スマート制御とHMIソフトウェア：エンジニアを支え、次世代IIoTネットワークを構築

パーカー・ハネフィンのマリッサ・タッカー氏にシニアエディター、パトリック・ウォージニアックがインタビュー

マリッサさん、インダストリアルIoT（IIoT）におけるモーションコントローラーの役割と、関連ソフトウェアについて教えてください。

モーションコントローラーを超えて、プログラマブルオートメーションコントローラー（PAC）がIIoTで最大の役割を果たすと言えます。なぜなら、マシンロジックを持つだけでなく、モーション制御をルーチンの一部として内蔵し、多くの場合、組み込み型ヒューマンマシンインターフェース（HMI）も備えているからです。このアプローチの利点は、コンポーネントが同一デバイス上で同一ロジックを使用するため、デバイス間でタグを共有する必要がないことです。これはプログラミング時間を大幅に削減するだけでなく、IIoT機能も容易にします。

例を挙げましょう。位置エラー——かつてはモーションコントローラー固有のものでした——が、組み込みHMIから自動的にアクセス可能になります。その組み込みHMIにWebサーバー機能があれば（多くが備えています）、HMIは現場オペレーターとプラントマネージャーの両方に、メールやSMS（ショートメッセージサービス）で即座にアラートを送信できます。これは、モーションコントローラーがエラーをPLC（プログラマブルロジックコントローラー）に送り、PLCがデータを処理してからHMIに送る——HMIにWebサーバーがあるかどうか不明——という従来のアプローチよりはるかに優れています。デバイス間の複雑なデータ転送が排除され、ロジックが一つのプログラミングソフトウェアで記述され、一つのハードウェアデバイスにダウンロードされるため、非常に緊密に統合され、情報をどこにでも容易に届けられます。

組み込みHMIを作成する開発者が、異なるユーザーグループと認証情報を作成できることは極めて重要です。これにより、プログラマーはユーザーに応じたカスタムHMIインスタンスを作成できます。

マシン内部での情報フローの容易さも重要ですが、マシン間での情報フローの容易さも同様に重要です。IEC 61131-3プログラミング標準により、あるメーカーが開発したマシンが、別のメーカーと同じ言語を話せるようになります。これはインテグレーターにとって大きなメリットで、二つの異なるマシンシステムをより容易に通信させられ、IIoTへの必要ステップとなります。OMAC（機械自動化制御機構）のような組織がPackML標準を推進し、IEC 61131-3をさらに進化させています。システムのプログラミング方法を推奨するだけでなく、マシンがネットワーク内の他のマシンに提供すべき標準タグセットを開発しています。

空圧バルブや位置センサーのようなローレベルデバイスについてはどうですか？ すべてがIoTの一部になるべきでは？

課題は、ローレベルデバイスからデータを取り出し、有用な情報に変換することです。一つのアプローチは、これらのデバイスレベルで処理を行い、結果を高性能制御バス経由で、または直接クラウドに送ることです。これは非常に高コストで、データの収集・集約には役立ちません。代わりに、IO-Linkの人気が急速に高まっています。IO-Linkはシリアルベースのプロトコルで、温度センサー、ソレノイド、空圧バルブマニホールドなどから基本データを、高価なオーバーヘッドなしで収集できます。

バスをシンプルに保つことで、このデータを収集し、あらゆるマシンシステムに必ず存在するPACまたはPLCで処理して有用な情報にできます。Web公開機能付き組み込みHMIを備えたPACを採用すれば、その情報をネットワーク上の必要な場所に配信できます。例えば、デシベルで音を継続監視するセンサーを備えた空圧システムを想像してください。PACのIO-Linkに送る必要があるデータは現在のdB値のみです。PACには、メーカーが開発したカスタムIEC 61131-3ファンクションブロックがあり、複数のコントローラーで動作可能です。これらのファンクションブロックは、騒音に異常なパターンがないかチェックし、「おや、リークの可能性がある」と判断できます。プログラマーはそのアラートを、HMIのメンテナンスレベルユーザーに送信でき、空圧系統が故障する前に対応可能です。

情報はどうやってマシンからクラウドへ行くのですか？ ソフトウェアはどうなっていますか？

工場現場とITの間には依然として大きな隔たりがあります。特に複数の州や国に施設を持つ製造企業にとって、データを外部サーバーやクラウドに保存することは理想的です。ソフトウェア側からは、コンポーネントメーカーがマシンビルダーのIT連携を可能な限り容易にする必要があります。

ほとんどのマシンビルダーは、IECや類似言語でPLC/PACをプログラミングすることに慣れています。したがって、マシン制御に統合的アプローチを取り、情報フローを容易にしつつ、ITサーバーへの情報共有も容易にするメーカーを探すべきです。ヨーロッパから推進されているもう一つの標準がOPC-UA（OPC Unified Architecture）です。このクライアント・サーバープロトコルは大幅に拡張され、マシンツーマシン、マシンツーSCADA、マシンツーサーバーへのデータ転送を汎用的な方法で可能にします。柔軟性が高いため、OPC-UAは急速にIoT標準になりつつあります。わずか数クリックでOPC-UA接続を簡単に作成できるソフトウェアツールを内蔵し、IEC 61131-3プログラム内でいくつかのタグを共有するだけでデータ共有を可能にするサプライヤーを探してください。一度サーバー上でアクセス可能になれば、あとはITが担当します。

クラウド上の情報は有用ですか？ 重要データを現場オペレーターの手に、プラントフロアで届けるには？

ユースケースによります。IIoTについて考える人——マシンオペレーター、OEMマシンビルダー、工場オーナー——は誰でも、まずユースケースを開発すべきです。例えば工場フロアマネージャーは、全体設備効率（OEE）情報を望むかもしれません。この種の情報は通常、広範なパブリック圏と共有すべきものではないため、社内サーバーの使用が最適です。しかしフロアマネージャーは機械から遠く、デスクにいないことも多いですが、OEEを確認する必要があります。ユースケースがソリューションを決定します：機械にWebサーバー機能付き組み込みHMIがあれば、ユーザーはiOSやAndroidから接続し、認証情報を入力して機械のOEEを閲覧できます。外部クラウドは不要です。この工場内ネットワークは「フォグ」コンピューティングと呼ばれます。

別の例として、複数拠点の複数工場ラインの歩留まりデータを監視する必要がある購買担当者を考えてみましょう。外部サーバーが唯一の答えです。機密情報漏洩リスクを最小化するため、プログラムは歩留まりではなく総生産量のみを公開するかもしれません。このソリューションはクラウドサーバーを必要としますが、外部サーバーへのデータ送信には二つの理由で抑制的であるべきことを示しています：一般的に社内や「フォグ」ネットワークよりセキュアでなく、ほとんどのプランでは外部クラウドへのデータ送信と保存に料金が発生するからです。

マーケターはインダストリー4.0をうまくプロモートしてきましたが、各ユーザーは一歩引いて「この情報をどう活用できるか？」と自問すべきです。クラウドは思っているほど必要ではないかもしれません。

これらすべての接続性はコストを押し上げませんか？

そうなる可能性もありますが、必ずしもそうではありません。高くつくのは、3〜4年後、貴社がIoTの準備ができた時に、WebサーバーやOPC-UAでの通信を困難または不可能にするデバイスを指定していたり、データフローを大幅に容易にするシングルマシンPACではなく、従来の断片的な設計を選んでいたりする場合です。このミスを軽減するには、温度制御から直接外部クラウドへ行く信じられないほど高価なセンサーを購入し、マシン上の他のすべてのデバイスをバイパスし、そこから誰かのソフトウェアを使ってカスタマイズされたレイヤーやWebサイトをプログラミングしてデータを有用にする——そんな存在になりたくはないはずです。

代わりに、IIoTを賢く導入しましょう：初日からマシン設計の一部に組み込みます。新しいアプリケーションを構築中なら、貴社が今検討していなくても、移行に最適な立場にいます。今日する選択が、後で数十万ドルを節約できます。

また、IO-Linkのようなバスをサポートするローレベルデバイスを選び、手頃な価格でデータを取り出せるようにします。コスト効率の良い標準プロトコルを使い、多くのソースからデータを活用します。単一のプログラミングソフトウェアを単一のコントローラーで使用し、プログラミングをシンプルにします。マシンコントローラーが、必ずしも別のゲートウェイを必要とせずにクライアント・サーバー関係を持てることを確認します。そうすれば、情報を異なる場所にルーティングする必要が生じた時、IECベースのプログラム内で直接実行できます。フォグコンピューティングも忘れずに。PLCにWebサーバー機能付き組み込みHMIがあれば、クラウドを使わずにIIoTユースケースすべてを満たせるかもしれません。クラウドが必要な場合でも、選んだコントローラーにOPC-UAサーバーへの共有を容易にするソフトウェアがあり、ITが得意とすることをITに任せられることを確認してください。

賢い選択によりIIoTへの移行は非常に手頃になりますが、その選択は今行う必要があります。