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Industrie 4.0実現へのパワーサプライ:シーメンス産業用電源シリーズ「SITOP」

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産業の要求に応える電源ソリューション

シーメンスの産業用電源シリーズ「SITOP」は今年で25周年を迎え、販売台数は全世界累計2千万台を超えました。四半世紀にわたる歴史の中でも継続的に革新を続けています。例えば、2013年にはEthernetインターフェースを備えた無停電電源を市場に投入しました。近年、消費電力など電源の状態をモニタリングできる電源が製造業でのトレンドになってきています。今回は、Industrie 4.0時代に対応する電源ソリューションについてご紹介いたします。

Industrie 4.0時代の電源とは

Industrie 4.0(以下I4.0)の流れを受けて、電源の状態をモニタリングできる電源が登場しているのは必然の流れともいえます。シーメンスは市場に先駆け、2013年にEthernetポートを搭載した産業用無停電電源(以下、UPS)UPS1600、2014年にはPROFINET対応の産業用統合型電源PSU8600を発売しました。発売以来市場に受け入れられ、欧州の自動車産業を中心に、米国や中国などでも導入が相次いでいます。

一般的に、I4.0対応電源と言えば、ネットワークにつながり外部からモニタリングができる電源のことを指すと思われがちです。しかし、モニタリングは一つの手段でしかなく、それだけではI4.0に完全対応した電源とは言えません。I4.0時代にはあらゆるデバイスに対して、高いレベルでのQCDF(Quality, Cost, Delivery, Flexibility)が求められ、もちろん電源にもその要求はおよびます。

今回は、産業用電源を中心に、I4.0に向けた先進的な現場ではどのようなことが起きているのかご紹介いたします。

電源を取り巻く環境

制御盤設計現場の声

I4.0時代にはあらゆるものがつながるだけでなく、機器そのものの数も多くなります。通常、設備の電源設計は各機器の定格電流をもとに計算され、大きめの容量の電源やブレーカーを選定する場合がほとんどです。接続機器が増えたことによる電源容量の計算量の増加だけでなく、電源による盤の肥大化、高コスト化が生じているという声が聞かれます。盤設計を標準化していても、マスカスタマイゼーションの要求から仕様の変更を余儀なくされ、再計算・再選定・仕様の確認とさらに工数を割くことになっている実情も耳にします。

盤の肥大化、高コスト化、工数の増大による納期の遅れは、競争力低下を招いてしまいます。

PSU8600とUPS1600

図1:PSU8600とUPS1600

設計現場へのソリューション

シーメンスのPSU8600はこのような制御盤設計の課題を解決します。まず、モニタリングできることで実際の消費電流値が把握できます。必要な電源容量を把握できるので、電源の肥大化を防ぐことができます。PSU8600にはDC出力が最大4チャネルあり、チャネルごとに電圧を5~28Vの範囲で自由に設定できます。製造設備の制御系電源はDC24Vであることが多いですが、センサーやライトなどは5Vや12Vで動作する機器も多く存在しています。電圧を自由に設定できるため、電源をその都度選定する必要が無くなります。設計変更でチャネル数が足りなくなった場合は拡張モジュールでチャネルを追加することができます。拡張モジュールに付属のクリップをはめ込むだけで拡張は完了し、手間はかかりません。

さらに各チャネルをEthernetポート一つでモニタリングすることができるのでIPアドレスも一つ、Ethernetケーブルも1本で済みます。ケーブルの付け替えやチャネルごとにIPアドレスを振るなどの手間がないため、導入もスムーズです。

製造現場の声

製造の現場で求められる電源の要件は、極端に言えば、設備稼働のために安定した電力を供給することでしょう。これを満たすためには、瞬低・停電や負荷回路障害への対策も必要になります。特に目新しいことではありません。瞬低・停電にはUPS、負荷回路障害にはブレーカーなどで対策されていることでしょう。しかし、あらゆるものがつながる時代には、影響がおよぶ範囲が拡大するため、さらに進んだ対策をとる必要性があります。

UPSは瞬低・長時間停電時に電力を設備に供給する電源システムです。主に、パソコンのデータや設備の制御を停電から保護するために使用されています。しかし、UPSを導入している製造現場でも次のような声が聞かれました。

「UPSを導入したものの、パソコンのシャットダウンまで電力を保持できずに終了してしまった。設備復旧後、UPSのLEDが光っているが現場にマニュアルがないため何が起きているのか、わからなかった。おそらくバッテリーが消耗していたのだろうが、盤内に入れているため事前に気付くことができなかった。」

ブレーカーが設備に導入されていることは当然と言えますが、ブレーカーはトリップ値が決まっており、選定されているトリップ値が最適でない場合があります。また、トリップのスピードが十分でない場合、一つの回路で発生した過電流などの障害が設備全体までおよんでしまう可能性があります。その障害がどこで発生したのかわからないため、障害箇所の特定と復旧に多大な時間がかかってしまいます。

製造現場へのソリューション

シーメンスのUPS1600は上記のようなUPSのお悩みにお応えすることができます。HMIやSCADAシステムなどから常時モニタリングすることが可能です。バッテリーは使用していなくても消耗してしまいますが、バッテリー状態を常時確認することができるので安心です。 PSU8600は電子ブレーカーを各チャネルに内蔵しています。電子ブレーカーは即時遮断するため、回路障害の拡大を防ぐことができます。HMIやSCADAシステムからチャネル診断を行うことができるため、障害箇所の特定と復旧がスムーズに行えます。

図2:モニタリング画面例

図2:モニタリング画面例

UPS1600とPSU8600はWebサーバーを搭載しているため、汎用WebブラウザーにIPアドレスを入力するだけで、簡単にモニタリングや設定ができます。

そのため、障害を発見し現場に急行したものの、パソコンに専用のソフトウェアをインストールしていなかったために確認や設定ができないということがありません。アラームログも確認できるため、現場での原因の特定に役立ちます。

さらに、設備の根本的な改善活動にも役立ちます。アラームの履歴や消費電流のログを取ることができるため、どこで障害が発生しやすいかを把握して対策をとることができます。I4.0対応電源を導入することで、データに基づいて効率的な改善活動の実施が見込まれます。これにより、高いレベルでQCDF対応する競争力をつけることが可能になります。

ITとOTの垣根を越えて

盤設計と製造の現場の声を中心にI4.0対応電源についてお話ししてきました。しかし、I4.0が想定しているのは、1つの盤や1つの工場だけではありません。I4.0の実現にはIT領域とOT領域をつなぐことは必須となります。蓄積したデータを全社的に活用し、競争力を高めていく必要性があります。しかし、IT領域とOT領域の統合において、通信プロトコルが問題になることが多く、これまで統合は進んできませんでした。

UPS1600、PSU8600はI4.0を語る上で欠かすことができないOPC UAにも対応しています。これにより、現場レベルでの統合からMESやクラウドレベルまでシームレスに統合することができます。

UPS1600、PSU8600は現場の見える化にとどまらない、I4.0に対応した電源ソリューションをご提供できます。

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