SCADAシステムの仕組み：産業プロセスの監視と制御

SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition：監視制御データ収集）は、制御業界で最もよく使われる略語の一つで、プロセス制御で広く使用されるソフトウェアアプリケーションです。中央制御システム、コントローラーネットワークインターフェース、入出力、通信機器で構成されます。

SCADAシステムの主な目的は、生産、開発、製造、加工といった産業プロセスにおける設備の監視と制御です。さらに、これらのシステムは、石油・ガス、配電、水道管理などのインフラプロセスでも使用されます。

アーキテクチャ

SCADAシステムは一般に中央集権型トポロジーで構築され、地理的エリア全体を監視・制御します。ハードウェア層の上に位置するソフトウェアパッケージで、プロセスデータを収集し送信します。制御アクションは、リモートターミナルユニット（RTU、一般的にPLCと関連コントローラー）を通じて実行されます。例えば、火力発電所では、センサーアレイで温度を検知し、適切な制御アクション（バルブ操作）をPLCアナログ出力で実行します。

SCADAシステムにより、オペレーターは設定値の変更、アラーム条件の修正、後で分析するための必要なログ設定が可能です。システムは通常、ワイヤレスと有線技術のメッシュで通信し、独自プロトコルで動作することもあります。

ハードウェア

一般に、SCADAシステムは2つの層に分解できます：

• クライアント層
• データサービス層

クライアント層はマンマシンインタラクションを担当し、データサービス層はデータ処理活動を処理します。データサービスは、RTU、センサーなどのフィールドデバイスとWANまたはLANネットワークを通じて通信します。RTUはセンサー信号をデジタルフォーマットに変換してマスターに送信し、その後適切な制御信号がリレーに生成されます。

ソフトウェア

SCADAシステムで使用されるサーバーは、主にマルチタスクとリアルタイムデータベース機能のためです。データの収集・処理、トレンドと運用に関する診断情報の提供を担当します。機能によっては、予知保全スキーム、物流情報などの設定オプションもあります。ソフトウェア側の能力はベンダーや開発チームに依存します。

SCADAシステムの動作手順

SCADAシステムの主要機能は以下のように分解できます。これらの機能は、センサー、RTU、コントローラー、通信ネットワークの組み合わせで実行されます。

• データ収集： 実世界のシステムは数千のノードで構成され、管理は困難です。特定センサーのステータスに関する正確な情報を持つことは不可欠です。制御システムの精度はデータ収集の質に依存します。
• データ通信： SCADAシステムはデバイスとユーザー間で有線・無線通信技術を使用します。リアルタイムシステムではセンサーとデバイスが広い地理的エリアに分散しているため、無線ネットワークが標準です。さらに、複数のリモートエリアを管理するSCADAシステムでは、インターネット通信も利用されます。一般に、SCADAシステムは特定のプロトコルを持ち、VPNを通じて通信することで侵入を防ぎます。
• 情報/データ提示： HMI（ヒューマンマシンインターフェース）をSCADAが採用し、様々なネットワークデバイスから収集した情報をユーザーに提供します。情報は理解しやすく、アクション可能な形で表示されます。迅速なユーザーアクションが必要な場合があるためです。インターフェースは通常、ポンプやタンクなど実世界のオブジェクトのグラフィカルな絵を使用し、プロセスを理解しやすくします。
• 監視/制御： SCADAシステムは、複数デバイスの操作と制御エリアでのステータス表示に異なるスイッチを使用します。プロセスはこれらのスイッチでオン/オフしたり、アナログ値に基づいて変更したりできます。ほとんどのプロセスはユーザー定義設定値に対して自動化されていますが、クリティカルなタスクには追加の人的介入が必要な場合があります。

SCADAシステムの最大の利点の一つはスケーラビリティです。SCADAシステムの拡張はシンプルで、特別な努力を必要としません。さらに、これらのシステムは数十年にわたり開発されてきたため、成熟度に達しており、ミッションクリティカルなアプリケーションで使用可能です。