CC-Link IE TSN対応無線LANを安定運用するには？工場制御ネットワーク無線化の注意点

工場制御ネットワークに無線LANを導入する場合、対応製品を設置するだけで安定した通信品質を確保できるわけではありません。通信品質は、使用する周波数帯、アクセスポイントや端末の配置、金属設備や壁などの障害物、周辺の電波環境、チャネル設定によって変化します。
設計が不十分な場合は、通信の遅延や一時的な切断が発生し、設備の動作や生産ラインの安定稼働に影響する可能性があります。工場内無線LANは「安定運用の8割は設計で決まる」と言われることもあり、導入前の設計が重要です。
前編では、CC-Link IE TSNの基本や推奨無線機器試験、対応製品について解説しました。後編となる本記事では、無線LAN(Wi-Fi)の基本構成やWi-Fi規格の概要を整理したうえで、最新規格のWi-Fi 6Eや工場内で無線LANを安定運用するための設計ポイントと、用途に応じた機器選定についてわかりやすく解説します。

目次

• 工場制御ネットワークで使うWi-Fiの基本
• 工場制御ネットワークでWi-Fi 6Eが注目される理由
• 工場内で無線LANを安定運用する4つの設計ポイント
• 用途別に見る工場内無線LANの活用例
• コンテックの無線LAN対応製品で安定運用を支援
• まとめ

工場制御ネットワークで使うWi-Fiの基本

工場制御ネットワークで無線LANを安定運用するには、製品の仕様だけでなく、Wi-Fiがどのような構成で通信し、有線LANとどのような違いがあるのかを理解しておく必要があります。
ここでは、Wi-Fiの基本構成と、工場内の機器を無線化するメリット・注意点を整理します。

Wi-Fiの基本構成と有線LANとの違い

Wi-Fiでは、親局となるアクセスポイント（AP）を介して、子局となるステーション（ST）が通信する構成が基本です。この通信方式を「インフラストラクチャモード」と呼びます。
アクセスポイントは、有線ネットワークとステーションの間の通信を中継する役割を担います。ステーションは、AGV（無人搬送車）や搬送装置などをネットワークへ接続する機器側で使用されます。
有線LANでは、機器間をLANケーブルで接続するため、移動する機器や可動部では配線が制約になる場合があります。一方、Wi-Fiではアクセスポイントとステーションの間を無線化できるため、ケーブル敷設の負担を軽減できます。
これにより、AGV（無人搬送車）などの移動体や装置の可動部にも適用しやすく、設備のレイアウト変更にも柔軟に対応できます。
ただし、アクセスポイントとステーションの間の通信には電波を使用するため、通信品質は周囲の設備や障害物、電波環境の影響を受けます。工場制御用途では、無線化による利便性だけでなく、有線LANとは異なる通信特性を理解したうえで設計することが重要です。

工場制御用途で注意したい通信品質の違い

有線LANとWi-Fiでは、通信品質に影響する要因が異なります。
Wi-Fiはケーブル敷設の制約を減らせる一方、電波を使用するため、設置環境や周辺の利用状況を踏まえた設計が必要です。

比較項目	有線LAN	無線LAN(Wi-Fi)
通信経路	機器間をケーブル(有線)で接続する	アクセスポイントとステーションの間を電波で接続する
周辺環境	電波環境の影響は受けないが、配線経路やケーブル長、周囲のノイズなどを考慮する必要がある	金属設備や壁、通信距離、ほかの無線機器などの影響を受ける
通信品質	適切に構築すれば、比較的安定した通信品質を確保しやすい	設備の配置や電波の混雑状況によって、通信品質が変動する場合がある
設計時のポイント	配線経路、ケーブル規格、通信距離、耐ノイズ性	周波数帯、チャネル、アクセスポイントとステーションの配置、カバーエリア、接続台数

工場内には、電波を反射・遮蔽する金属設備や壁が多く、複数の無線機器が使用される場合もあります。そのため、同じ機器を使用しても、設置場所や周辺環境によって通信品質が変わる可能性があります。
工場制御用途では、通信の遅延や一時的な切断が設備の動作に影響する可能性があります。無線LANを導入する際は、ネットワーク構成や機器配置、チャネル、接続台数などを事前に検討し、実際の設置環境で通信品質を確認することが重要です。

工場制御ネットワークでWi-Fi 6Eが注目される理由

Wi-Fi規格はこれまで通信速度や通信効率の向上にあわせて進化してきました。近年では、複数端末が接続する環境での通信効率向上に対応したWi-Fi 6（IEEE 802.11ax）が普及し、さらに6GHz帯を利用できる最新規格としてWi-Fi 6Eが注目されています。
Wi-Fi 6Eは、Wi-Fi 6（IEEE 802.11ax）の機能を6GHz帯でも利用できるように拡張した規格です。従来の2.4GHz帯・5GHz帯に加えて6GHz帯を利用できるため、利用環境に応じて周波数帯やチャネルを選択しやすくなります。
Wi-Fi規格の進化と、それぞれの位置づけは以下の通りです。

項目	Wi-Fi 4	Wi-Fi 5	Wi-Fi 6	Wi-Fi 6E
対応するIEEE規格	IEEE 802.11n	IEEE 802.11ac	IEEE 802.11ax	IEEE 802.11ax
利用できる周波数帯	2.4GHz帯・5GHz帯	5GHz帯	2.4GHz帯・5GHz帯	2.4GHz帯・5GHz帯・6GHz帯
主な位置づけ	2.4GHz帯と5GHz帯の両方に対応	5GHz帯を利用した高速通信に対応	複数端末が接続する環境での通信効率を向上	Wi-Fi 6の機能を6GHz帯へ拡張
普及時期	2009年～	2014年～	2019年～	2021年～

Wi-Fi 6Eは、Wi-Fi 6の最大通信速度をさらに高めた規格というより、利用できる周波数帯に6GHz帯を追加した拡張規格です。新たな周波数帯を選択できることで、既存の2.4GHz帯・5GHz帯に集中していた通信を分散しやすくなります。
ここからは、工場制御ネットワークでWi-Fi 6Eが注目される主な理由を解説します。

6GHz帯により電波干渉を抑えやすい

2.4GHz帯や5GHz帯は、従来から多くの無線LAN機器で使用されています。
同じ場所で複数のアクセスポイントや端末が同一または近接するチャネルを使用すると、通信の順番を待つ時間やデータの再送が増え、通信の遅延やスループット（実際に一定時間内に送受信できるデータ量）の低下につながる場合があります。
6GHz帯は、6GHz帯に対応する無線LAN機器が使用する周波数帯です。従来の2.4GHz帯・5GHz帯のみを使用する機器との競合を避けられるため、既存の無線ネットワークによる混雑や干渉の影響を抑えやすくなります。
また、利用できるチャネルの選択肢が増えるため、隣接するアクセスポイント同士でチャネルを分けやすい点も特長です。
工場内では、複数の無線LAN機器や生産設備が同時に稼働する場合があります。6GHz帯を選択肢に加えることで、既存の2.4GHz帯・5GHz帯と通信を分散し、混信を抑えたネットワークを設計しやすくなります。
また、利用できるチャネルの選択肢が増えるため、隣接するアクセスポイント同士でチャネルを分けやすい点も特長です。

複数端末の通信効率とデータ転送性能を高めやすい

工場内では、複数の機器が同じアクセスポイントへ接続する場合があります。接続台数や通信量が増えると、端末ごとの通信待ち時間が増え、遅延やスループットの低下につながることがあります。
Wi-Fi 6およびWi-Fi 6Eには、複数端末との通信を効率化する「OFDMA（オーエフディーエムエー）」や「MU-MIMO（マルチユーザー・マイモ）」が採用されています。
また、160MHz幅のワイドバンドや「1024QAM（カム）」は、一度に送受信できるデータ量を増やし、高速通信を支える技術です。

技術	仕組みと主な効果
OFDMA	通信帯域を細かく分割し、複数の端末へ効率よく割り当てる仕組み。端末数が多い環境での通信待ち時間を抑制する。
MU-MIMO	複数のアンテナを利用し、複数の端末と同時に通信する技術。端末を1台ずつ処理する場合と比べ、通信効率を向上させる。
ワイドバンド	160MHzなどの広いチャネル幅を使用し、一度に送受信できるデータ量を増やす仕組み。通信速度の向上を支援する。
1024QAM	1回の変調で伝送できる情報量を増やす方式。電波環境が良好な場合の高速通信を支援する。

これらの技術を組み合わせることで、複数の機器が接続される工場内でも、通信の待ち時間やスループットの低下を抑えやすくなります。
ただし、実際の通信性能は、アクセスポイントや端末の対応状況、接続台数、電波環境、チャネル設計などによって異なります。
各技術の性能だけで判断せず、利用環境に合わせてネットワークを設計することが重要です。

利用環境に応じた帯域の使い分けが必要

Wi-Fi 6Eでは、2.4GHz帯・5GHz帯・6GHz帯の利用が可能です。ただし、それぞれ電波の届きやすさや混雑のしやすさ、利用条件が異なるため、6GHz帯だけを使用すればよいわけではありません。利用場所、通信距離、遮蔽物、接続機器などに応じて、適切な周波数帯を選ぶ必要があります。
2.4GHz帯は、壁などの遮蔽物の影響を比較的受けにくく、電波が遠くまで届きやすい周波数帯です。これは、周波数が低い電波ほど障害物の周囲へ回り込みやすい（回折しやすい）特性を持つためです。一方、多くの無線機器で利用されているため、混雑や電波干渉の影響を受けやすい点には注意が必要です。

5GHz帯は、2.4GHz帯と比べて高速通信に向いており、混雑の影響も抑えやすい周波数帯です。ただし、遮蔽物によって電波が減衰しやすいため、アクセスポイントの配置やカバーエリアを考慮する必要があります。また、W53・W56のチャネルでは、レーダー波を検出した際にチャネルを切り替えるDFS（Dynamic Frequency Selection）が必要です。
6GHz帯は、従来の2.4GHz帯・5GHz帯のみを使用する機器との競合を避けやすく、利用できるチャネルも多いため、混雑や干渉の影響を抑えやすい点が特長です。一方、遮蔽物による減衰が大きくなりやすいため、通信距離や設置環境を踏まえた設計が求められます。

工場内で無線LANを安定運用する4つの設計ポイント

工場内の無線LANは、使用する機器だけでなく、設置環境やネットワーク設計によって通信品質が変わります。
Wi-Fi 6E対応製品を導入しても、設計が不十分な場合は通信品質を十分に確保できません。工場内の無線LANでは、電波特性や機器配置、チャネル設計、セキュリティを踏まえたネットワーク設計が重要です。

安定運用に向けて確認したいポイントは、以下の4つです。

1. 電波特性の理解
2. 混信を抑えるチャネル設計
3. AP・STの配置とカバーエリア設計
4. 無線LANのセキュリティ設定

1. 電波特性の理解

電波は、APからSTへ直接届く「直接波」のほか、壁や設備に反射する「反射波」、障害物を通過する「透過波」、障害物を回り込む「回折波」など、複数の経路を通って届きます。

工場内では金属設備や壁、搬送装置などが多いため、これらの電波が重なり合い、受信状態が変動する場合があります。このような複数の経路を通った電波が届く”マルチパス環境”では、電波の重なり方によって受信状態が変動し、通信品質が低下する場合があります。

特に工場内には金属設備や壁が多いため、APとSTの間の見通しをできるだけ確保し、実際の設置環境で通信品質を確認することが重要です。

2. 混信を抑えるチャネル設計

周辺のアクセスポイントや端末が同一または近接するチャネルを使用すると、通信待ちやデータの再送が増え、遅延やスループットの低下につながる場合があります。
無線LANには、ほかの機器が通信中かを確認してから送信する「キャリアセンス」という仕組みがあります。しかし、同じチャネルを使用する機器が多い場合は通信待ちが発生しやすくなり、通信効率が低下する可能性があります。
混信を抑えるには、隣接するAPのチャネルを分け、周辺環境に応じて2.4GHz帯・5GHz帯・6GHz帯を使い分けることが重要です。

3. AP・STの配置とカバーエリア設計

STは、APのカバーエリア内に配置する必要があります。特に工場内では、壁や金属設備によって電波が減衰するため、通信距離だけでなく設置環境も考慮する必要があります。APからの距離が遠い場合や、間に壁や金属設備がある場合は、通信速度や安定性が低下することがあります。
また、1台のAPに接続するSTが増えると、1台あたりのスループットが低下する可能性があります。必要な通信量と接続台数を踏まえ、APの台数や配置を検討することが重要です。
AGVなどの移動体を接続する場合は、移動中に通信先のAPを切り替えるローミングが発生するため、カバーエリアを適切に重ねて設計する必要があります。アンテナは金属部から適切な距離を確保し、製品の設置条件に従って配置します。

4. 無線LANのセキュリティ設定

Wi-Fiの電波は、工場の壁や設備の外側まで届く場合があります。セキュリティ設定が不十分な状態では、通信の傍受や不正接続のリスクが高まります。
購入時の初期設定のまま使用せず、機器が対応する認証・暗号化方式（WPA3、WPA2など）を適切に設定しましょう。管理用パスワードの変更や、不要な機能の無効化などもあわせて行うことが重要です。
工場制御ネットワークでは、通信品質だけでなく、セキュリティもネットワーク設計の一部として検討する必要があります。

用途別に見る工場内無線LANの活用例

工場内無線LANでは、用途によって重視すべき設計ポイントが異なります。ここでは、搬送装置、AGVなどの移動体、装置内配線、CC-Link IE TSN対応ネットワークへの活用例と、それぞれの注意点を紹介します。

搬送装置での無線LAN活用

搬送装置を無線化すると、可動部へのケーブル敷設を減らせるため、配線の負担軽減やレイアウト変更への対応につながります。
一方、装置の移動範囲や周辺設備によって通信状態が変わる場合があります。移動範囲をカバーできるようにAPを配置し、金属設備や壁によって電波が届きにくい場所がないか、導入前に確認することが重要です。

AGV・移動体での無線LAN活用

AGV（無人搬送車）などの移動体では、走行中も通信を維持する必要があります。そのため、単に走行エリアへ電波を届けるだけでなく、移動先のAPへ円滑に接続を切り替えるローミングも重要です。
走行経路に沿ってAPを配置し、カバーエリアを適度に重ねることで、通信が途切れにくい環境を構築します。実際の走行経路で通信状態や切り替え時間を確認することも必要です。

装置内配線の無線化

装置内の機器間通信を無線化すると、ケーブルの削減や配線の簡素化につながり、組み立てやメンテナンスの負担を軽減できます。

CC-Link IE TSN対応無線LANの活用

工場制御ネットワークを無線化する場合は、無線接続の可否だけでなく、通信内容や必要な応答性に適した機器を選ぶ必要があります。
例えば、監視データの収集と装置制御では、求められる通信性能が異なります。そのため、無線機器を選定する際は、用途に応じた通信品質や応答性を確認する必要があります。
前編で紹介したCC-Link IE TSNの推奨無線機器試験では、情報・監視用途の「カテゴリINFO」と、制御用途の「カテゴリCTRL」が設けられています。カテゴリCTRLは、要求される応答性に応じて、一般的な制御用途向けの「クラスA」と、より高いリアルタイム性が求められる用途向けの「クラスB」に分類されています。
認証カテゴリやクラスは、用途に適した製品を選ぶための判断材料になります。ただし、認証の取得だけで実際の通信品質が保証されるわけではありません。設置環境や通信条件も踏まえ、導入前に通信品質を確認することが重要です。

コンテックの無線LAN対応製品で安定運用を支援

コンテックのFLEXLAN^®シリーズは、工場や設備向けに設計された産業用無線LAN製品です。ローミング、メッシュWi-Fiネットワーク、独自暗号化技術、集中管理機能などを備え、前章で解説したさまざまな設計課題への対応を支援します。ここでは、工場内無線LANの安定運用に役立つ主な機能と、その特長を紹介します。

コンテックのWi-Fi製品の特長

コンテックのFLEXLAN^® FXシリーズは、「切れない無線LANの追求」をコンセプトに、工場や設備内での安定運用を支援する機能を備えています。主な特長は、以下の通りです。

ローミングの最適化
AGVなどの移動体でも通信を維持しやすくするため、ローミング閾値を設定し、移動先のAPへ切り替えるタイミングを調整できます。また、優先APを設定することで、固定端末で発生する不要なローミングを抑えられます。

独自暗号化技術「WSL」
WPA3やWPA2などの標準的な暗号化方式と併用できる、コンテック独自の暗号化技術です。無線LANのセキュリティ強化に役立ちます。

集中管理ソフトウェア「FLEX HELPER」
対応機器の稼働状態や接続状況を一元的に確認できます。機器設定やファームウェアの一括更新にも対応し、管理・保守の負担を軽減します。

産業機器へ導入しやすい設計
製品に応じてワイド入力電源や各種設置方法に対応しており、設備への組み込みや既存設備への後付けにも利用しやすい設計です。また、ハードウェアとソフトウェアを自社開発しており、トラブル解析にも対応しやすい体制を整えています。

コンテックのWi-Fi 6E製品の特長

コンテックでは、FXE5000、FXA5000シリーズ、FXS5021などのWi-Fi 6E対応製品を展開しています。従来の2.4GHz帯・5GHz帯に加えて6GHz帯を利用できるため、周辺の電波環境に応じて周波数帯やチャネルを選択しやすくなります。
対応製品では、2つの無線接続を利用する「スマートローミング（二重化）」や、複数のAPで通信経路を構成する「メッシュWi-Fiネットワーク」も利用できます。
スマートローミングでは、一方の無線接続が途切れた場合も、もう一方の接続を利用して通信の継続を支援します。メッシュWi-Fiネットワークでは、通信経路に障害が発生した際に、別の経路へ切り替えられます。
なお、利用できる機能や動作モードは製品によって異なるため、選定時には各製品の仕様を確認する必要があります。

コンテックのWi-Fi製品ラインアップ

コンテックでは、機器への組み込み、APの設置、既存有線LAN機器の無線化など、用途に応じた製品をラインアップしています。
代表的な製品を、対応周波数帯、電源入力、取り付け・実装方法で比較すると、以下の通りです。

製品	対応周波数帯	電源入力	取り付け・実装方法
FLEXLAN® FXE5000 (組み込み無線LANボード)	2.4GHz帯 5GHz帯 6GHz帯	5～30VDC	機器への組み込み
FLEXLAN® FXA5000シリーズ (無線LANアクセスポイント)	2.4GHz帯 5GHz帯 6GHz帯	5～30VDC／PoE	マグネット、タッピングネジ、別売りの取り付けブラケット
FLEXLAN® FXS5021 (デジタルI/O付き無線LANコンバータ)	2.4GHz帯 5GHz帯 6GHz帯	5～30VDC／PoE	DINレール、別売りの取り付けブラケットによる壁面・天井設置
FLEXLAN® ECシリーズ ECE1000／ECE1020 (組み込み無線LANボード)	2.4GHz帯 5GHz帯	6～60VDC	機器への組み込み
FLEXLAN® ECシリーズ ECS1020 (無線LANステーション)	2.4GHz帯 5GHz帯	6～60VDC	同梱のDINレール固定金具

まとめ

工場制御ネットワークの無線化により、配線工事の負担を軽減できるほか、設備のレイアウト変更やAGVなどの移動体にも対応しやすくなります。
一方、無線LANの通信品質は、周波数帯やチャネル、AP・STの配置、障害物、周辺の電波環境などによって変化します。安定運用を実現するには、電波特性や混信対策、カバーエリア、セキュリティを踏まえ、利用環境に合わせてネットワークを設計することが重要です。
また、制御用途で無線LANを活用する場合は、CC-Link IE TSNの推奨無線機器試験における認証カテゴリやクラスも確認し、必要な応答性や通信内容に適した製品を選定します。認証や製品仕様だけで判断せず、実際の設置環境で通信品質を確認することが、安定運用につながります。

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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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