2020/07/31
前回、センサの出力信号には、デジタル出力、パルス出力、アナログ電圧出力、アナログ電流出力などさまざまな種類があることを説明しました。 センサとIoT機器を正しく接続するには、まず、センサのインターフェイスに着目する必要があります。「センサ」と「IoT機器」の解説コラム第2弾として、センサのインターフェイスに着目しながら、どのようにIoT機器を選べばよいかを解説していきます。
生産工場や物流システムなどでIoT化が進められています。IoTではモノの物理量や環境の変化状態を知るためにセンサなどを利用してネットワークに接続する必要があります。しかし実際に利用できるセンサがネットワークに接続できる機能を持っていると便利ですが、そのようなセンサはあまりありません。
IoTゲートウェイとは、入力方式や通信プロトコルの異なるセンサや端末の情報を中継し、シンプルな方法でネットワークを利用できるようにする役割を果たす機器のことです。
IoTゲートウェイを活用すれば次のようなメリットを期待できます。
最近では、「離れた場所にある装置を遠隔操作可能」といった機能が搭載されているIoTゲートウェイや、収集データを現場の近くでAIにより処理可能なエッジAIコンピュータを採用したIoTゲートウェイなども利用されています。
IoTゲートウェイの役割
センサには物理量や環境の変化に応じてデジタル信号やアナログ信号などを出力するタイプだけでなく、センサ内でデータ化されて通信として送り出されるタイプがあります。このように、センサをつなぐインターフェイスは様々なので、適切な計測ボードや通信ボード、つまりはIoT機器を選択する必要があります。
人感センサや光電センサを考えてみましょう。人感センサは、人を感知している（ON）/人を感知していない（OFF）の2種類の信号を出力します。光電センサも同様に、遮るものがある（ON）/遮るものがない（OFF）の2種類の信号を出力します。これがデジタル出力です。こうしたON/OFF（デジタル）信号を出力するセンサをIoT機器に接続するには、信号入力のためのデジタル入力インターフェイスが必要というわけです。
同じデジタル出力のセンサでも、流れる液体の量がわかる流量センサや使用した電力量がわかる電力メータというものがあります。これらのセンサは、量に比例したON/OFF（デジタル）信号を出力してきます。こうしたセンサの場合は、単なるデジタル入力インターフェイスではなく、自動的にデジタル信号を数えてくれるカウンタ機能を持ったIoT機器を選ぶべきでしょう。
光電センサを使ってベルトコンベアを流れる製品を感知して数を数える場合は、光電センサであってもカウンタ入力の機能があるIoT機器を使用するととても便利です。
センサの中には出力がON/OFFではなく、物理量や環境の変化相当する電圧や電流を出力するタイプが多くあります。温度センサの場合を考えてみましょう。下表のような出力仕様の場合、温度センサは0℃で0V、50℃で5Vの電圧を出力します。センサが2.5Vの電圧を出力していたら、25℃だと分かります。 温度・湿度・距離・圧力など、物理量や環境の変化に応じた電圧や電流信号を出力するセンサをIoT機器に接続するには、信号入力のためのアナログ入力インターフェイスが必要というわけです。
温度センサ仕様例
パソコンをIoTゲートウェイとして活⽤
センサの中には、RS-232C､RS-485などのシリアル通信のインターフェイスを持つタイプや、同じシリアル通信でもModbusやPROFIBUSなど通信プロトコルまで搭載したものがあります。IoTゲートウェイを選ぶときは、センサや通信などのインターフェイスにどこまで対応しているかを確認しましょう。
コンテックは、現場のセンサや通信機器との接続インターフェイス、計測したデータの演算処理、上位ネットワークに合わせた通信規格へ変換して送信するという機能を標準化し、プログラミングなしで使用できるIoTゲートウェイ機能に特化した製品をシリーズ展開しています。
パソコンは汎用性が高く、複雑な制御や高度な解析処理を行うことができますが、IoTゲートウェイを実現しようと思うと、センサとの接続方法、計測データの処理方法、サーバとの通信方法など、IoTゲートウェイの技術的な要素を整理して、プログラミングしていくことが必要です。
特殊な処理やパソコンを使うほどの高度な処理がなければ、IoTゲートウェイに特化した製品の使用をお勧めします。
センサからデータを収集するためのIoTゲートウェイ製品です。センサに合わせて、デジタル入出力、アナログ入出力、シリアル通信（RS-232C/RS-485）のI/Oモジュールを自由に組み合わせることができます。 I/Oモジュールの機能を一体化させたコンパクトタイプもあります。
マルチベンダー・マルチインターフェイス対応で、複数PLCとの通信が可能なIoTゲートウェイ製品です。1つのデバイスで複数のPLCと通信ができます。対応可能なPLCのメーカー・シリーズは、三菱電機 MELSECの各シリーズ、オムロン Sysmac、ジェイテクト TOYOPUC、パナソニック、キーエンスの各シリーズです。
M2Mコントローラシリーズ、M2M Gatewayシリーズは、ブラウザからの直感的な操作で、演算、フロー制御、文字列操作など、さまざまなタスク処理を組み込むことができます。サーバに送る前にデータを工業値に変換したり、平均値や積算値でデータを送信したりすることができますので、通信回線の負荷やサーバのCPU負荷を軽減することも可能になります。
また、M2Mコントローラシリーズ、M2M Gatewayシリーズはデータを可視化するモニタリング画面の作画・表示機能を搭載しています。ブラウザからグラフやランプなどの表示用部品をドラッグ＆ドロップでレイアウトして表示することができます。
センサのインターフェイスや通信規格は多種多様です。IoTゲートウェイを選ぶときは、インターフェイスや通信規格にどこまで対応できるかを確認しなければなりません。
コンテックには、パソコンをIoTゲートウェイとして活用するための拡張インターフェイスボードやUSB、リモートI/O製品を多数取り揃えています。また、IoTゲートウェイの機能に特化した製品もあり、さまざまな形態へ柔軟に対応できます。
今回は、IoTゲートウェイの役割、機能について解説しました。次回は、導入事例を交えてセンサ情報の具体的な活用方法について解説していきたいと思います。
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