工場の自動化はインダストリー4.0の推進の基盤です。インダストリー4.0の成功の鍵となる要素の1つは、産業用IoT（IIoT）を構築し、工場の生産設備をネットワークにリンクして、機械の状態データをリアルタイムで取得することです。PoE (Power over Ethernet) テクノロジーは、イーサネットで機器に電力とデータを同時に送信できるため、マシンをネットワークに接続し、動作ネットワークに直列に接続する場合に最適な選択肢の1つになります。この記事では、オンセミコンダクターが紹介するファクトリーオートメーションとPoEソリューションの開発動向を紹介します。
新世代のファクトリーオートメーションはシリアルネットワーク接続に重点を置いています
工場自動化の従来の概念は、ロボット技術に重点を置いた、機械自体の自動生産プロセスに傾いています。しかし、多くの場合、マシンは互いに独立しており、直列に接続されておらず、互いに情報を共有することができません。インダストリー4.0の波に牽引され、工場自動化の定義は変わり、ネットワークの相互接続と設備間の情報共有に重点が置かれ、変化する市場の需要を満たすために、運用システムを通じて柔軟でカスタマイズされた生産をタイムリーに実行できるようになりました。
既存の工場では、工場内の設備やプラント運転制御システムはすべて機能的に独立したシステムとなっています。機械設備の供給元が異なり、管理責任者も異なるなどの理由から、技術的にも組織的にも統合されていません。システム間で連携や情報共有が必要になった場合、手動でしか対応できず、必然的に時間差が生じてしまいます。
現在、工場の自動化はスマートファクトリー化へと進んでおり、工場内のあらゆる設備をネットワークでつなぎ、管理ポイントで機器に関するデータを取得し、工場内のあらゆる活動情報の可視化を実現することで、問題の因果関係を早期に発見し、管理品質をさらに向上させ、管理コストを削減し、省エネ・低炭素化の目標を達成することを目指しています。
これらの目標を達成するためには、工場内に存在するあらゆるファクトリーオートメーション機械、設備、電力などのインフラ、運用管理システムなどをネットワーク技術で直列に接続する必要があります。つまり、「制御」システムと「情報」システムを直列に接続する必要があります。もちろん、異なるシステム間の直列接続は一夜にして実現できるものではありません。データ共有を実現するには、依然としてデータの公開とさまざまなシステム間の標準の確立が必要です。
PoEテクノロジーは工場自動化の要件を満たします
イーサネットは現在、情報システムで最も一般的に使用されているネットワーク アーキテクチャです。そのため、工場でもイーサネット技術が採用されれば、システムの複雑さが軽減され、構築・導入コストが大幅に削減されることが期待されます。PoEシステムはイーサネット アーキテクチャに基づいています。電力伝送と組み合わせることで、ネットワーク展開の複雑さがさらに軽減されます。PoEシステムには、電力網の電源コード、電源を供給する電源装置 (PSE)、イーサネット ケーブル、および負荷作業用の電源装置 (PD) が含まれます。PDは追加の電源を必要とせず、世界標準の電源を使用するため、PoEシステムの構築と展開は比較的簡単で便利です。
PoEシステムのアーキテクチャと標準は長年にわたって進化しており、IEEE802.3 af (PoE) の15.4 W PSE出力からIEEE802.3 at (PoE+) の30 Wまで、そして最新のIEEE802.3 bt (PoE++) は最大90 Wをサポートできるため、PoEテクノロジはますます多くのアプリケーションをサポートできるようになりました。新世代の高出力PoEデバイスは、工場自動化システムの電力需要もサポートできます。
複数のPoEプロトコルと高電力アプリケーションをサポート
onsemiは、PoEアプリケーション向けのさまざまな製品ポートフォリオを発売しました。高出力機器の需要を考慮し、最大90Wとより高い定格電力をサポートするデバイスも導入しました。一部の独自の高出力PoEアプリケーションでは、最大100 Wをサポートできます。低オン抵抗のホットスワップスイッチにより、効率と省エネ効果が高く、補助電源オプションとオープンドレインのパワーグッドインジケーターをサポートしているため、安全性と信頼性が高く、工場自動化などの関連分野でのアプリケーションに適しています。
onsemiのNCP1095/NCP1096は、IEEE 802.3bt、IEEE 802.3af、IEEE 802.3atに準拠したPoE-PDインターフェイス コントローラであり、ファクトリー オートメーション機器、相互接続された照明デバイス、セキュリティ カメラ、USB Type-Cデバイスなどの高電力アプリケーションの開発に使用できます。NCP1095/NCP1096は、突入位相検出、分類、電流制限 (110 mA)、物理層分類で最大5つのイベントのサポート、短時間維持電力シグネチャ (MPS)、過電流保護、過熱保護、接合部温度範囲 -40℃ ～ +125℃ など、PoEシステムに必要なすべての機能を16ピンTSSOPパッケージに統合しており、鉛フリーでRoHS準拠のデバイスです。
NCP1095/NCP1096は、高電力アプリケーションをサポートするために最大90 Wの出力電圧を提供する外部転送トランジスタを使用します。NCP1095/NCP1096は、エネルギー効率を向上させるために、Autoclass機能もサポートしており、電源装置 (PSE) が各受電装置 (PD) に電力を効率的に割り当てて電力割り当てを最適化し、PoEデバイス間の相互運用性も確保できるようにします。さらに、NCP1095/NCP1096には、PoEまたは壁アダプタで電源が供給されるアプリケーション用の補助電源検出ピンがあります。NCP1095とは異なり、NCP1096はより高い統合性を実現するために内部ホットスワップFETも備えています。
評価ボードによりPoEアプリケーション開発がスピードアップ
NCP1095/NCP1096は、PoEデバイス、モノのインターネット、IIoTなどのアプリケーションに適しており、IEEE 802.3bt (最大クラス8/90 W)、IEEE 802.3at (最大クラス4/30W)、IEEE 802.3af (最大クラス3/15W) などのさまざまな通信プロトコルをサポートしています。パワーグッド ピンは、隣接するメインDC/DCコンバータの適切な無効化/有効化を保証します。分類結果ピンにより、割り当てられた電力クラス（クラス8まで）に応じた動作が可能になります。これらは、ファクトリーオートメーション機器、デジタルサイネージ、衛星データネットワーク、コネクテッド照明、ビデオおよびVOIP電話、セキュリティカメラ、ピコベースステーション、マルチバンドアクセスポイント、USB Type-Cデバイスなどの最終製品に幅広く使用できます。
顧客によるPoE製品の開発を加速し、NCP1095/NCP1096デバイスの特性を評価するために、オンセミコンダクターはNCP1095GEVB/NCP1096GEVB PoE-PDインターフェイス コントローラー評価ボードも導入しました。このボードはNCP1095/NCP1096コントローラーの評価に使用され、エンド ユーザーがテストを実行するのに役立つRJ-45コネクター、電源トランス、Greend Bridge2などの固定具が含まれています。
結論
インダストリー4.0の推進により、工場は急速にインテリジェンス化に向かって発展しています。新世代の高出力PoEテクノロジーは、ネットワーク化されたスマート ファクトリーのニーズを満たし、工場ネットワークの構築と展開の複雑さを軽減します。これにより、ファクトリーオートメーションとPoE機器の需要がさらに促進され、大きな市場開発の可能性が期待されます。onsemiのPoEソリューションは、ファクトリーオートメーション ネットワークの構築と展開において、より重要な役割を果たすことになります。
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