産業用制御システムにおいて、センサーやアクチュエーターを制御するためにフィールドバスを導入する事例が増加している。流体制御プロセスにおける主要なアクチュエーターである電動アクチュエーターは、産業用途で広く用いられている。電動アクチュエーターで最もよく使用されるバスシステムには、Modbus、CAN、Profibus、DeviceNet、Foundation Fieldbus、HART、およびEthernetなどがある。

電動アクチュエータ用の一般的なバスシステム：

  • Modbus

  • CAN

  • プロフィバス

  • デバイスネット

  • ファウンデーション・フィールドバス（FF）

  • ハート

  • イーサネット

Modbus

他のフィールドバス技術と比較して、Modbusはシンプルでありながら多機能です。単純なバイナリ情報、アナログ値、デバイスパラメータ、診断データなどの交換といった、工場自動化に必要なあらゆるサービスを提供します。

工場自動化やProfibusなどの機器では、一般的にシンプルで堅牢な物理層であるRS-485が使用されます。この物理層を基盤として、ModbusはModbus RTUやModbus ASCIIなど、さまざまなテレグラム形式をサポートしています。イーサネットベースのModbus TCP/IPバージョンを使用することで、ホスト自動化システムとの垂直統合が可能になります。

特徴：

  • シンプルなプロトコル

  • シンプルな産業オートメーション環境に適しています
    www.modbus.org

CAN（コントローラーエリアネットワーク）

CANはISOによって標準化されたシリアル通信プロトコルであり、1986年にボッシュによって初めて提案されました。自動車エレクトロニクス、産業オートメーション、船舶、医療機器、産業機器など、幅広い分野で利用されています。

CANには、高速通信（125Kbps～1Mbps）用のISO11898と、低速通信（125Kbps未満）用のISO11519-2という2つの標準化されたプロトコルがあります。CANは高い信頼性を持ち、マルチマスタ制御、高速伝送速度、柔軟なノード追加に対応しています。

特徴：

  • マルチマスター制御

  • 高速伝送速度

  • 柔軟なノード追加

プロフィバス

PROFIBUSは、国際規格であり、オープンで、デバイスに依存しないフィールドバス規格です。伝送速度は9.6kbaudから12Mbaudまでです。PROFIBUSは、製造自動化、プロセス産業自動化、ビルディングオートメーションなど、幅広い分野で利用されています。

PROFIBUSは、互換性のある3つの部分から構成されています。

  • PROFIBUS-DP （分散型周辺機器）デバイスレベルの制御システムと分散型I/O間の通信用。

  • PROFIBUS-PA （プロセスオートメーション）センサーとアクチュエータを同一バスに接続するための、本質安全防爆規格に準拠したシステム。

  • PROFIBUS-FMS （フィールドバスメッセージ仕様）リアルタイムマルチマスタネットワークによるワークショップレベルの監視用。

特徴：

  • オープンアーキテクチャ

  • 信頼性

  • 柔軟性

  • リアルタイムパフォーマンス

デバイスネット

DeviceNetは、リミットスイッチ、センサー、バルブ、モーター始動器などの産業機器を接続する低コストの通信バスであり、高額な配線コストを削減します。デバイス間の通信を改善し、従来のI/Oインターフェースでは実現が困難な、デバイスレベルの高度な診断機能を提供します。

DeviceNetはCANプロトコルをベースとしており、リアルタイムのデータ伝送を実現します。ポイントツーポイント、マルチマスター、マスタースレーブ通信に対応し、最大64ノードまで接続可能です。伝送速度は125kb/s、250kb/s、500kb/sの3種類です。

特徴：

  • 低コスト通信

  • シンプルなネットワークソリューション

  • ハードウェアとソフトウェアのオープンスタンダード

  • 診断機能

ファウンデーション・フィールドバス（FF）

Foundation Fieldbusは、プロセスオートメーション向けに特化して設計されており、フィールドレベルのデータ伝送にはFF H1プロトコルを採用しています。FFは様々なトポロジーをサポートし、リンクアクティブスケジューラ（LAS）を搭載することでデバイス間の直接通信を可能にします。

特徴：

  • トポロジーの柔軟性

  • 分散型デジタル制御をサポート

  • フィールドデバイス間の直接通信

  • 入出力用の標準化された機能ブロックに基づいています

www.fieldcommgroup.org

HART（高速道路アドレス指定可能リモートトランスデューサー）

HARTは、アナログデータとデジタルデータの両方を伝送するために、標準的な4-20mAアナログ信号を使用します。HART通信では、この4-20mAアナログ信号に付加信号を変調することで、デジタル信号とアナログ信号を同時に伝送することが可能になります。

これはマスター/スレーブの原則をサポートしており、ポイントツーポイント通信でよく使用されます。

特徴：

  • 既存の4-20mAインフラストラクチャを使用する

  • 追加パラメータおよび診断のためのデジタル通信

  • 幅広いデバイスに対応
    www.fieldcommgroup.org

イーサネット

今日、従来のイーサネットはオフィス環境における主要なデータネットワーク規格となっています。「産業用イーサネット」とは、産業オートメーション環境で使用できる拡張イーサネットを指します。

特徴：

  • 共通媒体を介したリアルタイムおよびITデータ伝送

  • 事実上無制限の参加者数とネットワークの拡大

  • 拡張性と柔軟性に優れたトポロジー

  • 大容量データでも高速データ転送が可能

  • ネットワークサーバーやIoTインターフェース（例：OPC UA）との容易な統合

Profinet、Ethernet/IP、Modbus TCPなどの産業用イーサネットプロトコルは、DCSシステムに直接統合されており、信頼性の高い通信と現場レベルのデバイスへの容易なアクセスを保証します。