産業制御システム(ICS)技術の紹介

インダストリー4.0時代において、ICSは生産プロセスの最適化と作業効率の向上において重要な役割を果たしています。ICSはIoTと自動化技術を統合し、工場に効率的なソリューションを提供します。この記事では、ICSについて深く掘り下げ、その工業オートメーションにおける利点を紹介します。

産業制御システム(ICS)とは?

産業制御システム(ICS)は、工場や製造業における自動化された産業プロセスを監視し、制御するために使用されるデバイスや技術の集合体です。ICSは企業が生産プロセスを最適化し、ヒューマンエラーを減らし、生産活動の精度を高めるために役立ちます。ICSは主に、電力、水、石油・ガス、製造業などの分野で導入されています。

産業制御システム(ICS)の構造

ICSは4つの層に構成されており、各層が効率的かつ安全に産業プロセスを実行するための特定の機能を担当します。

  • 層0 – フィールドデバイス: これは最も低い層であり、現場で直接測定や監視を行うセンサーや温度計などのデバイスが含まれています。これらのデバイスは、実際の生産環境からデータを収集し、上位層に送信します。
  • 層1 – 制御デバイス: この層には、PLC、RTU、HMIなどの工業用制御デバイスが含まれ、層0からのデータを処理し、適切な制御指令を実行します。
  • 層2 – オペレーションデバイス: これらのデバイスは層1からの指令を実行し、モーター、バルブ、ポンプ、コンベヤーベルトなどの運転を担当します。
  • 層3 – 監視システム: ICSの最上位層であり、SCADAなどのシステムが含まれ、システム全体の監視、分析、レポートを行います。

ICSの通信プロトコル

ICSは特定の通信プロトコルを介して動作し、デバイス間の接続と情報交換を確実に行います。ICSでよく使われるプロトコルには次のものがあります。

  • シリアル通信方式: RS232、RS485、Ethernetなどのポートを使用する、基本的で古典的な通信プロトコルで、主に層0および層1で適用されます。
  • TCP/IP通信方式: RJ45ポートを使用する強力で広く使用されているネットワーク通信プロトコルで、ICSの多くの層で使用され、システム全体をカバーします。
  • ワイヤレス通信方式: WirelessやMicrowaveなどの技術が含まれ、特に層3でICSにおいてますます普及しています。

ICSの主要コンポーネント

ICSは、産業プロセスを監視し制御するために、ハードウェアとソフトウェアを組み合わせた複雑な構造です。以下は、ICSの主要なコンポーネントです。

  • ITデバイスとオペレーション技術(OT): 産業機器を監視・制御するための専用ハードウェアおよびソフトウェア、例として温度や湿度を監視するセンサーがあります。
  • プログラマブルロジックコントローラー(PLC): ICSの重要なコンポーネントであり、HMIを通じてローカルプロセスを管理し、センサーやアクチュエーターを使用してフィードバック制御を行います。

  • リモートターミナルユニット(RTU): マイクロプロセッサ制御デバイスで、現場のデバイスからデータを収集し、ICSサーバーやMTUに送り返します。
  • 制御ループ: PLCやアクチュエーターなどのハードウェアを含み、センサーからの信号を処理して、制御装置に指示を送信します。
  • HMI(ヒューマンマシンインターフェース): グラフィカルインターフェースを介してオペレーターがハードウェアとやり取りできるアプリケーションで、データの状態を表示し、制御アルゴリズムの調整を行います。

  • リモート診断およびメンテナンスシステム: ICSの継続的な運用を保証し、異常や故障の検出を行い、安全性と安定性を保ちます。
  • コントロールサーバー: 監視制御用ソフトウェアをホスティングし、低層デバイスを調整・監視します。
  • SCADAサーバー、MTU、監視コントローラー: 現場のRTUに命令を出し、リモートから操作を制御し、システム全体の連携を維持します。
  • インテリジェントエレクトロニックデバイス(IED): データを収集し、他のデバイスと通信し、ローカルの制御を行うスマートデバイスで、SCADAおよびDCSシステムにおける自動化をサポートします。
  • 履歴データストレージシステム: ICSのすべてのプロセスデータを記録し、分析や生産改善の計画に使用されます。

ICSの利点

産業制御システムの導入により、企業は以下の利点を享受できます。

  • 生産効率の向上: ICSはプロセスを自動化し、ダウンタイムを最小限に抑え、運用効率を最適化します。
  • 運用コストの削減: 自動監視と制御により、不必要なコストを削減します。
  • 安全性と製品品質の向上: 生産プロセスの厳格な管理により、作業員の安全が確保され、製品の品質が向上します。
  • 簡単な統合と拡張性: ICSは柔軟性が高く、企業が成長するにつれて他のシステムと容易に統合および拡張できます。

結論として、ICSはスマートな生産への移行を支援し、プロセスを最適化し、競争力を高めるために重要な要素です。