PLCからクラウドへ：IoTを使用してPLCからデータを読み取る

IoTハードウェア、ソフトウェア、通信プロトコルなどのIIoTコンポーネントのシームレスな統合は、メーカーにとって段階的に行われています。

初期の産業用自動化システムは、基本的なセンサー、リミットスイッチ、および分析がほとんどまたはまったく利用できないプリントアウトまたはHMIにデータを直接供給するその他のデバイスでした。データは、管理レベルでスタンドアロンソフトウェアプラットフォームに入力する必要がありました。単純なソフトウェアとエンタープライズレベルのシステム間の相互運用性に問題があり、システムが消費のためにデータを処理できる速度と深度の制限がありました。利用可能な視覚化は通常、マシンレベルのHMIに限定されていました。

1970年代以降、産業用自動化システムはPLCに依存することがよくありました。クラウドプラットフォームは、標準化されたプロトコルの下でこれらのPLCと連携するように設計されているところまで進歩しています。 PLCはデータをクラウドプラットフォームに転送できます。データは分析されてシステムと人に配信され、生産性の向上、プロセスの改善の促進、無駄の削減、ユーザーへの実用的な洞察の提供を実現します。

PLCとクラウド：それらは何ですか？

PLCとクラウドプラットフォームは、工場監視システムとIoT分析プラットフォームに必要な2つの異なる要素です。これらはアプリケーションが大きく異なり、最新のIIoT自動化および監視システムが機能するためには相互に依存しています。それらの違いを理解することは、ユーザーがPLCからクラウドにデータを送信する方法を理解するのに役立ちます。

プログラマブルロジックコントローラー（PLC）

プログラマブルロジックコントローラー（PLC）は、自動化システムで使用するために開発されました。初期のモデルは基本的な制御機能を備えていましたが、高度な分析機能や計算機能はありませんでした。

また、データ構造が不足しており、PLCキャビネットでラップトップを介して実行する必要のある独自のプログラミングを使用し、特定の通信プロトコルに制限されていました。

これらの制限により、IT部門は、カスタマイズされたアプローチを作成するために、重複するコンポーネント、ハードウェア、およびデバイス構成の社内のアドホックシステムを作成する必要がありました。これらの自作システムは、セキュリティ違反にさらされており、維持に費用がかかり、IoT接続がほとんどありませんでした。資本とスキルセットのリソースが不足している多くの中小企業にとって、それらは一般的に手の届かないものでした。

現在のPLCは、OTプロトコルとITプロトコルの両方を受け入れることができます。ほとんどのセキュリティは組み込みであるか、統合されたIIoTプラットフォームの一部として保護できます。機能の進歩により、PLCは、OTデータをIT領域（最も一般的にはクラウドプラットフォームに存在する）に移動するのに役立つエッジデバイスとしても機能するようになりました。

A Type1LightS-東芝のPUM11CPU。 [出典]

クラウド

エッジデバイス、PLC、IoTテクノロジー、およびその他のデータ取得デバイスの進歩に起因するデータの急増は、データを収集し、以前は利用できなかった価値のためにそれを利用する機会を提供します。ただし、物理サーバーを追加し、それらを維持し、安全に保つためのコストは、多くの企業を圧倒する可能性があります。

クラウドは、分散型データストレージとインターネット経由のアクセスの概念を表しています。オンプレミスサーバーで会社のデータを管理する代わりに、データを複数のソースからクラウドにストリーミングしてリモートに保存できます。企業は、社内でホスティングする場合には利用できない高度な分析プラットフォームやサービスにアクセスすることもできます。

データは、クラウドとのインターネット接続を介して保存、クレンジング、整理、分析されます。返されたデータ（洞察、計算されたメトリック、視覚化、または単に生の均一なデータの形式で）は、インターネットを介して端末、ラップトップ、タブレット、またはマシンレベルのHMIに配信されます。

詳細：クラウドコンピューティングのメーカーガイド

クラウドベースのソリューションを使用する必要があるのはなぜですか？

生成時にデバイスによって生成されるデータの量は、従来のITサーバーや社内サーバーを圧倒する可能性があります。従来のシステムを維持しようとする企業は、すべてのデータを費用対効果の高い方法で保存できないため、機会を逃したり、データを失ったり、使用するデータを適切に分析できなくなったりします。

ますます多くの製造装置にIIoTテクノロジーと高度なPLCが組み込まれているため、これは実用的かつ経済的な競争上の問題を引き起こします。 PLCとクラウドプラットフォームはビジネスに意味があります。

クラウドを使用すると、企業はソフトウェアの即時更新にアクセスでき、高価なITインフラストラクチャのコストとメンテナンスを大幅に削減し、メーカーはAIを利用した高度な分析と機械学習アルゴリズムにアクセスできます。

MachineMetricsのIndustrialIoTPlatformなどのクラウドデータソリューションは、製造業者に、製造現場であろうと自宅であろうと、ビジネスの複数の領域を改善する大きなメリットを提供します。

PLCからクラウド：PLCからデータを読み取る方法

クラウドでのデータの送信と更新は、標準プロトコルを実装するか、クラウドアダプターを使用して行われます。この送信は、HMI、PC、ラップトップ、タブレットなどの複数のソースからデータにアクセスし、ユーザーフレンドリーな制御を行うために不可欠です。

標準化されたプロトコルの実装

最も一般的なクラウドプロトコルはMQTTです。 MQTTはデバイス間でメッセージをやり取りし、限られた帯域幅でのリモートアクセスに適しています。通常はTCP/IPで実行されますが、構造化された双方向接続で実行できます。

MQTTプロトコルにより、センサーまたはセンサーのコレクション（MQTTクライアント）とMQTTブローカー間の通信が可能になります。ブローカーは交通警官として機能し、すべてのメッセージを受信して​​、別のMQTTクライアント、エッジコンピューティングデバイス、クラウドなどの正しい宛先にルーティングします。

MQTTなどの標準化されたプロトコルを使用する利点は、それがよく知られており、構造化されており、クラウドへの簡単な移動を可能にすることです。ただし、PLCをMQTTに設定するのは難しいため、接続に失敗するとデータが失われる可能性があります。

クラウドアダプターを利用する

多くの種類のファクトリオートメーションでは、Modbus、BACnetなどのローカルフィールドバスプロトコルを介した通信には、IIoTゲートウェイが必要です。これらは直接クラウド通信用に構築されていないため、直接通信ポートを開くとセキュリティリスクが発生します。

クラウドアダプターは、データをクラウドに転送する前に、すべてのデータをオンサイトで収集します。クラウド接続が確立されると、データは適切に暗号化されて送信されます。 MQTTプロトコルを使用して失われた接続とは異なり、クラウドアダプターはデータをバッファリングするため、必要に応じてデータを回復できます。

PLCからクラウドにデータを送信する手順

製造業におけるリアルタイムデータの価値は計り知れません。 MachineMetricsなどの高度なマシンデータプラットフォームを使用してクラウドプラットフォームのデータを分析すると、実用的な洞察とより大きな価値が得られます。ただし、クラウドベースのプラットフォームが機能するには、多くのデバイスやPLCからクラウドにデータを取得し、それが標準化されていることを確認することが重要です。

マシン、センサー、PLCの接続を可能にするMachineMetricsのようなソリューションがなければ、このプロセスを完了する（維持する）必要があります。 ）手動で。 PLCからのデータがクラウドプラットフォームに正しく配信されるようにするには、いくつかの手順を実行できます。これらの手順は次のとおりです。

1。 PLCデータのタグの作成

PLCから収集されたデータは、戦略的に定義する必要があります。この戦略には、データが収集および保存されるタグの作成が含まれます。これらのタグには、温度、湿度、またはその他の周囲条件のセンサーからの入力が含まれる場合があります。これには、電力使用量やメンテナンス用の振動データが含まれます。

MachineMetricsは、機器全体で生成されたデータの高度な分析を実行できるため、機械の監視や予知保全などの高度なユースケースの推進が可能になります。

使用するタグを知ることは、システム、人間の相互作用、またはその他の自動化されたプロセスによって行動に移すことができる関連データを提供するのに役立ちます。

2。必要なシステムツールの準備

IIoTシステムでのPLCからクラウドへの通信にはインターネット接続が必要です。インターネットアクセスは堅牢で、広いIPアドレス範囲を処理できるルーターを使用する必要があります。一部のデバイスにはこの接続があり、他のデバイスにはエッジゲートウェイが必要な場合があるため、イーサネット接続を評価することも不可欠です。

データが流入し始めたら、分析してユーザーに洞察を提供するには、産業用IoTプラットフォームが必要です。MachineMetricsプラットフォームとデバイスはすぐに使用できるため、起動後すぐにデータ分析が可能です。

3。 PLCIoTゲートウェイのインストール

MachineMetricsは接続して、PLCやその他のデバイスから数分でデータの収集を開始できます。企業は、インターネットを介して産業用IoTゲートウェイをセットアップし、適切なルーターを迅速に追加できます。

MachineMetricsのような接続ソリューションがなければ、機器データを標準化するためにデータタグを手動でマッピングする必要があります。 MachineMetricsエッジデバイスは、デバイス上のソフトウェアのおかげで、これをはるかに簡単に行うことができます。

PLCには、PLCソフトウェアを介して、またはVPN接続を使用するようにシステムにpingを実行することによってアクセスできます。接続すると、PLCのデータ構成が可能になります。 MachineMetricsはシステムの柔軟性を提供し、EtherNet、Wi-Fi、およびセルラーを介した接続を可能にするため、複数の方法を使用してPLCデータにアクセスできます。

4。 PLCデータプロトコルの設定

PLCは、データを収集するために特定のプロトコルを必要とします。これらのプロトコルには、収集される変数とそれらの変数が存在する場所が含まれます。

PLCは、最初に製造元のプログラミング手順を使用して構成する必要があります。また、IoTプラットフォームのルーターを介してプログラムすることもできます。構成後、各PLCのアドレスが追加され、PLCが監視および収集するデータの変数が選択されます。

5。変数とタグの構成

この時点で、データが定義され、接続がテストされています。 PLCごとに変数を追加でき、タグで各変数のログ記録方法を指定できます。タグは、必要に応じてアクションをトリガーするために時間ベースにすることができ、マシンレベルでの状態変化に基づくこともできます。また、別のPLCからMQTTブローカーを介して配信された情報に基づいてトリガーすることもできます。

6。 PLCダッシュボードの作成

MachineMetricsは、豊富な視覚化と動的なリアルタイムダッシュボードを提供します。すぐに使用できる生産表示は、リアルタイムまたは履歴で行うことができ、プラントの最も重要なメトリックを可視化できます。

MachineMetricsプラットフォームには、オペレーターのコンテキスト化とマシンレベルでの直接入力の機能も含まれています。多くのMachineMetricsアプリは、すぐに構成およびカスタマイズして、カスタマイズされたエクスペリエンスを短時間で提供できます。

7。リアルタイムの監視とプロアクティブなアラート

クラウドベースのIoTプラットフォームによるリアルタイム監視に代わるものはありません。 PLCやその他のデバイスから受信したデータが分析され、洞察が提供され、プロアクティブなアラートが提供されます。これらは、機械の停止、差し迫った問題、材料の不足などを示している可能性があります。これらのアラートは現在のマシンのステータスに基づいているため、オペレーターと技術者はダウンタイムと無駄を減らすために迅速に行動できます。管理者は、生産現場のリアルタイムのステータスを反映するデータにもアクセスできます。

複数のデバイスを単一のクラウドに接続する

アダプターのインストール

IIoTプラットフォームは、多くのデバイスからのデータを同時に処理できます。しかし、異なるプロトコルを使用して、いくつかの異なるデバイスからデータを取得するにはどうすればよいでしょうか。 1つの例は、RaspberryPIのようなクラウドアダプターの使用です。

Raspberry PIは、エンクロージャーキャビネットに接続して、複数のPCからの通信プロトコルを受け入れるクラウドアダプターとして機能するようにプログラムできる小さなクレジットカードコンピューターです。サイズが小さく、電力が少なく、プログラミングが簡単なため、PLCとIIoTクラウドベースのプラットフォーム間のギャップを埋めることができます。

留意点：このようなソリューションは、手動で構築および保守するために非常に多くのリソースを消費します。これが、すべての機器にわたる接続とデータ収集の自動化が非常に重要である理由です。適切なマシンデータ収集ソリューションを選択することで、チーム全体だけでなく、CMMSからERPまでの他のすべての製造システムにも依存できる継続的な改善の基盤が構築されます。

ローカルデータの収集

クラウドアダプタをインストールしたら、異なるプロトコルを使用する各PLCを、クラウドサービスプロバイダーのWebインターフェイスを使用して接続する必要があります。すべてのIIoT商用プラットフォームは、インターネットアクセスを介してWebインターフェイスを提供します。 OPC UAは、独自のプロトコルでPLCをサポートするデバイスでうまく機能するため、人気のある標準です。

OPC DAは安全性が低く、アラームの生成を許可せず、リアルタイムデータのみを処理するため、OPCUAはOPCDAよりも頻繁に使用されます。対照的に、OPC UAを使用すると、履歴データソースにアクセスしたり、アラームを設定およびトリガーしたりできます。

データ視覚化の設計

ローカルデータ収集が有効になると、PLC変数をダッシュ​​ボードに追加できます。追加されると、HMIなどの利用可能な視覚化デバイスに表示され、今後分析されるデータに含まれます。

MachineMetricsを使用したPLCデータの収集と分析

PLCからクラウドへの通信は、IIoTが価値を提供できるようにするための重要な部分です。 MachineMetricsは、PLCデータを実用的な洞察に変えて、プロセス制御を改善し、コストを削減し、効率を高める、強力で柔軟で機敏なクラウドソリューションを提供します。機械、センサー、PLCを簡単に接続して貴重な生産データを抽出し、人やシステムがより適切で迅速な意思決定を行えるようにします。

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