EtherCAT通信シミュレーションツール|EC-Simulatorとは
＜目次＞
1. 新製品EC-Simulatorとは
2. 使用例とSimulation方法
3. まとめ
EC-SimulatorはEtherCAT®のスレーブデバイスをシミュレーションすることでEtherCATネットワークを仮想化し、スレーブハードウェアが存在しなくてもEtherCATマスタアプリケーションを実行することが可能です。
EtherCATシミュレーションは物理ネットワークアダプター上もしくは、仮想的にも提供されます。例として、完全にセットアップされたマシンのセットアップを実現することができます。シミュレーション実証の構成は実ネットワークのENIファイルを使用し、スムーズに行うことができます。プロセスデータへの反応、SDO、スレーブスタックの相互作用などはC/C++または.NETを使用してプログラムすることができ、EtherCATデータをISG Virtuos®のような他のエンジニアリングツール、テストツール、仮想化ツールへ接続することができます。
【使用事例】
●Digital Twinによる仮想試運転
ー既存のハードウェアが存在せずとも、エンジニアリングの初期段階でアプリケーションのテストと最適化を行うことができます。
ー危険や損害をもたらすエラーシナリオをテストします。
●EtherCAT制御システムの機能テスト
ー拡張シナリオのテスト（トポロジ―変更のシミュレーションなど）
ースレーブのエラーシミュレーション
ー巨大なネットワークのシミュレーション
●ソフトウェア開発と教育
【シミュレーション方法】
シミュレーションを行う際の方法は、以下の2種類です。
●HiLS（Hardware-in-the-Loop-Simulation）
テスト対象システム（SUT）はEtherCATケーブルを介して、外部ハードウェアであるHiLシステム上で動作するEC-Simulatorソフトウェアと通信します。このセットアップでは、標準のネットワークインタフェースを使用することで変更されていないアプリケーションとEtherCATマスタをテストすることができます。
HiLSはモデル開発ベースと呼ばれるソフトウェアのデバック手法の一つです。通常コントローラのデバックを行う際は実際に接続される制御対象機器（プラントモデル）が必要となります。しかし、HiLSでは実機を模擬した仮想環境でどのような反応・動作をするか確認することが可能になります。
【HiLSのメリット】
・制御対象を必要せず仮想シミュレーションが可能になることで、工数の削減に繋がる
・リスクを伴うシステム構成を仮想環境で知ることができる
・不具合が生じる環境を把握し、再現テスト&修正を行うことが出来る
このようなメリットから、自動車産業をはじめ、蓄電システム、航空、船舶、鉄道など幅広い分野での利用が進んでいます。
●ソフトウェアアーキテクチャ
EC-Simulatorソフトウェアは、acontisリアルタイム・イーサネット・ドライバを活用することで、LinuxやWindowsなど様々なOS上で直ぐに実行できます。
EC-Simulatorは、ソフトウェアPLC（LogicLab、logi.cals）やISG Virtuosなどの専門的なソフトウェアに統合するためのC言語を提供します。
●SiLS（Software-in-the-Loop-Simulation）
EtherCATネットワークはテスト対象システム（SUT）上で動作するソフトウェアによってシミュレーションされます。EC-Master（EtherCATマスタ）は、イーサネットコントローラと通信する代わりに、
シミュレーションソフトウェアと直接EtherCATフレームを交換します。
SiLSは、制御装置と制御対象などのシステム全体すべてをソフトウェアでシミュレーションすることで、ソフトウェア環境のみで制御開発が可能となるシミュレーター環境です。
大規模で複雑なシステムの制御アルゴリズム開発とテストが行えるシミュレーション方法です。
【SiLSのメリット】
・例としてECUなどの実機を用意すること無くシミュレーション可能で、開発工数削減できます
・ソフトウェア環境のみを準備すれば良いため、コストパフォーマンスに優れています
・実機を用いた開発用システムを複数準備するのは難しい場合でも、容易に実験環境を用意することが可能です
●ソフトウェアアーキテクチャ
1. 新製品EC-Simulatorとは
2. 使用例とSimulation方法
3. まとめ
EC-SimulatorはEtherCAT®のスレーブデバイスをシミュレーションすることでEtherCATネットワークを仮想化し、スレーブハードウェアが存在しなくてもEtherCATマスタアプリケーションを実行することが可能です。
EtherCATシミュレーションは物理ネットワークアダプター上もしくは、仮想的にも提供されます。例として、完全にセットアップされたマシンのセットアップを実現することができます。シミュレーション実証の構成は実ネットワークのENIファイルを使用し、スムーズに行うことができます。プロセスデータへの反応、SDO、スレーブスタックの相互作用などはC/C++または.NETを使用してプログラムすることができ、EtherCATデータをISG Virtuos®のような他のエンジニアリングツール、テストツール、仮想化ツールへ接続することができます。
【使用事例】
●Digital Twinによる仮想試運転
ー既存のハードウェアが存在せずとも、エンジニアリングの初期段階でアプリケーションのテストと最適化を行うことができます。
ー危険や損害をもたらすエラーシナリオをテストします。
●EtherCAT制御システムの機能テスト
ー拡張シナリオのテスト（トポロジ―変更のシミュレーションなど）
ースレーブのエラーシミュレーション
ー巨大なネットワークのシミュレーション
●ソフトウェア開発と教育
【シミュレーション方法】
シミュレーションを行う際の方法は、以下の2種類です。
●HiLS（Hardware-in-the-Loop-Simulation）
テスト対象システム（SUT）はEtherCATケーブルを介して、外部ハードウェアであるHiLシステム上で動作するEC-Simulatorソフトウェアと通信します。このセットアップでは、標準のネットワークインタフェースを使用することで変更されていないアプリケーションとEtherCATマスタをテストすることができます。
HiLSはモデル開発ベースと呼ばれるソフトウェアのデバック手法の一つです。通常コントローラのデバックを行う際は実際に接続される制御対象機器（プラントモデル）が必要となります。しかし、HiLSでは実機を模擬した仮想環境でどのような反応・動作をするか確認することが可能になります。
【HiLSのメリット】
・制御対象を必要せず仮想シミュレーションが可能になることで、工数の削減に繋がる
・リスクを伴うシステム構成を仮想環境で知ることができる
・不具合が生じる環境を把握し、再現テスト&修正を行うことが出来る
このようなメリットから、自動車産業をはじめ、蓄電システム、航空、船舶、鉄道など幅広い分野での利用が進んでいます。
●ソフトウェアアーキテクチャ
EC-Simulatorソフトウェアは、acontisリアルタイム・イーサネット・ドライバを活用することで、LinuxやWindowsなど様々なOS上で直ぐに実行できます。
EC-Simulatorは、ソフトウェアPLC（LogicLab、logi.cals）やISG Virtuosなどの専門的なソフトウェアに統合するためのC言語を提供します。
●SiLS（Software-in-the-Loop-Simulation）
EtherCATネットワークはテスト対象システム（SUT）上で動作するソフトウェアによってシミュレーションされます。EC-Master（EtherCATマスタ）は、イーサネットコントローラと通信する代わりに、
シミュレーションソフトウェアと直接EtherCATフレームを交換します。
SiLSは、制御装置と制御対象などのシステム全体すべてをソフトウェアでシミュレーションすることで、ソフトウェア環境のみで制御開発が可能となるシミュレーター環境です。
大規模で複雑なシステムの制御アルゴリズム開発とテストが行えるシミュレーション方法です。
【SiLSのメリット】
・例としてECUなどの実機を用意すること無くシミュレーション可能で、開発工数削減できます
・ソフトウェア環境のみを準備すれば良いため、コストパフォーマンスに優れています
・実機を用いた開発用システムを複数準備するのは難しい場合でも、容易に実験環境を用意することが可能です
●ソフトウェアアーキテクチャ
3. まとめ
EC-Simulatorはスレーブハードウェアが存在しなくとも、仮想的にネットワーク検証を行うことが可能となります。
実際に機器を用意することなく仮想シミュレーションを行うことで、開発工数・費用削減に繋がります。
無償での評価版も近日リリース予定ですので、ご興味ありましたらお気軽にお問合せ下さい！
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