SCADAとは？MESとの違いや導入するメリット、主な機能を紹介

SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）とは、インフラや製造工程の設備・装置上のデータを一ヵ所に集約し、監視・制御をおこなうシステムです。製造業におけるスマートファクトリー実現の鍵になるとして近年注目されています。

ここでは、SCADAの主な機能や導入するメリット・注意点などを詳しく解説していきます。

SCADA（監視制御システム）とは？

SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）は、コンピューターによる監視制御システムです。インフラや製造工程の設備・装置のプロセス上のデータを収集し、監視と制御をおこないます。点在した設備や装置のデータをネットワークを通じて一元的に管理するため、設備のある場所まで足を運ぶことなくコントロールや状態の確認が可能です。

SCADAを導入する目的

次に、SCADAを導入する目的について解説します。

生産性向上と効率化を目指すため

SCADAを導入すると、設備や製造プロセスのリアルタイム監視・リモートコントロールが可能になります。

例えば、SCADAにはアラート設定が搭載されており、異常の発生、生産速度や温度の変化などをリアルタイムで知らせてくれます。そのため、万が一トラブルが発生した場合も迅速に対応でき、工場の稼働を効率的に管理できます。

さまざまな働き方に対応するため

SCADAを導入すると、さまざまな働き方に対応できるようになります。

ネットワークのデータを一元管理・監視するだけでなく、必要に応じてコントロールすることができれば、万が一トラブルが発生した場合でも柔軟な対応が可能になります。

人によっては、すぐに現地に向かえないということもあります。トラブルの内容に応じて「遠方から現場担当者に指示をするだけで済む」、「実際に現場に出向いて確認する必要がある」というように対応の優先度が分かれば個々に合った働き方にも対応しやすくなります。

DCSやPLC、MESとの違い

ここでは、製造工程でよく使用されているシステムとSCADAの違いを解説します。

DCSとの違い

「DCS（Distributed Control System）」とは分散制御システムのことです。コンピューター1台で全体を制御管理するのではなく、システムに用いられている機器ごとに制御装置を設けているのが特徴です。それらを相互にネットワーク接続し、互いを監視します。

SCADAは設備や製造プロセス全体を管理しますが、DSCは機器ごとに管理されている点が異なります。

PLCとの違い

「PLC（Programmable Logic Controller）」は、プログラム可能な制御装置のことです。あらかじめ決められた順序に従って制御を段階的に進めていく「シーケンス制御」のもと、設備の動作の順序を命令として装置に記録させます。

PLCとの違いは、PLCは機器の制御だけをおこなうのに対し、SCADAは状況によって制御や監視、表示、分析までおこなう点にあります。

MESとの違い

「MES（Manufacturing Execution System）」は、主に製造工程管理に使用されます。

MESは、オペレーターや作業スケジュールの管理、プロセス管理、品質管理など製造に関わる範囲から、在庫管理、受注管理まで幅広い役割を担います。MESによる製造工程の透明性と分析は生産効率向上に大きく貢献します。

このMESと制御をおこなうPLCとの間に入り、それぞれの管理や接続を担うのがSCADAの役割です。しかし、国内ではSCADAがうまく活用されず、解析が自作ツールやエクセルでおこなわれる事例もあるようです。

SCADAを構成する主な機能

SCADAにはどのような機能があるのでしょうか。SCADAを構成する主な機能をご紹介します。

情報の入力

「情報の入力」は、システムにデータを取り込むための工程です。SCADAの情報入力機能は、センサーなどが読み取ったデータを自動でインプットするパターンと、作業員が手入力でパソコンやタブレットにインプットするパターンがあります。

例えば、太陽光パネルを設置した施設では、発電量や電気使用量を測定したデータをSCADAに入力し監視することで、電気の使用量を正確にリアルタイムに把握できるようになります。

情報の監視や制御

入力されたデータは集めて終わりではなく、システムを効率良く稼働させるためにも監視や制御をおこなう必要があります。ここで使用するシステムは主に「PLC」や「RTU（遠隔監視制御装置）」などです。

データの監視や制御はPLCだけでも可能ですが、全体のデータを一括管理するのには不向きです。そこでRTUが用いられます。センサーなどから送られてきたアナログデータをデジタルデータに変換し、監視制御システムへ送るのがRTUの役割です。

SCADAはこれらをネットワーク接続して監視・制御をおこないます。
例えば、施設内の電力量データの監視、電力量の積算が一定に達した時点で警報を出す機能、警報をもとにオペレーション室から電力量を制御することなどが挙げられます。

情報の表示や管理

デジタルの状態で制御や監視されてきたデータは、人間が見て理解できるように変える必要があります。SCADAでは人とデバイスをつなぐユーザーインターフェースに「HMI（Human Machine Interface）」をもちいて、データをチャートやグラフに変換して表示させます。

SCADAで処理済みのデータをHMIで見やすく表示するだけでなく、設備の環境に合わせてカスタマイズもできます。また、SCADAが異常検知システムとしても機能するよう、異常発生時のアラート表示機能などを搭載しています。

例えば、施設内の電気やガスの使用量、換算量のグラフを視覚的に理解しやすいグラフィックで表示する機能や、その積算量の管理などが挙げられます。

情報の通信

ネットワークを利用して機能するSCADAは、通信基盤の役割も果たします。SCADA内部を構成する各ツールをネットワークで接続するほか、外部との通信もおこないます。この接続には一般的なインターネットと同じ「TCP/IP」方式、もしくは次世代通信技術「5G」などが用いられています。

例えば、各装置に装着されたセンサーから集められた測定値を第4世代移動通信システムである4G通信を介してプライベートクラウドにデータを格納し、分析をおこなうことなどが挙げられます。

これまでは生産現場や設備に合わせたシステムを独自に開発するのが一般的でしたが、現在はSCADA構築のパッケージソフトが提供されており、そうしたソフトを選択する製造現場も増えてきています。

パッケージソフトを使用するには通信可能なネットワークが限られてきます。なかには、セキュリティ上の問題を抱えているネットワークもあるため注意が必要です。

SCADAを導入するメリット

SCADAを導入すると、どのようなメリットがあるのでしょうか。具体的に見ていきましょう。

現場の可視化によりスマートファクトリーの実現に近づく

「スマートファクトリー」とは、IoTなどの最新技術を取り入れ、設備や製造管理システムがネットワークでつながり生産性や効率性を最適化された工場のことです。

SCADAを導入し工場内にあるさまざまな生産設備・機械をネットワークに接続させると、製造工程を可視化できるようになります。それにより遠隔でも管理が可能となり、スマートファクトリーの実現につながります。

スマートファクトリーについて詳しくはこちらをご覧ください。

■スマートファクトリーとは？製造業の課題を解決するソリューション例を紹介

エッジコンピューティングとして通信効率を高める

スマートファクトリーの実現のためにはクラウドの活用が欠かせませんが、クラウド化を進めるのに必要になるのが「エッジコンピューティング」です。

エッジコンピューティングは、端末利用者やサーバー周辺など、コンピュータネットワークのエッジ部分でデータ処理をおこなう手法です。
従来のクラウド技術はすべての情報をクラウドで集約・処理していたため、ネットワークの負荷が大きくなりすぎていました。

一方、エッジコンピューティングでは、一部のデータ処理や分析を各設備や末端のIoTデバイスでおこない、前処理がされたデータのみをクラウドに集約して処理しています。そのため、通信量を削減でき、ネットワークを圧迫せずに済みます。

近年増えつつあるスマートファクトリー化で課題としてよく挙げられるのも、この膨大なデータ処理量によるネットワークの圧迫でした。この課題を解決するのが、エッジコンピューティングを実現できるSCADAです。SCADA導入により工場全体の通信効率の向上が期待できます。

監視制御システムの開発工数が削減できる

SCADAと同等の制御システムを構築するには、通信機能や状況を監視する機能、グラフィック関連の機能など、多くの機能を実装させなければなりません。SCADAを使わずすべてを最初から作ろうとすると、多くの開発費用や工数がかかってしまいます。

すでに複数の機能が搭載されているSCADAは、特別な開発をすることなく通信、監視、制御などを実現します。その他さまざまな機能の代替も可能なため、開発工数やコストの大幅な削減につながります。

SCADA導入時の注意点

SCADAの導入には、導入時にうまくいかないことや、場合によってはリスクになることもあります。以下、導入時に注意すべき点を挙げていきます。

工場の規模によっては費用対効果が合わないこともある

SCADAを導入すれば一つひとつの機能を実装するよりコストが削減できるといっても、新たなセンサーの設置などには多くの工程やコストがかかり、専門知識も必要です。無事導入できても、そのあとには運用やメンテナンスのコストがかかります。

また、小規模な工場に導入する場合、SCADAがオーバースペックとなり導入費用が割高になってしまう恐れがあります。そのため、トータルでかかるコストを計算し、適切な予算案を立てたうえで導入を検討しましょう。

適切なサイバーセキュリティ対策を講じる必要がある

これまでの工場システムの多くは、関係者間の独自ネットワークで運用されていました。そのため、外部から接続されるリスクが小さく、セキュリティ面の問題もそこまで大きく考えられていませんでした。

しかし最近は、各種通信の発達や技術の成熟により、格段にネットワーク環境が整いやすい現状にあります。便利さは増しましたが、セキュリティ攻撃を受けるリスクも大きくなるため、SCADAの導入には適切なサイバーセキュリティ対策が重要となるでしょう。

経済産業省では、サイバー攻撃を想定したセキュリティ対策のガイドラインを作成しています。
例として、工場ネットワークのOAゾーン、生産管理ゾーン、制御ゾーンなどの各ゾーンと他ゾーンの間に通信の防火壁となるファイアウォールを設置することなどが挙げられています。
各ゾーンにアクセスできる利用者認証と制限をおこなうことで、リモートでアクセスする際も安全な通信環境で作業ができるようになり、不正アクセスの防止につながります。

経済産業省のガイドラインには、ほかにもさまざまなセキュリティ対策の事例が掲載されています。ぜひセキュリティ対策を考える際の参考にしてください。

参考：経済産業省「工場システムにおけるサイバー・フィジカル・セキュリティ対策ガイドライン」

システムの種類によっては適合しない恐れがある

SCADAはさまざまな通信機能を備えていますが、生産管理システムと形式が適合しないとデータの連携に支障が出る可能性があります。また古い機種を使用する場合、円滑な通信や情報収集が難しくなることもあります。

その場合は、連携用の「ゲートウェイアプリケーション」を別のプログラムで開発し接続させる必要があります。ゲートウェイアプリケーションとは、ネットワークを中継し通信制御をおこなうアプリケーションです。

開発例をいくつかご紹介します。

• 表示器と制御機能を搭載したコントローラーを開発して既存の製造設備と連携させる
• 製造工場のコスト削減のため産業用 IoT ゲートウェイを導入し既存の管理システムと連携させる

SCADAは今後日本国内で浸透していく？

SCADAの歴史は1960年代にまでさかのぼります。産業の急速な発展により大規模な生産ラインの運用管理が困難になり、その対処のために生み出されました。

SCADAは海外では広く普及しているものの、日本国内での導入事例はまだ限られています。大規模な生産設備に導入する場合に非常に大きなコストがかかることや、すでに別の制御システムを使用していることなどが、普及を妨げる原因として挙げられます。

一方、製造業など効率性や管理の安全性が求められる業界においては徐々にSCADAの有効性が認知され始めています。通信速度の向上によりリアルタイム制御などのメリットをもたらす5Gや、監視などの自動化を実現するAIの活用により、今後はさらにSCADAへの期待が高まっていくでしょう。

導入事例

最後に、IoT/リモートワークを推進するTTSのNew SCADA「Ignition」の導入事例をご紹介します。

Madison-Kipp Corporation社（アメリカ）

芝刈り用途向けのアルミニウムダイカスト製品とサブアセンブリー製品を製造しているMadison-Kipp Corporation社（以下、MKC社）は、コスト削減と効率性向上をはかるためにIgnitionを実装しています。

MKC社では、SCADA中枢システムやエッジクライアントの制御のほか、部品追跡やアラーム、トランザクション管理など幅広い業務においてIgnitionを活用しています。

実際Ignitionを使用することで、「製造工程からリアルタイムにデータを取得し、鮮度の高いデータを用いて状況を把握することが可能となり、より適切な意思決定を迅速にできるようになりました」と導入による効果を報告いただいております。

ほかにも、リアルタイムのデータ閲覧、現場設備のCAD図面をそのまま画面に取り込める最適なグラフィックスなど、Ignitionの導入はMKC社に多くの成果をもたらしており、MKC社ではIgnitionの拡大展開を計画しています。

詳しくはこちらをご覧ください。

Madison-Kipp Corporation社様

Ecoplexus社 （アメリカ）

太陽光発電業界のリーディングカンパニーであるEcoplexus社は、大規模なソーラー・エネルギープロジェクトに対応できるデータ収集と分析能力をそなえ、カスタマイズも可能なSCADAシステムを必要としていました。その要望に応えたのが、Ignitionです。

Ignitionのデータ量と鋭い洞察力は、サイトの円滑な運営だけでなく、投資家への報告などファーム運営業務の多くを支援しています。Ignitionの無制限のライセンスモデルはこれまで使用していたDASプロバイダーと異なり、追加のサイト、タグ、ユーザー、デバイス、またはプロジェクトに対して追加費用が一切発生しないことから、コストダウンも実現しました。

詳しくはこちらをご覧ください。

Ecoplexus社様

SmartWash Solutions社（アメリカ）

食品安全技術企業であるSmartWash Solutions社は、顧客が食品安全強化法（FSMA）の要件を満たすための支援をおこなっています。顧客がFSMAに準拠し続けられるよう、食品の安全性や工場の効率性・生産性をどこからでも確認できるシステムを構築しました。

このシステムのベースとして使用されたのがIgnitionです。ほかのソリューションであれば投資費用が高額になっていたところ、Ignitionの無制限ライセンスのおかげで投資可能資金内でプロジェクトを立ち上げることができました。最終的にプロジェクトは4倍の規模になり、顧客数は3倍まで増えました。

顧客とともに安全性と効率性向上に向けて取り組むなか、 誰もが同じデータを確認できるシステムの導入によってパートナーシップも強化されました。

詳しくはこちらをご覧ください。

SmartWash Solutions社様

まとめ

SCADAは、インフラや製造工程の設備・装置上のデータを一ヵ所に集約し、監視・制御をおこなうシステムです。
海外では、SCADAが普及してきているものの、日本国内では浸透していないのが実情です。しかし、AIや5Gなど情報通信テクノロジーの発展が追い風となり、国内での普及も期待されています。

この記事でご紹介したTTSのNew SCADA「Ignition」について、詳しく知りたい方は製品ページをぜひご覧ください。

■Ignition製品詳細ページ