EtherNet/IP・EtherCAT・PROFINETの違い｜同じEthernet系でも通信できない理由

この記事でわかること

EtherNet/IP、EtherCAT、PROFINETの違い
同じEthernet系でも相互通信できない理由
通信方式、ケーブル、コネクタを分けて考える重要性

この記事の対象になる方
はじめに
3つの通信は相互接続できるのか
1. 各通信の用途
「通信方式」と「物理部品」は分けて考えよう
1. 通信を身近な言語で捉えよう
EtherNet/IPとは
EtherCATとは
1. RS-485通信とEtherCATの違い
  1. RS-485通信
  2. EtherCAT
PROFINETとは
ケーブル：UTPとSTPの違い
ケーブル選定は次のステップで考える
まとめ

この記事の対象になる方

EtherNet/IP、EtherCAT、PROFINETの違いがよく分からない方
産業用Ethernetの通信規格を整理したい方
生産技術・保全担当・製造メーカー従事者でFAネットワークを知りたい方

はじめに

産業用ネットワークを選定するときに混乱しやすいのが、「通信方式」「ケーブル種類」「コネクタ形状」がごちゃ混ぜで語られてしまうことです。

例えば、EtherNet/IP、EtherCAT、PROFINETはいずれもEthernet系の産業用通信です。
ここで疑問に思いますよね？？Ethernet「系」って、、、つまり同じ？？

いいえ、違います。
同じケーブルやコネクタを使っていても、通信方式が違えば、そのまま通信できるわけではありません。

この記事では、EtherNet/IP、EtherCAT、PROFINETの違いと、UTP/STPケーブル、RJ45、M12 D-codeコネクタの選定について、確認すべきポイントを整理していきます。

3つの通信は相互接続できるのか

まずは結論からですが、EtherNet/IP、EtherCAT、PROFINETはそれぞれ別の通信方式であり、そのまま相互通信はできません。

PLC側	相手機器	通信可否
EtherNet/IP	EtherNet/IP機器	通信可能
EtherNet/IP	EtherCAT機器	そのままでは不可
EtherNet/IP	PROFINET機器	そのままでは不可
EtherCAT	EtherCAT機器	通信可能
PROFINET	PROFINET機器	通信可能

次に、各通信の用途や特徴をざっくり一覧表で把握していきましょう。

各通信の用途

項目	EtherNet/IP	EtherCAT	PROFINET
主な用途	PLC、I/O、画像処理、ロボット、インバータ	サーボ、モーション制御、高速I/O	欧州設備、Siemens系、海外設備
通信イメージ	ScannerとAdapterで通信	マスタから各スレーブを通過しながら通信	ControllerとDeviceで通信
得意なこと	対応機器が多く、汎用性が高い	高速性、同期性が高い	欧州設備や海外装置で採用が多い
相互通信	EtherNet/IP同士なら可能	EtherCAT同士なら可能	PROFINET同士なら可能
注意点	Scanner/Adapterの役割確認が必要	通常のEthernet HUBは使用不可	PLCや機器がPROFINET対応か確認が必要

汎用性を持たせるならEthernet IPが一番です。
高速性を求めるならEtherCAT、海外での汎用性であればPROFINETという住みわけでいいでしょう。

「通信方式」と「物理部品」は分けて考えよう

産業用Ethernetを考えるときは、主に3つの項目に分類して考えると分かりやすくなります。
実際の業務ではこれらの言葉が縦横無尽に飛び交うため、
「一体、何のお話されてますか。。。。あわわ」となりますが、この表を把握していれば問題ないでしょう。

分類	例	意味
通信方式	EtherNet/IP、EtherCAT、PROFINET	機器同士が会話するルール
ケーブル	UTP、STP、Cat5eなど	信号を伝える線
コネクタ	RJ45、M12 D-coded	接続する口の形

重要なのは、RJ45で接続できるからといって、すべての通信ができるわけではないということです。

RJ45やM12 D-codeは、通信方式ではなく、ケーブルを接続するためのコネクタ形状の事です。

一方で、EtherNet/IP、EtherCAT、PROFINETと呼ばれる部分は、通信の中身になります。

通信を身近な言語で捉えよう

中身を専門的な用語でいうならば「プロトコル」です。
これは私たちの身近なもので例えるなら、「話す言葉」のようなものです。　
例えば、それぞれ「英語、ドイツ語、中国語」のようにイメージしてください。

この「話す言葉」にあたるものが、技術用語では「通信プロトコル（または通信規格）」と呼ばれています。
つまり、コネクタ形状が同じでも、通信規格が違うと通信（会話）が成立しません。

ここからは、それぞれの通信方式について、簡単に紹介していきたいと思います。

EtherNet/IPとは

EtherNet/IPは、ODVAが管理する産業用Ethernet通信です。
（ODVA：国内外の主要ベンダによって運営されている非営利団体のことです）

標準Ethernet、TCP/IP、UDP/IPという通信規格を利用しながら、CIPという制御用の通信ルールを使います。
（ここは今回の記事では深く考えず、「そうなんだ～」と認識いただければ結構です）

PLC、リモートI/O、ロボット、画像処理装置、インバータなど、幅広いFA機器で使われており、
例えば、OMRON、KEYENCE、三菱電機のような皆さんがよく使用する機器で見かけることが多いかと思います。

またEtherNet/IPでは、PLC側をScanner（親）、相手機器側をAdapter（子）と呼ぶことがあります。

機器選定時は、「EtherNet/IP対応」と書かれているだけでなく、ScannerなのかAdapterなのかも確認する必要があるということを覚えておきましょう！

例えば、PLCがEtherNet/IP Scannerとして動作し、リモートI/OがEtherNet/IP Adapterとして動作することで通信が成立します。

基本的に、Ethernet/IPを使用できる機器が製造メーカー側でも喜ばれます。
なぜなら対応機器が多いからです！

EtherCATとは

EtherCATは、高速性や同期性を重視した産業用Ethernet通信です。

サーボ、モーション制御、高速I/O、半導体装置などでよく使われます。

EtherCATは、配線イメージだけを見るとRS-485通信のようにマスタ（親）からスレーブ（子）を順番につないでいく構成に見えます。
つまり、HUBで分岐はしない（できない）数珠つなぎのイメージということです！

ただし、RS-485は電気的な通信規格であり、EtherCATはEthernetをベースにした産業用通信プロトコルです。
EtherCATでは、フレームが各スレーブを通過しながら必要なデータを読み書きするため、高速性や同期性に優れています。

筆者は昔、「RS-485とEtherCATって何が違うの？渡り配線で通信する感じが似てるよね？」となりましたので、主な違いを次に記載しておきます。

RS-485通信とEtherCATの違い

RS-485通信

RS-485通信は、親➡子へそれぞれ通信するイメージになります。
例えば

親局「1番さん、データください」
1番子局「はい、これです」
親局「次、2番さん、データください」
2番子局「はい、これです」

という感じです！

学校で例えるなら

先生が出席番号順に生徒へ質問する

というイメージが近いと思います。

EtherCAT

EtherCATは、親➡子➡子というように連続して渡すイメージです。

親局「まとめてデータ流すので、読み書きして返却してね」
1番子局「はい、これです」
2番子局「はい、これです」

こんな感じです！

学校で例えると

回覧板がクラスを一周して、各生徒が自分の欄だけ書き込む

つまりEtherCATは、各機器にいちいち順番に問い合わせるというより、
流れているデータ列に各スレーブ（子）がその場で読み書きする というイメージになります。

PROFINETとは

PROFINETは、プロフィバス協会により発表された産業用Ethernet通信です。

欧州製設備、搬送装置、プロセス設備、海外メーカー装置などで見かける機会が多いと思います。

PROFINETは標準Ethernetをベースにした通信で、通常のI/O通信だけでなく、リアルタイム性を考慮した通信にも対応しています。

PROFINETでは、標準Ethernetスイッチ（HUB）を使うことも可能です。

特に海外メーカーの装置を導入する場合、PLCやI/OがPROFINET前提になっていることもあるため、通信規格は事前確認するようにしましょう！

ケーブル：UTPとSTPの違い

ケーブル選定では、UTPとSTPの違いも重要です。

種類	内容	向いている場所
UTP	シールドなしツイストペアケーブル	事務所、制御盤内の短距離、ノイズが少ない場所
STP	シールド付きツイストペアケーブル	工場、インバータ周辺、モータ配線付近、長距離配線

UTPはシールドがないため、事務所やノイズの少ない環境で使われることが多いです。
例えば、オフィスや事務所のほとんどはUTPです。というか筆者はUTPしか見たことがありません…。

一方で、STPはシールド付きのため、ノイズの影響を受けにくい構造になっています。
FA現場では、インバータ、サーボアンプ、モータ配線、電磁弁、動力線など、ノイズ源が多く存在します。
そのため、工場設備で使用する場合は、STPまたはシールド付きの産業用Ethernetケーブルを選ぶことが多いです。