シームレスな通信のためのよりスマートなテクノロジー

この国には約 153,000 の公共飲料水システムと約 16,000 の廃水処理施設があります。 これらの給水システムは、複数のポンプ、タンク、バルブ、数マイルにわたるパイプラインを備え、複雑になる場合があります。 これらの膨大で複雑な操作をスムーズに実行し、計画外のダウンタイムのリスクを軽減するには、機器が相互に通信できる高度なテクノロジーが必要です。

水道事業体は運用効率を向上させるために長年にわたり監視制御およびデータ取得（SCADA）システムを活用してきましたが、ほとんどの場合、設置年数、機能セット、接続性、ベンダーの点で大幅に異なる可能性のある広範囲の SCADA 機器/ネットワークが設置されている傾向があります。サポート。 さらに、システムは多くの場合、さまざまな請負業者、ベンダー、コンサルタントによって長年にわたって少しずつ構築されており、それぞれが独自のプログラミング アプローチを採用しています。 その結果、多くの水道事業体は現在、運用、メンテナンス、システム全体の堅牢性の点で管理が難しい、複雑で多様なシステムが混在していることに気づきました。1

地方自治体の予算が逼迫している時代においては、たとえアメリカのインフラ法による助成金があっても、コストを抑えるために上下水道ネットワークの効率を維持する必要があります。 これを行う 1 つの方法は、オープン プラットフォーム コミュニケーション (OPC) を利用することです。 OPC を使用すると、マシン、デバイス、その他のシステムへのアクセスが標準化され、メーカーに依存しない同様のデータ交換が可能になります。 これらのソリューションの目標は、摩擦点を最小限に抑え、効率を向上させることです。 デバイスを汎用オブジェクトとして扱うことで、最小限の中断でシステムに新しいコンポーネントを組み込むことができます。 このテクノロジーはさらに堅牢になり、より不可知性が高まり、より安全になりました。

依存しない接続、強力な情報モデリング、組み込みのセキュリティ

水道事業のさまざまなネットワークの課題は、デバイス、機器、サービス間でのデータと情報の安全で標準化された交換です。ここで、オープン プラットフォーム コミュニケーション ユニファイド アーキテクチャ (OPC-UA) が登場します。OPC-UA は、拡張可能なプラットフォームです。産業システムにおける情報の安全な交換を可能にする独立した標準。 Windows、macOS、Android、Linux と互換性があり、PC、クラウドベースのインフラストラクチャ、プログラマブル ロジック コントローラー (PLC)、マイクロコントローラー、サイバー フィジカル システムで動作します。

しかし、それだけではありません。 OPC-UA は、データを構造化し、情報技術ネットワークやクラウドを超えて共有するように設計されています。 これは、OPC-UA によって提供される包括的な情報モデリング フレームワークであり、情報のコンテキストを中継し、単純なデータ送信を超えて、データが外部システムによって正しく解釈および使用されるために重要なコンテキストを中継できるようにします。 センサー値から得られるプロセス変数を工学単位でモデル化することで、適切な解釈、変更を検証するための動作制限、および表示と保守情報を調整して近似精度を提供できるようになります。

クラウドベースのプラットフォームのセキュリティは、過去 10 年間にわたって懸念が高まっています。 OPC-UA はマシン間通信およびマシン対クラウド通信のための通信層であるため、2 つのセキュリティ層で動作します。 最初の層は、クライアントとサーバーの間に暗号化されたチャネル接続を設定します。 この層は、機密性、整合性 (メッセージ署名による)、および証明書ベースの認証を提供します。 その後、アプリケーション層がユーザー認証とユーザー認可を管理します。2

すべてのポンプステーションの主要な要素には、ウェットウェル、ポンプ、関連するバルブとストレーナーを備えた配管、モーター、電源システム、機器制御および警報システム、臭気制御システム、換気システムが含まれます。 これは、運用を継続するための重要な機器の多くです。 SCADA システムは、キロワット (kW) 消費量、タンクレベル、ポンプ活動、毎分ガロン、塩素使用量などの情報を完全な履歴傾向とともに監視します。

ポンプ ステーションとリフト ステーションの両方には、運用データを収集するための多数のセンサーおよび計器フィールド デバイスが含まれています。 個々のセンサーは、モーターがオンかオフか、バルブが開いているか閉じているか、プロセス変数が限界値またはその他の単純な離散条件に達したかどうかを示します。 計測器は、流量、温度、圧力、レベルなどのアナログ変数のより複雑な測定を提供します。

通常、都市ではこれらの資産が地理的に広い範囲に分散しているため、リフト ステーションなどのサイトから SCADA システムにデータを中継するにはリモート端末装置 (RTU) が必要になります。 RTU はさまざまなメーカーから提供されている可能性があり、情報を送信するために独自の無線技術を使用している可能性があります。 OPC-UA を使用すると、この規格を使用するあらゆるデバイスをコーディングなしでプラットフォームに統合できます。 デバイスを接続すると、システムの機能が自動的に構成され、収集されたデータが構造化されます。

OPC-UA を使用すると、OPC をクライアントまたはサーバーとして使用できます。 さまざまなデバイスやアプリケーションにデータを提供して、機器の機能を制御します。 OPC-UA サーバー アプリケーションを使用すると、マシン間および PC 間の通信のためのデータ交換が可能になります。 OPC サーバーはフィールド サービス アプリケーションで RTU を使用します。 OPC-UA のもう 1 つの利点は、自治体の予算が許す限り、導入されたエッジ ゲートウェイ デバイスによって資産が修復されるため、資産をこれにアップグレードできることです。

OPC-UA の重要なテーマは、デバイス、ネットワーク、物理資産とクラウド間の接続を強化することです。 接続性が向上すると、プロセスの透明性が向上し、予測分析や監視アラーム状態の可能性が高まります。

水道事業の接続が改善されれば、潜在的な問題が問題になる前に対処できるようになりますが、それはその接続を最終ホップ、つまり資産を運用および最適化する人々まで拡張する場合に限られます。 デバイスを人々に接続し、適切な情報 (モデリングの高度化を伴う) を適切なタイミングで適切な人々に届けることが、リモート アラーム通知ソフトウェアの強みです。

スマート テクノロジーと OPC-UA は、リモート アラーム通知ソフトウェア ソリューションの導入とその接続性を再構築しています。 資産とプロセスにはよりスマートなセンサーが搭載され、より低い運用レベルでモデル化されることが増えているため、SCADA 情報ソースと非 SCADA 情報ソースの両方に接続するリモート アラーム通知ソフトウェア ソリューションの機能がますます重要になっています。 高度な通知ワークフローでは、SCADA で展開されるアラーム イベントに応じて、複数の OPC-UA サーバーからの情報を統合する必要があります。 圧力センサーが低アラームを記録していることを知るのは素晴らしいことです。 その圧力に関連するバルブとポンプのステータス、その資産のメンテナンス情報、および低圧力の下流への影響と関連した情報を知ることがより適切です。

接続性と情報モデリングの向上により、意思決定者に権限が与えられ、応答時間が短縮され、生産性が向上します。 スマート テクノロジーに対応したアラーム通知ソフトウェア ソリューションは、主要な SCADA パッケージと OPC-UA サーバーの両方に接続し、このような高度な通知ワークフローを提供します。

参考文献

https://www.grahamnasby.com/files_publications/NasbyG-PhillipsM_2011_SC… (2022 年 12 月 1 日にアクセス)。

https://www.machinemetrics.com/connectivity/protocols/opc-ua (2022 年 12 月 12 日にアクセス)。

Cody Bann は、テキサス州オースティンに本拠を置く WIN-911 のエンジニア ディレクターであり、連絡先は [email protected] です。 同社は、スマートフォンまたはタブレットのアプリ、音声 (VoIP およびアナログ)、テキスト、電子メール、および工場内アナウンサーを介して重要な機械の警報を配信し、オペレーターの応答時間、システムのダウンタイム、および保守コストを削減することで、85 か国の 19,000 以上の施設の保護を支援しています。 詳細については、win911.com をご覧ください。