単純な産業用制御プロジェクトに、Modbus、CAN、EtherCATという3つの通信プロトコルが必要なのはなぜでしょうか？以下に、一般的な小規模産業用制御システムのアーキテクチャを示します。すべてのタスクに単一のバスを採用するのではなく、これら3つの産業用バスがそれぞれの機能を果たすのはなぜでしょうか。
実際、ほぼすべてのPLC、モーションコントローラ、ロボットは、次の設計原則に従っています。
- EtherCAT → リアルタイムモーション制御およびI/O通信
- CANopen → ドライバ、サーボドライブ、ステッピングモータ
- Modbus RTU → 計測器およびセンサ
これら3つのプロトコルは同じCPU（Raspberry Pi）上で動作し、それぞれ異なるLinuxスレッドによって同時にスケジューリングされます。
本質的に、これらは完全に独立した3つのソフトウェアプロトコルスタックです。
- EtherCATマスター
- CANopenマスター
- Modbusマスター
これらが相互に干渉することはありません。
ステッピングモータのリミット制御にEtherCATを使用するのはなぜですか？
リミット信号は高速の安全用デジタルI/Oに属し、超低遅延、ハードリアルタイム性能、および正確な同期が必要です。3つのバスのうち、CANopenやModbusとは異なり、EtherCATだけが上記の要件を満たしています。
この機能分担が業界のベストプラクティスであるのはなぜですか？
| 機能 | バスプロトコル | 理由 |
|---|---|---|
| ステッピングモータ制御 | CANopen | 標準化されたドライバ設計、PDOによる リアルタイム制御、およびシンプルな配線 |
| 左右のリミット検出 | EtherCAT | サイクルタイムが短く、決定性が高いため、 高速デジタルI/Oを使用する用途に適している |
| 温度および湿度の監視 | Modbus RTU | 一般的な計測器との幅広い互換性、容易な 実装、低コスト |
| 上位コンピュータ/HMI通信 | Ethernet（TCP/IP） | データのアップロード、リアルタイム監視、 パラメータ設定が容易 |
このアーキテクチャは、PLC、モーションコントローラ、ロボット、AGVなどの産業用機器における一般的な通信階層と一致しています。具体的には、EtherCATは高速リアルタイム制御を担当し、CANopenはインテリジェントな駆動装置を担当し、Modbus RTUは低速の現場計測機器を担当します。
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