PLCのない古い設備を接続する方法：OPC UA、Modbus、エッジによるレトロフィット

「古すぎて接続できない」という問いが的外れな理由

1990年代のプレス機や手動の旋盤が、新しいマシニングセンターと同じように通信する必要はありません。見える化に必要なのは、各設備からのいくつかの事実だけです。稼働中か、待機中か、停止中か。何個つくったか。なぜ止まったか。

古い設備の多くは、こうした事実をすでにどこかで示しています。積層表示灯の色が変わります。モーターは回っているときに電流を流します。ラムや主軸は1サイクルごとに同じ位置を通過します。設備がなぜ止まったかは、オペレーターが知っています。やるべきことは、設備を近代化することではなく、こうした信号を捉えることです。

新旧混在の現場をどう接続するか

それぞれの設備には、その設備が持っているものに合った接続方法を選びます。設備の制御ロジックは何も変わりません。

OPC UAはセキュリティ機能を内蔵したプラットフォーム非依存の標準で、OPC Foundationはこれを企業全体の相互運用性の基盤と位置づけています。Modbusはより古くシンプルな規格で、Modbus Organizationは最も広く採用されている産業用プロトコルとしています。この2つで、制御装置を持つ設備のほとんどをカバーできます。

エッジデバイスは、メモリと帯域幅が限られた機器向けに設計された軽量なパブリッシュ／サブスクライブ型プロトコルMQTTで、データを上位に送ります。対応しているプロトコルとシステムは、DBR77 IoTの連携ページに掲載しています。

どのくらいの速さで進むのでしょうか。典型的なブラウンフィールド工場のモデル試算では、13台中11台の設備に約3週間でセンサーを取り付け、見える化できました。これはモデルですが、よくあるパターンを反映しています。ほとんどの設備は簡単に接続でき、少数の設備だけがより詳しい確認を必要とします。週ごとの計画はブラウンフィールド工場でのIoT導入、最初の30日間で紹介しています。

PLCのない設備でエッジデバイスが読み取るもの

制御装置のない設備では、エッジデバイスは設備が出しているものを何でも活用します。代表的な情報源は次のとおりです。

• 積層表示灯・シグナルランプ。 ランプ回路からの分岐や表示灯に付けたセンサーで、緑、黄、赤を稼働、待機、停止に変換します。
• モーター電流。 電源ケーブルに取り付けたクランプ式電流センサーで、主駆動が動いているかどうかがわかります。配線を切る必要はありません。
• サイクルセンサー。 近接センサーや光電センサーで、ストローク、サイクル、生産数をカウントします。
• 扉・ガードのスイッチ。 段取り替えや工具交換を生産と区別するのに役立ちます。
• オペレーターの入力。 設備横のタブレットで停止理由を入力します。所要時間は約2秒で、どのセンサーでも埋められない隙間を埋めます。

どれか一つの信号よりも、組み合わせが重要です。電流だけでは、すべての設備で空転と加工中を区別できるわけではありません。電流とサイクルセンサーを組み合わせれば、たいていは区別できます。

現場でどのネットワークを使うか

接続方法は建屋に合わせるべきです。ほとんどの工場では複数を組み合わせています。

1. Wi-Fi：工場ネットワークがすでに届いている場所。カバー範囲が十分なら最も安価な選択肢です。
2. LoRaWAN：大きな建屋の奥、屋外ヤード、別棟。バッテリー駆動の機器向けに設計された低消費電力・広域の標準です。
3. SIM（携帯回線）：工場ネットワークがまったくない場所。
4. 有線のRS485またはEthernet：制御盤内や隣り合う設備間の短い距離。

ネットワークは設備リストの一部として、設備ごとに計画してください。

現場データをオンサイトに保つ：ITへの答え

2つ目の反論は、たいていITから出てきます。「現場のデータを他社のクラウドには送らない」。もっともな指摘であり、システム構成がそれに答えるべきです。

DBR77 IoTでは、処理はエッジ、つまりオンサイトの、自社のIT/OT境界内で行われます。生の信号は現場で状態、生産数、イベントに変換されます。設備の生データをパブリッククラウドに送る必要は一切ありません。より詳しい比較は製造業におけるエッジとクラウドをご覧ください。

製造業のセキュリティ審査では、産業用オートメーション・制御システムのセキュリティに関する規格群であるISA/IEC 62443が参照されるのが一般的です。NISTの運用技術（OT）セキュリティガイド（SP 800-82 Rev. 3）もよく使われる参照文書です。PLCへの読み取り専用アクセスと分離されたエッジデバイスにより、審査は短くなります。詳細はDBR77のセキュリティページに掲載しています。

信号がまったくない工程

分岐できるものが何もない工程もあります。手作業の組立、梱包台、使える電装がない非常に古いプレス機などです。こうした工程では、カメラをセンサーとして使えます。

IRISのVision AIレイヤーは、カメラ → エッジGPU → MQTT → IRISという流れで動きます。カメラがサイクルと作業者の在席を計測し、エッジGPUがオンサイトで画像を処理して、MQTTでイベントを送ります。設計上、映像は録画されません。パイロットに使うのはカメラ2〜4台、エッジボックス1台、PoEスイッチで、設備に手を加えることなく1日で設置できます。どのような場合にビジョンのほうが適しているかは、センサーとしてのカメラの記事で説明しています。

よくある質問

PLCのない設備から本当にデータを取れますか？

はい。エッジデバイスが積層表示灯、モーター電流、サイクルセンサーなど、取得可能な信号を読み取ります。停止理由はオペレーターがタブレットで入力します。状態、生産数、停止理由を把握するにはそれで十分です。

デバイスの設置のために生産を止める必要がありますか？

通常は必要ありません。PLCへの読み取り専用接続とクランプ式センサーは、通常稼働中または計画停止の間に設置します。設備の制御ロジックは何も変わりません。

OPC UAとModbusのどちらを使うべきですか？

設備が対応しているものを使ってください。新しい制御装置の多くは、セキュリティ機能を内蔵し、より豊富なデータモデルを持つOPC UAに対応しています。古い制御装置の多くはModbusで通信します。Modbusはよりシンプルで、幅広く対応しています。

データは工場の外に出ますか？

初期設定では出ません。処理はエッジ、つまりオンサイトの自社のIT/OT境界内で行われます。何をどこまで外に出すかは、御社のITチームと合意して決めます。

何も接続できない設備はどうすればよいですか？

カメラをセンサーとして使えます。IRIS Vision AIのパイロットは、カメラ2〜4台、エッジボックス1台、PoEスイッチを使い、設備に触れることなく1日で設置できます。

まとめ

古い設備は、現場を見えないままにしておく理由にはなりません。新しい設備はOPC UAまたはModbusで読み取り、古い設備には小型のエッジデバイスを付け、信号のない工程にはカメラを使います。データはオンサイトで処理され、ネットワークは建屋に合わせます。まず1本のラインの設備リストから始め、設備ごとに接続方法を決めてください。

出典

• OPC Foundation, OPC Unified Architecture
• Modbus Organization, modbus.org
• OASIS, MQTT Version 5.0、2019年
• LoRa Alliance, About LoRaWAN
• ISA, ISA/IEC 62443 series of standards
• NIST, SP 800-82 Rev. 3: Guide to Operational Technology (OT) Security、2023年
• DBR77 IoTモデル試算（ブラウンフィールド工場、13台中11台）、2026年