産業用ネットワークとは？産業用イーサネットの基礎と主要規格

工場や設備の自動化が進む中で、機器間の通信環境の設計は、生産性や安定稼働に直結する重要なテーマになっています。
通信の遅延やトラブルは、設備停止や品質低下につながる可能性もあり、ネットワークの設計・選定はますます重要性を増しています。しかし実際には、フィールドバス、産業用イーサネット、各種通信規格など用語や選択肢が多く、「どの構成・規格を選べばよいのか分かりにくい」と感じる場面も少なくありません。
本記事では、産業用ネットワークの基本から、求められる要件、接続構成、代表的な規格の違いまでを整理し、用途に応じた選定の考え方を初心者にもわかりやすく解説します。

目次

• 産業用ネットワークとは？
• 産業用ネットワークに求められる要件（リアルタイム性・信頼性・冗長性）
• ネットワークトポロジとは（スター型・バス型・リング型）
• 製造現場内におけるネットワーク階層とは
• フィールドバスと産業用イーサネットの違い
• 代表的な産業用イーサネット規格
• 用途に応じた産業用イーサネットの選び方
• コンテックの産業用ネットワーク対応製品
• 産業用ネットワークのデータ活用の代表的モデル
• まとめ

産業用ネットワークとは？

産業用ネットワークとは、生産現場で稼働する現場機器や制御機器を接続し、制御・監視・情報収集を行うための通信基盤です。工場や設備では、多数の機器を連携させて動作させるため、ネットワークの設計や構成は設備の安定稼働やトラブル発生リスクに直結します。
実務上は、機器間でデータをやり取りするだけでなく、設備の状態把握や上位システムとの連携まで含む幅広い概念として用いられています。
代表的なものとして、現場機器とコントローラ間の通信に用いられてきた「フィールドバス」や、Ethernet技術をベースに発展した「産業用イーサネット」があります。
近年では、対象機器の増加や扱うデータ量の拡大に加え、工場の設備やデータをネットワークで繋いで活用する「IIoT」や、情報通信技術によって製造業の高度化を目指す「Industry 4.0」などの考え方が広がっています。
生産現場でもITシステムやクラウドとの連携が重視されており、産業用ネットワークには、より高速でリアルタイム性に優れた通信基盤としての役割が求められています。

工場や設備で使われるネットワークの役割

工場や設備では、現場機器から取得した情報を産業用PCやPLCなどの制御コントローラで処理し、その結果を機器の制御や設備の監視に活用します。
これらは、機器同士が正しくデータをやり取りできることが前提となります。通信の遅延や途絶は、設備の誤動作や停止につながる可能性があるため、ネットワークは重要な役割を担います。
産業用ネットワークは、こうしたデータのやり取りを支える役割を担っています。
主な役割は、以下のとおりです。

• 機器間のデータ送受信
• センサ情報の収集
• PLCやコントローラによる機器制御
• 設備の監視や状態把握
• 上位システムとの連携

産業用ネットワークが普及した背景

生産現場の制御通信に適したフィールドバスの普及により、工場では複数の現場機器をネットワークで接続し、制御情報や機器の状態をまとめて扱う考え方が広がりました。
個別配線を前提とした構成に比べ、設備構成を整理しやすく、機器の状態把握や診断にも活用しやすい点が普及を後押ししました。
一方で、設備の高度化に伴い、接続する機器数や扱うデータ量が増加し、より高速かつ柔軟にデータを扱うニーズが高まっています。さらに、IIoTやIndustry 4.0の広がりを背景に、生産現場ではITシステムやクラウドとの連携も重視されるようになっています。
こうした流れの中で、より多くのデータを安定して扱い、リアルタイム性にも対応しやすい通信基盤が求められ、産業用イーサネットの普及が進みました。

産業用ネットワークに求められる要件（リアルタイム性・信頼性・冗長性）

産業用ネットワークは、一般的な社内LANとは異なり、設備や機器の安定稼働を前提に設計する必要があります。工場や交通インフラでは、通信の遅延やエラーが生産停止や設備トラブルにつながる可能性があるため、通信要件を慎重に検討しなければなりません。
特に求められる要件は、以下の3つです。

1. リアルタイム性
2. 信頼性
3. 冗長性

1.リアルタイム性

リアルタイム性は、必要なデータを求められる時間内に伝送し、制御へ反映できるかの性能に関わる要件です。
制御用途では、単に通信速度が速いだけでなく、一定時間内に安定して応答できることが重要になります。特に、I/O制御、モーション制御、安全制御では、通信の遅れが機器の動作や制御精度に影響する可能性があるため、あらかじめ決められた周期内で処理を確実に完了できる通信性能が求められます。

2.信頼性

通信エラーや遅延を抑え、必要なデータ伝送を安定して継続する信頼性も重要な要件です。生産現場では一時的な通信不良であっても、設備の停止や品質低下につながる可能性があります。
そのため、通信経路や機器構成、採用する規格の特性を踏まえ、必要な通信品質を継続して確保できるように設計することが重要です。

3.冗長性

冗長性とは、一部の機器や通信経路に障害が発生しても、システム全体への影響を抑えられる構成を指します。
たとえば、1本の通信経路に不具合が生じても、別の経路で通信を継続できるように備えておく方法があります。
リング型のネットワーク構成も代表例の一つです。障害発生時にも通信を継続しやすくなるため、生産停止のリスク低減に寄与します。

ネットワークトポロジとは（スター型・バス型・リング型）

ネットワークトポロジとは、通信ネットワーク内で機器をどのような形で接続するかを示す構成のことです。産業用ネットワークでは、トポロジの違いによって、障害発生時の影響範囲や冗長化のしやすさ、配線・拡張・保守のしやすさなどが変わります。
トポロジを検討する際は、主に以下の点を確認することが重要です。

• 機器やケーブルに障害が発生した際の影響範囲
• 予備経路の確保や冗長化のしやすさ
• 配線・増設・保守のしやすさ

生産現場では、設備構成や重視する要件に応じて適したトポロジを選定する必要があります。ここでは、代表的な3つのネットワークトポロジについて解説します。

スター型

スター型は、中心に配置したスイッチングハブなどの集線装置に、各機器を個別に接続するトポロジです。
一般的なLAN構成でも広く用いられており、特定の機器やケーブルに障害が発生しても、他の接続機器へ影響が広がりにくい特徴があります。
一方で、中心となる集線装置にトラブルが起きると、ネットワーク全体に影響が及ぶ点には注意が必要です。

バス型

バス型は、1本の幹線ケーブルに複数の機器を接続するトポロジです。構成をシンプルにしやすい一方で、幹線ケーブルに障害が発生すると、接続されている複数の機器に影響が及ぶ可能性があります。また、機器の追加や配線変更を行う際には、既存の通信経路への影響を考慮する必要があります。
このような特性から、現在の新規ネットワーク構成では主流ではないものの、従来型の産業用ネットワークを理解するうえで押さえておきたいトポロジです。

リング型

リング型は、各機器を環状に接続するトポロジです。通信経路が一巡する構成となるため、1箇所の障害がネットワーク全体に影響する場合があります。
このような課題に対しては、産業用ネットワークでは冗長化の仕組みを組み合わせることで、障害発生時にも通信を継続しやすい構成が採用されています。

製造現場内におけるネットワーク階層とは

製造現場のネットワークは、接続する機器や担う役割に応じて、複数の階層に分けて整理されます。
たとえば、 経営管理や生産管理を担う上位システム、 設備制御や監視を行うコントローラ層、 センサやロボットアームなどの現場機器を扱うフィールドネットワーク といった区分です。
前述したネットワークトポロジが「機器をどのような構成で接続するか」を示すのに対し、ネットワーク階層は「どの役割の機器やシステムを結ぶか」を整理する考え方です。具体的な構成は製造現場によって異なりますが、一般的には以下のように整理できます。

階層	主な役割
上位ITシステム	ERP（基幹業務システム）、MES（製造実行システム）、クラウドなどと連携し、経営管理や生産管理に関わる情報を扱う
コントローラ層	産業用PCやPLCなどの制御コントローラ、HMI（操作表示器）などを通じて、設備の制御や監視を担う
現場機器・フィールドネットワーク	センサ、ロボットアーム、ドライブモータなどの現場機器と接続し、制御信号や状態情報をやり取りする

フィールドバスと産業用イーサネットの違い

フィールドバスとは、センサやアクチュエータなどの現場機器と、PLCなどの制御コントローラを接続するための産業用通信ネットワークの総称です。個別配線を減らし、現場機器の制御や状態把握を効率化する技術として普及してきました。
一方、産業用イーサネットは、Ethernet技術をベースに産業用途へ対応させたネットワークです。フィールドバスが担ってきた現場通信の役割を受け継ぎながら、大容量データの伝送や上位システムとの連携に対応しやすい点が特徴です。
両者の大きな違いは、対応できるデータ量やシステム連携の範囲にあります。近年は設備の高度化やデータ活用の進展に伴い、より柔軟で拡張性の高い通信基盤として、産業用イーサネットの活用が広がっています。ここでは、フィールドバスと産業用イーサネットの違いを整理します。

フィールドバスが使われてきた理由

従来の接続構成では、工場内の機器を個別に配線するポイント・ツー・ポイント方式が広く用いられていました。これは、センサやアクチュエータなどの機器ごとに専用の配線を用意し、制御機器と個別につなぐ方式です。
しかし、接続する機器が増えるほど配線が複雑になり、設備の変更や保守にも手間がかかる課題がありました。こうした課題に対応するために普及したのがフィールドバスです。
現場機器をネットワークとして接続することで配線を整理しやすくなり、制御データや機器の状態情報もまとめて扱いやすくなりました。
そのため、フィールドバスは、生産現場における制御通信を効率化し、複数機器をまとめて扱うための基盤技術として広く活用されてきました。

産業用イーサネットが広がった理由

フィールドバスが現場機器との制御通信に適した技術であった一方で、生産設備の高度化に伴い、扱うデータ量の増加や、より高度なリアルタイム制御への対応が求められるようになっています。
さらに、ITシステムやクラウド、基幹システムとの連携ニーズが高まったことで、より広帯域で柔軟なネットワークが求められるようになりました。このような背景から、現在はEthernet技術をベースにした産業用イーサネットの普及が進んでいます。

代表的な産業用イーサネット規格

産業用イーサネットには、用途や求められる性能に応じて複数の規格があります。ここからは、代表的な規格の特徴と、どのような用途に向いているかを整理します。

CC-Link IE

CC-Link IEは、CC-Link協会（CLPA）が展開する、Ethernet技術をベースにしたオープンな産業用ネットワークです。
情報系からコントローラ、フィールドレベルまでをつなぐ統合ネットワークとして構想され、2008年に「CC-Link IE Control」、2009年に「CC-Link IE Field」の仕様が公開されています。CC-Link IEの代表的なネットワークは、以下のとおりです。

規格	概要
CC-Link IE Control	PLCやコントローラ同士を接続し、大規模な分散制御を担う基幹ネットワーク
CC-Link IE Field	コントローラとセンサ、I/O機器、ドライブなどの現場機器を接続するフィールドネットワーク
CC-Link IE Field Basic	汎用Ethernet技術を活用し、標準Ethernet通信と共存しやすい小規模システム向けのフィールドネットワーク

CC-Link IE ControlとCC-Link IE Fieldは、1Gbpsの高速・大容量通信を前提としたネットワークです。
CC-Link IE Field Basicは、汎用Ethernet技術を活用しており、標準的なEthernet通信と同一ライン上で共存できる点が特徴です。
高速制御を必要としない小規模システムにも適用しやすく、導入や実装のハードルを抑えやすい方式として位置づけられます。
そのため、高いリアルタイム性や大容量通信を重視する場合はCC-Link IE Field、標準Ethernetとの共存性や導入のしやすさを重視する小規模システムではCC-Link IE Field Basicが選択肢になります。

EtherCAT

EtherCATは、ベッコフオートメーションが開発した、リアルタイム制御に強みを持つオープンな産業用イーサネット規格です。現在は、EtherCAT Technology Group（ETG）が技術の普及や仕様整備、適合性確保を担っています。
EtherCATの特徴は、フレームが各ノードを通過する際に、必要なデータを読み書きする「オン・ザ・フライ処理」を行うことにあります。具体的には、フレームは各ノードを通過しながら、出力データを取得し（例：図中③、⑥）、その場で入力データを書き込みます（例：図中④、⑦）。
各ノードが自分宛てのデータを取り出すと同時に、送信するデータをフレームへ書き込みます。これにより、通信処理の効率を高め、短周期のデータ伝送に対応しやすくなります。
さらに、分散クロックによる高精度な時刻同期にも対応しており、複数の機器を精密に連携させる用途に適しています。こうした特性から、EtherCATはモーション制御など、高速性と同期精度が求められるシステムで活用されています。

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EtherNet/IP

EtherNet/IPは、EtherNet/IPやCIPの仕様管理で知られる国際団体ODVAが管理する、オープンな産業用イーサネット規格です。標準Ethernetの技術をベースにしながら、産業オートメーション向けの通信を実現します。
大きな特徴は、産業用の共通通信プロトコルであるCIP（Common Industrial Protocol）を採用している点です。CIPは、制御や安全機能、同期、情報連携など、産業用途に必要な通信サービスを幅広く扱える仕組みです。
EtherNet/IPでは、周期的なI/Oデータのやり取りに使用する「Implicit通信」と、機器設定や診断情報の取得などに使用する「Explicit通信」を使い分けられます。これにより、リアルタイムな制御通信と、設定・監視といった情報通信を同一ネットワーク上で効率的に扱うことができます。
機器制御だけでなく、設備の状態把握や設定管理にも対応しやすい規格です。

PROFINET

PROFINETは、PI（PROFIBUS & PROFINET International）が仕様を定める、オープンな産業用イーサネット規格です。標準Ethernet技術をベースとしており、一般的なTCP/IP通信と同一ネットワーク上で共存しやすい点も特徴です。
PROFINETでは、求められるリアルタイム性に応じて、主に以下の3つの通信方式を使い分けます。

通信方式	主な用途・特徴
NRT（Non Real-time）	設定情報のやり取りや診断など、厳密なリアルタイム性を必要としない通信に用いる
RT（Real-time）	一般的な制御データを一定周期で伝送するリアルタイム通信。NRTよりも遅延を抑えた通信に対応できる
IRT（Isochronous Real-time）	高精度な同期制御が求められる用途向けの通信。モーション制御など、ジッタを抑えたい場面に適している

PROFINETは用途に応じて通信方式を使い分けられるため、一般的な制御通信から高精度な同期制御まで幅広く対応できます。

Modbus-TCP

Modbus-TCPは、Modicon社が開発したModbusプロトコルを、TCP/IP上で利用できるようにした産業用通信プロトコルです。Ethernet環境で動作し、クライアントからの要求にサーバが応答するクライアント・サーバ方式で通信を行う点が特徴です。
Modbusは、機器内のデータを保持する領域であるレジスタに対して、データを読み出し・書き込みする、比較的シンプルな通信の仕組みを採用しています。
Modbus-TCPでは、LAN配線やスイッチングハブなど一般的なEthernet機器を活用しやすく、既存のネットワーク構成に組み込みやすい点も特徴です。
こうした特性から、設備監視やデータ収集、上位システムとの連携を比較的シンプルに構成したい場面で活用されています。

関連記事：Modbusとは？現場で役立つ基本と実装のポイントを徹底解説

用途に応じた産業用イーサネットの選び方

産業用イーサネットには複数の規格があり、求められる制御性能や既存ネットワークとの共存性、システム構成の自由度によって適した選択肢が異なります。そのため、単に性能の高い規格を選ぶのではなく、自社設備の用途や将来的な拡張性を踏まえて選定することが重要です。適切に選定できていない場合、通信要件を満たせなかったり、システム構成が複雑化したりする可能性があります。 ここでは、用途に応じた産業用イーサネットの選び方について、主な確認ポイントを3つに分けて解説します。

1.リアルタイム性と用途

まず確認したいのは、設備でどの程度のリアルタイム性が求められるかです。I/O制御が中心なのか、複数の機器を高精度に同期させるモーション制御まで必要なのかによって、重視すべき性能は異なります。たとえば、設備状態の監視や比較的緩やかな制御が中心であれば、極めて短い周期での応答は必須ではない場合があります。一方、サーボモータやロボット機構を連携させる用途では、短周期の通信や高精度な同期性能が重要になります。そのため、選定時は制御対象、必要な応答速度、同期精度の要件を整理し、それに合った規格を選ぶことが大切です。

2.標準イーサネット環境との共存性

既存の標準Ethernet通信と共存させるか、制御用途として専用ネットワークを構成するかは、ネットワーク設計における重要な判断ポイントです。情報系通信や既存設備との接続を重視する場合、標準Ethernetとの共存性が高い規格は、ネットワーク構成を整理しやすくなります。一方で、制御通信を主目的とする専用ネットワークとして設計される規格もあります。求める通信性能や既存設備との連携方針を踏まえ、どちらの考え方が適しているかを確認しましょう。

標準Ethernet通信との共存性の目安

区分	主な規格
既存設備と共存しやすい	CC-Link IE Field Basic EtherNet/IP PROFINET Modbus-TCP
専用ネットワークで設計	CC-Link IE Control CC-Link IE Field EtherCAT

• ※
  実際の構成可否は、使用する機器やネットワーク設計によって異なるため、導入時は各規格・製品仕様の確認が必要です。

3.構成のしやすさと拡張性

ネットワーク構成のしやすさや、将来的な設備拡張への対応も重要な選定基準です。
産業用イーサネットでは、規格や対応機器によって、スター型・ライン型・リング型など、採用しやすいトポロジが異なります。たとえば、設備の配置に合わせて配線を簡略化したい場合と、障害時の通信継続を重視して冗長化しやすい構成を取りたい場合では、適したネットワーク設計が変わります。さらに、接続台数、配線距離、機器追加のしやすさ、上位システムとの連携方針も確認が必要です。初期導入時の条件だけでなく、将来的な増設やレイアウト変更、保守運用まで見据えて規格を選ぶことが重要です。

コンテックの産業用ネットワーク対応製品

コンテックでは、本記事で紹介した産業用イーサネット規格に対応する製品を展開しています。対応する規格だけでなく、通信上の役割やシステム構成によって適した製品は異なるため、用途に応じて選定することが重要です。主な対応製品例は以下のとおりです。

産業用ネットワーク規格	主な対応製品例	製品の位置づけ
CC-Link IE Field Basic	CPSL-08P1EN	複数の産業用イーサネット規格に対応するIO-Linkマスタ
EtherCAT	CPS-PC341EC-1-9201 CPS-PCS341EC-DS1-1201 CPSL-08P1EN CPSN-EOB471EC-41 CPSN-EOB471EC-81	メインデバイス側のコントローラ製品や、EtherCAT接続に対応するIO-Linkメインデバイスを展開
EtherNet/IP	CPSN-EOB471EI-41 CPSN-EOB471EI-81 CPSL-08P1EN	EtherNet/IP Adapterを構築できるCPUユニットや、マルチプロトコル対応製品を展開
PROFINET	CPSL-08P1EN	PROFINET接続に対応するIO-Linkマスタ
Modbus-TCP	CPS-PC341MB-ADSC1-9201 CPS-PCS341MB-DS1-1201 CPSN-MCB271-S1-041 CPSN-MCB271-1-041 CPSL-08P1EN CONPROSYS® M2M Gatewayシリーズ	クライアント／サーバに対応するコントローラ・リモートI/O製品や、データ連携に活用できる関連製品を展開

産業用ネットワークのデータ活用の代表的モデル

ここからは、代表的な規格対応製品と、産業用ネットワークを活用したデータ連携関連製品を紹介します。

CPSN-EOB471EI-41 / CPSN-EOB471EI-81

CPSL-08P1EN

CPS-PCS341MB-DS1-1201

CPSN-MCB271-S1-041

CONPROSYS^® M2M Gatewayシリーズ

CONPROSYS^® M2M コントローラシリーズ

まとめ

産業用ネットワークは、工場や設備の安定稼働を支える重要な通信基盤です。現場機器の制御や状態把握に利用されたフィールドバスに加え、設備の高度化やデータ活用の広がりを背景に、産業用イーサネットの活用も進んでいます。ただし、適したネットワーク規格や構成は、求められるリアルタイム性、信頼性、冗長性、上位システムとの連携範囲によって異なります。導入を検討する際は、まず自社設備で必要な通信性能とシステム要件を整理することが重要です。各規格の特徴や構成の違いを踏まえ、用途に合った産業用ネットワークを選定しましょう。

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• ※
  記載の会社名、製品名は、一般に各社の商標または登録商標です。

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