTデバイス間での同期
すべてのPROFINET IRTデバイス間で、一貫した同期サイクルを維持する必要があります。これは、高精度のクロックをすべてのデバイスで共有することで管理します。IEEE 1588規格には、このメカニズムとPrecision Time Protocol (PTP) などの追加のメカニズムが定義されています。PROFINET IRTでは、この規格がPrecision Transparent Clock Protocol (PTCP) で拡張されています。PTCPは、PROFINET IRTデバイス間で共有されているクロックを維持するだけでなく、ネットワークスイッチと関連する配線の間での遅延も計算します。
バッファ機能
指定されたIRTの通信時間中に受信したIRT以外のイーサネットトラフィックをバッファするには、ネットワークスイッチ内に別の電気回路が必要です。
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