ポリマー押出プロセスにおけるMQTTに基づくデータ通信
Summary
本研究は、メッセージキューテレメトリトランスポート(MQTT)と呼ばれるメッセージプロトコルに基づくフィルム押出システムと監視装置との間のデータ通信のための柔軟な方法を提案する。
Abstract
本研究は,TCP/IP上で動作するメッセージキュー遠隔測定トランスポート(MQTT)と呼ばれるパブリッシャ-サブスクライバベースのプロトコルを採用することにより,高分子加工機の柔軟なデータ通信構造を構築することを目的とする.従来の機器を使用する場合でも、インターネット通信を通じて、処理データをどこでも様々な機器で計測・記録することができます。メッセージベースのプロトコルは、既存のサーバー/クライアントプロトコルの欠点を克服する柔軟な通信を可能にします。複数のデバイスが、ソース・デバイスによってパブリッシュされた処理データをサブスクライブできます。提案手法は,複数のパブリッシャーとサブスクライバー間のデータ通信を容易にする.この作業では、機器と追加のセンサーからのデータをメッセージブローカーに公開するシステムを実装しました。サブスクライバーは、ブローカーによって中継されたプロセス・データをモニターおよび保管できます。このシステムは、有効性を実証するためにフィルム押出ライン用に展開および実行されています。
Introduction
第4次産業革命の波の中で、各種処理データの取得・監視が重要な課題となっています1.特に、プロセスデータを用いた製造プロセスの改善と効率的な運用計画の確立は、すべての製造施設2,3の重要な目標となります。ダウンタイムは、アラームを工場から送信できる場合、または予測メンテナンスを時間内に実行できる場合4 に大幅に短縮できます。最近、ポリマープロセスにおけるデータ分析のために多くの努力がなされている5,6。しかしながら、既存のシステム7からこのようなデータを取得することが困難であるため、これらのタスクを実行することは容易ではない。制御と計測の階層構造により、データの集録と通信が困難になります。
まず第一に、異なる製造日を持つ異なる機械からデータを取得することは不可能です。異なるマシン間の通信を実現するには、独自の形式の異なるフィールドバス間の相互運用性が必要であるため、困難です。このようにして、通信方法とデータ形式はプライベートに保たれます。これにより、データセキュリティを簡単に維持できますが、ユーザーはサービスや将来の開発についてマシンビルダーに依存するようになります。近年の高分子加工機に搭載されたヒューマンマシンインタフェース(HMI)などの制御コンピュータは、ほとんどがWindowsベースですが、独自の開発環境で作成されたソフトウェアが搭載されています。センサまたはアクチュエータと通信するために異なる企業のプログラマブルロジックコントローラ(PLC)を使用することが可能であるが、多くの場合、上部監視制御およびデータ収集(SCADA)システムは、制御コンピュータ8に依存する。この慣行により、多数のプロトコル、フィールドバス、および制御システムが市場で競合しています。この複雑さは時間の経過とともに少しずつ緩和されましたが、多くの種類のフィールドバスとプロトコルがまだ活発に使用されています。
一方、制御装置とSCADA間の通信は、Open Platform Communications United Architecture(OPCUA)9によって標準化されています。さらに、SCADAと製造実行システム(MES)との間の通信も、主にOPCUAを介して行われています。このようなタイトな階層構造では、プロセスの監視と分析のためにデータを自由に抽出することは容易ではありません。通常、データはSCADAまたはMES10から抽出する必要があります。前述のように、これらのシステムはベンダー固有であり、データ形式が開かれることはめったにありません。その結果、データ抽出には、元の情報技術/運用技術(IT/OT)ソリューションベンダーからの実質的なサポートが必要です。これにより、監視と分析のためのデータ取得が妨げられる可能性があります。
フィルム押出ラインにおいて、制御PCはSCADAシステム11によって監視される。SCADAシステムは、簡単に変更できないコンピュータプログラムによって操作されます。コンピュータプログラムは編集可能かもしれませんが、編集は非常に高価で時間がかかります。処理データを簡単に監視および分析するには、任意の場所からデータにアクセスできる必要があります。サイトから離れたところで処理データを監視するために、コンピュータプログラムは、処理データをインターネット12にストリーミングすることができるべきである。また、オープンフリー方式は、データ取得13のためのコストを低減する。このアプローチにより、商用ITソリューションに投資する余裕のない小規模工場でもデータ分析を実行できます14。
この研究では、パブリッシャー-加入者モデルに基づくメッセージプロトコルが採用されている。メッセージ キュー テレメトリ トランスポート (MQTT) は、複数のデータ プロバイダーとコンシューマー間のメッセージングを可能にするオープンで標準的なプロトコルです15。ここでは、既存の製造設備について、MQTTを用いてデータを取得・送信・監視するシステムを提案します。システムは、性能を検証するためにフィルム押出ラインでテストされます。元のコントローラからのデータは、Modbusプロトコル を介して エッジデバイスに送信されます。その後、データがブローカーにパブリッシュされます。その間、2つのラズベリーピスは、測定された温度と照度を同じブローカーに公開します。その後、インターネット上の任意のデバイスがデータをサブスクライブし、その後、 図 1 に示すようにデータを監視および記録できます。この作業のプロトコルは、手順全体を実行する方法を示しています。
Protocol
Representative Results
Discussion
提示されたプロトコルに従うことによって、MESのような高価なITソリューションなしで処理データを監視および記録することができる。IoT技術により、従来の機械からのデータの取得と配信が容易になります。メッセージベースのプロトコルであるMQTTは、ポリマー処理ラインのデータ通信のプラットフォームとしてうまく機能することが示されています。さらに、追加のデータを柔軟に測定?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
本研究は、ソウルテック(ソウル科学技術大学)が資金提供する研究プログラムの支援を受けた。
Materials
| Edge Device | Adavantech | UNO 420 | Intel Atom E3815 Fanless |
| Film Extrusion Machine | EM Korea | Not Available | For production of 450 mm film |
| Pydroid | IIEC | Not Available | Android Devices |
| Python3 | Python Software Foundataion | Not Available | Windows, Linux |
| Raspberry Pi 4 | CanaKit | Not Available | Standard Kit |
Referências
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