工場自動化における無線センサソリューションの応用

インダストリー4.0の波の中で、工場オートメーションはより高度で柔軟な方向へと進化しています。工場オートメーションの応用において、ワイヤレスセンシングソリューションは、設備の動作状況を監視し、問題を早期に検出し、予知保全を可能にします。これによりシステムダウンタイムを削減し、効率を向上させながら運用コストの節約を実現します。

ワイヤレスセンシングソリューションは、予知保全と状態監視を提供します

現在、多くの無線センシングソリューションが工場や建物の監視システムに適用され、予知保全および状態監視を提供しています。バッテリー駆動の無線センサーにより、環境や設備をリモートで簡単に監視でき、設置作業は最小限に抑えられます。収集されたセンサーデータは、状態監視、予知保全、生産性の最適化、エネルギー節約、そして商業および産業分野における潜在的な欠陥の早期検出に活用できます。    無線センシングソリューションは、製造機械が正常に稼働しているかどうかを判断するのに役立ちます。これらの無線センサーノードは改造に最適化されており、ほとんど配線を必要とせず、さまざまな機械やパラメーターの状態をリアルタイムで監視することが可能です。    無線センシングソリューションは、単にセンサーデータを提供するだけでなく、工場や建物内での予知保全、エネルギー節約、生産性向上のための実用的な洞察も提供します。例えば、村田製作所の無線センシングソリューションは、時間ベース管理（Time-Based Monitoring: TBM）から状態ベース管理（Condition-Based Monitoring: CBM）への移行を実現します。既存の設備に無線センサーを設置することで、機械の状態を監視したり、メンテナンスが必要かどうかを判断したり、稼働率を直感的に把握することができます。さらに、センサーデータを活用することで、予期しないダウンタイムの削減や生産品質の安定化を図ることができます。    製造工場では、多くの場合、多種多様なゲージやメーターを手動で監視しています。無線センシングソリューションは、一貫したアナログデータ管理を提供し、この時間のかかる作業を自動化するとともに、収集されたセンサーデータに基づいてメンテナンスプロセスを最適化します。

時間ベースおよび状態ベースの保守をサポートするワイヤレスセンサー

従来の予防保全は、機械ごとの定期的なメンテナンスを行い、潜在的な不具合を減らす方法を指します。この方法は、時間基準保守（TBM：Time-Based Maintenance）とも呼ばれます。しかし、TBMは場合によっては、機械がまだ正常に動作している状態で部品を交換したり、メンテナンス間隔の間に機械が故障したりすることで、余分なコストがかかることがあります。   状態基準保守（CBM：Condition-Based Maintenance）は別のアプローチであり、センサーデータを活用して、機械がいつ故障しそうか、いつメンテナンスが必要かを予測します。CBMはTBMよりも製造業で人気があり、それは定期的なメンテナンスの必要がなくなるため、メンテナンスコストを大幅に削減できるからです。   例えば、ムラタのワイヤレスセンサーノードを高故障率のポンプに取り付けることで、故障時期を予測し、必要な時だけメンテナンスを計画できます。これにより、部品や労働力にかかる不要なコストを削減できます。これらのワイヤレスセンサーは取り付けが簡単で、監視対象機器にノードを取り付けるだけで利用可能になります。このシステムは堅牢なSub-1GHz無線およびリピーターを使用しており、製鉄所のような過酷な環境にも適しています。ムラタのワイヤレスセンサーとゲートウェイは一括購入が可能で、簡単な可視化とデータ記録が可能なWindowsアプリケーションが無料で付属しており、月額料金もインターネット接続も不要です。   ムラタのさまざまなワイヤレスセンサーはゲートウェイと接続でき、1つのシステムで使用することが可能です。これにより、ニーズに合わせた適切なセンサーを選択できます。また、既存のシステムに追加でセンサーを取り付けることもできます。さらに、APIを利用して独自の可視化やメンテナンスソリューションを開発することも可能です。   完全なワイヤレスセンシングソリューションを提供するだけでなく、ムラタは顧客がシステム設置の評価と実行をサポートします。まず、ムラタはワイヤレスセンシングシステムを使用することで顧客が解決しようとする課題や問題を把握します。その後、適切なセンサーとシステム構成を提案し、評価キットの見積りを提供し、そのキットを供給して、顧客が大量設置前にセンサーの機能や通信範囲を評価できるようにします。また、ムラタは設置、拡張、そして販売後のサポートにも対応します。

振動速度および温度/湿度検知用のワイヤレスセンサーソリューション

村田製作所のワイヤレスセンサーを搭載した工場監視システムは、LBAC0ZZ1TFおよびLBAC0ZZ1LZ振動速度センサーをはじめとする幅広い製品群を含んでいます。これらのセンサーは、モーターやポンプなどの回転式機械に適用でき、予知保全を実現することで設備保守効率を向上させます。LBAC0ZZ1TF/LBAC0ZZ1LZのサイズはわずか38 mm x 24 mm x 38 mm、重量は50グラム（電池を含む）しかありません。通信インターフェースは、村田独自のISMサブ1GHz無線を使用しており、さまざまな地域/国での認証を取得しています。このセンサーは、ピーク加速度（LBAC0ZZ1TFの場合は上位2つ、LBAC0ZZ1LZの場合は上位5つ）、ピーク加速度の周波数（LBAC0ZZ1TFの場合は上位2つ、LBAC0ZZ1LZの場合は上位5つ）、ピーク速度（LBAC0ZZ1TFの場合は上位3つ）、ピーク速度の周波数（LBAC0ZZ1TFの場合は上位3つ）、加速度RMS（LBAC0ZZ1TF/LBAC0ZZ1LZ）、速度RMS（LBAC0ZZ1TF）、尖度（LBAC0ZZ1TF/LBAC0ZZ1LZ）、温度（LBAC0ZZ1TF/LBAC0ZZ1LZ）を測定できます。測定の絶対最大値は±30G、分解能は28mGで、IP65の保護等級をサポートしています。LBAC0ZZ1TFはリチウムチオニルクロリド電池を使用し、使用環境が25°Cで報告間隔が1時間の場合、最大1.5年の寿命を持ちます。一方LBAC0ZZ1LZは同条件で最大5年の寿命を提供します。    村田製作所はまた、振動センサーPKGM-200D-Rも提供しており、消費者向けおよび産業用装置での振動監視を通じて予知保全に活用できます。このセンサーは、駆動回路をコンパクトなSMDパッケージに内蔵しており、機械内部に埋め込むことができるため、機械部品への設置に最適です。最大11kHzの高周波振動を検出可能であり、異常音や熱が発生する前に振動異常を検出することで、ベアリングやその他の部品の予知保全に役立ちます。PKGM-200D-RはZ軸方向で広い周波数帯域を検知でき、検知可能な最小G値は±10.2g、典型的な感度は118mV/Gです。内蔵駆動回路を搭載し、ノイズ軽減のための差動出力をサポートし、-20°Cから85°Cの環境で動作可能な温度センサーが含まれています。村田はまた、顧客テスト用に動作サンプルを提供しており、ネジ固定型と接着テープ型の2種類のテスト基板が利用可能です。    さらに、温度・湿度センサーLBAC0ZZ1AN-345も提供されており、工場や建物での温度監視に使用でき、エネルギー節約、環境対応、生産性向上に貢献します。LBAC0ZZ1AN-345はサイズが90 mm x 45 mm x 27 mm、重量は47.5グラム（電池を除く）の軽量設計です。通信インターフェースは、村田独自のISMサブ1GHz無線をサポートしており、さまざまな地域/国で認証を取得しています。このセンサーは、-10°Cから60°Cの温度と、10%RHから90%RHの相対湿度を測定可能です。電源はAAAリチウムイオン電池2本で構成されており、使用環境が25°Cで報告間隔が10分の場合、最大10年の寿命を提供します。また、ACアダプターやUSBケーブルでの供給も可能です。

振動速度および温度/湿度検知用のワイヤレスセンサーソリューション

村田製作所は、CT電流センサーユニット - LBAC0ZZ1MT-247/LBAC0ZZ1NT-248も提供しており、設備の稼働状況を監視し、省エネや生産効率の向上に役立てることができます。このユニットの寸法は90mm x 45mm x 27mmで、接続ケーブルの長さは150mm、1500mm、または3000mmから選択可能です。重量は50g（バッテリーとケーブルを除く）です。通信インターフェースは、専用のISMサブ1GHz無線をサポートしており、さまざまな地域/国で認証された動作周波数に対応しています。AC 50/60Hzの範囲で、0.1–80A、0.1–200A、または1–500Aの電流測定が可能です。電源はAAAリチウムイオン電池2本で、バッテリー寿命は最大9年（レポート間隔：10分、温度：25°C）です。またはACアダプターやUSBケーブルで駆動することも可能です。    また、村田製作所は4-20mAおよびパルス信号対応ユニット - LBAC0ZZ1MU-270も提供しています。このユニットは、既存の4-20mAセンサーからデータをワイヤレスで収集することで、手動および臨時のデータ記録から、自動化され安定したデータ収集へ移行し、生産品質の向上を実現します。LBAC0ZZ1MU-270の寸法は90mm x 45mm x 27mmで、接続ケーブルの長さは最大2m、重量は50g（バッテリーとケーブルを除く）です。通信インターフェースは専用のISMサブ1GHz無線をサポートしており、さまざまな地域/国で認証された動作周波数に対応しています。4-20mAおよびパルス信号（NPN、PNP）の測定が可能で、パルスカウント範囲は0–65535回です。電源はAAAリチウムイオン電池2本で、バッテリー寿命は最大10年（レポート間隔：10分、温度：25°C）。ACアダプターまたはUSBケーブルでの駆動も可能です。さらに、村田製作所はもう1つのユニット - LBAC0ZZ1RU-271も提供しており、0-5Vおよびパルス信号への対応を行い、LBAC0ZZ1MU-270に類似した仕様を備えています。    村田製作所のリピーター - LBAC0ZZ1AR-842は、大規模インストール向けのワイヤレス通信範囲拡張機能を提供します。このユニットの寸法は90mm x 45mm x 27mmで、重量は50g（バッテリーを除く）です。通信インターフェースは、専用のISMサブ1GHz無線をサポートしており、さまざまな地域/国で認証されています。バッテリー寿命は最大9年（レポート間隔：10分、温度：25°C）で、ACアダプターやUSBケーブルによる駆動も可能です。    また、村田製作所のゲートウェイ - LBAC0ZZ1SU-848は、170mm x 109mm x 27mm（アンテナおよびアンテナコネクタを除く）のサイズで、重量は250g（アンテナを除く）です。この製品は、専用のISMサブ1GHz無線をサポートするセンサー通信インターフェースを搭載しており、さまざまな地域/国で認証された動作周波数に対応しています。ホスト通信インターフェースとして、WLAN（IEEE 802.11 b/g/n）およびEthernet（IEEE 802.3 10/100 Base-T）をサポートしています。電源はACアダプター駆動です。

結論

ワイヤレスセンシングソリューションは、工場の自動化分野において欠かせない存在となっています。柔軟な展開、リアルタイムのデータ送信、低い維持コストといった利点により、これらのソリューションは企業が生産効率を向上させ、運用リスクを軽減し、スマート製造への移行を加速させることを可能にします。ワイヤレス通信技術が進化し続ける中、これらのソリューションはさらに安定性と効率性を向上させ、製造業に革新をもたらし、デジタル変革と自動化管理の更なる高いレベルを実現します。村田製作所は幅広いワイヤレスセンシングソリューションとサービスを提供し、顧客が工場の自動化プロセスを加速できるよう支援しています。