製造現場における有線通信・無線通信の課題

近年、AI やIoTの普及に伴う通信量の増加により、産業機器へのイーサーネット(Ethernet)利用が急激に増えています。イーサーネットを使用するメリットは、何といっても高速大容量通信の安定とケーブル1本で様々な機器との接続が可能であることです。

 

確実な通信を実現できる有線イーサーネットは安心である一方、工場内ネットワークの一部では有線LANの設置が難しい場所があります。また多関節ロボットや360°回転する監視カメラなど、可動域の広い産業機器では課題や制約がいくつかあります。

 

例えば耐屈曲性のあるケーブルを用いたとしても高度なロボットの動きに耐えうる取り回しの考慮が必要なこと、イーサーネットで一般的に使用されるRJ45コネクターサイズが大きいため基板の小型化が難しいことなどが挙げられます。

 

そこで有線イーサーネットの無線化を考えるとWiFiや920MHz帯の近距離無線を選択します。ただし工場内は物や人が頻繁に行き交うことで電波が届きにくい場所が発生してしまいます。また設備の中にはノイズを発生するものあり、通信干渉を受けやすくなります。

 

つまり、”電波を使う”無線はそれ自体がリスクになってしまいます。

 

これらの課題を解決するソリューションとして、工場インフラのイーサーネット通信はそのままに、必要な部分のみを ”電波を使わず無接点化”できるイーサーネット対応無接点通信モジュールキットをご提案します。

 

本製品を利用することでどのようなメリットがあるか、またどのようなユースケースに適しているかをご紹介します。

イーサーネット対応無接点通信モジュールキットとは

ホシデン株式会社様と弊社Mpression(※)でMarvell Ethernet ICを用いたイーサーネット信号 to    2値 NRZ信号 変換モジュールを共同開発しました。

共同開発したモジュールと、ホシデン株式会社様の無接点通信モジュールを組み合わせた本キットにより、10/100/1000BASE-Tの速度でケーブルのいらない無接点イーサーネット通信を実現しました。

※無接点通信が可能な距離は5mm程度となります。

通信イメージ図
通信イメージ図

本モジュールキットを利用するメリット

・小型化や配線が難しい機器で安定したイーサーネット通信を実現可能

・電波を使用しないため、ノイズ干渉を受けにくい

・リファレンスデザインがあるので、開発工数を削減可能

イーサーネット対応無接点通信のユースケース

ロボットアームの関節部分における通信ケーブルや、360度全方位対応の監視カメラにおけるレンズ基板と本体の通信ケーブルは、これまで屈曲性のあるケーブルを用いて設計されてきました。この部分を無接点化することにより、ケーブルレスとなり無限回転へ対応できる自由な構造を実現することが可能になります。

 

 

ユースケース1

機器の外側からみるイーサーネット対応無接点通信の利用範囲
機器の外側からみるイーサーネット対応無接点通信の利用範囲
機器の内側でみるイーサーネット対応無接点通信の利用範囲
機器の内側でみるイーサーネット対応無接点通信の利用範囲

ユースケース2

機器の外側からみるイーサーネット対応無接点通信の利用範囲
機器の外側からみるイーサーネット対応無接点通信の利用範囲
機器の内側でみるイーサーネット対応無接点通信の利用範囲
機器の内側でみるイーサーネット対応無接点通信の利用範囲

「マクニカの技術力」が課題を解決

今回無接点イーサーネット通信を実現すべく、ホシデン株式会社様よりイーサーネットの新技術開発のご依頼を頂きました。ホシデン株式会社様の無接点通信モジュールとイーサーネットをつなぐ変換ボードを必要とされていました。

 

弊社Mpressionの多様な技術のノウハウを応用し、イーサーネットICで古くから市場実績を多数持つMarvell Ethernet Switch/PHY ICを用いて、イーサーネット信号 to    2値 NRZ信号 変換モジュールを共同開発しました。

 

こちらはホシデン様の無接点通信モジュールとセットでホシデン様よりご提供可能ですし、ご設計のリファレンスデザインとして活用いただくことも可能です。

Macnica Mpressionイーサーネット信号 to    2値 NRZ信号 変換モジュール
Macnica Mpressionイーサーネット信号 to 2値 NRZ信号 変換モジュール

Macnica Mpressionボードの仕様

・Auto-Negotiation対応(ON/OFF 切替可能)

・Dipスイッチで対応速度を変更可能(10/100/1000Mbps)

・LEDで通信ステータスを表示

・ホシデン様新技術の無接点Ethernetモジュールとの接続実績確認済み

・実績確認済みMARVELL社Ethernet IC

  88E6341 (Ethernet L2 Switch IC)

MARVELL社Ethernet IC 88E6341の主な特徴

 ・4Port PHYを内蔵

 ・MAC I/F ~2.5Gbps

 ・TCAMによるL3レイヤー(先頭から96Byte)までのパケットに対応
 (例)ユーザー独自のパケット処理(QoS等)

 ・Z80 MCUを内蔵

 

デバイスの詳細はこちら

ご興味をお持ちの方はぜひお問い合わせください。

産業機器で無接点のイーサーネット通信を実現する方法をご紹介しましたがいかがでしたでしょうか。今回ご紹介したイーサーネット対応無接点通信モジュールキットは量産時にはお客様のセット仕様に合わせて、モジュールサイズや無接点通信距離等のカスタマイズが可能で、イーサーネット信号 to    2値 NRZ信号 変換モジュールと無接点通信モジュールの一体化も対応が可能となります。

 

ホシデン様の近接無接点モジュールにご興味のある方、弊社のイーサーネット技術開発にご興味のある方はぜひお問い合わせください。

 

株式会社マクニカのオリジナル技術ブランドのMpressionでは、半導体、ネットワークを中心に、お客さまの「設計開発の課題解決」と「イノベーション」の加速をサポートする製品・サービスを展開しております。

 

どのような相談ができるのか、気になった方はぜひこちらもご覧ください。

Mpressionとは?

 

ホシデン様のモジュールが気になった方は、こちらもご覧ください。

イーサネット対応無接点通信モジュールキット