「FAST/TOOLSを使用したシステム構築」

FAST/TOOLSは多種多様な通信接続をサポートしています。今回は以前弊社で対応したDNP3.0を用い、FAST/TOOLSとPLCを接続しました。図3システム構成図ではPLCとそれに接続しているFAST/TOOLSがDNP3.0で通信を行っています。FAST/TOOLSがサポートしている通信は他にも横河電機の製品であるSTARDOM,DAQステーション,DAQマスタ,FA-M3,ProSafe-RSとの通信や、それ以外でもModbus（マスタ、スレーブ）、IEC60870-5-101,102,103,104、三菱電機MELSECシリーズとの通信、IEC61850などがあります。

FAST/TOOLSと接続する通信の種類によって、FAST/TOOLSのライセンスの種類は変わり、ライセンス購入時に必要性に応じ通信プロトコルは選択できるようになっています。標準ではSTARDOM,DAQステーション,DAQマスタ,FA-M3,ProSafe-RSやModbus（マスタ、スレーブ）、Beckhoff BK8100があります。その他の通信プロトコルについてはライセンス購入時に選択する必要があります。

FAST/TOOLSはトレンド表示を行うためのコンポーネントが用意されており、それを画面に貼り付け、トレンドのペンを割り当てるだけで簡単にトレンド画面が作れるようになっています。基本的にはデフォルトの内容で十分ですが、それをカスタマイズすることも可能です。カスタマイズしたものはテンプレートとして登録し、同じ形式のトレンド表示を流用することができます。
以下のトレンド表示はデフォルトのテンプレートで作成したものです。

図4. トレンド画面

FAST/TOOLSは自分自身でデータベースを保持しており、データ収集の結果はFAST/TOOLSのデータベース内に蓄積されます。FAST/TOOLSだけでシステムが完結する場合はそれでよいのですが、収集したデータを元に別のアプリケーションで制御を行う場合はデータを取り出す必要があります。
このような場合、FAST/TOOLSではODBCでの接続をサポートしていますのでODBC経由でデータ取得を行うことができます。データ取得は現在のデータだけでなく、過去のデータも取得できるので、一括でデータを収集し、別に立ち上げているMS SQL ServerやOracle DatabaseなどのRDBMS（Relational Data Base Management System）にデータを格納するといったこともできます。

実際にFAST/TOOLSからODBC経由でのデータ取得をExcelのデータソース接続およびC#（ADO.NETを使用）で実装してみたところ、FAST/TOOLSのデータを自由に取得することが可能でした。I/Oの値を取得する以外にもFAST/TOOLSの各種設定についても取得できるので、設定一覧ファイルなどを簡単に作成することができました。

FAST/TOOLSでは帳票出力の機能として、現在の値をCSVファイルに出力することのできるレポート機能が標準で実装されています。CSVファイルへの出力タイミングはタイムスケジュールおよびデータの値変化や通信状態の変化などの状態変化をトリガとして設定することができます。値の収集以外にも現在の通信設定やシステムログなどを出力する機能も標準実装されています。また、レポート機能は標準実装されているものをカスタマイズして収集データを変更することもできます。データ収集のためのクエリはSQLライクな構文であるため、変更が容易になっています。

弊社でシステム構築を行った際、帳票出力にはレポート機能で出力したCSVファイルをエクセルのVBAで一日分にまとめて印刷形式にして対応しました。

FAST/TOOLSのプロセス機能を使うことで、FAST/TOOLSの独自プログラミングにより、収集した値や設定した値などをもとに演算を行うことができます。演算した値をもとに画面制御や設定データを変更することができます。実行タイミングは定周期もしくはシステム起動時ですので、起動時に値を設定して、その後定周期で値を変更するときに有効だと感じました。

独自プログラミングではありますが、プログラミング言語はPASCALライクになっているため、独自とはいっても私はあまり抵抗なく扱うことができました。ただ、ブレークポイントの設定やコードの途中経過を確認することができないので、プログラミングをする際には注意が必要だと感じました。

FAST/TOOLSでは前述したとおり、低速回線でもデータ収集が行えるのですが、これを実現するのがFAST/TOOLS同士の接続（ホスト-ホスト接続）になります。ホスト-ホスト接続は通信帯域の節約のために、値やステータスの変化のタイミングでデータ通信が行われるようになっています。
ホスト-ホスト接続では相互に独立して機能する複数の FAST/TOOLS間でリアルタイムデータをやり取りすることができます。1対1だけでなく、1対多、多対多でのデータのやり取りを行えます。

図 3 システム構成図においてはFront EndとPrimary Server、Secondary Serverがホスト-ホスト接続をしています。この接続により、広域ネットワークを経由しても問題なくデータ収集を行えるようシステムを構築しました。

万が一、サーバーがダウンしたり、通信経路が切断されたりした場合、プラントのデータ収集や、プロセス全体の集中監視が行えなくなってしまいます。早期の復旧を行わないと、重大な事故につながりかねません。そういった事態を回避するため、FAST/TOOLSでは冗長化がサポートされています。
FAST/TOOLSでの冗長化は通信経路の冗長化とサーバーの冗長化があります。
通信経路の冗長化では一つの通信ラインが切断されても、もう一つの通信ラインで通信が行えるようになっています。

図3 システム構成図において、一つのFAST/TOOLSから2本ないし、3本の線が出ているのが、通信経路の冗長化になります。この通信経路の冗長化はホスト-ホスト接続以外にも、冗長化したサーバー同士の経路においても設定することができます。
サーバーの冗長化ではホットスタンバイ形式を採用しており、主サーバーがシステムダウンしても素早く待機サーバーに移行することができます。これによって、待機サーバーが引き続き、プロセスデータの収集を継続して行えるようになっています。このサーバー間においても通信経路を冗長化することができ、信頼性を高めることができます。この通信経路はホスト-ホスト接続とは別の専用線が推奨されています。

図3 システム構成図においてPrimary Serverが主サーバー、Secondary Serverが待機サーバーになります。Primary Serverのシステムがダウンしたり、ネットワークが切断されたりすると、Secondary Serverに制御が移ります。ネットワークの切断は冗長化設定がされていると、一つのネットワークが切断されても、もう一つのネットワークで通信が行えるため、主サーバーと待機サーバーの切り替わりは発生しません。全てのネットワークが切断されたら主サーバーと待機サーバーが切り替わります。

各サーバーは自分の通信経路が正しく切断されているかを確認するためにウオッチドッグの登録をすることができます。ウオッチドッグのタイマはユーザーがタイムアウト時間、リトライ回数、リトライ間隔を設定できます。ウオッチドッグとして登録したIPアドレスのデバイスとの通信が切断された場合、主サーバーはネットワークが切断されたと認識し、主サーバーと待機サーバーは切り替わります。またその時、主サーバーは再起動されます。
冗長化構成を行ったサーバーへアクセスする時、アクセスする側はサーバー冗長化構成が行われていることを意識することなく、アクセスできます。図 3 システム構成図において、WebサーバーはPrimary Server、Secondary Serverのうち、Activeなサーバーからデータを取得するように構築しています。Primary Serverがシステムダウンし、Secondary ServerがActiveになった場合でもWebサーバーは自動的に、Secondary Serverにアクセスすることができました。

FAST/TOOLSはWebサーバーを立ち上げることにより、インターネットを介していつでもどこでも監視をすることができます。Webサーバーは他のFAST/TOOLSと異なり、自分でデータを保持しません。他のFAST/TOOLSのデータを元にしています。図2システム構成図ではPrimary Server、Secondary Serverで蓄積したデータを使用しています。

WebクライアントはFAST/TOOLSがインストールされている必要がなく、Internet ExplorerなどのWebブラウザから、WebサーバーのFAST/TOOLSにアクセスし、Webブラウザ上で表示するか、Javaアプリケーションとして実行するか選べます。監視制御はWebブラウザ上またはJavaアプリケーションで実行できますが、エンジニアリングはJavaアプリケーションのみサポートしていました。

Webクライアントのブラウザとして、現在サポートしているWebブラウザはInternet ExplorerとFirefoxになります。Google Chromeはサポートされていませんでした。ただ、Javaアプリケーション上で実行する場合は別ウインドウでの操作になりますので、ブラウザについてあまり意識する必要はないと感じました。実際にWebクライアントからFAST/TOOLSのWebサーバーにアクセスしたところ、ブラウザ上に表示されるのでなく、FAST/TOOLSのウインドウそのままが表示されるので、FAST/TOOLSをインストールしている環境と同じ感覚でエンジニアリングができました。

生産現場オペレーション全体のキーとなるデータを俯瞰視し、主要な生産設備の監視が可能になる機能です。一つの画面にWebカメラから取り込んだデータやインターネット/イントラネットの情報、PDFドキュメントなどあらゆる種類のデータソースから取得した情報を統合することができます。

タブレットコンピュータやスマートフォン、PDAなどのWebブラウザをサポートするモバイル端末からデータ監視を行える機能です。モバイル端末をサポートすることによって、いつでもどこでもデータの監視が行えるようになります。現在リリースされているFAST/TOOLSのバージョンではモバイル端末から制御を行うことはできませんので、制御が必要な場合はPCで行い、通常の監視時はモバイル端末で行うといった選択ができます。WebクライアントではWebブラウザがInternet ExplorerおよびFirefoxをサポートしていましたが、モバイル端末ではHTML5,SVG,JavascriptをサポートしているWebブラウザで表示することができます。そのため、Google Chrome、Safari、Opera、Androidブラウザでの表示が行えます。各端末で確認したいと考えています。

IEC61850は全世界で多くの変電所が採用している世界標準規格である通信プロトコルです。IEC61850は弊社でも調査を実施している規格であり、非常に興味深いです。