IO-Linkの診断データ、活かせていますか？ 設備保全に役立つ3種類のメッセージと状態監視

Your Global Automation Partner 状態監視の 情報チャネルとしての IO-Link 機械環境からのメッセージ Whitepaper | 191101

目次 機械環境からのメッセージ 3 情報チャネルとしてのIO-Link 4 IO-Linkとは？ 4 インターフェースの付加価値 5 WP 10/2019 | 2

機械環境からのメッセージ 機械およびシステムのインテリジェントな状態監視は、Industry 4.0との関連で 最も広く議論されているトピックの1つです。企業への商業的な要求が増加する につれて、効率的な予測メンテナンスのために、データを収集および解釈する専 用の方法が重要になります。 IO-Link技術は、センサ/アクチュエータレベルまでのシームレスな通信を管理 するために使用できるので、このシナリオにとって強力なソリューションです。す べてのデバイス情報、プロセスデータおよび診断データにアクセスできる機能を 使用すると、追加のインターフェースおよびケーブルを必要とすることなく、効果 的な状態監視が可能になります。 メンテナンスのレベル 状態監視には、高いシステム可用性と最適なメンテナンス間隔という2つの重 要な目標があります。継続的なデータ収集は、高度なレベルのメンテナンスの 基盤として機能します。 一般的に、次の3種類の戦略があります。 ■ 反応的：修理または交換は、障害が発生した場合にのみ実行されます。この最 もシンプルなレベルは、純粋にデバイスおよび機器を修理することの問題に なります。継続的なメンテナンスコストはありませんが、結果として生じる機械 ダウンタイムにより、収益の損失や健康被害など深刻な影響をもたらすこと があります。 ■ 予測的：技術担当者は、これまでの経験から得たデバイスの期待できる耐用 年数に関する知識に基づいて事前計算したタイミングで機械コンポーネント をメンテナンスおよび交換します。メンテナンスは機械がまだ動作するため、 収益を生み出すとき、不必要に早く実行されることがあるため、コスト効率は この戦略の主な考慮事項でもありません。この戦略も、予期しない不規則性 を考慮していません。 ■ ステータスベース：このメンテナンス戦略は、関連するデバイスからの状態監 視データを評価することに基づいています。例えば、リアルタイム診断を使用 すると、技術者は特定のセンサに障害が発生するリスクがあるかどうかを特 定できます。他のデバイスメッセージは、システムのセクション全体に障害が 発生するリスクを示している場合があります。この戦略により、故障を迅速か つ体系的に修正できる可能性が向上します。インテリジェントな予測オプショ ンは、コスト効果の高いメンテナンス概念に至ったとき、さらに重要になりま す。予測メンテナンス機能は、必要に応じてメンテナンスシーケンスに統合で きる、デバイス固有の予測を提供します。 WP 10/2019 | 3

情報チャネルとしてのIO-Link 状態監視の最もシンプルな形態は、企業が機械を産業規模で使用し始めたと きまでさかのぼります。しかし、最初に個々のコンポーネントの状態を評価した のは、センサではなく、機械環境に直接いた従業員たちでした。「予測メンテナン ス」と呼ばれる最新の技術的現象が、21世紀に入ってようやく勢いを付け始め、 現在はビッグデータによって容易になった新しい分析オプションに関連して注 目のトピックになっています。この10年の前でも両方の概念は確かに議論され ていましたが、関連する要件は現在、大きく変化しています。 IO-Linkでの自動化構造 「通話デバイス」があることと、情報が継続的に流れることは、機械環境からの データをインテリジェントかつコスト効果の高い方法で使用するための基本的 な要件です。IO-LinkがIndustry 4.0に該当する診断概念のチャネルとして満た すことができるのは、まさにこれらの要件です。 IO-Linkとは？ グローバルに標準化されたI/O技術（IEC 61131-9）として機能しているIO-Link は、センサ/アクチュエータとコントローラ、ERPシステム、MESシステムまたはク ラウドシステム間でのエンドツーエンド通信を可能にします。IO-Linkは、あらゆ るネットワーク、フィールドバスシステムまたはバックプレーンバスシステム間で 信号を送信し、電力を供給するためのシリアル双方向ポイントツーポイント接 続を提供します。IO-Linkシステムは通常、次のコンポーネントで構成されてい ます。 ■ IO-Linkマスタ ■ IO-Linkデバイス（センサ、RFIDリーダー、バルブ、I/Oモジュールなど） ■ シールドなしの3線または5線標準ケーブル（M8またはM12コネクタ付き） ■ IO-Linkを構成し、パラメータ設定するためのツールまたは直接統合 WP 10/2019 | 4

IO-Linkマスタは、IO-Linkデバイスと自動化システム間の接続を確立します。周 辺システムの構成部品であるIO-Linkマスタは、制御キャビネットに設置される か、IP65/67定格のリモートI/Oとして現場に直接、設置されます。IO-Linkマスタ は、さまざまなフィールドバスシステムや製品固有のバックプレーンバスシステ ムを介して通信します。IO-Linkマスタは、いくつかのIO-Linkポート（チャネル） を持つことができます。IO-Linkデバイスを各ポートに接続できます（ポイントツ ーポイント通信）。したがって、IO-Linkは、フィールドバスではなくポイントツー ポイント通信方式になります。 インターフェースの付加価値 IO-Linkテクノロジの主なメリットの1つは、すべてのプロセスデータ、診断デー タおよびデバイス情報に継続的にアクセスできることです。このデータを使用す ると、企業は、リスクを最小限に抑え、カスタマイズされたクラウドソリューショ ンを通じてリモートの、対象を絞った診断を可能にするインテリジェントなメン テナンスシステムを構築できます。 プロセスの実行中に動作ステータスを監視するには、さまざまな方法がありま す。 フィールドレベルでは、次のような3つのタイプのメッセージが生成されます。 デバイスメッセージ IO-Linkコンポーネントは、その状態に関する情報を常に送信できます。間接的 な周囲温度だけでなく、デバイス温度自体を確認できます。これらの値の急増 は、故障を示していることがあるため、慎重に監視する必要があります。 診断では、通信リンクが存在するかどうかを監視することもできます。IO-Linkコ ンポーネントレベルでの通信が中断された場合、すぐに故障情報が上位レベル の制御システムに送信されるため、制御システムがメッセージに応答できます。 このシナリオでは、ユーザーを支援するために既存の伝送メカニズムが使用さ れます。 アプリケーションメッセージ アプリケーション関連のメッセージは、デバイスのステータスを照会することよ りさらに一歩先を行きます。IO-Linkデバイスによって送信された情報は、ロー カルで使用したり、機械全体で収集し、事前処理し、機械全体で利用可能にした りすることができます。温度または圧力ピークデータをセンサに保存し、必要に 応じて照会することが可能です。システムメンテナンス中に、これらの値をセン サから取得し、状況に応じて使用できます。システム内の複数のセンサで同じ故 障が存在することが明らかになった場合、広範囲の、メンテナンス関連の現象で あることがあります。故障がすべてのセンサに影響している場合、オペレータは システムのシャットダウンを検討することがあります。 プロセス品質を測定できることも、便利な機能です。光学センサや超音波センサ 誘導型近接センサは、動作 時間、スイッチングプロセス、 など、IO-Link測定コンポーネントは、シンプルなプロセス値を生成することに 温度に関する情報を提供し 加えて、多くの場合、信号強度を示すことができます。信号強度は、光学測定シス ます。 テムで汚れた表面を識別したり、変化しつつある機械的条件を検出および報告 したりするのに役立つことがあります。信号品質に段階的または急激な逸脱が 発生した場合、次のメンテナンスサイクル中にアプリケーションを調整する必要 があります。例えば、レンズをクリーニングすることや、回帰反射型センサを再較 WP 10/2019 | 5

正することが必要な場合があります。これらのすべての情報は、いつでも、上位 レベルのMESまたはERPシステムに伝えることができます。 一部の特別なIO-Linkデバイスは、動作時間または機能サイクル用のカウンタ も備えています。例えば、IO-Link互換の誘導型近接センサは、特定の回数のス イッチングサイクル後、または期待できる耐用年数の経過後にメンテナンスまた は交換できます。 IO-Linkデバイスでは、ユーザーおよび機械がデータを読み取ることができるよ うに、さまざまな標準化されたタグが使用可能です。初期仕様からの、アプリケ ーション固有のタグに加えて、場所および機能タグが使用可能になりました。こ れらの32バイトのプレーンテキスト情報は、アプリケーション条件、機械または システムの設置場所および機能で構成されているため、デバイスの識別を容易 にします。タグは、読み取りおよび（サポートされている場合）書き込みが可能 であり、すべての共通IO-Linkコンポーネント間で常に同じ場所で見つかるた め、IO-Linkコンポーネントが関与する機械テストを簡素化できます。具体的に は、タグは次のオプションを提供します。 ■ アプリケーション固有のタグ：アプリケーション固有の情報は、プレス機やロボ ット上でツールが変更される場合などのシナリオで役立ちます。ツールに応じ て、ユーザーは、プロセスの実行中にコントローラがID番号を介してツールを 識別するようにタグをカスタマイズできます。 ■ 場所固有のタグ：場所固有の情報は、デバイスを交換する必要がある場合な どのシナリオで役立ちます。したがって、システムまたは機械内のデバイスの正 確な場所を上位レベルのシステムで特定できます。 ■ 機能タグ：このタグを使用すると、システムまたは機械内のコンポーネントの 機能を識別できます。例：「充填レベルの監視」。 イベントメッセージ イベント関連のメッセージは、IO-Linkコンポーネントを評価するための別の基 準や、機械のステータスを提供します。この場合、メッセージは、故障が発生した 場合にのみ、制御システムに送信されます。これらのIO-Linkイベントが送信さ れると、ユーザーは、イベントの正確な場所（例：IO-LinkマスタポートX）、メッセ ージタイプ（通知、警告またはエラー）、およびどのような特定のイベントが報告 されたかを確認できます。故障の分析に必要なすべての情報が、すぐに入手可 能です。 I/Oハブでの短絡に関する場 所ベースの情報の取得 デバイス固有の診断は、コンポーネントの機能に応じてメーカーが選択できま す。最も重要な汎用イベントは、IO-Link仕様で提供されている表に記載されて います。他のすべての診断メッセージは、このデータ構造の定義された領域にマ ッピングする必要があります。 WP 10/2019 | 6

単一ソースからのIO-Linkソリューション Turckは、常にIO-Linkの技術開発の最前線にお センサからクラウドへの用途を可能にする独自の り、現在、入手可能な最も包括的なIO-Linkポート クラウドサービスも開始しました。ユーザーは、関 フォリオの1つを提供しています。Turckのモットー 連するさまざまなデバイスデータにリモートでア は、「マスタからセンサまで、すべてを単一ソースか クセスし、カスタマイズされたダッシュボードでこ ら」です。製品ラインナップには、多数のセンサと れらのデータを明確に表示できるようになりまし 接続技術、フィールドバスシステム、およびIP20お た。パートナーのBanner Engineeringから入手 よびIP67定格のIO-Linkマスタを備えたイーサネ 可能な無線技術と組み合わせることで、Turckは、 ットI/Oシステムが含まれます。2018年、Turckは、 状態監視の機能連鎖全体をカバーしています。 著者 | Sai Seidel-Sridhavan、製品マーケティングマネージャー さらなる情報 一目瞭然：効率的な生産を実現するアジャイルなプロセスと柔軟性 技術と製品の詳細 お問い合わせ Hans Turck GmbH & Co. KG | 45466 Mülheim an der Ruhr, Germany T +49 208 4952-0 | F +49 208 4952-264 | contact@turck.com Over 30 subsidiaries and 60 representatives worldwide! Whitepaper | 11/2019 www.turck.com