ワイヤレス産業用通信技術入門
産業用無線は大きな発展の可能性を秘めている
HSM Networksの最新調査によると、産業用ネットワーク市場は拡大を続けており、2024年には7%の成長が見込まれています。注目すべきは、ワイヤレス技術は近年着実に成長しているものの、レポートによると成長率は若干鈍化しているということです。ネットワークの種類別では、ワイヤレスソリューションは依然として全体の7%を占めています。市場では産業用ワイヤレス対応製品の導入が進んでおり、工場環境におけるワイヤレスソリューションの普及が進んでいます。代表的なユースケースとしては、ケーブル代替アプリケーション、ワイヤレスマシンアクセス、モバイル産業機器への接続などが挙げられます。
ドイツの「インダストリー 4.0 研究開発ホワイト ペーパー」と「インダストリー 4.0 実装戦略およびリファレンス アーキテクチャ」はどちらも、ワイヤレス テクノロジーをインダストリー 4.0 ネットワーク通信テクノロジーの研究とイノベーションの重要な要素と見なしています。
ドイツのインダストリー 4.0 とアメリカのインダストリアル インターネットが産業界におけるワイヤレス テクノロジの応用を非常に重視する理由は、ワイヤレス ネットワークが既存の産業用有線ネットワークに比べて明らかな利点を持っているためです。
● ネットワーク構築・保守コストを大幅に削減。ワイヤレスネットワークを迅速に展開し、現場、作業場、工場などのあらゆる環境にケーブルや関連保護装置をワイヤレスで敷設できるため、設置・保守コストを削減できます。
● 生産ラインの柔軟性を向上。ワイヤレス技術により現場機器のモビリティが向上し、産業生産やアプリケーションのニーズに応じて生産ラインを柔軟かつ迅速に再構築できます。
● 幅広い導入環境を実現。ワイヤレス技術はケーブル導入の限界を打ち破り、メッシュやスターといった多様なネットワークアーキテクチャを備えているため、様々な産業シナリオにおいて迅速な導入を実現します。
産業ネットワークに関わる無線技術
無線通信技術は、無線通信距離に応じて、近距離無線通信技術と広域ネットワーク通信技術に分けられます。
● 近距離無線通信技術：無線LAN、ブルートゥース、ジグビー、RFIDなどの従来の近距離通信技術と、ワイヤレスHART、ISA100.11a、WIA-PAなどに代表される産業用途専用の近距離通信技術を含みます。
● 広域ネットワーク通信技術：2G/3G/4G/5Gセルラー技術、LPWA技術など。注意-IOTとeMTCはライセンスが必要なスペクトル技術であり、LoRaとSigFoxはライセンスが不要なスペクトル技術です。
ワイヤレステクノロジーの機能
産業分野における無線ネットワークの応用には、アプリケーションリンクと伝送するサービスに基づいて、異なるレベルの最適化設計が必要です。無線通信は、通信速度に応じて高速通信と低速通信に分けられます。典型的な無線技術の応用シナリオを表に示します。
カテゴリ | 通信距離 | コミュニケーション レート | 典型的なアプリケーション |
ブルートゥース | 10メートル | 2000万 | 近距離通信、オーディオストリーミング、ファイル同期 |
ウィ-フィ | 50メートル | 2億 | 自宅やオフィスのネットワーク、オンラインビデオ、大容量のゲームやファイルのダウンロードなど。 |
ジグビー
| 200メートル | 250kbps | 2.4G周波数帯、低速・低消費電力。IoTデバイスなどに利用される。 センサーデータ通信や家電リモコンなど。 |
ワイヤレスHART | 200メートル | 250kbps
| 2.4G周波数帯域、低速、低消費電力、高信頼性。 信頼性の観点から、産業現場では多くの技術的最適化が行われてきました。 干渉防止と遅延保証。 |
ローラ
| 1～20km
| 0.3～5kbps
| SubG無料ライセンス周波数帯域、スマート農業、スマートビルディング、 物流追跡には独自のネットワークを構築する必要があります。 |
注意-IoT
| 1～20km
| 250kbps未満
| SubG認可周波数帯域、水道メーター、駐車場、ペット追跡、 煙探知機、オペレータネットワークを使用。 |
5G
| 500メートル
| 1Gbps
| 高速、低遅延、多数の接続、高い信頼性、 自動運転、ドローン、VR/AR、スマートファクトリー、スマート医療。 |
無線ネットワークの開発動向は主に重ね合わせと統合による補完となるだろう
産業用制御システムは自己完結型であり、安定性と信頼性を第一の基準とするため、企業は変更に非常に慎重です。製造業や産業サービス業などの企業は、生産設備、環境、生産ツールなどのデータを緊急に必要としています。さらに、有線ネットワークの導入はコストが高く、困難であるため、オーバーレイ方式を採用して無線ネットワークを展開しています。
オーバーレイ方式とは、既存の工場ネットワークの外部に無線ネットワークを構築し、設備や製品情報を収集し、場合によっては非リアルタイムおよびリアルタイムの設備制御を行うことを指します。また、一部の企業は、無線ネットワークの導入において統合型アプローチを採用しようとしています。つまり、既存の産業用制御ネットワーク端末（フィールドバスや大規模ネットワークなど）の一部を無線ネットワークで段階的に置き換え、無線による情報収集と制御を実現するというものです。
