フィールドバスは、工場やプラントの自動化を支える重要な通信技術です。機械やセンサー、制御装置をつなぎ、効率的な生産ラインの運用を可能にします。本記事では、フィールドバスの基本概念、主なプロトコルの特徴、技術的な仕組み、産業用イーサネットとの違い、そして導入のメリットと課題について詳しく解説します。

フィールドバスのコンサルティングを受けて、
・省力化、省人化してコストダウンしたい
・生産性アップして売上を上げたい
・人的ミスを減らして品質価値を高めたい
・どのメーカーの自動化設備を使えば効率的かわからない
という場合は、お気軽に株式会社FAプロダクツまでお問い合わせください。
関東最大級のロボットSIerとして、最適化のご提案をさせていただきます。

１．フィールドバスとは

ここでは、フィールドバスの概要や役割、PLC、センサ、アクチュエータとの関係等を解説します。

（1）フィールドバスとは

フィールドバスとは、工場やプラントなどの産業現場で使用される通信ネットワークの一種です。機械やセンサー、制御装置同士が情報をやり取りし、工場の自動化を支えています。
従来の工場では、各機器を個別に配線して接続する「ポイント・ツー・ポイント方式」が一般的でした。しかし、この方式では機器が増えるほど配線が複雑になり、保守や変更が困難になるという課題がありました。

フィールドバスは、一本の通信線に複数の機器を接続できるため、配線を簡素化できるうえ、データの一元管理も可能になります。この技術によって、工場の自動化が進み、機器の制御がより柔軟かつ効率的になりました。

（2）産業用ネットワークにおけるフィールドバスの役割

工場では、PLC（プログラマブル・ロジック・コントローラ）が各機器を制御し、センサーやアクチュエータと連携しながら生産ラインを動かしています。このとき、フィールドバスはPLCと各機器の間でデータをやり取りする役割を担います。

例えば、ある製造ラインで温度センサーが異常な温度上昇を検知したとします。すると、フィールドバスを介してその情報がPLCに送信されます。PLCはこのデータをもとに、冷却装置の起動や警報の発信といった指示を即座に出します。このように、フィールドバスはリアルタイムで情報を共有し、機器を的確に制御することで、工場の安定稼働を支えています。

（3）PLC、センサ、アクチュエータとの関係

フィールドバスは、主にPLC（プログラマブル・ロジック・コントローラ）、センサー、アクチュエーターの3つの機器をつなぐ役割を持っています。
それぞれの役割は以下の通りです。

PLC	工場の中枢となる制御装置で、センサーからの情報を基に判断を下し、アクチュエータに指示を送る
センサー	温度・圧力・位置・流量などの情報を取得し、PLCに送信する
アクチュエータ	PLCの指示に基づき、モーターやバルブなどを動かし、実際の作業を行う

このように、フィールドバスは工場全体の情報の流れをスムーズにし、効率的な生産を可能にする重要な役割を担っています。

【参考動画】フィールドバスについては、以下の動画も参考にしてください。

引用：産業用Ethernet PROFINETが選ばれる理由

引用：[SEMICON Japan 2015] 超高速フィールドバス「EtherCAT」 – EtherCAT Technology Group

２．フィールドバスの主な種類｜プロトコルと特徴

フィールドバスには、さまざまな種類の通信プロトコルがあります。以下のように、それぞれのプロトコルには特徴があり、工場の用途や求められる性能に応じて使い分けられています。

プロトコル名	開発元	特徴	主な用途
Profibus	シーメンス（独）	高速通信、プロセス制御対応	製造業・化学工場
DeviceNet	ロックウェル（米）	配線が簡単、小規模向け	小型機器の制御
Modbus	シュナイダー（仏）	シンプルで互換性が高い	監視・データ収集
EtherCAT	ベッコフ（独）	超高速・リアルタイム制御	産業ロボット・半導体製造
PROFINET	シーメンス（独）	フィールドバスとイーサネットの融合	大規模生産ライン

ここでは、代表的なフィールドバスのプロトコルを紹介します。

（1）Profibus（プロフィバス）

Profibusは、ドイツのシーメンス社が中心となって開発したフィールドバスの国際規格です。特にヨーロッパを中心に広く採用されており、工場の自動化やプロセス制御の分野で利用されています。

Profibusには、大きく分けてProfibus DPとProfibus PAの2種類があります。Profibus DPは、製造業向けの高速データ通信に適しており、PLCとセンサー・アクチュエータを接続するのに使われます。一方、Profibus PAは、化学プラントや石油精製工場などのプロセス制御向けに設計されており、危険な環境でも安定した通信ができるようになっています。

（2）DeviceNet（デバイスネット）

DeviceNetは、アメリカのロックウェル・オートメーション社が開発したフィールドバス規格です。特徴として、通信と電源供給を1本のケーブルで行えるため、配線のコストを削減できる点が挙げられます。また、小規模な制御システムに適しており、シンプルな構成で機器を接続できます。

DeviceNetは特に、センサーやアクチュエータなどの末端機器の接続に向いています。たとえば、組立ラインの機械や小型ロボットの制御によく使用されます。

（3）Modbus（モッドバス）

Modbusは、1979年にシュナイダーエレクトリック（旧Modicon）によって開発された、最も歴史のあるフィールドバスプロトコルの一つです。そのシンプルな通信方式と高い互換性により、多くの機器メーカーが対応しており、現在でも広く利用されています。

Modbusは、RS-485などのシリアル通信方式や、TCP/IPを利用したイーサネット通信にも対応しているため、従来の設備とも接続しやすいというメリットがあります。特に、設備の監視やデータ収集用途に適しており、工場のモニタリングシステムなどで多く採用されています。

（4）EtherCAT（イーサキャット）とPROFINET（プロフィネット）

近年、従来のフィールドバスよりも高速な通信が求められるようになり、産業用イーサネット規格のEtherCATやPROFINETが普及しています。

①EtherCAT（ベッコフ社開発）

EtherCATは、従来のフィールドバスよりも圧倒的に高速な通信が可能で、リアルタイム制御が必須である産業ロボットや半導体製造装置などで活用されています。データの転送効率が非常に高く、応答時間が短いという特徴があります。

②PROFINET（シーメンス社主導）

PROFINETは、Profibusの後継として開発された産業用イーサネット規格です。フィールドバスの安定性とイーサネットの高速通信を両立し、特に大規模な生産ラインやスマート工場で利用されています。

３．フィールドバスの仕組み

ここでは、フィールドバスの技術的な仕組みを解説します。その通信方式や技術的な仕組みを理解することで、なぜフィールドバスが産業用ネットワークに適しているのかが分かります。

（1）通信方式（マスタ/スレーブ、マルチマスター方式など）

フィールドバスでは、データの送受信を行う際に通信方式が決められています。代表的な方式として「マスタ/スレーブ方式」と「マルチマスター方式」があります。

通信方式	仕組み	特徴
マスタ/スレーブ方式	●マスタ（親機）が通信の主導権を持ち、スレーブ（子機）に対して順番にデータの送受信を行う方式 ●スレーブは自発的に通信することはできず、マスタからの指示があったときのみ応答	●通信の管理がしやすく、安定性が高い ●スレーブ同士の直接通信はできない
マルチマスター方式	●複数のマスタが存在し、それぞれが異なるスレーブと通信できる方式 ●マスタ同士の競合を防ぐための調停機能が必要	●システムの柔軟性が高く、分散制御が可能だが、管理が複雑

（2）物理層とデータリンク層

フィールドバスの通信は、OSI参照モデルの「物理層」と「データリンク層」に関わる技術が重要です。

①物理層（Physical Layer）

データを伝送するための電気信号や配線方式を規定する部分です。フィールドバスでは、以下のような通信メディアが使用されます。

方式	特徴	例
ツイストペアケーブル	ノイズに強く、長距離伝送が可能	Profibus, Modbus
光ファイバー	高速通信が可能、電磁ノイズの影響を受けない	PROFINET
無線通信	柔軟な設置が可能、干渉のリスクあり	一部の産業IoT

②データリンク層（Data Link Layer）

通信の制御やデータの整合性を確保する役割を担います。エラー検出やデータの再送制御などを行い、確実な通信を実現します。
例えば、Profibusでは「トークンパッシング方式」、EtherCATでは「オン・ザ・フライ処理」などの手法が採用されています。

（3）リアルタイム性とデータ通信速度

産業ネットワークでは、通信のリアルタイム性が重要になります。フィールドバスのプロトコルごとに、通信速度や遅延の特性が異なります。

プロトコル	最大通信速度	特徴
Profibus DP	12 Mbps	一般的な制御用途に最適
DeviceNet	500 kbps	シンプルな機器接続向け
Modbus RTU	115 kbps	低速だが互換性が高い
EtherCAT	100 Mbps以上	超高速・リアルタイム通信
PROFINET	100 Mbps	産業用イーサネット対応

高速な通信が求められる用途では、EtherCATやPROFINETなどの産業用イーサネット技術が有利ですが、低速でも安定性を重視する用途では従来型のフィールドバスが適しています。

４．フィールドバスと産業用イーサネットの違い

近年、工場のネットワークでは、従来のフィールドバスに加えて産業用イーサネットの利用が増えています。どちらも産業オートメーションにおける通信技術ですが、仕組みや用途に違いがあります。ここでは、それぞれの特性を比較し、どのような場面で使い分けられているのかを解説します。

（1）遅延とリアルタイム性能の比較

フィールドバスと産業用イーサネットの最大の違いは、データ通信の速度とリアルタイム性能にあります。

フィールドバスは、産業用に特化した専用の通信プロトコルを使用しており、確定的（決まった時間内に処理される）な通信を保証できます。そのため、PLCとセンサー・アクチュエータ間の制御に適しており、製造ラインの機器が決まったタイミングで動作することが求められる場面で多く使われます。

一方、産業用イーサネットは、標準のイーサネット技術をベースにしており、一般的なネットワーク技術と互換性を持ちながら、高速なデータ通信が可能です。特に、EtherCATやPROFINETなどのリアルタイム性を強化した規格では、フィールドバスと同等の遅延性能を実現できるようになってきています。

通信方式	通信速度	リアルタイム性	主な用途
フィールドバス	100 kbps～12 Mbps	高い（確定的）	機械制御、プロセス制御
産業用イーサネット	100 Mbps～1 Gbps以上	規格による（強化可能）	大規模生産ライン、データ収集

（2）ハードウェア要件とネットワークトポロジー

フィールドバスは、ツイストペアケーブルやシリアル通信を利用し、基本的に直列（バス型）またはリング型のネットワーク構成を取ります。この方式は、配線がシンプルで機器同士の通信が効率的に行える反面、ケーブルが断線するとネットワーク全体に影響が出るという課題があります。

産業用イーサネットは、標準のイーサネットケーブル（Cat5eやCat6）や光ファイバーを使用し、スター型やツリー型のネットワークを構築できます。一般的なITネットワークと同様に、スイッチングハブを利用して通信を管理できるため、柔軟なネットワーク設計が可能です。また、冗長性（バックアップ回線の確保）を持たせることで、ネットワークの障害耐性を強化させることもできます。

通信方式	配線方式	耐障害性	柔軟性
フィールドバス	バス型・リング型	低い（断線の影響大）	限定的 （決められた接続方法）
産業用イーサネット	スター型・ツリー型	高い（冗長化が可能）	高い （自由な設計が可能）

（3）近年の技術動向（TSN（Time-Sensitive Networking）など）

近年の産業用イーサネットのリアルタイム性能を向上させる技術として、TSN（Time-Sensitive Networking）が挙げられます。TSNは、標準的なイーサネット上で時間同期や優先度制御を行い、確定的なデータ通信を保証する技術です。

これにより、従来のフィールドバスが得意としていた「確定的な通信」が、産業用イーサネットでも可能になりつつあります。特に、5Gとの組み合わせにより、無線ネットワークでもフィールドバス並みのリアルタイム制御を実現できる可能性が高まっています。

【参考記事】

５．近年フィールドバスが再注目されている理由

産業用イーサネットが普及する中で、従来のフィールドバスは徐々に置き換えられていくと思われていました。しかし、現在もフィールドバスは多くの現場で使われ続けており、新規設備でも採用されるケースがあります。その理由について解説します。

（1）フィールドバスが根強い理由

フィールドバスは、特定の用途において産業用イーサネットよりも適している場合があります。たとえば、制御の確定性、導入コスト、互換性、特定環境での信頼性などが、フィールドバスが依然として採用される主な理由です。

①確定的な通信の実現

フィールドバスは、専用の通信プロトコルを使用することで、リアルタイム性の高い制御を可能にしています。産業用イーサネットでもリアルタイム制御は可能ですが、スイッチング技術やTSN（Time-Sensitive Networking）を活用しないと、遅延が発生することがあります。既存のフィールドバスでは、そのような遅延の問題が発生しにくいため、ミリ秒単位の正確な動作が求められる環境では依然として選ばれています。

②レガシー設備との互換性と長期安定性

多くの工場では、すでに導入されているフィールドバスを使用した機器が稼働しています。これらの設備をすべて産業用イーサネット対応のものに置き換えるには、大規模な投資と時間が必要になります。そのため、新しい機器を導入する際も既存のフィールドバスネットワークと互換性のあるものを選ぶことが多くなります。

③低コストでの導入が可能

フィールドバスは、比較的シンプルな構成で導入できるため、産業用イーサネットと比べて初期コストを抑えやすいというメリットがあります。特に、中小規模の工場や、頻繁にネットワークを変更しない設備では、コスト面からフィールドバスが引き続き採用されています。

（2）特定用途での優位性

フィールドバスは、産業用イーサネットでは対応が難しい環境でも安定して動作するという特長があります。

①防爆環境での利用

石油化学プラントやガス関連施設など、爆発の危険がある環境では、電子機器の使用に厳しい制限があります。フィールドバスの中には、低電力で動作し、防爆認証を取得しているものがあるため、このような環境ではフィールドバスの方が適しています。

②長距離通信

フィールドバスの中には、数百メートル以上の長距離通信が可能な規格があります。
例えば、Profibus PAは最大1900メートルの通信が可能であり、広大な工場やプラントでの利用に適しています。一方、産業用イーサネットは通常、100メートルを超える通信には中継機が必要になるため、フィールドバスの方がコストを抑えられるケースがあります。

③確定的な通信（リアルタイム制御）

フィールドバスは、通信の順序やタイミングを厳密に制御できるため、一定の周期で制御信号を送る必要がある設備（ロボットアーム、組み立てライン、プレス機など）で使われ続けています。

（3）新技術との統合

近年、フィールドバスは新しい技術とも統合されつつあります。

①エッジコンピューティングとの連携

エッジコンピューティングとは、工場内の機器やセンサーの近くでデータ処理を行う技術です。フィールドバスのデータをエッジデバイスで処理し、異常検知や予測保全を行うことで、従来よりも効率的な設備運用が可能になります。

②デジタルツインとの活用

デジタルツインとは、工場の設備や生産ラインを仮想空間上に再現し、リアルタイムでの分析やシミュレーションを行う技術です。フィールドバスを通じて収集されたデータがデジタルツインに活用され、より高度な生産管理や故障予測が可能になります。

【参考記事】

６．フィールドバスの導入メリットと課題

以下のように、フィールドバスは配線の簡素化や信頼性の高さなど多くのメリットを持つ一方で、産業用イーサネットの普及や技術者不足といったさまざまな課題も抱えており、これらを考慮しながら導入や運用を検討することが重要です。

項目	メリット	課題
配線	シンプルでコスト削減が可能	既存システムとの統合が難しい
信頼性	ノイズ耐性が高く安定した通信が可能	一部の規格はサポート終了の可能性あり
通信距離	長距離通信が可能（100m以上）	速度が低いため大容量通信には不向き
管理	一元管理による省エネ・効率化が可能	技術者不足と習熟コストの増加

ここでは、それぞれのポイントについて解説します。

（1）フィールドバスのメリット

①配線の簡素化とコスト削減

従来の「ポイント・ツー・ポイント接続」では、機器ごとに個別の配線が必要でした。しかし、フィールドバスを導入することで、一本の通信線に複数の機器を接続できるため、配線の量を大幅に削減できます。これにより、設置の手間やコストが抑えられ、保守も容易になります。

②高い信頼性と安定性

フィールドバスは産業用に特化した設計がされており、ノイズ耐性が高く、確定的な通信が可能です。これにより、PLCや制御機器がセンサー・アクチュエータと確実にデータをやり取りできるため、誤作動のリスクが低減します。

③長距離通信が可能

一部のフィールドバス規格（Profibus PA、Modbusなど）は、100メートル以上の長距離通信に対応しており、大規模な工場やプラントでも安定した通信を確保できます。特に、産業用イーサネットでは100メートル以上の通信には中継機が必要になるため、フィールドバスが有利な場合もあります。

④省エネルギー化と一元管理

フィールドバスを導入することで、各機器の状態を中央のPLCやSCADAシステムでリアルタイムに監視・管理できます。これにより、エネルギー消費を最適化し、設備の稼働率向上が可能です。

（2）フィールドバス導入の課題

①レガシーシステムとの統合の難しさ

フィールドバスの規格は多岐にわたり、異なるプロトコル間の互換性がない場合もあります。既存の設備と新しいフィールドバスを統合する際には、ゲートウェイやプロトコル変換装置が必要になることがあり、システム設計の複雑さが増します。

②技術者不足と習熟コスト

フィールドバスの導入・運用には、通信プロトコルや制御システムに関する専門知識が必要です。しかし、近年では産業用イーサネットの普及により、フィールドバスの専門技術者が減少しており、教育や研修にコストがかかる場合があります。

③エンドオブライフ（EOL）問題

一部のフィールドバス規格は、メーカーのサポートが終了する可能性があります。特に、産業用イーサネットの進化に伴い、従来のフィールドバスが徐々に置き換えられるリスクもあるため、長期的な設備計画を立てる際には注意が必要です。

④データ通信速度の限界

産業用イーサネットと比較すると、フィールドバスの通信速度は低速です。例えば、EtherCATやPROFINETは100 Mbps以上の高速通信が可能ですが、従来のフィールドバスは数 Mbps程度にとどまることが多く、大容量のデータ通信に向かないことに注意が必要です。

７．フィールドバスに関するご相談は株式会社FAプロダクツへ

FAプロダクツは年間200台もの実績がある関東最大級のロボットシステムインテグレーターです。一貫生産体制をとっており、設計から製造までをワンストップで対応。費用・時間にムダなく最適化を行うことができます。
フィールドバスについても、ぜひご相談ください。

株式会社FAプロダクツ

お打ち合わせから原則1週間以内に「お見積りとポンチ絵」をご送付いたします。

【ポンチ絵とお見積りのサンプル】

テキストやお電話だけでは伝わりづらいゴールイメージを共有し、スピード感を持った対応を心がけています。
また、同社の「画処ラボ」では、画像処理を用いた外観検査装置の導入に特化し、ご相談を受け付けています。従来は目視での官能検査に頼らざるを得なかった工程の自動化をご検討の際などにご活用ください。

所在地・連絡先等	営業品目	実績
茨城県土浦市卸町2丁目13-3 TEL.050-1743-0310(代表) FAX.050-3156-2692(代表) https://jss1.jp/	・産業用ロボット ・生産設備合理化・省力化の設計及び製作 ・基板電気チェッカーや貼合・折曲など ・治具の設計・製作	ＮＭ社（電子部品の製造販売）、ＨＳ製作所（情報通信・社会産業・電子装置・建設機械・高機能材料・生活の各システム製造販売）、ＴＴ社（ショッピングセンターなどリテール事業）、ＳＭ社（自動制御機器の製造・販売）、ＯＲ社（自動車安全システムの製造販売）

• FAシステムとは？製造業における役割や大手FAメーカ...