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無線LANを利用した『アナログデータ見える化』自動システム

はじめに
製造現場での無線LAN機器の多くは、シリアルI/Fを備えたデバイスを、ネットワーク対応させる製品である。これにより、シリアル機器の遠隔からの操作や、各種センサ類からのデータロギング等を可能にする。例えば、工場現場や研究所等で利用されているFA機器、計測機器等からのデータ収集、立ち入り困難な場所に設置された機器の集中監視、サーバへのデータ収集などの業務の省力化、作業者の利便性向上に役立つ。

予防保全 見える化での運用

設備診断・劣化診断システム構築は、現場設備、装置、機器等の状況を的確に、リアルタイムに把握し、異常事態発生を最小限に減少させる現場見える化と、計画的な保全を行う予知保全システムが必要である。運用上の課題としては

  • 現場状況を把握する(図1)
  • リアルタイムに情報収集(図2)
  • 的確なデータ分析(図3)
  • 頼りになる技術支援(図4)

無線機器の利用

無線機器システムの取り扱いが容易に
わずか5分でインストールが可能な無線機器が開発されている。しかも 24 時間休みなく測定可能。自然界の測定 温度、湿度、振動、音量、照明、水素量、二酸化炭素、その他実質どんな物でも測定できる。

無線機器システム アプリケーション用途
製造現場では生産工程のモニタリング、工場管理 / 保守、基地状態のメンテナンス、実験のモニタリング、環境 / 生息地のモニタ、ビル内空調設備、環境制御、農業 / 温室モニタ、機械の診断、食品の点検と食品の安全などのアプリケーションで利用可能である。

無線機器の通信距離
メッシュネットワークシステム(図5)出現で手軽に遠くまで送信が可能になった。 Point-to-point, ワイヤレスセンサー POD は野外でおよそ 80m 送信することができる。自律的に「メッシュ(網目)ネットワーク」を形成するので、メッセージはセンサー POD とセンサー POD 間での「相互通信」を構築することができる。その結果 , 事実上、センサー POD はゲートウェイから 80m 以上のはるかに遠く離れた場所に置くことができる。又 PAD を複数個使用することで、 80 m掛ける個数分の距離の延長が可能。

無線機器利用可能なアナログデータの収集事例

センサーネットワークを現場で実現する際、必ずしもLAN工事が可能な環境ばかりとは限らない。状況によっては無線LANが有効な手段となる。

事例1:温度管理(図6)
小型PLCのPID制御に温調機能モジュールを付加し、タッチパネルディスプレイを組み合わせると簡易的な温調システム構築が可能になる。温調機能モジュールは、1台で最大4個のセンサ(測温抵抗体)を接続することが出来る。

モジュールのモニタや操作性は容易で、測定データのモニタや設定は表示器で一括して行える。初期設定の容易さは、温調機能モジュールには面倒なプログラムは必要がなく、PLCの特定レンジを設定するだけで使用が可能。

事例2:コンプレッサー稼動監視(図7)
現場機器、装置の代表的なアプリケーションにコンプレッサーの監視がある。複数コンプレッサー台数使用している工場、冷凍機監視、空調設備などの稼動監視、消耗品の管理、動力部の劣化監視、遠隔メンテナンス、電力節約監視などが導入のメリットとなる。動力部監視は予防保全の有効手段となる。

事例3:モーターの劣化監視(図8)
電気エネルギーの70%は動力モーターで利用されている。それだけ多くの電動機が現場には存在する。当然予防保全のターゲットとなる。設備診断・劣化診断システムの情報収集には、アナログデータをPLCで収集し、無線LANで分析サーバへ送り、異常予知することが現場の稼働率を上げるには有効な手段となる。

移動体無線LANシステムのさまざまな課題

隣接アクセスポイント間の電波干渉
移動体利用での端末のデット・ポイントを回避するために、隣接アクセスポイントと密にしかも同一チャネルで配置すると、電波干渉が起こり相互の性能が低下する。又電波干渉回避するためには、隣接アクセスポイント間で異なるチャネルを使用すると、端末の移動中ローミングが発生する。このためWLANシステムではアクセスポイント設計のため、綿密なサイトサーベイを実施する必要がある。

無線端末移動中の音切れ・データ遅延
『ローミング』発生時にWLANシステムでは、アクセスポイント間でのチャネルの切り
替え、ESS-IDの再認証、DHCPサーバを利用時、新規IPアドレス配布等が発生し、大幅遅延や呼の切断が発生する。

アクセスポイントから離れた無線端末参加によるスループット低下スループット・パフォーマンスは端末の距離に依存する。
アクセスポイントに一番近い無線端末は、最大のアクセス速度を利用となり、アクセスポイントから離れた無線端末参加ではスループット低下が発生し、更にアクセスポイントより遠い場所に無線端末が参加すると、全体のパフォーマンスが落ちる。

アクセスポイント、スイッチ間のセキュリティが保護されない
アクセスポイントへのログが残る(ユーザ名、パスワード)又アクセスポイントが盗まれた場際にユーザ名とパスワードが分かり、アクセスポイントとスイッチかんの安全保障画ない。

まとめ

無線技術の進歩と共に、より現場の末端部と管理側との情報通信が可能になってきた。特にメッシュネットワークの出現で、二次元から三次元の情報入手が可能になり、人間の五感に一歩近づいてきた。今後より利便性を上げるには、アナログデータの取り込み、RFIDと無線LANシステムなど組み合わせが必要である。制御業界、計装業界でも広く一般的に使用されるのも時間の問題であろう。

【記事】株式会社エフエイオープン
【顧問】藤平 實(ふじひらみのる)

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