SCADAとは？
SCADAシステムまたはSCADAとは、Supervisory Control and Data Acquisitionの略です。SCADAシステムの目的は、エッジでデータを収集、分析、管理、可視化するソフトウェアとハードウェアソリューションを介して自動化を提供する特定のシステムアーキテクチャを制御および監視することです。
SCADAシステムはどのように機能しますか？
SCADAシステムは、産業プロセス、特に大規模なセットアップを最適化する集中制御システムです。SCADAは、監督用コンピュータ内で実行されるSCADAソフトウェアを利用して、さまざまな産業機器、センサー、アクチュエータからのデータを管理、制御、受信します。これらのデバイスは、SCADAシステムのフィールドデバイスとの通信を管理するPLCおよびRTUにリンクされています。SCADAシステムのもう1つの重要な部分は、HMIやパネルPCなどのGUI（グラフィカルユーザーインターフェイス）です。
SCADAシステムは、HMIに表示されるデータ可視化を使用して、現場作業員がほぼリアルタイムのデータ更新でシステム全体のパフォーマンスを監視できるようにします。HMIは、機器のプロセスにいくつかの調整が必要な場合に、実行可能なコマンドを実行することもできます。これらの統合されたSCADAシステムはすべて、中央のSCADAサーバーに接続するLANまたはイーサネットを使用した通信インフラストラクチャによって接続されています。SCADAサーバーは、地元の工場現場、遠隔オフィス、または完全にクラウドで実行するように設計されたさまざまな場所に配置できます。
SCADAシステムの4つのコンポーネント：
1. 監督用コンピュータ
監督用コンピュータはSCADAシステムの中核です。SCADAシステムでは、1台または複数の監督用コンピュータが、通信ネットワークを介してデータを収集し、フィールドデバイスに制御コマンドを送信できます。さらに、監督用コンピュータは、RTU、PLC、HMIなどのフィールド接続コントローラと通信できるようにするSCADAソフトウェアを実行します。
2. リモートターミナルユニット
RTU（Remote Terminal Units）は、SCADAシステムをさまざまなセンサーやアクチュエーターに接続し、監督用コンピュータシステムに接続するマイクロコンピュータです。ほとんどのRTUは、フィールドデバイスから収集したデータを保存するために不揮発性メモリを使用しません。そのため、RTUは中央のSCADAシステムまたは監督用コンピュータとの間でデータを送信することに重点を置いています。制限があるにもかかわらず、RTUは安価で頑丈であり、広い温度範囲を持つ過酷な産業環境でも動作できます。RTUはまた、ラダーロジック、ブロック図、またはその他の言語を使用した自動化プログラミングをサポートするために、IEC 61131-3規格に準拠しています。
3. プログラマブルロジックコントローラー
PLC（Programmable Logic Controllers）は、多数のフィールドデバイスからSCADAシステムへ、そして監督用コンピュータシステムへテレメトリデータを送信するマイクロコンピュータです。RTUと同様に、PLCもSCADAシステムから受信した制御プログラムを実行できます。PLCはRTUと比較されることがよくあります。RTUと比較して、PLCはより複雑な自動化と重要な制御を処理する能力に優れています。PLCを使用することで、SCADAシステムはより多くのコードを記述し、より多くの帯域幅を処理できるため、より汎用性が高まります。ただし、PLCはRTUよりも高価であり、環境制御のために狭い温度範囲を必要とします。
4. ヒューマンマシンインターフェース
HMI (Human-Machine Interface) は、SCADAシステムのGUI (Graphical User Interface) を提供し、監督システムからの情報を監視します。HMIに表示されるSCADAシステムの情報は、通常、模擬図、線グラフ、プロセス要素、機器の状態などで表示され、これらはプラントを制御するSCADAシステムの概略図です。現場作業者は、マウス、キーボード、またはタッチスクリーンを使用してコマンドを発行し、SCADAシステムに統合されたすべてのハードウェアを制御および調整することもできます。
SCADAシステムの主要機能
データ収集：フィールドデバイスからリアルタイムデータを収集・処理します。通常、さまざまなアナログデータをデジタル情報に変換します。
データ表示：現場から収集されたデータは処理、整理され、オペレーターがプロセスを監視および制御するための視覚化として提示されます。
制御：ユーザーやオペレーターが、フィールドデバイスと直接やり取りする特定の機能をリモートまたはローカルでコマンドを実行し、調整できるようにします。
ネットワークデータ通信：現場から収集されたデータは、リアルタイムで、または要求コマンドに応じて送信されます。通信チャネルはデジタル（TCP/IP、RS485）またはアナログ（POTS、T202）にすることができます。SCADAシステムはまた、イベントをログファイルに記録したり、将来の分析のためにデータを履歴ファイルに供給したりします。
SCADA制御システムアーキテクチャ
SCADAモデルをさらに深く見ると、一般的なSCADA制御システムアーキテクチャ内には5つの製造レベルがあります。さらに、そのサイズと複雑さによって機能レベルが異なる多様な監視制御およびデータ収集システムがあります。SCADAシステムの5つのレベルを以下に示します。
レベル0：この機能レベルは、フィールドデバイス、産業機器、センサー、アクチュエータで構成されるSCADAシステムの最先端です。この機能レベルのこの部分は、流量計や温度センサー、制御弁、ポンプ、コンベヤーベルト、ロボットアームなどのハードウェアを使用して、工場内の制御を向上させるためにSCADAシステムがデータを収集する場所です。
レベル1：このレベルは、SCADAシステムの産業用I/Oモジュールとして機能するPLCやRTUなどのマイクロコンピュータで構成されています。PLCとRTUは、フィールドデバイスによって収集された信号をデジタルデータに変換し、SCADA監視システムに送信します。
レベル2：このレベルでは、監督用コンピュータがSCADAシステムのプロセッサノードから情報を収集し、専用HMIの視覚化を提供します。レベル2は、将来の分析と監査のためにデータをデータベースサーバーに供給できる機能レベルです。
レベル3：このレベルはSCADAシステムの生産制御レベルとして知られています。この生産レベルは、フィールドデバイスを直接制御するものではありません。その代わり、このレベルは工場の生産と目標の監視に重点を置いています。この情報は、HMIを介してリモートまたは工場で監視できます。
レベル4：これはSCADAシステムの最終レベルである生産スケジューリングレベルです。このレベルでは、マネージャーがリモートまたは現場で生産スケジュールを設定できます。そして、SCADAシステムから提供される情報に基づいて、マネージャーは予測される需要、ロジスティクス、現在の在庫などのさまざまな要因に影響される目的の供給を満たすために、生産のスループットを調整できます。
SCADA制御システムの簡単な歴史 – SCADAの進化
SCADAは、監視と制御を提供するものから、リアルタイムのテレメトリと高度な自動化を提供するものへと進化してきました。ここでは、4つの世代を経て進化してきたSCADAシステム統合のマイルストーンをご紹介します。
第一世代 – モノリシック
SCADAの概念は、プッシュボタン、セレクタースイッチ、アナログダイヤルを使用して機器を手動で監視および制御する人間オペレーターへの依存という問題を解決するための産業組織の努力から生まれました。その結果、工場現場と遠隔地では、大型のメインフレームコンピュータを介してプロセスを監視および制御するSCADAシステムが開発され始めました。当時、SCADAシステムは厳密に独自の通信プロトコルを使用する独立したシステムであり、他のシステムとは接続できませんでした。
第二世代 – 分散型
80年代から90年代にかけて、LAN（Local Area Networking）技術がSCADAシステムに導入されました。LANにより、SCADAシステムはより小型のコンピュータに接続され、ほぼリアルタイムの情報更新が行われるようになりました。LANとPCベースのHMIソフトウェアにより、コマンドシステムは複数のステーションに分散され、各ステーションが特定のタスクを担当するようになりました。そのため、分散型SCADAシステムは、前世代よりも費用対効果が高く、必要な現場オペレーターも少なくて済みます。残念ながら、ネットワークプロトコルは依然として独自のままであり、異なるベンダーの他のシステムと通信することはできませんでした。
第三世代 – ネットワーク化
2000年代初頭、SCADAは、ベンダー固有ではない標準化された通信プロトコルを備えたオープンシステムアーキテクチャを実装しました。その結果、SCADAシステムはよりシンプルなコンポーネントと、相互運用性と接続の合理化で人気のあるプロトコルであるイーサネットにスケールダウンできるようになりました。ネットワークを介した接続機能により、世界中のさまざまな場所からSCADAシステムにアクセスできるようになりました。さまざまなLANネットワークで構成されるプロセス制御ネットワーク（PCN）により、大規模なSCADAシステムは従来のセットアップと比較してはるかに費用対効果が高くなりました。
第4世代 – Webベース
現在のWebベースSCADAシステムは、パーソナルコンピューティング、構造化照会言語（SQL）データベース、Webベースアプリケーションなどの最新のITを採用し、現在のテクノロジーに適応しています。WebベースSCADAは、ユーザーとオペレーターがインターネットを介して、リアルタイムまたはクラウドでどこからでもデータを表示および制御できるようにします。プラント情報は、特定のHMIソフトウェアのグラフィカルユーザーインターフェイス（GUI）を表示するGoogle Chromeなどのインターネットブラウザを介してアクセスできます。そうは言っても、WebベースSCADAシステムは、産業組織にとって最高の拡張性と柔軟性を持っています。
SCADAシステム統合を用いたアプリケーション：
SCADAシステムは、さまざまな産業アプリケーションを自動化するために広く統合されています。SCADAは、特にミッションクリティカルなアプリケーションにおいて、産業プロセスの安全性、効率性、信頼性を提供する産業自動化セットアップの基盤となっています。SCADAシステム統合を用いたアプリケーションを以下に示します。
- エネルギーと電力網
- 遠隔石油・ガス施設
- 交通システム
- 水管理と廃水処理
- 製造現場
- 食品・飲料
- 風力発電所と太陽光発電所
- 電気通信
- 農業
- その他多数
モダンSCADA – IoT SCADAシステム
最新のSCADAシステムは、クラウドコンピューティング、高速ワイヤレス接続、IIoT（産業用モノのインターネット）、AIoT（モノの人工知能）などの最新テクノロジーを実装しています。最新のSCADAソフトウェアは急速に発展しており、効率的かつ容易なプロセスを合理化するために最新のハードウェアテクノロジーを必要としています。IoT SCADAシステムは、クラウド管理ダッシュボードを介してIoTデバイスを制御することでインフラストラクチャコストを削減します。したがって、最新のSCADAアーキテクチャの多くは、ワイヤレス通信テクノロジーの利点を活用して、ハードワイヤードSCADAシステムインフラストラクチャをますます置き換えています。
さらに、産業オートメーションは、自律性を高めるために工場現場でマシンビジョンなどのインテリジェントなAIモデルを実装しています。最新のSCADAアーキテクチャを実装するためにアップグレードできる多数のコンピューティングデバイスがあります。ただし、より合理化された、インテリジェントで信頼性の高いSCADAシステムを提供できる2つの産業ソリューションがあります。これらは、産業用パネルPCと堅牢なマシンビジョンコンピュータです。そうは言っても、Premioは、従来のPLC、RTU、および監督用コンピュータを置き換える堅牢な産業用パネルPCと堅牢なマシンビジョンコンピュータを提供しています。
SCADA用産業用パネルPC – VIOシリーズ
VIOシリーズのパネルPCは、HMIオートメーション、情報、通信アプリケーション向けに特別に設計された最新のSCADAシステムに最適なソリューションです。革新的なモジュラー設計により、交換可能なパネルPCまたはタッチモニターモジュールを備えたモジュラー設計を提供することで、ディスプレイシステムはより柔軟で汎用性が高まります。さらに、VIOシリーズは、幅広い極端な環境課題に容易に耐えることができ、自動化設定における過酷なSCADA展開に最適です。
主な特徴：
- 特許取得済みモジュラー設計（マルチモードディスプレイモジュール搭載）
- SCADAフィールドデバイス向け豊富なI/Oオプション
- IP65産業用ディスプレイパネル
SCADA向けマシンビジョン堅牢コンピュータ – VCO-6000-CFLシリーズ
VCOマシンビジョン堅牢コンピュータは、インテリジェントSCADAシステム向けオールインワンの産業用エッジソリューションです。VCOシリーズは、PLC、RTU、監視コンピュータの機能をカバーし、カメラと接続することで追加のマシンビジョン機能を備えています。さらに、VCOシリーズは、過酷な産業環境での展開に耐えるように構築、テスト、検証されています。その結果、このマシンビジョンコンピュータシリーズは、自動生産ライン検査、インテリジェント監視、生体医療画像処理、ビジョンガイドロボット/車両などの最新のSCADAアプリケーションに最適です。
主な機能：
- 第9世代Intel® CFL-R Sプロセッサー
- 広範な動作温度（-25°C～70°C）
- SCADAフィールドデバイス制御用の豊富なI/O（DIO、USB 3.2 Gen2、RJ45 LAN、RS-232 COM）
- フルレングス x16 PCIe GPUアクセラレーター
- ホットスワップ対応ファン
- NVMe SSDストレージ拡張
- 最大3x PCIeおよび2x PCI拡張
Premioは、米国で30年以上にわたり最高級の産業用コンピュータを設計および製造しているグローバルソリューションプロバイダーです。当社のソリューションは、最も過酷な環境条件下でも信頼性と最適な動作を実現するように設計されています。さらに、Premioの産業用パネルPCとマシンビジョン堅牢コンピュータは、遠隔の産業用SCADA導入において極限環境に耐えるように特別に構築されています。結論として、PremioはSCADAなどの産業オートメーションシステム向けに、最高級でカスタマイズ可能なコンピューティングソリューションを提供しています。最適なSCADAコンピューティングソリューションを見つけるために支援が必要な場合は、お気軽にお問い合わせください。当社の産業コンピューティング専門家が、お客様の特定のニーズに基づいて最適な産業コンピューティングソリューションをサポートします。
