充填、計量、検量の制御
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機械、センサ、その他のシステムを、効率的かつ安全に、さらに高い拡張性を確保しながらネットワーク化することは、容易ではありません。
通信プロトコルの選定は一見すると小さな判断に思えますが、MQTT、REST、OPC UAの中から適切なものを選ぶ際には、判断に迷いやすいのが実情です。
この記事では、主要な通信プロトコルについて、その仕組み、活用される分野、そして主な制約点まで詳しく解説します。
最適な標準規格を容易に選定でき、アプリケーションを可能な限り円滑かつ効率的で、高い信頼性をもって運用することが可能になります。
ここでは、通信プロトコルと、それらが最適なアプリケーションについて簡単に説明します。
もちろん、これらの通信規格は完全に独立して機能するわけではありません。多くの場合、これらの規格は組み合わせて利用され、それぞれのプロトコルの強みが他のプロトコルの課題を補完する形で活用されます。
例えば、「OPC UA over MQTT」という形態がよく見られます。これは、OPC UAのデータをMQTTメッセージとして送信することで、セキュリティを向上させつつ帯域幅の節約を実現する手法です。
最適な通信規格を選定することは、初めは混乱しやすい場合があります。しかし、最適なプロトコルを見つけるには、MQTT、REST、OPC UA のそれぞれの特性を正しく理解し、その特性を自分の用途に適合させることが重要です。
IoT 通信用の軽量ネットワークプロトコルです。
MQTT はパブリック・サブスクライブ・モデルに基づいています。つまり、デバイスおよびアプリケーション(または「MQTT クライアント」) は、「トピック」に対してデータを発行し、中央のブローカーを介して配信されます。
他のアプリケーションやクライアントは、ブローカーを介してこれらのトピックをサブスクライブ（購読）することで、関連するメッセージを受信できます。
MQTT は、小型のIoT デバイスおよびプラットフォームに最適です。
また、センサーネットワーク用途においても高い性能を発揮する強力なプロトコルです。
その結果、予知保全の分野における通信プロトコルとして、広く利用されています。そのため、MQTT は当社の digiBOX アンプにおいて重要な役割を果たしています。MQTT を openDAQ と組み合わせて活用することで、digiBOX をさまざまなクラウドアプリケーションや解析プロセスに容易に統合できるようにしています。
使用事例:ある自動車メーカーは、異常を早期に検出できるように、マシンからのセンサのデータをリアルタイムで記録したいと考えていました。
MQTTのパブリッシュ/サブスクライブ方式は、この用途に適切な通信プロトコルといえます。
センサはデータを継続的に中央のMQTTブローカーへ送信し、ブローカーがそれを関連するシステムへ配信します。エンジニアはこれらのデータを活用して、設備の性能および環境パラメータの双方を監視し、設備運用のあらゆる側面を最適化します。
重要なのは、データが高速かつ高い信頼性で伝送される点です。その結果、エンジニアは問題を解決するために迅速に動くことができ、重要な異常兆候や製品最適化の機会を見逃すことがないという安心感を得られました。
Web インタフェースのための、HTTP 要求に基づくアーキテクチャスタイル。
REST を使用する場合、サーバーはWeb インタフェース(REST API) を介してリソースを提供します。
クライアントアプリケーションは、固有のアドレスを使用してリソースをアドレス指定します。次に、アプリケーションは、GET、POST、PUT、またはDELETE などのHTTP メソッドを使用して、データを取得、作成、更新、または削除します。
REST は一般的なインターネット技術に基づいているため、他のプロトコルに比べて既存のインフラへの導入や統合がはるかに容易です。
その結果、REST API はさまざまなWeb サービス、Web アプリケーション、およびクラウドプラットフォームで使用されます。
ただし、以下に示すように、REST API を使用して産業用デバイスと通信することもできます。
使用事例:産業機器向けセンサのメーカが、製造現場（生産ホール）から中央のクラウドプラットフォームへセンサデータを転送する方法を検討しています。
このような状況において、REST APIは、機械とクラウド間の標準化されたHTTP通信を容易に実現します。既存のMESやERPシステムとも容易に連携できるため、メーカーは業務への影響を最小限に抑えつつ、迅速に運用を開始できます。
また、生産規模が拡大した場合でも、RESTにより、分析および最適化プロセスを同様にスケールさせることが可能です。
オートメーション機器とソフトウェアシステム間のデータ交換のための産業用通信規格。産業用オートメーションにおける最も重要な規格のひとつとして確立されており、さまざまな業界や用途で広く活用されています。
異なるメーカーのマシンおよびデバイスであっても、OPC UA を使用して、標準化されたフォーマットでデータを提供したり、制御目的でデータを受信したりすることが可能です。
OPC UAを利用するには、独自インターフェースとOPC UA標準との間で「変換（トランスレート）」を行うOPC UAサーバーが必要となります。
MESやERPシステムなどのソフトウェアアプリケーションは、OPC UAクライアントを使用してデータを取得し、コントローラに送信します。
OPC UA は当社の ClipX 単チャネル信号コンディショナで採用されており、産業機器を一つの統合された通信システムに接続できるようにしています。すべてはシームレスなデータ収集を中心に設計されています。
使用事例:ある製造会社は、生産現場において、PLCとSCADA制御システム間のシームレスな通信を実現したいと考えていました。
OPC UAは機械データの伝送を標準化できるため、本用途に最適なソリューションです。また、複雑なデータモデルのマッピングにも対応しており、メーカーのシステム構成がどれほど複雑化しても、常に適切な情報を適切な場所へ確実に届けることができます。OPC UA に統合されたセキュリティレイヤーにより、メーカーは自社のデータがサイバー犯罪者からも安全であることを確信できます。
通信プロトコルに関しては、万能な選択肢は存在しません。
MQTT は IoT ネットワーク向けに軽量で効率的な通信を提供し、REST は Web ベースのインフラに対してシンプルさと拡張性をもたらし、OPC UA は産業環境において堅牢で安全なデータ交換を実現します。
場合によっては、最も賢明な方法はハイブリッドアプローチです。複数のプロトコルを組み合わせ、それぞれの強みを活かしつつ弱点を補完します。
機械、センサ、またはクラウドシステムを接続する場合でも、それらの背後にある通信プロトコルを理解することで、よりスマートで、より迅速で、より安全なシステムを構築できます。
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