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産業用ラズパイを使って製造現場をIoT化 |ハーティング

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プラットフォームとしてのラズベリーパイ

ラズベリーパイが誇る圧倒的なコストパフォーマンス、そしてラズベリーパイ上で使えるオープンソースソフトウェアと世界中のエキスパートユーザー達がインターネット上で発信する驚異の技術ナレッジベース。ラズベリーパイプラットフォーム上で日々生まれる最先端IoT工学技術を製造現場でいち早く展開したいという声で生まれたのが、ヨーロッパ生まれの産業用ラズベリーパイです。

Raspberry Pi 3 Model B+

今更聞けない Raspberry Pi(ラズベリー・パイ)とは

「Raspberry Pi(以下ラズパイ)」は、イギリスのラズベリー・パイ財団がプログラミング教育用教材として開発した名刺サイズのワンボードコンピューターで、教育・研究用途だけでなく電子機器や産業機器分野にも活用の場が広がっています。

ラズパイは2013年から産業用途への転換が見られ始め、2018年6月の時点で、月産50万~60万台のうち、35万~40万台、つまり約60%が産業用途向けとして出荷されています。 ※出典:https://eetimes.jp/ee/articles/1807/11/news042.html

製造現場でラズパイは使えるのか?

近年、自社の工場や製品でラズパイを使用する可能性を探る人が増えています。しかしながら、通常のラズパイは環境の劣悪な製造現場に耐える設計になっておらず、長期間の安定稼働は望めません。

このラズパイの弱点を補うために、産業用途と銘打ってボードをケースに収めたり、即使用できるよう、電源スイッチや各種インターフェースを搭載し、熱暴走対策などが施された製品も出てきています。

ハーティングでは盤内用にラズパイベースのRevolution Piと過酷な環境用にLinux OSのMICAという2つの産業用ラズパイ製品群をラインアップしています。Revolution Piシリーズは、Compute Module 3をプラスチック筐体に収め、LAN、USBやHDMI、RS-485など、各種インターフェースを備えます。-40~+55℃と幅広い温度範囲に対応し、換気スロットにより熱暴走を防止しています。拡張用のI/Oモジュールも用意しています。当製品はDINレールで制御盤内などに設置します。

盤外での使用やマシンへの直付けには、モジュラー型産業用コンピューターMICAを提供しています。MICAは、手の平サイズのコンパクト設計、堅牢なアルミダイカストハウジングで防塵防水性は最高レベルのIP67、鉄道用に対応する耐衝撃、耐振動性を備えています。また、3つ目の基板であるファンクションボードでユーザーがインターフェースを自由にカスタマイズ可能と、拡張性も備えています。

Revolution Pi(左)とMICA(右)

Revolution Pi(左)とMICA(右)

Linux/ラズパイベースだからソフトウェアも豊富

これまでも製造現場では組込コンピューターが設備の制御などを行ってきました。ラズパイも同じ組込みコンピューターですが、その汎用さと圧倒的なコストパフォーマンスのお陰であっという間に世界中に広がりました。

それに伴い多くのソフトウェアがラズパイをサポートし、それがまたラズパイの価値を高めるという成功の連鎖が生まれています。製造現場でラズパイを使うのであれば、これらのソフトウェアを活用しない手はありません。

お客様からのニーズが多いいくつかのソフトウェアをここで説明します。CODESYSは世界で最も成功したソフトウェアPLCですが、ラズパイ用ランタイムライセンスはWebから50ユーロで買えます(https://store.codesys.com/codesys-control-for-raspberry-pi-sl.html)。

Revolution Pi (RevPi Core 3/Connect)にCODESYSをインストールすることによりRevolution Piがあっという間にPLCに生まれ変わります。制御プログラムはラダー、FB、STどれでも書けますし、制御ネットワークの他のPLCやリモートIOとは、EtherNet/IP、PROFINET、EtherCAT、Modbus TCPといった主要な制御プロトコルで繫がります。

さらにCODESYSライセンスに含まれているWebVisuというWebベースのHMIアプリを使えば、他のPLCやリモートIOから必要な情報を収集し、それらをWebVisu上で描画したグラフィックスの上に表示することが、1台のRevolution PiとCODESYSライセンスだけで実現します。Revolution PiのUSBポートにWiFiドングルを挿せば、無線LAN経由で携帯端末上にWebVisu画面を表示させることももちろん可能です。

またMySQLや時系列に強いInfluxDBといったデータベースをインストールすることにより、製造トレーサビリティ情報を現場のMICA(MICA 2)に保存することができます。現場にトレーサビリティデータがあれば、さまざまな端末側アプリを通じて現場活用ができますし、操業停止のタイミングに上位のトレーサビリティサーバーと確実なデータ同期を取ることも容易です。

現場に多くのエッジコンピューターが置かれ重要なサービスを担ってくるようになると、それらが確実に稼働しているか監視する必要があります。世界的に有名なオープンソースのZabbixをMICAにインストールすれば、MICAを使ってMICAやRevolution Piのようなエッジコンピューター、各種サーバー、またSNMPに対応したマネージドスイッチのCPU・メモリー使用率やネットワークトラフィックといった重要なステータスをリアルタイム監視できます。

カメラやセンサーと組合せれば可能性は無限大

MICA(MICA 2)やRevolution Pi(RevPi Core 3/Connect)を強力にするのはソフトウェアだけではありません。

MICAにUSBカメラを繫ぎ、OpenCVやTensorFlow(ともにオープンソース)といった最新の画像認識ソフトウェアと、大学や専門研究機関が研究成果として公開しているさまざまな画像処理ライブラリを使うことにより、驚くほど安価に高度な画像処理システムを構築できます。

QRコードや人物検出はもちろん、ラーニングを駆使すれば製造現場独自の物体やその位置も認識・判別できます。

画像認識ソフトによる人物検知

画像認識ソフトによる人物検知 <写真:Golden Brown / Shutterstock.com>

MICA、Revolution Pi共にそれぞれ拡張ボードや追加IOカードと組合せるなどして、単純なDIO/AIOはもちろん、IO-LinkやRS-232/485接続の従来型センサーおよび外部機器と接続できます。

近年注目されているドイツ・ボッシュ社CISS(Connected Industrial Sensor Solution)のようなIoTセンサーであれば、ジャイロや加速度センサーといった最新の状態監視センサーをUSB 2.0やBluetooth Low Energy(無線)でMICAと接続できます。

搬送装置のパレット管理や、AGV・フォークリフトの位置検出用途で採用が進んでいるRFIDリーダーもMICAと組合せてすぐ使えます。UHF帯リーダー(読取距離~2m)であればRFID用拡張ボード、HF帯リーダー(読取距離~数センチ)であればUSB接続タイプのリーダーを提供しています。

いずれの事例も従来の専用コントローラーを使ったシステムに比べ大きなコストダウンになるだけでなく、スマートグラス等の最新携帯端末やクラウドサービスといったITインフラと連携した高い拡張性が期待できることがラズパイソリューションの強みでしょう。

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(PDF:3.1MB)

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