SCADA(スキャダ)とは?一般的なシステムの構成や運用事例を紹介

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SCADA

ものづくりの現場では、あらゆる製造装置が動き続け、製品を生み出すための仕事をこなしています。

これらの装置には、意図した通りに動かすために制御する仕組みと、異常に対応するために監視する仕組みが必要です。

これを一役で担う「SCADA(スキャダ)」という技術が注目され、あらゆる産業への導入が進んでいます。

今回は、SCADAの基礎知識やスマートファクトリーとの関係、システムを構成する要素、国内の導入事例について解説します。

SCADAとは?産業情報の取得と監視制御ができる技術

SCADAとは

SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)とは、大きな施設やインフラを構成する装置・設備からデータを取得し、ネットワークを通して一か所に集めて管理できるシステムです。

産業に関するあらゆるデータは施設内の機器やセンサーから送られ、それらを監視・制御しながら蓄積・分析まで行います。設備に異常が発生した際のアラームやセキュリティの機能を含む場合もあります。

たとえば、生産施設ではNC工作機械や産業用ロボットといった製造装置の作動状況や、部材の数量、生産の進捗状況などの情報を扱うのが一般的です。管理者はその情報をパソコンやタブレットなどの端末で確認した上で、必要に応じて装置の稼働や停止をしたり、制御用のパラメータ変更をしたりできます。

水道やガスのインフラでは、パイプ内部の流量・圧力などの情報を集め、弁の制御や異常の検知などを行えます。SCADAは監視・制御すべき対象があれば、産業界のあらゆる場所で使える技術なのです。

DCSとの違い

SCADAが登場する以前は、設備の監視・制御にDCSという仕組みが使われていました。

DSC(distributed control system)とは分散制御システムの略称で、各機器ごとに制御装置を設けるシステムです。それぞれの制御装置はネットワークで接続され、お互いに通信を行って監視します。

SCADAとの違いは、産業情報を一元管理ではなく分散管理する点です。また、SCADAは汎用のコンピューターやソフトウェアを活用できるため、汎用性が高くコスト面でも有利だと言えます。

そのため、近年では国際的な規模でSCADAを採用する事例が増えています。

SCADAはスマートファクトリーの実現に重要

SCADAとスマートファクトリー

SCADAの構成は、近年各国の製造分野において進められているスマートファクトリー(工場のスマート化)に必要な条件を満たす重要な役割を担います。

スマートファクトリーとは、さまざまな次世代デジタル技術(AI・ビッグデータ・5Gなど)を駆使し、生産性と効率を高めた工場です。重要なのは、上流にあたる生産計画から、下流にあたる生産現場の製造装置にいたるまでのデータ連携です。

まず、全体の生産計画を各工場へ密に連携し、MES(製造実行システム)を用いて最適なスケジューリングや工程管理を行います。

そして、あらゆる生産設備からIoTセンサーなどで取得したデータをAIが分析して、製造の最適化ができるように製造装置へ指示を出すという階層構造となります。

SCADAは設備全体の機器から受信したデータを集約し、管理システムへと連携する役割を担うため、スマートファクトリーの仕組みには欠かせません。

関連記事:スマートファクトリーとは?メリット・デメリットを事例と一緒に解説|ロボット導入.comブログ

エッジコンピューティングとの結びつきについて

スマートファクトリーに関連して、「エッジコンピューティング」という技術もSCADAと関係があります。

エッジコンピューティングとは、デバイスによって取得入力したデータを外部のネットワークに転送する際に、デバイス本体や近辺のサーバーなどの内部環境で処理・分析を行うことで、通信にかかる負荷を軽減する技術です。

一般的に内部で発生したデータはクラウドサーバーなどの外部へ転送され、その後データの処理・分析が行われたのちに、さまざまな場所から参照できるようになります。

しかし、処理前のデータは容量が比較的大きくなりやすく、現地では膨大な量のデータを収集するため、通信の際に負荷がかかるおそれがあります。

エッジコンピューティングはこの課題を解決し、通信障害のリスクを軽減したり、システム運用の効率化が図ることが可能です。

生産設備(内部環境)からデータを取得するSCADAとエッジコンピューティングを組み合わせることで、より高度なスマートファクトリーが実現できます。

SCADAを構成するシステム要素

SCADAを構成するシステム要素

SCADAのシステムを細分化すると、「入力」「監視・制御」「表示・管理」の3機能、そして設備同士をつなぐ「通信基盤」の計4要素から構成されます。

各機能の役割や機能を担う設備などの詳細をそれぞれみていきましょう。

「入力」機能

「入力」の機能は、データをSCADAシステムへ取り込む入り口です。担当するのは、入力端末やセンサーなどの設備となります。

データの入り方は、センサー類が自動で情報を検知するパターンや、人間がタブレットや検査端末などにマニュアルで情報を入力するバターンなどがあります。

いずれも設備の状態を細かく把握するための情報であり、生産現場のあらゆる機器に入力機能を備えるのが理想です。

「監視・制御」機能

「監視・制御」の機能は、入力によって得られたデータを機械的に監視・制御し、人間が理解できる情報へ変換する部分です。

使用するシステムは、PLC(プログラマブルロジックコントローラ)やRTU(遠隔監視制御装置)などが該当します。

PLCは入出力や演算、記憶、通信などの機能を持ちながら、コンピューターよりもシンプルで信頼性の高い制御装置です。

同様の機能を持つコンビューター上のソフトウェアをPLCと呼ぶ場合もあります。

PLC単体でデータの監視・制御は可能ですが、生産現場内の情報を一元管理する用途には適していません。

そこで使われるのがRTUです。RTUはセンサー類から送られるデータやPLCコンビューターが扱うデータを上位システムに位置する監視制御システムへと送る装置です。

主にPLCとRTUの組み合わせによって、生産現場のデータを一元的に監視・制御することが可能となります。

「表示・管理」機能

「表示・管理」は、デジタルの世界で行われる監視・制御の状況を、主にコンピューターのソフトウェアによって現実の世界にいる人間に伝えるための機能です。

平常時の監視に使えるだけでなく、問題が起きた場合にアラートを出す機能や、問題の原因を分析するためにデータを参照制御できる機能があるため、異常時のサポートシステムとしても使えます。

主にソフトフェアによる機能のため、中央管理室のような場所に設置されるコンビューターから、現場の担当者が持ち歩くタブレットやスマホなどのデバイスまで幅広く対応します。

著名なソフトフェア製品は、三菱電機の「MC Works64」や、JTエンジニアリングの「JoyWatcherSuite」が挙げられます。

ソフトフェアの役割はデータの見える化と一元管理のため、入力設備やPLCやRTUなどの要素は別途導入支援を受ける必要があります。

参考:三菱電機 FA SCADA MC Works64 SCADA MC Works64の製品特長

参考:JoyWatcherSuite(SCADA)とは~SCADA国内シェアNo.1|ジェイティエンジニアリング

「通信基盤」機能

「通信基盤」の機能は、入力端末やPLCなどのSCADA内部における設備間での通信や、SCADA内部と外部を通信するための機能です。

現在では多くのケースでインターネットと同じ「TCP/IP」という方式が採用され、信頼性経済性が確保でき、状況に応じて有線と無線を交えたネットワークが構築できます。

とくに通信の遅延が許されないミッションクリティカルなシステムには、近年実用化が進む次世代通信技術「5G」の活用が効果的です。

将来的に5Gが普及していくことで、生産現場内のあらゆる機器同士が無線で高速通信を行う高度なシステムが実現するでしょう。

関連記事:5Gが製造業をどう変えるのか?メリットや業界の動向も解説|ロボット導入.comブログ

SCADAを導入したメーカーの国内事例を紹介

SCADAの事例

SCADA市場は国際的に成長しており、近年後れをとっているとみられた日本国内でも導入事例が着々と増えています。

それでは、SCADAの国内メーカーにおける導入事例について、「導入することでどのようなメリットがあったのか」という観点も交えてみていきましょう。

現場の問題解決をスピーディにした事例

ベアリングメーカーの日本精工株式会社では、現場で問題が発生したとき、現場から提供されたデータを解析チームへ渡すやり取りにメールを使っていました。

このやり方だとデータ連携が間接的で手間がかかってしまい、メンテナンス管理の質に課題が生じます。

そこで、Webによるリアルタイムな生産管理ができるSCADAの導入によって、解析チームが直接データを見て解析することが可能となりました。

ワークフローが簡潔になり、スピーディな問題解決が実現したのです。

参考:生産管理システム開発事例~SCADA国内シェアNo.1|ジェイティエンジニアリング

監視業務の負荷軽減や顧客信頼度の向上を実現した事例

蒸着製品製造メーカーの日本メタライジング工業株式会社では、アルミ真空蒸着工程において、機器のモニタリングと製品の分析を行うためSCADAを導入しました。

おおまかなシステム構成は、現場の操作盤に設置されたデータ収集用のPLCと、データ蓄積を行う事務所のサーバーの2点です。

工程の状況を技術スタッフが事務所でいつでも監視できる体制となったため、監視業務の負荷が大幅に軽減されました。

また、顧客からの問い合わせに対して、製造条件や環境、品質にかかわる数値が明確に回答できるようになり、メーカーとしての信頼が向上する効果も得られたとのことです。

参考:遠隔地で稼働可能なモニタリングシステムを構築~SCADA活用事例|ジェイティエンジニアリング

SCADAは単なるツールではなくソリューションである

SCADAの役割は、生産現場の産業情報を一元管理することです。

同時にデータを見える化するため、管理者が現場に常駐することなく監視業務を行うことができたり、迅速なトラブル対応を可能にします。

こうしたメリットだけでなく、SCADAを導入するうえで重要なのはデータが持つ可能性を活かすことです。

リアルタイムに得られるデータは、製造工程の最適化やトレーサビリティの確保などあらゆる用途に活用できる可能性があります。

SCADAは単なるツールではなく、製造を高度化するソリューションと考えることができます。

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