シームレスなPLC-to-Cloud統合：IoTを活用したリアルタイムデータ取得

IoTハードウェア、ソフトウェア、通信プロトコルを含む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なステップで進んできました。

初期の産業オートメーションシステムは、基本的なセンサー、リミットスイッチ、その他のデバイスで、データを直接プリントアウトやHMIに送り、ほとんど分析は利用できませんでした。データは依然として管理レベルの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。シンプルなソフトウェアとエンタープライズレベルシステムの間には相互運用性の問題があり、システムがデータを処理して消費可能にする速度と深さに限界がありました。利用可能な可視化は通常、機械レベルのHMIに限られていました。

1970年代以来、産業オートメーションシステムはしばしばPLCに依存してきました。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と連携するよう進化しました。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、システムと人々に配信され、生産性向上、プロセス改善、ムダ削減、ユーザーへの実用的な洞察提供を実現します。

PLCとクラウド：それらは何か？

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。用途が大きく異なり、モダンなIIoTオートメーションと監視システムを動かすには互いに依存しています。それらの違いを理解することで、PLCからクラウドへデータを送る方法を理解できます。

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、またはPLCは、オートメーションシステムでの使用のために開発されました。初期モデルは基本的な制御機能しか持たず、高度な分析や計算能力はありませんでした。

また、データ構造がなく、PLCキャビネットでのノートパソコンによる独自プログラミングが必要で、特定の通信プロトコルに限定されていました。

これらの制約により、IT部門は重複するコンポーネント、ハードウェア、デバイス設定の社内アドホックシステムを構築せざるを得ませんでした。これらの自作システムはセキュリティ侵害に対して開かれており、維持コストが高く、IoT接続性はほとんどありませんでした。一般的に、資本とスキルセットリソースが乏しい多くの小規模企業には手が届きませんでした。

現在のPLCはOTとITの両プロトコルを受け入れられます。ほとんどが組み込みセキュリティを備え、統合IIoTプラットフォームの一部として保護可能です。機能の進歩により、PLCはOTデータをITスフィア（最も一般的にはクラウドプラットフォームに存在）に移動するのを助けるエッジデバイスとしても機能できるようになりました。

東芝 Type1 Light S - PUM11 CPU. [出典]

クラウド

エッジデバイス、PLCの進歩、IoTテクノロジー、その他のデータ取得デバイスから生じるデータの爆発的増加は、これまで利用できなかった価値を得るためにデータを収集・活用する機会を提供します。しかし、物理サーバーの追加、維持、セキュリティ確保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、インターネット経由での分散型データストレージとアクセスの概念を表します。社内サーバーで企業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、リモートで保存できます。企業は、社内ホスティングでは利用できない高度な分析プラットフォームとサービスにもアクセスできます。

データは、クラウドとのインターネット接続で保存、クレンジング、整理、分析されます。返されるデータ（洞察、計算済み指標、ビジュアライゼーション、または単なる生の統一データの形で）は、インターネット経由で端末、ノートパソコン、タブレット、機械レベルのHMIに配信されます。

製造業のためのクラウドコンピューティングガイド

なぜクラウドベースソリューションが必要なのか？

生成ポイントでデバイスが生成するデータ量は、従来のITと社内サーバーを圧倒する可能性があります。従来システムの維持を試みる企業は、機会を逃し、データを失い、コスト効率よくすべてを保存できないためデータを適切に分析できません。

ますます多くの製造設備がIIoTテクノロジーと高度なPLCを組み込むようになり、これは実用的かつ財務的な両面で競争上の問題を提示します。PLCとクラウドプラットフォームはビジネス的にも理にかなっています。

クラウドを使用すると、即時のソフトウェア更新へのアクセス、高価なITインフラコストとメンテナンスの大幅削減、AIを駆使した高度な分析と機械学習アルゴリズムへのアクセスが可能になります。

MachineMetricsのインダストリアルIoTプラットフォームのようなクラウドデータソリューションは、ショップフロアにいても自宅にいても、ビジネスの複数の領域を改善する大きなメリットをメーカーにもたらします。

PLCからクラウドへ：PLCからデータを読み取る方法

データをクラウドに送信・更新するには、標準プロトコルの実装またはクラウドアダプターの使用によって行います。この伝送は、HMI、PC、ノートパソコン、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TCP/IPで動作しますが、構造化された双方向接続なら何でも動作可能です。

MQTTプロトコルは、センサーまたはセンサー群（MQTTクライアント）とMQTTブローカー間の通信を可能にします。ブローカーは交通整理役として、すべてのメッセージを受信し、正しい宛先（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）にルーティングします。

MQTTのような標準化プロトコルを使用するメリットは、よく知られ、構造化されており、クラウドへのシンプルな移動を可能にすることです。しかし、PLCをMQTT用に設定するのはトリッキーで、接続失敗時に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の活用

多くのタイプの工場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での通信に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おらず、直接通信ポートを開くとセキュリティリスクが生じます。

クラウドアダプターは、オンサイトで全データを収集してからクラウドに転送します。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プロトコルでの接続失敗とは異なり、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、必要に応じて復旧可能です。

PLCからクラウドへデータを送るステップ

製造業におけるリアルタイムデータの価値は莫大です。MachineMetricsのような高度な機械データプラットフォームでクラウドプラットフォーム上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。しかし、多くのデバイスとPLCからクラウドへデータを送り、それが標準化されていることを確認することは、クラウドベースプラットフォームを機能させるために不可欠です。

MachineMetricsのような機械、センサー、PLC接続を可能にするソリューションなしでは、このプロセスは（そして維持も）手作業で完了する必要があります。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、いくつかのステップを踏めます。これらのステップには以下が含まれます：

1. PLCデータのタグ作成

PLCから収集されるデータは戦略的に定義される必要があります。この戦略には、収集・保存するデータのタグ作成が含まれます。これらのタグには、温度、湿度、その他の周囲条件、電力使用量、メンテナンス用の振動データなどのセンサー入力が含まれる場合があります。

MachineMetricsは、設備全体で生成されるデータの高度な分析を行い、機械監視や予知保全などの高度なユースケースを推進できます。

どのタグを使用すべきかを知ることは、システム、人間の相互作用、その他の自動プロセスによってアクションに変換できる関連データの提供に役立ちます。

2. 必要なシステムツールの準備

IIoTシステムでのPLC-to-クラウド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によって駆動される必要があります。また、イーサネット接続を評価することも重要です。一部のデバイスはこの接続を持ちますが、他はエッジゲートウェイを必要とする場合があります。

データが流れ始めたら、それを分析しユーザーに洞察を提供する産業用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アウトオブザボックスで動作し、起動後すぐにデータ分析が可能です。

3. PLC IoTゲートウェイのインストール

MachineMetricsは、PLCやその他のデバイスから数分で接続・データ収集を開始できます。企業はインターネット経由で産業用IoTゲートウェイをセットアップし、適切なルーターを速やかに追加できます。

MachineMetricsのような接続ソリューションなしでは、データタグを手動でマッピングして設備データを標準化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によりこれをはるかに容易にします。

PLCは、PLCソフトウェアを通じて、またはシステムにpingを送ってVPN接続を使用することでアクセス可能です。接続されると、PLCのデータ設定が可能になります。MachineMetricsはシステムの柔軟性を提供し、EtherNet、Wi-Fi、セルラーでの接続を可能にするため、複数の方法で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にはデータ収集のための特定のプロトコルが必要です。これらのプロトコルには、収集する変数とそれらの変数が存在する場所が含まれます。

PLCはまず、メーカーのプログラミング指示を使用して設定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通じてプログラミングされる場合もあります。設定後、各PLCのアドレスが追加され、PLCが監視・収集するデータの変数が選択されます。

5. 変数とタグの設定

この時点で、データは定義され、接続性はテスト済みです。各PLCに変数を追加し、タグで各変数のログ方法を指定できます。タグは時間ベースで必要に応じてアクションをトリガーでき、機械レベルでの状態変化に基づくことも、別のPLCからMQTTブローカー経由で配信される情報に基づくこともできます。

6. PLCダッシュボードの作成

MachineMetricsは豊富なビジュアライゼーションと動的なリアルタイムダッシュボードを提供します。アウトオブザボックスの生産表示はリアルタイムまたは履歴で、プラントの最も重要な指標への可視化を可能にします。

MachineMetricsプラットフォームには、機械レベルでのオペレーター文脈化と直接入力機能も含まれます。多くのMachineMetricsアプリは、短時間でカスタマイズ可能なテーラーメイド体験を提供するようアウトオブザボックスで設定できます。

7. リアルタイム監視とプロアクティブアラート

クラウドベース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届けられます。これらは、機械停止、差し迫った問題、材料不足などを示す可能性があります。これらのアラートは現在の機械ステータスに基づくため、オペレーターと技術者はダウンタイムとムダを減らすために迅速に対応できます。管理者も、生産フロアのリアルタイムステータスを反映したデータにアクセスできます。

複数デバイスを単一クラウドに接続

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する複数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、Raspberry Piのようなクラウドアダプターの使用です。

Raspberry Piは、クレジットカードサイズの小型コンピューターで、エンクロージャーキャビネットに差し込み、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動作するようプログラミングできます。その小型サイズ、低消費電力、プログラミングの簡素さが、PLCとIIoTクラウドベースプラットフォームのギャップを埋めます。

留意点：このようなソリューションを手動で構築・維持するのは信じられないほどリソース集約的です。これが、すべての設備で接続性とデータ収集を自動化することがいかに重要かの理由です。適切な機械データ収集ソリューションを選択することは、チーム全体だけでなく、CMMSからERPまで他のすべての製造システムが頼れる継続的改善の基盤を作ります。

ローカルデータの収集

クラウドアダプター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インターフェー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経由でWebインターフェースを提供します。OPC UAは、独自プロトコルを持つPLCをサポートするデバイスと相性が良いため人気の標準です。

OPC UAはOPC DAより頻繁に使用されます。なぜならOPC DAは安全性が低く、アラーム生成を許可せず、リアルタイムデータのみを扱うからです。対照的に、OPC UAは履歴データソースへのアクセスと、アラームの設定・トリガーを可能にします。

データ可視化の設計

ローカルデータ収集が有効になったら、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などの利用可能な可視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でPLCデータを収集・分析

PLC-to-クラウド通信は、IIoTが価値を提供するための不可欠な部分です。MachineMetricsは、PLCデータを実用的な洞察に変え、プロセス制御を改善し、コストを削減し、効率を向上させる強力で柔軟、アジャイル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、貴重な生産データを抽出して、人とシステムがより良い、より速い意思決定ができるようにします。

MachineMetricsでPLCと機械データを活用し始めましょう。実際の動きを見てみませんか？

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