製造業やインフラ事業において重要なシステム、SCADAについて解説します。SCADAとはどのようなもので、何を可能にするシステムなのでしょうか。SCADAを組み込んだシステムの例と、工場のスマート化に不可欠と考えられている理由を紹介します。

SCADAとは

海外ではすでに広く使われ、徐々に日本国内でも導入の検討が進んでいるSCADAとはどのようなものでしょうか。その機能と役割を見てみましょう。

監視制御とデータ取得

SCADAは「Supervisory Control and Data Acquisition」の頭文字をとったもので、「スキャダ」と発音されます。日本語に直訳すると「監視制御とデータ取得」となり、実際にこの言葉そのままの機能を持つ、監視制御システムの1つです。

SCADAは、さまざまな機器やセンサーから送られるデータをもとに、それらを監視・制御しながらデータの蓄積・分析を行います。また、これらの機能に加えてアラームやセキュリティの機能まで含む場合もあります。さらに、収集・蓄積したデータをわかりやすいグラフィックで表示し直感的な監視を可能にしているものもあります。

SCADAが果たす役割

では、SCADAは組み込まれた設備全体の中でどのような役割を果たしているのでしょうか。

それは、一言で説明すると「現場を見える化し設備全体を管理」する役割です。一見当たり前で特別な機能ではないように見えますが、設備全体の見える化と管理を同時に行えるシステムはこれまで登場したことがありませんでした。専用のハードウェアにより構成されるDCSという制御システムはありましたが、それも機器ごとに分かれる分散型の監視システムであったためSCADAが持つ役割とは異なります。

こういったデータ取得と管理という役割を行うには、すべての機器がシステムと通信できるよう接続されなければなりません。そのため、SCADAには構成する機器間でのネットワークと外部への通信が確立されるのが一般的です。

SCADAの重要性は、「わかりやすい表示による見える化」と「設備全体の一括管理」にあります。それぞれの機器から受信したデータを集約し、人の元へと届けるという役割を持っているのです。

そして、これは近年各国の製造分野において進められている工場のスマート化において必要な役割とも一致します。スマート化された工場、スマートファクトリーでは、センサーや機器類が全てネットワークに接続され、それらが得たデータを見える化し一括管理するのが理想です。SCADAはまさにこの役割を果たすシステムなので、スマートファクトリーに組み込まれた場合、非常に重要な役割を持つことになります。

SCADAが組み込まれたシステム

SCADAはデータ収集を行うシステムであり、取得したデータを分析して表示することを主な目的としています。本来であれば機器を制御する機能は持ちません。そのため、取得したデータをもとに制御を行うには、別の制御機器やシステムと連携させて使う必要があります。たとえば、製造業やインフラ事業では、次のような5つの層からなるモデルが構築されることがあります。

SCADAとともに働く5つの層

  1. 作動機器
    直接、物理的なプロセスを行う層で、設備全体の指先とも言える部分です。モーターやポンプなどの機器が含まれます。
  2. センサー・制御
    センシングと制御を行う層です。従来の制御システムではここで制御が行われ、それを人の目で監視していました。センサー・PLC(シーケンサー)・RTU(遠方監視制御装置)などの機器がこの層に該当します。
  3. 監視とデータ収集
    機器の動作や制御の状態についての監視とデータ収集を行う層です。SCADAはここに位置します。
  4. 稼働状況管理
    製造ラインや設備の稼働状況を管理する層です。生産管理や工程管理、原材料の入荷や製品の出荷などとも連携する必要のある部分です。MES(製造実行システム)やMOM(製造オペレーション管理)などが含まれます。
  5. 経営計画
    そして、もっとも上層に位置するのが、この経営計画の層です。ERP(基幹系情報システム)がこの部分に当たります。

SCADAは現場側と経営側の中間をつなぐ

このようにSCADAは現場で直接作動する設備類とセンサー類からの情報を受け、それを経営・実行する層へと橋渡しする中間地点に位置しています。

設備全体を会社のような組織と考えると、現場の最前線で指揮を取る係といえます。SCADAは、システム上の現場監督のような役割を持っているのです。

SCADAとIIoTとエッジコンピューティング

SCADAが現場の最前線でデータ収集を行うシステムということを考えると、産業分野のIoT(IIoT)のソフトウェアプラットフォームとしても運用可能であるはずです。特にエッジコンピューティングとは結びつく部分があります。

SCADAとエッジコンピューティングを結びつけることで何が変わり、どのような進化が可能となるのでしょうか。

SCADAが組み込まれたシステムに速さをプラスする

エッジコンピューティングは、現場の最前線でデータ処理を行うことで機器の反応速度を向上させます。エッジコンピューティングが具体的にどのようなことを可能にするのかは、こちらの記事でご紹介しましたのでご参照ください。(エッジコンピューティングがなぜ注目されるのか―クラウド・オンプレミスの違いとは|Stratus

一方、SCADAは機器やセンサー類からのデータを抽出・加工する役割を担っています。これは、エッジ側でデータの処理を行う機能をすでに有していることを意味します。それならば、SCADAをクラウドと接続するだけで、SCADAはエッジコンピューティングとしての機能を持つことができるといえます。

このように、SCADAはエッジコンピューティングと結びつけることで、そのメリットを手に入れることができ、さらに力を発揮するシステムなのです。

スマートファクトリーを一歩先へ

スマート化された工場、スマートファクトリーはクラウドとIIoT(Industrial IoT、産業分野向けIoT)の発達によって実現した、次世代の製造業のあり方ともいえるものです。

一般的なスマートファクトリーでは、さまざまな機器に備えられたセンサーからデータを収集し、それをクラウドに送信することであらゆる場所から稼働状況を確認することを可能にします。これがスマートファクトリーの大きなメリットの1つといえます。そのデータの収集と制御監視を行うのに適したシステムがSCADAなのです。

しかし、実際に稼働するスマートファクトリーが増えるにつれ、ある課題が表面化してきました。それは、データ処理の速度です。あらゆる機器から得られる膨大なデータを、全てネットワークに乗せてクラウドへ送受信し処理するとなると、トラフィックについての課題が発生します。

現場からクラウド、クラウドから現場へと、データの往復を行うとき、数百ミリ秒から数秒のタイムラグが発生します。このタイムラグこそ、スマートファクトリーの課題となる部分です。

製造業の最先端ともいえるスマートファクトリーには、大抵の場合、高性能の機器が導入され精密で高速な作動が可能となっています。このような高度化した機器があるにもかかわらず、データの送受信と処理にライムラグが生じてしまうと、機器のパフォーマンスが活かしきれません。微細なタイムラグでも、蓄積するとサイクル低下によるムダを発生させていきます。

こういった課題のソリューションとなるのがエッジコンピューティングです。すべてのデータをクラウドまで送受信するのではなく、現場に近い場所でほぼリアルタイムでデータを処理し、機器のパフォーマンスを向上させます。SCADAはデータ収集を行いながら、エッジコンピューティングと結びつくことで分散の役割も担うことが可能です。

このように、IIoT、SCADA、エッジコンピューティングを組み合わせて運用することで、スマートファクトリーはさらに一歩先の姿へと進化することができるのです。

エッジ要素を持つ監視制御システム―SCADA

SCADAとはどのようなシステムなのか、IIoTにおける機能と役割について解説しました。また、運用の方法とエッジコンピューティングとの関係性についてもご紹介しました。

1990年台に登場したSCADAはそのシステム自体も進化し、海外ではすでに広く使われています。また、周辺のPLCやRTUが進化することで、さらに実用性を増しながら機能的にも進化を続けています。これに加え、エッジコンピューティングの重要性が認識されるようになり、さらにSCADAは注目を集めることとなりました。重要なインフラ事業や大規模製造工場に組み込まれているSCADAは、さらに進化を続けることが予想されます。

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