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三菱電線工業時報
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第 105号 2008年 10月
情報通信
1 まえがき
産業分野ではこれまで，個々の要求に応じた専用のネットワークを用いることが一般的であった。しかし，各機器・デバイスのネットワーク化が急速に進む中で，イーサネットを適用する動きが高まっている。イーサネットは 1973年にゼロックスによって開発されて以降，LAN規格として最も汎用的なものになっており，技術進歩の速さ，相対機能での低コスト化，サポートベンダ数など他の規格の追随を許さないものになっている。一方で，イーサネットは汎用的であるがゆえに，大量消費されるオフィス用，家庭用を中心に機器仕様が設定されている場合が多く，産業用には不向きであった。そこで当社では，1983年に他社に先駆けて国産初の 10BASE-5用トランシーバを市場に提供して以来，今日まで継続してイーサネット機器を市場へ提供することで蓄積した設計・製造技術を駆使し，産業用として使用できる高信頼性イーサネット機器の製造・販売を行っている。
本報では，その機器仕様と当該機器を使用したネットワーク構築例を紹介する。
2 製品コンセプト
2 .1 高信頼性設計産業用分野に適用するイーサネット機器を設計するにあたって，ユーザから求められる信頼性を考慮すると，安価な汎用品に適用されている部品をそのまま採用することはできない。しかし，全ての部品を産業専用とすると，大幅なコストアップにつながり，実用的な製品とはならない。従って，適用可能な箇所に汎用部品を採用しコストとのバランスを考慮しつつ，要求される信頼性を達成することが必要で，これには長年，同市場で培われた設計技術と評価技術が必要である。当社では，特に機器寿命に大きく影響を及ぼす熱対策を重要視しており，この対応として主にヒートシンクを使用した独自の熱設計を行っている。これにより，有寿命部品である冷却ファンを使用しない構造で，市場の要
産業用高信頼性イーサネット機器－主要機器の仕様とネットワーク構築例－Industrial High Reliability Ethernet Equipment - Specification of the Main Equipment and Example of a Network Construction -
ケーブル事業部システムエンジニアリング部
ケーブル事業部ネットワーク機器技術部
三原 慎一郎 藤澤 康行■ S. Mihara ■ Y. Fujisawa
近年，インターネットの普及とともに，オフィス，家庭などで使用するネットワークの主要ソリューションとして急速に発展を遂げてきたイーサネットを，ネットワーク化が進む産業用分野へ適用する動きが活発になっている。しかし，一般的にイーサネットは機器仕様がオフィス，家庭などへの適用を中心に考慮されたものになっている場合が多く，産業用用途としては適さない場合が多い。そこで当社では，1983年に他社に先駆けて国産初の10BASE-5用トランシーバを市場に提供して以来，継続して自社製イーサネット機器を商品化することで蓄積した技術を生かし，イーサネットのさまざまなメリットを生かしながら産業用途に適用できる，産業用高信頼性イーサネット機器の提供を行っている。本報ではその機器仕様と，当該機器を使用したネットワーク構築例を紹介する。〔キーワード〕イーサネット，産業用，信頼性，長期安定供給，耐環境性，光ファイバ，トレーサビリティ，障害解析
In recent years, with the spread of the Internet, a movement to apply Ethernet has advanced rapidly, from the main solution for office and
home network, to network construction for industrial systems. However, the specification of Ethernet equipment is unsuitable for networks
of industrial systems because it has generally been a solution for mainly office and home networks. In 1983 , prior to other companies, we
introduced the first domestic transceiver for 10 BASE-5 to the market. Since then, taking advantage of technologies accumulated through
commercializing, we have supplied industrial high-reliability Ethernet equipment by fully utilizing the merits of the Ethernet. In this report,
specification of the industrial highly reliable Ethernet equipment and examples of network constructions are introduced.
〔Key words〕 Ethernet, Industrial Use, Reliability, Long-term Stable Supply, Environment, Optical Fiber, Traceability, Trouble Analysis
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産業用高信頼性イーサネット機器 －主要機器の仕様とネットワーク構築例－
求の高い 50℃以上の高温下で使用できる機器の提供が可能となっている。また，その効果によりある程度汎用的な部品を適用することが可能となり，その結果，市場に受け入れられる価格帯の機器が提供可能となっている。図 1にヒートシンクの実装された基板の一例を示す。
2 .2 長期安定供給イーサネットは急速なネットワーク技術の進歩に追従し，毎年のように新しい規格，技術が登場している。一般的なイーサネット機器では，これらを取り入れるために毎年のようにモデルチェンジを繰り返しているため，一つの機種の市場供給期間が短く，5年程度で販売中止になる場合がほとんどである。一方，ネットワークの停止が致命的なシステムダウンにつながりかねない産業用ネットワークでは，メリットも大きいが動作不安定などの不安要素がある新しい規格，技術の導入よりも，安定した稼働が最優先される場合が多い。さらに鉄道，発電所などの重要施設のシステムでは，ネットワーク機器に対し 10年以上の製品供給を要求するものもあり，一般的なイーサネット機器では対応できない。当社では，この要求に応えるべく，同等の機種を長期に渡り安定して市場に供給すること必須事項としている。表 1に当社の主要イーサネット機器のリリース時期と供給期間を示す。いずれの機器も 5年以上継続して販売を行っており，現時点での販売終了の予定は無い。
2 .3 障害対応機器障害発生時の対応が，代替え機器への交換のみの場合が大部分である安価なイーサネット機器に対して，当社の産業用高信頼性イーサネット機器は，障害の再発防止をサポートするための故障解析を行うサービスを
図 1 ヒートシンクの実装された基板Heat sink mounted substrate
図 1 ヒートシンクの実装された基板Heat sink mounted substrate
表 1 主要機器のリリース時期と供給期間Released time and supplying period of the main equipment
機種 型名 リリース 販売終了 供給期間10 ABSE-5トランシーバ ET10081 1985年 予定無し 23年ノンインテリジェント型 L2SW ST12904 1998年 予定無し 10年インテリジェント型 L2SW ST12500 2003年 予定無し 5年インテリジェント型 L2SW ST12524 2001年 予定無し 7年
表 1 主要機器のリリース時期と供給期間Released time and supplying period of the main equipment
機種 型名 リリース 販売終了 供給期間10 ABSE-5トランシーバ ET10081 1985年 予定無し 23年ノンインテリジェント型 L2SW ST12904 1998年 予定無し 10年インテリジェント型 L2SW ST12500 2003年 予定無し 5年インテリジェント型 L2SW ST12524 2001年 予定無し 7年
付加している。また，機器個別の工程管理，納入仕様書・試験成績書の発行などのトレーサビリティを充実させ，産業用分野でのユーザのニーズに対応している。
2 .4 多様なユーザニーズへの対応ネットワーク機器へのユーザニーズは使用する環境に応じて多彩であるが，特に同軸，AUI，UTP，光ファイバなどの種々の通信メディアに対応する要望が高い。当社の産業用高信頼性イーサネット機器では，各種メディアに対応できるものとしており，特に光ファイバに関してはシングルモード，マルチモード，一心双方向などの光メディアを内蔵できる品揃えとなっている。また，設置場所のスペースファクタを考慮し，全ての機種で電源部を内蔵した形状となっている。表 2に当社の主要機器の内蔵できる光ポート仕様を示す。
3 製品仕様
当社の製品コンセプトを網羅した産業用高信頼性イーサネット機器の特長，仕様を以下に示す。
3 .1 インテリジェント型 L2SW
レイヤー 2（L2）のスイッチングハブで，基本的な通信機能に加え，VLAN機能，管理機能などのインテリジェント機能を備えた製品となっている。さらに，産業用では特にニーズの高い，ループトポロジにおいて冗長機能を 1秒以内の高速で行う高速回路切換機能（HSS），ウオッチドッグタイマ（WDT）を使用し機器自身のフリーズを監視・解消する装置自己監視機能，IGMPのQuery機能などを装備している。図 2，表 3にインテリジェント型 L2SWのST12500，ST12524の外観および，機器仕様をそれぞれ示す。
表 2 主要機器の内蔵できる光ポート仕様Optical port specification of the main equipment
装置名 光ポート （ ）内はメディア 距離は参考値100 M 2心 100 M 1心 1 G 2心 1 G 1心
ST12500
ST12524
2 km（MM）20 km（SM）40 km（SM）
20 km（SM）40 km（SM）
0 .5 km（MM）10 km（SM）40 km（SM）70 km（SM）
20 km（SM）40 km（SM）60 km（SM）
ST12902
ST12904
ST12908
2 km（MM）20 km（SM）40 km（SM）
20 km（SM）40 km（SM）
― ―
表 2 主要機器の内蔵できる光ポート仕様Optical port specification of the main equipment
装置名 光ポート （ ）内はメディア 距離は参考値100 M 2心 100 M 1心 1 G 2心 1 G 1心
ST12500
ST12524
2 km（MM）20 km（SM）40 km（SM）
20 km（SM）40 km（SM）
0 .5 km（MM）10 km（SM）40 km（SM）70 km（SM）
20 km（SM）40 km（SM）60 km（SM）
ST12902
ST12904
ST12908
2 km（MM）20 km（SM）40 km（SM）
20 km（SM）40 km（SM）
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三菱電線工業時報
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第 105号 2008年 10月
3 .2 ノンインテリジェント L2SW
レイヤー 2（L2）のスイッチングハブで，基本的な通信機能のみを搭載した機器となっている。機器単体で使用できる BOX型とユーザの機器に直接組み込むことが可能な基板型の 2種類を製品化している。また，基板タイプはユーザニーズによる受託開発も行っている。
3 .2 .1 BOX型図 3，表 4に BOX型である ST12902，ST12904および，ST12908の外観および機器仕様をそれぞれ示す。
ST12500
ST12524
図 2 ST12500，ST12524外観ST12500 , ST12524
ST12500
ST12524
図 2 ST12500，ST12524外観ST12500 , ST12524
表 3 ST12500，ST12524機器仕様Equipment specification of ST12500 , ST12524
装置名 ST12500 ST12524
ポート構成メタル（100 M）：8 P
光（100 M or 1 G）：2 P
メタル（100 M）：24 P
光（100 M or 1 G）：2 P
形状，重量300× 41× 250 mm
2 .5 kg
440× 41× 249 mm
3 .0 kg動作温度 － 10～ 55℃（コールドスタート）
機能VLAN（ポートベース，IEEE802 .1 Q），管理機能，IGMP
スヌーピング スパニングツリー（STA），高速経路切換機能（HSS），装置自己監視機能（WDT），ファンレス構造
オプション 基板防湿コーティング，故障解析消費電力 30 W 35 W
表 3 ST12500，ST12524機器仕様Equipment specification of ST12500 , ST12524
装置名 ST12500 ST12524
ポート構成メタル（100 M）：8 P
光（100 M or 1 G）：2 P
メタル（100 M）：24 P
光（100 M or 1 G）：2 P
形状，重量300× 41× 250 mm
2 .5 kg
440× 41× 249 mm
3 .0 kg動作温度 － 10～ 55℃（コールドスタート）
機能VLAN（ポートベース，IEEE802 .1 Q），管理機能，IGMP
スヌーピング スパニングツリー（STA），高速経路切換機能（HSS），装置自己監視機能（WDT），ファンレス構造
オプション 基板防湿コーティング，故障解析消費電力 30 W 35 W
ST12902 ST12904
ST12908
図 3 ST12902，ST12904，ST12908外観 ST12902 , ST12904 , ST12908
ST12902 ST12904
ST12908
図 3 ST12902，ST12904，ST12908外観 ST12902 , ST12904 , ST12908
3 .2 .2 基板型図 4および表 5に基板型の一例である DN1280Bの外観および，機器仕様をそれぞれ示す。
3 .3 10BASE-5関連製品産業用システムでは，現在でも同軸ケーブルを使用した 10BASE-5のネットワークが多数現存している。しかし，当該関連製品のほとんどが市場から姿を消しており，ユーザが入手するのが困難な状況となっているのが現状である。当社では，このニーズに対応し，10BASE-5に適合した関連製品の継続提供を行っている。図 5，表 6
に 10BASE-5関連製品である ET10081，ET10618の外観および，機器仕様をそれぞれ示す。
表 4 ST12902，ST12904，ST12908機器仕様Equipment specification of ST12902 , ST12904 , ST12908
装置名 ST12902 ST12904 ST12908
ポート構成メタル（100 M）：1 P
光（100 M）：1 P
メタル（100 M）：2～ 4 P
光（100 M）：0～ 2 P
メタル（100 M）：6～ 8 P
光（100 M）：0～ 2 P
形状，重量180× 30× 150 mm
1 .0 kg
180× 30× 150 mm
1 .0 kg
280× 40× 180 mm
1 .7 kg動作温度 0～ 60℃ － 10～ 65℃機能 基本 L2スイッチング機能，ファンレス構造
オプション 基板防湿コーティング，故障解析消費電力 5 W 7 W 10 W
表 4 ST12902，ST12904，ST12908機器仕様Equipment specification of ST12902 , ST12904 , ST12908
装置名 ST12902 ST12904 ST12908
ポート構成メタル（100 M）：1 P
光（100 M）：1 P
メタル（100 M）：2～ 4 P
光（100 M）：0～ 2 P
メタル（100 M）：6～ 8 P
光（100 M）：0～ 2 P
形状，重量180× 30× 150 mm
1 .0 kg
180× 30× 150 mm
1 .0 kg
280× 40× 180 mm
1 .7 kg動作温度 0～ 60℃ － 10～ 65℃機能 基本 L2スイッチング機能，ファンレス構造
オプション 基板防湿コーティング，故障解析消費電力 5 W 7 W 10 W
図 4 DN1280B外観DN1280B
図 4 DN1280B外観DN1280B
表 5 DN1280B機器仕様Equipment specification of DN1280B
装置名ポート構成
動作温度（℃）装置寸法
W×H× D（mm）光 メタル
DN1280B0 4
－ 10～ 60℃ 140× 17× 1181 12 2
表 5 DN1280B機器仕様Equipment specification of DN1280B
装置名ポート構成
動作温度（℃）装置寸法
W×H× D（mm）光 メタル
DN1280B0 4
－ 10～ 60℃ 140× 17× 1181 12 2
ET10081 ET10618
図 5 ET10081，ET10618外観 ET10081 , 10618
ET10081 ET10618
図 5 ET10081，ET10618外観 ET10081 , 10618
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産業用高信頼性イーサネット機器 －主要機器の仕様とネットワーク構築例－
4 ネットワーク構築例
産業用システムのネットワークにイーサネット機器を適用する場合，これまで一般的なネットワークに求められてきたものとは異なる要件が含まれている場合が多い。当社では産業用高信頼性イーサネット機器の提供とともに，その機器の特性を把握したネットワーク設計技術を用いて，ユーザのネットワーク構築のサポートを行っている。以下にネットワークの構築例を示す。
4 .1 CCTVカメラ監視ネットワーク4 .1 .1 ネットワーク概要図 6にネットワーク系統図を示す。他社製 L3SWと
L2SWでループトポロジネットワークを構成し，CCTVカメラからの映像データはマルチキャストで常時伝送される。
4 .1 .2 導入条件L2SWは屋外に設置される CCTVカメラの機側盤内に設置されるため，動作温度条件が－ 10℃以下 50℃以上で動作することに加え，低温側では停電からの自動復帰のためのコールドスタートが可能であることが条件となっている。また，他社製 L3SWとの組み合わせで，障害発生時に高速にループトポロジを切り換える高速経路切換機能が必要となる。さらに，事務所側に障害が発生しても機側盤内に設置された IGMP機能により制御される自動録画装置が動作できるよう，マルチキャストルータ（L3SW）が不在でも Query機能が動作可能であることが必要となっている。
表 6 ET10081，ET10618機器仕様Equipment specification of ET10081 , ET10618
装置名ポート構成 動作温度
（℃）装置寸法
W×H× D（mm）10BASE-5 AUI 10BASE-T
ET10081 1 1 － 0～ 50 105× 73× 32ET10618 － 1 8 0～ 40 220× 39× 117
表 6 ET10081，ET10618機器仕様Equipment specification of ET10081 , ET10618
装置名ポート構成 動作温度
（℃）装置寸法
W×H× D（mm）10BASE-5 AUI 10BASE-T
ET10081 1 1 － 0～ 50 105× 73× 32ET10618 － 1 8 0～ 40 220× 39× 117
事務所
CCTV監視装置
インテリジェントL2SW
インテリジェントL2SW インテリジェント
L2SW
インテリジェントL2SWインテリジェント
L2SW
インテリジェントL2SW
他社L3SWインテリジェント
L2SW
CCTVカメラ
MPEG2エンコーダ
CCTVカメラ
MPEG2エンコーダ
CCTVカメラ
MPEG2エンコーダ
CCTVカメラ
MPEG2エンコーダ
CCTVカメラ
MPEG2エンコーダ
CCTVカメラ
MPEG2エンコーダCCTVカメラ
MPEG2エンコーダ
ST12524
光ケーブル（ループ型トポロジ）
図 6 CCTVカメラ監視ネットワーク系統図 Example of a network construction of a CCTV network
事務所
CCTV監視装置
インテリジェントL2SW
インテリジェントL2SW インテリジェント
L2SW
インテリジェントL2SWインテリジェント
L2SW
インテリジェントL2SW
他社L3SWインテリジェント
L2SW
CCTVカメラ
MPEG2エンコーダ
CCTVカメラ
MPEG2エンコーダ
CCTVカメラ
MPEG2エンコーダ
CCTVカメラ
MPEG2エンコーダ
CCTVカメラ
MPEG2エンコーダ
CCTVカメラ
MPEG2エンコーダCCTVカメラ
MPEG2エンコーダ
ST12524
光ケーブル（ループ型トポロジ）
図 6 CCTVカメラ監視ネットワーク系統図 Example of a network construction of a CCTV network
4 .2 消融雪設備監視ネットワーク4 .2 .1 ネットワーク概要図 7にネットワーク系統図を示す。インテリジェント
L2SWより基板型 L2SWを内蔵した他社製 IP光伝送装置が，バス型に配置されたネットワークとなっている。データは消融雪設備監視用のユニキャストデータが伝送されている。また，装置の電源は季節によりON/OFFされる。
4 .2 .2 導入条件屋外に設置される IP光伝送装置に内蔵されるため，動作温度条件が－ 10℃以下 60℃以上で動作し，客先製作の装置内に容易に組み込みが，可能な機器であることが必要である。
4 .3 重要設備監視ネットワーク4 .3 .1 ネットワーク概要図 8にネットワーク系統図を示す。他社 L3SWを 2重化構成とし，そこからスター型に L2SWが配置されるネットワーク構成となっている。データは PLC用のブロードキャストデータと映像用のマルチキャストデータが同時に伝送される。
消融雪監視装置
事務所
基板型L2SW
消雪装置
IP光伝送装置
基板型L2SW 基板型L2SW
・・・基板型L2SW
IP光伝送装置 IP光伝送装置 IP光伝送装置
消雪装置 消雪装置 消雪装置
インテリジェントL2SW
光ケーブル（バス型トポロジ）
DN1280B
ST12524
図 7 消融雪設備監視ネットワーク系統図 Example of a network construction of a Snow Melting network
消融雪監視装置
事務所
基板型L2SW
消雪装置
IP光伝送装置
基板型L2SW 基板型L2SW
・・・基板型L2SW
IP光伝送装置 IP光伝送装置 IP光伝送装置
消雪装置 消雪装置 消雪装置
インテリジェントL2SW
光ケーブル（バス型トポロジ）
DN1280B
ST12524
図 7 消融雪設備監視ネットワーク系統図 Example of a network construction of a Snow Melting network
ゲート
出入り管理用PLC
ゲート
出入り管理用PLC
ゲート
出入り管理用PLC・・・・・・・・・・・・・
L3SWの2重化（冗長化）
他社L3SW 他社L3SW
インテリジェントL2SW
インテリジェントL2SW
インテリジェントL2SW
ST12500
監視制御装置
光ケーブル（ツリー型トポロジ）
映像系ネットワーク
事務所
図 8 重要施設入退室監視ネットワーク系統図 Example of a network construction of a Gate monitoring network
ゲート
出入り管理用PLC
ゲート
出入り管理用PLC
ゲート
出入り管理用PLC・・・・・・・・・・・・・
L3SWの2重化（冗長化）
他社L3SW 他社L3SW
インテリジェントL2SW
インテリジェントL2SW
インテリジェントL2SW
ST12500
監視制御装置
光ケーブル（ツリー型トポロジ）
映像系ネットワーク
事務所
図 8 重要施設入退室監視ネットワーク系統図 Example of a network construction of a Gate monitoring network
三菱電線工業時報
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第 105号 2008年 10月
4 .3 .2 導入条件L2SWは屋外ゲートに設置されるため，動作温度条件が－ 10℃以下 50℃以上で動作し，操作用 PLCのブロードキャストデータ及び映像系のマルチキャストデータを同時にハンドリングできることが必要である。また，メンテナンスをできる限りすくなくするためにファンレス構造であることが必要である。
4 .4 鉄道運行関連ネットワーク4 .4 .1 ネットワーク概要図 9にネットワーク系統図を示す。ノンインテリジェント L2SWのみを使用し，バス型のネットワーク構成になっている。鉄道関連のネットワークであるため，高信頼性はもちろん，他の鉄道関連ネットワークでの使用実績が必要である。
4 .4 .2 導入条件鉄道関連のネットワークへの採用実績が最も重要である。さらに，駅，路線内に設置されるため，動作温度条件が 0℃以下 60℃以上で動作し，粉塵対策としてファンレス構造，防湿コーティングが可能であることが必要である。また，装置に要求される寿命が 10年以上であるため，同等機種が継続して提供できることが必要である。
5 む す び
ネットワーク化が進む産業用システムへのソリューションとして最も期待される産業用イーサネットについて，当社の産業用高信頼性イーサネット機器およびネットワーク構築について紹介した。当社では，今後はさらに進化が期待されるイーサネットの特長を生かした産業用機器を開発・提供していく予定である。
事務所
・
・
・
・
・
・
駅、路線等
駅、路線等
駅、路線等
運行関連装置
ST12904
ノンインテリジェントL2SW
鉄道管理装置
ノンインテリジェントL2SW
運行関連装置 ノンインテリジェントL2SW
運行関連装置 ノンインテリジェントL2SW
ネットワーク（L2SW）の2重化
光ケーブル（バス型トポロジ）
図 9 鉄道運行関連ネットワーク系統図 Example of a network construction of a transportation operation network
事務所
・
・
・
・
・
・
駅、路線等
駅、路線等
駅、路線等
運行関連装置
ST12904
ノンインテリジェントL2SW
鉄道管理装置
ノンインテリジェントL2SW
運行関連装置 ノンインテリジェントL2SW
運行関連装置 ノンインテリジェントL2SW
ネットワーク（L2SW）の2重化
光ケーブル（バス型トポロジ）
図 9 鉄道運行関連ネットワーク系統図 Example of a network construction of a transportation operation network
