既存データの活用・未使用の診断情報・センサの後付けを解説。取得した状態データを監視・異常通知につなげる方法が分かる
「既存設備に状態監視を導入したいが、何から始めればよいか分からない」
「センサやPLCのデータは取得しているのに、設備保全に十分活用できていない」
「異常が発生しても、必要な情報が保全担当者に届かない」
こうした課題はありませんか？
設備の故障リスクを低減し、点検・メンテナンスを効率化するためには、機械の状態データを取得し、必要な情報を適切に活用することが重要です。
本資料では、既存の機械・生産設備に状態監視を導入するための「データ取得の3つの方法」と、取得したデータを監視・評価・異常通知に活用する仕組みを解説します。
**【本資料でわかること】**
**1. 既存設備から状態データを取得する3つの方法**
① **既存データの活用**
PLCなどがすでに取得している測定値や稼働時間などの情報を、状態監視に利用する方法。
② **未使用の追加データの活用**
センサの内部温度、光・音の信号強度、スイッチング距離、ピーク圧力など、従来の制御では利用していなかった情報を活用する方法。IO-Linkなどによるデータ取得についても解説します。
③ **センサ・機器の後付け**
既存のデータだけでは状態監視に対応できない場合に、振動・温度・超音波センサなどを追加する方法。有線・無線によるデータ伝送についても紹介します。
**2. 取得した状態データを活用する3つの段階**
- **表示・記録：** 設備の状態をリアルタイムで表示し、データを記録
- **評価：** 温度や湿度などの測定値を、設定したしきい値と比較
- **アクション：** アラーム、メール・SMS通知、メンテナンススケジュールへの反映
**3. 設備に合わせた監視システムの構成**
- HMIや表示灯によるローカル監視
- PLCや社内ネットワークを活用した状態データの管理
- エッジゲートウェイを介したクラウド監視
- スマートフォンやタブレットからの遠隔確認
設備の規模や制御環境、監視の目的に応じたデータ活用方法を紹介しています。
**【このような方におすすめ】**
- 既存設備に状態監視を導入したい生産技術担当者
- 設備の故障リスク低減や点検業務の効率化を検討している設備保全担当者
- 既存のPLC・センサデータを有効活用したい制御設計者
- 振動・温度などのセンサを後付けして設備状態を監視したい方
- ローカル監視とクラウド監視の構成を検討しているSIer
既存設備を活かしながら状態監視を始めるために、データ取得から活用までの選択肢を整理できる技術資料です。
このカタログについて
| ドキュメント名 | 既存設備で状態監視を始めるには？ データ取得の3つの方法と活用ポイント |
|---|---|
| ドキュメント種別 | ホワイトペーパー |
| ファイルサイズ | 753.2Kb |
| 取り扱い企業 | ターク・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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Your Global Automation Partner
既存のシステムでの
状態監視
状態データを取得し、効果的に使用
White Paper | 191001
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目次
状態データを取得し、効果的に使用 3
データ取得の3つのタイプ 4
データの使用 6
展望 9
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状態データを取得し、効果的に使用
産業プラントのネットワーク化が進むことで、メンテナンスに大きなメリットがも
たらされます。最近では、センサは機械およびプラントエリアの状態を正確に測
定できるようになっていますが、今まで、このようなデータを柔軟な監視システ
ムに統合する機能が欠けている場合がよくありました。今日では、企業は、クラ
ウド内でライブ値を追跡したり、個々のコンポーネントの期待できる耐用年数を
予測したりする機能など、新しい機会を活用できます。このため、この状態デー
タを記録するプロセス（状態監視と呼ばれます）は、Industry 4.0の主要なトピ
ックになっています。
状態監視に対する増加した要求は、グリーンフィールドプロジェクトで比較的、
容易に実装できます。これらの要求は、最初から計画に組み込むことができるた
めです。しかし、実際には、メンテナンスエンジニアは、後の段階での検査および
メンテナンスの効率性を高めるという課題に、はるかに頻繁に直面しています。
このホワイトペーパーでは、これを行う方法について詳しく説明します。ブラウン
フィールドプロジェクト用に状態データを取得し、効果的に使用する方法の概
要を示します。
状態監視システムが必要とされる理由は、いくつかあります
■ 故障および障害の発生リスクを低減するため。
■ 検査およびメンテナンスプロセスの効率を向上させるため。
■ 新しい敏感な製品に必要な確認を有効にするため。
■ コンプライアンスの証拠を提供するため。
通常、既存のシステムの状態監視には2つの問題シナリオがあります
■ 機械の重要な読み取り値が不明である。
■ 状態データは記録されるが、重要なときに担当従業員に届かない。
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状態データを記録し、メンテナンス担当者が値にアクセスし、実用的なメリット
をもたらすには、どのような方法があるのでしょうか？
データ取得の3つのタイプ
状態監視システムの設計は、プラントの技術要件に依存し、プラントのオペレー
タが進行中のプロセスまたは必要に応じて制御環境に積極的に介入するかど
うかにも依存します。これは、特に機械環境からの測定値の収集に適用されま
す。この場合、ユーザーはいくつかの異なるアプローチを取ることができます。
既存のデータの利用
フィールドデバイスは、広範なデータをコントローラに提供します。このデータ
は、以前は全体的に使用されていなかったか、対象を絞った監視プロセスの一
部としては使用されていませんでした。コントローラに供給されるデータは、周
期的なデータであることもあれば、動作時間など非周期的なデータであること
もあります。すでに使用可能なセンサ値は、PLCによってクラウド環境などに転
送できます。このようにして、プラントが「デジタルシャドウ」を形成します。デメリ
ット：これは通常、システムアーキテクチャにクラウドゲートウェイなど技術的な
前提条件がある場合を除き、コントローラへの介入を必要とします。
未使用の追加データの利用
センサは、用途とは無関係に見える追加値を記録することがよくあります。状態
監視の状況では、これまで使用されていなかったこのデータが重要になってき
ています。したがって、これは、以下を行うのに有用であることが分かる場合が
あります。
■ 間接的にセンサの異常に加えて環境条件の変化も検出するために、デバイス
の内部温度を確認する。
■ 超音波センサの音強度や、ライトバリアの光強度を監視します（例：センサ前
面の考えられる汚れや、不適切に整列されたコンポーネントを記録するため）
。
■ 誘導型近接スイッチのスイッチング距離を使用して、動く部品の損傷を検出し
ます。
■ 圧力センサのピーク圧力メモリ（制限値監視）を読み出します（例：プレスの偶
発的な誤動作に気づくため）。
追加情報の内容は、サポートされているインターフェースや通信プロトコルに
応じて異なります。データは、シリアルインターフェースを介して送信すること
も、HARTプロトコルの双方向通信により、アナログ信号を介して送信すること
もできます。ただし、IO-Link技術は、その多層データ交換で明確なメリットを提
供します。ユーザーは、このインターフェースを使用して、周期的なプロセスデー
タを転送するだけでなく、保存されているアプリケーションメッセージを読み出
したり、イベントメッセージ（通知、警告、エラー）を呼び出したりすることもでき
ます。
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プラントがTurckマルチプロトコルフィールドバスモジュールを備えている場合、追加データにアクセスす
るための方法がさらに2つあります
■ イーサネットを介した並列クエリ：マルチプロト ■ ブロックI/Oモジュールのパフォーマンス、およ
コルI/Oモジュールは、異なるイーサネットプロ びその結果として、分散インテリジェンスの増
トコルで同時に動作できます。例えば、センサの 加：ARGEEプログラミング環境を使用すると、
測定データはProfinetを介してコントローラに 既存のデバイスから追加データ（センサのスイ
転送できますが、非周期的なステータスデータ ッチング動作の回数や、特定の制限値など）を
はModbus TCPを介して低い優先度で別のコ 生成できます。ARGEEで、標準フィールドバス
ントローラに送信されます。この場合、状態監 ステーションがフィールドロジックコントローラ
視は、プロセスデータ交換とは独立で、プロセ （FLC）になります。したがって、定義された制
スデータ交換に影響することなく、ある意味「別 限値違反に関するメッセージをアクティブに送
のチャネル上」で実行されます。 出できます。
他のデバイスの改造
3つ目のアプローチは、既存のデータや未使用の追加データの使用に適してい
ないシステムアーキテクチャを持つプラント、またはまたは既存の構造およびプ
ロセスを未変更のままにする必要のあるプラントに関連しています。このような
場合、企業は独立したユニットとして状態監視を設定し、特にこの目的のために
デバイスを改造できます。
データ取得は、センサレベルで開始されます。以下に記載されているのは、この
シナリオで状態監視に使用できるデバイスの例です
■ 振動および温度センサ（例：モーターを監視するため）。
■ 超音波センサ（例：充填レベルを確認するため）。
■ 温度および湿度センサ（例：工場および倉庫で使用するため、または制御キャ
ビネットを監視するため）。
■ 赤外線温度センサ（例：予熱した金型を確認するため）。
■ ライトバリア（例：機械で物品の流れを監視するため）。
充填レベル監視用に、ラジオモジュールが超音波センサの測定 振動および温度センサは、エンジンブロックに直接、取り付ける
値を送信します。 ことができます。
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基本的に、信号を送信するには2つの方法があります
■ 有線伝送（例：産業用イーサネットやシリアル通信を介して、
パッシブジャンクションボックス、I/Oハブまたは直接配線で）。
■ 無線伝送（トランスミッタと受信機モジュールで構成された無線システムを介
して、
セキュリティを強化するためにベンダー固有のネットワーク内で、必要に応じ
てバッテリ動作）。タワーライトには、トランスミッタの機能も装備できます。
温度および湿度データは、例えば飲料倉庫内で数百メートルに
わたって送信できます。
このタイプの拡張を検討する場合、設置時間と、デバイスの柔軟な使用が重要
な焦点領域になります。例えば、無線技術を使用した無線ノードに電力を供給
する磁石を使用した取り付けセンサは、付加価値を生み出します。
データの使用
機械環境の測定値のさらなる処理は、基本的に状態監視プロセスの目標に基
づきます。さらに、プラントの規模、機械要件、製品タイプや安全仕様などの要因
も考慮されます。また、リアルタイムの反応と以後の分析を区別することも関連
しています。これは、次のことを意味します。最小の
（例えば、ローカルアラームがある）ソリューションでは、機械室Aですでに目的
の効果を生み出すことができますが、企業Bには、クラウドの概念がより適して
いる可能性があります。
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状態データの考えられる使用方法を、3段階に分けてここに示します
■ 表示と記録：リアルタイム監視またはレポート用。
■ 対象を絞った評価：ユーザーは、特定の温度および湿度データを定義し、しき
い値比較をプログラムできます。
■ 評価に応じたアクション：アラーム信号、SMSおよび電子メール通知、または
メンテナンススケジュールへのエントリ。
ローカルでの状態データの使用：センサは振動、温度、湿度、および距離（超音
波技術を使用）を監視します。測定値は、有線または無線接続の方法でHMIに
送信され、そこから社内ネットワークまたは既存の自動化環境に統合できます。
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アクション指示のトリガーの場合と同様、測定値の評価および視覚化は、さまざ
まな場所で、またはさまざまな装置を使用して実施できます
■ ローカルで：例えば、信号ライト（場合によっては、可聴アラームも）を介して、
モニタ上で、またはフィールドバスステーションで（分散インテリジェンス）。
■ 一元的に：例えば、制御室内の制御機能を備えたHMI上で、PLCで、またはエ
ッジゲートウェイで。
■ 社内ネットワーク：データは、コントローラ、または制御機能を持つHMIによっ
て伝えられます。ユーザーは、データを独自の自動化システムに転送し、ネット
ワーク内で視覚化したり、報告間隔を指定したりできます。
■ Webベースのクラウド：エッジゲートウェイ、クラウド内またはすべてのエンド
デバイス上の個々のダッシュボードによるデータ伝送および実行可能な事前
評価（過去の傾向の記録や、SMSまたはメールメッセージの送信を含みます）
。必要に応じて、クラウドは企業サーバー（オンプレミス）上にホストできます。
この場合、企業はインターネット接続を必要としません。また、エッジゲートウ
ェイは、暗号化されたデータを「パブリッククラウド」に送信します。パブリック
クラウドを使用すると、アクティブなインターネット接続でいつでもどこからで
も値を取得できます。
クラウドベースの状態監視：エッジゲートウェイは、暗号化された形式のセンサ
データを現場からクラウド環境に送信できます。これにより、メンテナンスエンジ
ニアは、いつでもタブレットやスマートフォンなどエンドデバイス上で情報を取得
できます。
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展望
将来の状態監視は、予測メンテナンスに関連して表示できる必要があ
ります。予測可能性のために、ソフトウェアおよびハードウェアソリュー
ションの一層の統合が必要です。リモート照会および自動化は、検査お
よびメンテナンスプロセスのコスト効果を大幅に高めるのに役立つこ
とがあります。また、特に中小企業のプラントでは、状態監視システム
のシンプルな統合が依然として重要な要因となっています。
単一ソースから
センサ、フィールドバスステーション、HMI、クラウ 力により、ラインナップには、無線技術および光電
ドソリューションのいずれについても、Turckは状 子工学の分野の製品も数多く含まれます。2018
態監視要件チェーン全体に対応している、業界を 年、Turckは、暗号化された通信でセンサからクラ
リードしている自動化専門会社の1つです。米国 ウドへの用途を可能にする独自のクラウドサービ
のパートナーであるBanner Engineeringとの協 スを開始しました。
著者
Dr. Bernhard Grimm、垂直的マーケティングディレクター
さらなる情報
一目瞭然：既存のシステムでの状態監視
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!
White Paper | 10/2019 www.turck.com