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シリアルデバイス×IIoT 現場の課題を解決する導入ガイドブック

ハンドブック

IIoT化が進む中でシリアルデバイスの接続性を確実にするための4つの考慮事項

IIoT化が進む中で、現場のシリアルデバイスの接続性を確実に保つためにはどうしたらよいでしょう。
接続性をシンプルに保つには?シリアルデータをクラウドにあげるには?、適切なセキュリティ施策として何が必要か?、デバイス管理の作業負担の軽減するには?-4つの角度から考慮すべき事項とその解決策となるヒントをご紹介しています。

このカタログについて

ドキュメント名 シリアルデバイス×IIoT 現場の課題を解決する導入ガイドブック
ドキュメント種別 ハンドブック
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取り扱い企業 Moxa社代理店:アイ・ビー・エス・ジャパン株式会社 (この企業の取り扱いカタログ一覧)

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このカタログの内容

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目次 イントロダクション シリアルデバイスの接続性を高めるための4つの考慮事項 • 接続の複雑さに身構えてはいけません • クラウドかローカルか? • セキュリティ防御の第一段階 • マスデバイス管理の大きな作業負荷 おわりに
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イントロダクション IIoT接続の重要性 産業用モノのインターネット(IIoT)は、資産がどのように機能し ているのか、さらにはその資産がリアルタイムでどのように機能 するのかについての理解を深めることによって、事業の変革と収 益の向上をもたらします。IIoTへの投資を促進する結果には、生 V 産性の向上、運用効率の向上、および運用コストの削減が含まれ ます。 多くの企業はまた、IIoTへの投資を競合他社に対する優位 性を獲得する手段と見なしています。 ほぼすべてにおけるIIoT展開の究極の目標は、産業データソー スから実用的な洞察を得て、より良く正確なビジネス上の意思決 定を行うことです。 多くのユースケースが、IIoTが多数のビジネス に恩恵をもたらしている例として役立ちます。輝かしい例の1つ は、サプライチェーンと資産管理を最適化することにより、機器の 使用量と生産パフォーマンスを最大化できることで、予測メンテ ナンスが計画外のダウンタイムを妨げたことです。 1 イントロダクション
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ビジネス上の決定の有効性は、現場から取得したデータの正確さ によって異なります。IIoTアプリケーションがメリットを享受するた ダイジェスト、処理、分析、 データ保存 めには、データの収集方法と処理方法の確立が不可欠です。IIoTア プリケーションの単純化されたデータ処理モデルには、少なくとも バックエンドデータサーバ 3つのレイヤが含まれます。エッジデバイス、相互接続デバイス(ゲ (データが分析される場所) ートウェイなど)、そしてバックエンドデータサーバです。 エッジデバイスには、ロックを解除したときに貴重な情報を含むデ ータを収集して提供する産業用機器が含まれます。相互接続デバ 集計、処理する、分析、 データ転送 イスは、アプリケーションの要件に応じて、エッジレイヤから収集し たデータを集約し、それを処理し、さらには分析します。その後、デ 010101101010 相互接続デバイス ータはバックエンドデータサーバに転送され、保管またはさらなる 010101 01 (データ送信) 分析のために適切な情報として提供されます。 101010 エッジデバイスとデータサーバをブリッジすることの重要性によ り、IIoTアプリケーションでは相互接続デバイスが不可欠になりま データ す。アプリケーションに適したソリューションを選択するには、現場 ソース エッジ デバイス でどのような種類の機器を接続する必要があるのかを知っておく (データが生成される場所) 必要があります。 1 010 01010101010101010010 図1:IIoTアプリケーションのデータ処理モデル 2 010101010101010101 0 イントロダクション
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シリアルコネクティビティが重要な理由 今日でも、オペレータがデータを収集して活用しようとしてい る産業用アプリケーションには、まだ多数のシリアルベースの デバイスが存在することに驚くかもしれません。時代遅れの 6%以上 ものと思われがちですが、MarketResearch.Bizによると、世 2017年から2026年までの 界のシリアルデバイスサーバ市場の成長率は、現在から2026 年間成長率予測 年まで<で +/ 6>.2%と予測されています。 開 発 が 簡 単:シリアルア プ リケ ー < / > ション ソ フト ウェア は 、複 雑 な ソ フトウェア ス タック を 必 要 と す る 費用対効果:ほとんどのケースでは、シリ USB、Ethernet、Bluetooth、Wi-Fiなどの $アルはパラレルと比較して安価に実装で 通信テクノロジに比べてはるかにプログ きます。多くのICは、CPUを内蔵したシリア ラミングが簡単です。 ルインタフェースを備えているため、材料 費が削減されます。 学習曲線はプログラマーにとっても簡単です。私たちはプロ グラムサイズの違い、たとえば数行のコーディングと数千行 さらに、コミュニケーションの目的を達成するために必要なワ のコーディング、あるいはソフトウェア開発のための数日か イヤは3本だけです。コストの違いもまた重要です。 ら数ヶ月の違いについて話しています。 3 イントロダクション
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配置が簡単:短距離でも低速通信で も、ケーブルは通常ノイズの影響を受 けにくいので、ケーブル材<料 /の >品質、タ ーミネータの必要性(長距離通信およ びマルチ<ド ロ/ ッ>プアプリケーションの み)は問題になりません。ピンの割り当てが正しく一致してい れば、通信は機能します。 このガイドでは、知っておくべき4つの < / > 実用的な課題と、シリアルデバイスを 保守が簡単:通信に問題がある場合で IIoTアプリケーションに移行するための も、デバッ<グ は/ 比>較的簡単です。根本 最適な相互接続デバイスの選び方につ的な原因は、配線エラー、シリアルパラ いての役立つヒントを紹介します。 メータ設定エラー、またはプロトコル 設定エラー(たとえば、Modbus設定) に他なりません。ほとんどの通信問題 はこれらのエラーを修正することで解決できます。 上述の4つの理由により、シリアルベースの装置は様々な産 業用途において一般的に見られます。IIoTアプリケーション に相互接続デバイスを選択するときは、シリアルベースのデ バイスの接続を有効にする方法を知ることが不可欠です。 4 イントロダクション
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シリアルデバイスの接続性を高めるための4つの考慮事項 相互接続デバイスは、遅延、改ざん、または損失なしに、正しいデータがエッジデバイスからデータサーバに確実に配信さ れるようにする必要があります。 これを実現するには、IIoTアプリケーションの接続性を開発するときに、4つの考慮事項に 注意する必要があります。 5 考慮事項
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私達の工場では、生産高に関するデータを収集 しています。システムの稼働時間を最大化する ための予測保守アプリケーションを構築するた めに、複数のフィールドデバイスの状況に関す るデータを収集してほしいと願っています。 さ まざまな種類のデバイスをすべて接続してから データを収集する方法を教えてください。 6 考慮事項1
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考慮事項1:複雑な接続性に身構えないようにしてください 概要 さまざまな種類のデバイスをネットワークに 統合する必要があり、その大部分はレガシー デバイス(シリアル)であるため、IIoTアプリケ ーションの接続の複雑さはエッジデバイスに 起因する可能性があります。それはおそらく 私たちの今日の携帯電話やラップトップの大 部分より古いです。物事をさらに複雑にする のは、これらのデバイスがさまざまなプロト コルを介して通信しているということです。 企業がアプリケーション分野全体でデータを 収集およびコンパイルし、このデータを使用 して適切な情報を生成できるように、さまざ まなデバイスや異なるプロトコルからのデー タを一元化されたデバイスに変換する必要 があります。コネクティビティを可能にし、確 実にしなければならないため、ここで相互接 続デバイスが非常に重要になります。 7 考慮事項1
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簡単なヒント シリアルデバイスの在庫をもつ 圧力 トランスデューサー Cnc IIoTプロジェクトの最初の重要なステップ マシン は、データにアクセスして分析対象の場所 バーコード 流量 リーダー にネットワーク経由で転送するのに適した メーター 相互接続デバイスを決定するために、どの Rfid エッジデバイスを接続する必要があるか リーダー を理解することです。 RTU 図2は、さまざまな産業環境で一般的に見 PLC られるシリアルデバイスの種類を示してい ます。 ランプ これらのシリアルデバイスは、独自のプロ 電源 センサー トコルまたはModbus、PROFIBUSなどの メーター 標準的なフィールドバスプロトコルで使用 DISPLAY されています。 動的 メッセージ ボード これらのシリアルデバイスをネットワーク 温度と に接続することは一般的な目標ですが、シ 湿度センサー トラフィック リアルデータの処理とイーサネットへの変 コント ローラー 換は、シリアルデバイスの種類ごとに非常 に異なる場合があります。 図2:様々な業界の一般的なシリアルデバイス 8 考慮事項1
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簡単なヒント 独自のプロトコル通信 一般に、デバイスが独自のプロトコルを使用している場合 シリアルデバイスが独自のプロトコルを使用して は、シリアルデータを適切なパケット形式に変換してイー いる場合は、シリアルデバイスのデータをイーサ サネットベースのネットワークに送信する必要があります。 ネットベースのネットワークに転送するためにシ それは別名、シリアルトンネリングとして知られています。 リアルトンネリングが必要です。 アプリケーション シリアルデバイス シリアルデータ 独自 フレーム 図 3:純粋なシリアル通信 シリアルツーイーサネットデバイスは、2つの主要なシナリオに沿ってシリアルトンネリングを処 理します。 ホスト側の振る舞いが、シリアルツーイーサネット通信を実現するための動作モードを 決定します。仮想COMは、ユーザーがシリアルアプリケーションプログラムを保持したい場合に一 般的に使用され、TCPソケットモードは、ユーザーが独自にTCPヘッダーを処理するかアプリケー ションプログラムを再開発する場合に使用されます。 9 考慮事項1
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簡単なヒント シリアルトンネリング(仮想COM / TY) アプリケーション シリアルデバイス シリアルデータ シリアル・イーサネットデバイス 独自 仮想付き 独自 独自 フレーム ドライバ TCP フレーム フレーム 図4:純粋なシリアル通信 アプリケーションシナリオ • デバイスの製造元から提供されたドライバは独自のフレームを読み 取ることができますが、ドライバはシリアルインタフェースのみをサポ ートします。 • シリアルからイーサネットへのソリューションは、TCPフレームの解凍 に役立つ仮想COMドライバを提供します。 10 考慮事項1
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簡単なヒント シリアルトンネリング (TCPソケット) アプリケーション シリアルデバイス シリアルデータ シリアル・イーサネットデバイス ユーザー設計 TCP 独自 独自 アプリケーション フレーム フレーム 独自 ユーザー別にアンパック 独自 フレーム TCPプログラミング フレーム 図 5:シリアル間イーサネット通信:シリアルトンネリング(TCPソケット) アプリケーションシナリオ • 設計エンジニアは、独自のフレームの扱い方を知っています。 • TCPフレームはプログラミングによってアンパックされ、他のアプリケー ションに適用されます。 11 考慮事項1
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簡単なヒント 産業用プロトコル通信 お使いの機器がModbus RTUなどの標準的な産業用プロトコ ルを使用していて、EtherNet / IPなどのイーサネットベースのプ シリアルデバイスが使用する産業用プロトコルを ロトコルに変換する必要がある場合は、状況は少し複雑にな イーサネットベースのプロトコルに変換する必要 ります。プロトコルがネットワークを介してイーサネットベース がある場合、状況は少し複雑になります のプロトコルとして伝送されることができるようにプロトコル を再定義するためにデータの再フォーマットが要求されます。 アプリケーション シリアルデバイス 産業プロトコルのシリアルデータ Modbus RTU フレーム 図 6:産業用プロトコルとの純粋なシリアル通信 シリアルからイーサネットへのゲートウェイは、2つの主要なシナリオに沿ってプロトコル変換 を処理します。 たとえば、Modbus RTUとModbus TCPのように、変換される工業用プロトコルが 技術的に類似している場合は、透過的なゲートウェイが必要です。それらの極が離れている場 合、プロトコル変換を処理するためにエージェントゲートウェイが必要となります。 12 考慮事項1
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簡単なヒント 透過的なプロトコル変換 アプリケーション シリアルデバイス シリアルデータ 産業プロトコル シリアル・イーサネットデバイス Modbus TCP Modbus RTU フレーム フレーム Modbus Modbus TCP = TCP + Modbus RTUフレーム ヘッダー マスター 図 7:シリアル-イーサネット通信:トランスペアレントプロトコル変換 アプリケーションシナリオ • 標準プロトコルはSCADAなどの標準のサードパーティ製アプリケーショ ンで読み取ることができます。 • 変換されたプロトコルは互いに類似しているため(たとえば、Modbusや DNP3.0)、すばやく変更できます。 13 考慮事項1
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簡単なヒント エージェントプロトコル変換 シリアルデバイス アプリケーション シリアルデータ内の 産業用プロトコル シリアル・イーサネットデバイス EtherNet/IP Modbus フレーム RTU フレーム EtherNet/IP EtherNet/IP 変 換 Modbus Modbus RTUスキャナ アダプタ RTU マスター スレーブ 図 8:シリアル-イーサネット通信:エージェントプロトコル変換 アプリケーションシナリオ • 変換されたプロトコルは互いにまったく異なります。 • ゲートウェイは、デバイスの両側と通信するために2つの役割を果たします。 • 主にシリアル機器とSCADAまたはPLCを接続する場合に必要です。 14 考慮事項1
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Moxaのソリューション さらに詳しく… 適切なソリューションを使用すると、複数の種類と多数のシ 前述したように、さまざまな種類のデータ挙動だけでなく、 リアルデバイスを簡単に接続できます。 Moxaは、あらゆるコ さまざまな種類のシリアルデバイスが現場で見つかります。 シリアルからイーサネットへのソリューションは、多様なアプ ネクティビティ要求を簡素化し実行するための包括的なイ リケーションシナリオをどの程度カバーできますか?もっと ーサネットとイーサネットの間の製品ポートフォリオを持っ 学ぶためには以下の資料をダウンロードしてください。 ています。 NPort Operation Mode Guidance(英語版) シリアル・ツー・イーサネットソリューションQ&A Finding a Better Protocol Conversion Solution Between PLCs and Device(s 英語版) How to Optimize SCADA Systems through a Modbus Gateway( 英語版) NPortシリアルデバイスサーバ Moxaは本当に接続を 独自のシリアルツーイーサネットソリュPーroシprョietンary 簡単にしてくれますね! Serial-to-Cloud Serial-to-Cloud Solution Protocol Conversion MGateプロトコルゲートウェイ NPort IA5000A-I/O series MGate 5105-MB-EIP NPort IAW5000A-I/O series シリアルからイーサネットへのプロトコル変換 15 考慮事項1
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マイグレーション データセキュリティ 当初、末端にあるアプリケーションからデータを 収集する目的は、生産量を把握することでした。 スケーラビリティ クラウド? 今度は、OEEを増加させるためのアプリケーショリソース ンを構築するためにRTUやメーターなど、現場 のセンサーからより多くのデータを集めることを 実 装 望んでいます。 フィールドデータをクラウドに送 信し、クラウドシステムを介して分析することは、 より効果的ですか? 16 考慮事項2
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考慮事項2:クラウドかローカルか? 概要 IIoTアプリケーションにクラウドは必要ですか?IIoT導入の理 これらの質問に対する答えがほとんど「はい」である場合は、 論的根拠の背後にあるのは、実用的な洞察を得るためにエ デバイスをクラウドに接続することをお勧めします。 ンドデバイスからデータを収集することです。しかし、これら しかし、それでもよく知られている問題が頭を出しています。 の膨大な量のデータはどこに保管されるのでしょうか。デー 多くのエッジデバイスは、インターネットが理解できる言語 タユーザーとして、私たちは自分自身にいくつかの重要な質 を話せないのです。相互接続デバイスがクラウドに接続する 問をする必要があります。 機能は、バックエンドデータサーバーとしてクラウドを選択 する場合に重要です。 • アプリケーション分野は主に分散型ですか? • 独自のデータサーバを維持する機能があります か?つまり、アプリケーションに必要なコンピュー ティング能力を維持するか、フィールドデータ用の データストレージ容量を確保するための費用と専 門知識がありますか? • アプリケーションには、いつでもどこからでもフィ ールドデータにアクセスする機能が必要ですか? • アプリケーションは時間とともに拡大する必要が ありますか? 17 考慮事項2
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簡単なヒント ネットワークのサウスバウンド(お使いのデバイス用のサポ ートプロトコル)およびノースバウンド(クラウド接続のサポー アプリケーションシナリオに基づいて、相互接続 ト)機能に加えて、データ統合も考慮する必要があるもう1つ デバイスを賢く選択してください。 の要素です。一部のアプリケーションでは、データ分析または ネットワーク統合タスクがエッジ側で行われることがありま す。一方で、それ以外のアプリケーションでは、クラウドで行 クラウドサーバへ ローカルサーバへ われることがあります。これは、IIoT展開に選択した相互接続  コンピューター コンピューター デバイスに大きな影響を与えます。 (クラウドレディ) + シリアル間イーサネットデバイス データ用 図9は、データ統合のニーズと選択されたバックエンドデータ 統合のエッジ サーバをマッピングすることによって推奨される相互接続デ バイスの概要を示す、相互接続デバイスの機能メトリックを 集計、処理、分析、データ転送 集計、処理、分析、データ転送 示しています。 相互接続デバイスの 図9からわかるように、データ統合を最先端で行う必要がな 機能メトリクス いアプリケーションでは、すぐに使用できるシンプルなシリア すぐに実行 すぐに実行 ルからクラウドへの移行デバイスを使用すると、多くの労力と シリアル間クラウド シリアル間イーサネットデバイス デバイス フロントエンドのコストを節約できます。 エッジ デ にー なタ い統 の 合場合 データの処理、転送 データの処理、転送 図9:相互接続デバイスの機能メトリクス 18 考慮事項2