分散制御システムに期待すべきことを見直す

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はじめに

現在、プロセス産業の専門家たちは困難な課題に直面しています。どうすれば、現在のグローバル化した経済の中でマーケットシェアを競いながら、より厳しいコンプライアンス要件に準拠できるだろうか?どうすれば、何十年も使用してきた同じオートメーションのアプローチと制御システムの戦略を使用しながら、新たな生産性向上の源と利益の拡大という絶え間ない要求を満たすことができるだろうか?現代の分散制御システム（DCS）は、これらの課題に対処できるように設計されています。通常、オートメーションは、利用可能な技術の限界に基づいて制御されたタスクに対して特別に開発された、多種多様なシステムやツールを組み合わせて実現します。製造業では、プロセス制御ために1つのシステム、ディスクリート制御のために別のシステム、さらに、電力制御の目的で他のシステムを使用します。例えば、高速ロジック、ディスクリートロジックを備えたプラントにおける特定の機能は、専用のプログラマブル・ロジック・コントローラ（PLC）を使用して制御することができます。DCSは、複数のコントローラと複数のアクセスポイントを接続し、プラント全体からアクセスするときに使用します。施設の主なプロセスエリアは、通常、専用のDCSを使用して自動化されています。DCSと、BOP（バランス・オブ・プラント）で使用しているオートメーションシステムとの統合は、多くの場合コストがかかり、多大なエンジニアリング作業を必要とします。複数の異なるオートメーションシステムを維持することは、作業にもサポートリソースにも負担がかかり、柔軟性と応答性が制限されます。必要とされるのは、プロセス制御の要件に対応するための、DCSのコアとなる機能をすべて提供した現代的なアプローチですが、これは最新のテクノロジに基づいて構築されているため、他のオートメーションシステム、オペレータの作業、および重要なビジネスシステムと簡単に統合することができます。最新のDCSは、プラント全体にわたる制御技術を使用して構築されています。今日では、プロセス制御、ディスクリート制御、電力制御、安全制御をそれぞれの分野ごとの技術で選ぶ必要はありません。今日では、製造メーカが、プラント全体にわたる制御システムの導入を選択できます。 DCSには特定の要件があります。それは、信頼性の高いアーキテクチャ、既知の性能、および豊富なプロセス制御プログラミング機能を備えた数千のI/Oを処理する能力などです。最新のDCSでは、共通の技術（サーバ、ワークステーション、コントローラ、ネットワークなど）が、これらの要件を満たす規定の方法で適用されます。この同じオートメーション技術を設計および構成して、プラント全体のその他すべての制御機能を自動化することができます。共通のオートメーション技術の使用により、最新のDCSと、プラントフロアおよびビジネスシステムとのシームレスな統合が可能になり、プラント全体の最適化のためのより多くの機会が生まれます。さらに、共通の技術を使用すれば、最新のDCSの総所有コストが下がります。最新のDCSは次のものを提供します。 • プラント全体の制御と最適化を可能にすると同時に、DCSに期待されるすべてのコア機能 • 正確な要件に合う拡張性とモジュール式のアーキテクチャ • オープンで、情報が利用可能で、セキュアなアーキテクチャ • システムの提供とサポートの柔軟性

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DCS

アーキテクチャ OK LINK 1 LINK 2 DEVICE PORT 1783-ETAP 1 (front) (rear)2 ! 00:00:BC:5B:BB:99Etherent Address EtherNet/IP OK LINK 1 LINK 2 DEVICEPORT 1783-ETAP 1 (front) (rear)2 ! 00:00:BC:5B:BB:99Etherent Address EtherNet/IP 資産管理プロセス制御 EtherNet/IP コントロール・モータ・センタ統合されたプロセススキッドバルブと計測機器 I/Oネットワーク EtherNet/IP プロセスコントローラエンジニアリング用ワークステーションプロセス・オートメーション・システム・サーバオペレータ用ワークステーション可変周波数ドライブ

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プラント全体の制御と最適化

プラント全体の制御と最適化により、プロセス、ディスクリート、安全、電力などすべてのオートメーションシステム間のシームレスな情報の流れを実現します。従来のDCSシステムでは、それらの間のカスタム統合、およびBOPに使用する個々の制御システムに対して多額の資金が必要でした。最新のDCSは、拡張性と汎用性に優れた制御技術を使用して、DCSとBOPとのシームレスな統合のための共通のオートメーションプラットフォームを提供しています。例えば、最新のDCSでは、OPCブリッジやその他のカスタムインターフェイスを使用せず、システムの境界を越えても、プラント内の他のコントローラと直接通信することができます。この同じコントローラを拡大して、小さなパッケージ化したシステムから大きなプロセスのアプリケーションに至るまで、あらゆるオートメーションシステムを処理することができます（下図を参照）。このアプローチでは、生産性を高め、エネルギー消費と総所有コストを削減できます。

生産性の向上

生産性は、あらゆる産業の企業にとって絶対的に重要であり、投資の拡大にも重要です。その目標は、 CEOに始まり、組織全体に浸透します。ところが、生産性が企業のトップレベルからプラントフロアまでの重要な推進要素である一方で、組織内の各セグメントは生産性、およびそれを促進するオートメーションへの投資を別の視点から見ています。 情報/ MES • ERP統合 • 電子バッチ記録 • トレースおよびトラッキング • レシピ管理 • イベントおよびワークフロー管理 • 機器の記録 最適化およびリスク緩和 • スケジューリング • RFID • マテリアルトラッキング • ラインの最適化 • 電子バッチ記録 • シミュレーション 公共設備（ガス電気水道） • PEM（公共支出管理） • 資格要件を満たしたビル・ オートメーション・ソリュー ション • 公共設備の監視と制御 コンプライアンスおよび品質 • 重量と配分 • EBR、eDHR • PATソリューション • RFIDソリューション • バイオメトリクス • 薬剤系統書 ディスクリート • 組立て • 梱包 • ePedigree（電子証明書） • 配送 • CAPA • シリアル化 プロセス • バイオリアクタ制御 • 固形製剤 • 充填 / 仕上げ • CIP / SIP • プロセス技術 最新のDCSは、共通のオートメーションプラットフォームを活用して、ライフサイエンスのプラント全体を簡単に統合することができます。

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企業レベルでは、生産性は、総資産利益率（ROA）または投下資本利益率（ROIC）という枠の中で定義されています。役員らは、コストの削減、キャッシュフローの改善、市場投入までの時間の短縮に焦点を当てています。さらに、既存の老朽化した制御システムや資産を使用しながら、これらの目標を達成しようとしていることもあります。こうした目標を達成するために、資産活用や在庫回転率を改善する運用方法を探し求めています。エンジニアリングは、すべての資産を最大限に活用し、最大の利益を産み出し続ける責任を負っています。また、複数のプラントに多様な機器とともに展開できるように自らのオートメーションソリューションが拡張可能でかつ高い保守性があることを保証する必要もあります。しかし、これらの目標を旧式のオートメーションシステムや個々のオートメーションシステムで実現するのは困難です。プラント全体の制御を可能にするために、最新のDCSを利用することが、多くの場合生産性の向上へのカギとなります。最新のDCSは、可視性が組織のあらゆる層にわたって効率性と生産性を高めるために必要である場合、さらに可視性を豊富な情報を持つ生産インテリジェンスに提供し、ERPシステムに提供することができます。

エネルギー消費量の低下

産業分野は、他の分野よりも多くのエネルギーを消費します。その上、エネルギーの使用は、生産環境において管理するのが最も難しいコストの1つでもあります。これらのコストを抑えることができれば、大幅な節約につながります。

出典: The Future of Energy @ www.energyfuture.wikidot.com プロセス冷却と冷凍 3.31% 電解プロセス 4.5% その他のプロセスでの使用 1.08% 施設HVAC (g) 2.75% 施設用照明 1.12% 他の施設のサポート .11% オンサイト輸送 .04% 従来の発電 .26% プロセス以外のその他の使用 .11% 最終用途(報告なし) 1.19% プロセス加熱 23.40% 機械の駆動 16.4% CHPおよび/または コージェネレーションシステム 25.67% 従来のボイラーでの使用 20.16 化学分野の標準的なエネルギー消費量 「PlantPAxにより、エンジニアリング/メンテナンスチームは、プロセスの問題を速やかに特定し、プラントの運用に最も肯定的な影響を与えるソリューションを導入することができました。プラント全体の可視化と標準化と共に、リアルタイムのデータと履歴のトレンディングをモニタする能力を備えたこのプラットフォームにより、リソースを必要な場所に配置し、運用コストを全体的に削減することができました。」出典: 中規模食品メーカの最高技術責任者

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多くの企業は、今日の経済活動においてコストのかかるエネルギー使用量に対して受け身の姿勢でいます。彼らはこれらのコストを間接費または固定費として適用し、それを企業の運営費の割合として見なしています。DCSのプラント全体の制御機能により、製造プロセス全体にわたって、水、空気、ガス、電気、蒸気（WAGES）の生産および利用を最適化することができます。これらの機能は、次のことに役立つ情報を提供します。 • エネルギー消費データの測定と監視 • エネルギー管理ソリューションの導入を決定する際の収集したデータの活用 • エネルギー使用に関する生産上の変更の影響の予測 • 最適なエネルギー使用のための生産の自動化 • 生産工程におけるエネルギーコスト（部品表（BOM）のエネルギー）の予測と計画プラント全体の制御機能により、最新のDCSは、モータ制御装置と簡単に統合することができます。モータは通常、すべての産業施設で60%を超えるエネルギーを消費しています。モータのようなこれらの重要な資産からデータを収集する能力があれば、エネルギー管理戦略をたてることができ、運用効率、そして大きなエネルギー節減に結びつく効率的な機器の運用に対する即時の、しかも測定可能な効果がもたらされます。例えば、アプリケーションでの可変負荷トルクを駆動するための情報や、回転機械関連の重要な資産の突入電流を減らすための情報が多いほど、装置のエネルギー消費を改善する能力が高まります。最新のDCSとモータ制御装置との間で到達した統合レベルにより、ダウンタイムが発生する前に、自動または手動による介入を行なうことができるようになるため、予期せぬダウンタイムを減らしてプラントの可用性を高めることができます。これは予測措置であり予防措置でもあります。

世界最大のオフィス家具サプライヤであるスチールケース社は、効

率の改善と持続可能性への取り組みによって、企業の収益向上を目

指す積極的な目標を掲げています。彼らはさらに費用効率よくボイ

ラーを操作し、会社全体のエネルギー消費に対してより深く理解す

るために、エネルギー管理ソフトウェアを使用して、最新の分散制

御システムを導入しました。それにより、エネルギー消費量を

15%

削減し、全体的な酸化炭素排出量を

25%

縮小しました。

調査対象であるエネルギーと公共設備の 83%の顧客が、3∼6ヶ月以内にPlantPAx システムへの投資のメリットを実感しています。

出典: Survey of 29 Energy and Utilities users of Rockwell Automation - Industrial Solutions

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総所有コストの削減

プラント全体の制御機能を備えた最新のDCSのおかげで、製造メーカは総所有コスト（TCO）を削減しています。製造メーカはエンジニアリング、在庫、トレーニング、システム保守およびサポート、将来的なシステム拡大に伴うライフサイクルコストを考慮に入れれば、その節約はかなりのものです（下図を参照）。総所有コストに対する個々の制御システムの影響をさらに詳しく説明するために、以下のことについて考えてみましょう。 • お使いの制御システムは独自のもので、特定のベンダーのサポートを必要としていますか?それらの年間コストはいくらですか? • プラントの異なる制御システムのサポートにはベンダーが何社、必要ですか?ベンダーは適時、現場でのサポートを提供することができますか? • エンジニア、オペレータ、およびメンテナンスの専門家には、これらすべてのシステムのトレーニングが必要ですか?また、どの程度の頻度で必要ですか? • それぞれの制御システムの在庫および予備部品を保管していますか?旧式のデバイスの予備を保管していますか? • スキッド機器は異種のシステムを容易に統合したり、統合時間が過度にかかったり、リソースが必要ですか? • 異なるシステムを利用している施設にリアルタイムの情報を送ることはできますか?それは、最適化と生産性にどのように影響していますか? • ライセンス料は、将来的なシステム拡大に関連づけられていますか? これらの要因は見過ごされることが多く、その結果、制御システムの生涯費用が高くなります。プラント全体の制御機能を備えた最新のDCSを利用することで、製造メーカは総所有コストを削減できます。「PlantPAxシステムを使うことで、低コストが実現しました。また、生産管理の変更が必要なときや、追加のシステムを統合する必要があるときに、PlantPAx システムは高い柔軟性を発揮します。」出典: 小規模化学品会社の副社長 $18,000,000 PlantPAx TCO $16,000,000 $14,000,000 $12,000,000 $10,000,000 $8,000,000 $6,000,000 $4,000,000 $2,000,000 $0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 累積総所有コスト PlantPAxの選択による TCOの削減従来のDCS TCO 年 標準的な最新の

DCS

の「総所有コスト」に関する顧客価値提案

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拡張性とモジュール性

運用の柔軟性、高速の切換えと簡単な操作は、モジュール式プラント設計のメリットのほんの一部です。スキッドベースのアプローチにより、現地への出荷に先立ち、機器とオートメーション装置を組立て、試験することができ、安定性を高め、市場投入までの時間を短縮します。従来のDCSシステムは、プラントが一からつくられた際に構築されていたため、独自に設計され、クローズドシステムであり、拡張することもできませんでした。専用サーバと専用ネットワークを使用するため、ミニマムコストは非常に大きな負担でした。その上、コントローラの選択肢は、非常に大型のアプリケーションに最適であるように設計されたものが1つだけでした。 DCSをスキッドベースのシステムと統合するのは、非常に費用がかかり、今でもそれは同じです。この統合には、通常、追加のハードウェアとソフトウェア、カスタム・データ・マッピング（真理値表）、二重のHMI 構成、および追加のライセンス供与を伴います。各インターフェイスはカスタムであるため、リスクが大きく、サービスに対するオプション料金も高くなります。調査の結果、統合にかかるコストは、実際のスキッド機器の50∼70%であることが多いことがわかっています。統合後でも、エンドユーザは、従来のDCSとスキッド機器との間で断片化されたオペレータの作業経験に対応しなければなりません。対照的に、最新のDCSは、より広範囲のアーキテクチャオプションと高い柔軟性を提供して、今日のエンドユーザのニーズに合わせて構築されています。最新のDCSは、適切なコストで適切な規模の制御を提供する、拡張性の高い制御プラットフォームを装備した「シングルサイズ」のコントローラに対抗しています。これにより、ユーザは必要のない高額な制御機能の購入（貴重な資産の無駄使い）を回避することができます。また、最新のDCSは、サーバやワークステーションを必要としない、スキッド機器の処理に最適なHMI、バッチ管理、およびデータ収集などの拡張性の高いシステム機能を提供しています。 最新の

DCS

へのスキッドの統合 • EtherNet/IPバックボーン • データの再マッピングなし • 共通のセキュリティ • ローカルパネルと中央制御室のための共通ライブラリおよびHMIオブジェクト

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この設計は、モジュール式の実装に最適であり、より広範囲のビルドオプションと高い柔軟性を提供します。同時に、システムのサイズやI/O容量を問わず、同じプログラミングツールを使用する際のエンジニアリングコストが大幅に削減されます。拡張性の高いHMIディスプレイ、アラーム、データ収集、およびバッチ管理要件は、ワークステーションやサーバがなくても小規模で提供できます。このスキッドベースのオートメーションシステムは、オンサイト制御システムネットワークの一部にもなり、サイト全体のHMI、ヒストリアン、およびバッチ管理サーバと接続します。そのため、最新のDCSと迅速に統合するようになりました。

オープンで、情報が利用可能で、

セキュア

DCSは、もはや単独運用するものではありません。産業組織がその運用の可視性を高める取り組みを実施するにつれて、装置から企業への情報のシームレスな流れを確立する必要性は、最新の産業オートメーションシステムの要件となってきています。従来のDCSは、クローズドネットワーク上のサーバ、ワークステーション、およびネットワークに対する選択肢が1 つに制限されています。このため、ITサポートを管理してビジネスシステムと統合することが難しくなっています。クラウドコンピューティング、モバイル、および仮想化などの新しいIT技術は、あまりにも革新的なものと見なされることが多く、従来のDCSアーキテクチャと対立しています。プラントフロア上の他のシステムと企業全体にそれらを結びつける即席の通信ネットワークは、従来のDCSをセキュリティ侵害にさらす可能性があります。内外からのサイバーリスクがそれぞれの新しい接続によって高まり、制御システムの運用、安全性、生産性を破壊するという脅威をもたらします。また、機器、資産、企業の機密情報、および知的財産を保護する能力を破壊するという脅威ももたらします。最新のDCSは、市販のサーバ、ワークステーション、およびサーバに対してオープンであり、自動化のためにIT技術を採り入れることを指示しています。共通のIT基盤を合理化することにより、企業は人材、資産、および情報を保護しながら、セキュリティリスクを軽減し、稼働時間を向上させることができます。企業全体のセキュリティプログラムの一部である安全な産業用制御システムへの投資により、必要な安全性のレベルに容易に達することができます。最新のDCSは、プラントと企業システムを別々に保護する従来のアプローチとは対照的で、プラントフロアの個々の装置から企業への産業用セキュリティに対応しています。最新のDCSは、EtherNet/IPなどのオープンスタンダードを利用した基盤の上に設計されています。EtherNet/IP は、プロセス、安全、ディスクリート、パワー、およびモーションコントロールなど幅広い産業アプリケーションを処理することができます。これはIEEE 802.3および TCP/UDP/IP規格に準拠しているため、すぐに利用できる既製品の使用が可能になります。これにより、運用とIT 専門家が連携し、企業内および産業環境全体にわたって、「PlantPAxシステムを使うことで、内外のエンジニアリングリソースによるコード開発の標準化が実現できました。また、ソフトウェアツールの共通ドメイン内のプロセスおよび機械制御システムの両方の統合も実現できました。」出典: グローバル500企業の消費者製品メーカ、エンジニアリングマネージャ PlantPAxシステムが御社の情報の可視性の管理に どのように役立ちましたか? 「生産データの調査が容易になったことで、利益を向上させる目立たない効率性にターゲットを絞れるようになりました」出典: 大手エネルギーおよびユーティリティ関連企業、 ITディレクタ

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セキュアで信頼性が高くて堅牢なネットワーク基盤を展開し、保持することができます。EtherNet/IPを利用することで、柔軟性が高まり、互換性が確保され、新しいシステムまたは旧式のシステムへの装置の統合が容易になります。プラントフロアの異種技術の数を減らし、オープンでセキュアなネットワーキングを提供することで、最新のDCS は、より大きな可視性をプラント運用にもたらし、シームレスな情報の流れを企業に実現させ、プラントフロアを企業の基幹システムに統合するという困難な作業を容易にします。

ネットワークの柔軟な提供とサポート

一般的に、従来のDCSシステムは、特定のDCSベンダーによってのみ実装され、サービスが提供されています。これは時として、サービスの待ち時間が長くなったり、コストが高くなることにつながります。また、従来のDCSのアプローチは、プラントに対して、いくつかの異なるオートメーションシステムのサポートや、それらを一体化させるために必要なカスタム統合を必要とします。最新のDCSでは、実装とサポートの複数の選択肢が利用できます。プロジェクトの範囲に応じて、異なる統合ルートを選択することができます。 • 最新のDCSシステムの運用に特定のベンダーを従事させることは、製造メーカにとって有益である可能性があります。この結果、非常に大きなユーザは、広範な地域にわたって、いくつかの場所で「同じ」システムの展開を選択することが多くなります。 • 小規模な製造メーカは、既に関係が確立されていることや地域で使用できるリソースが限られていることが原因で、地域のプロセス・システム・インテグレータを選ぶことがあります。 • また、ユーザは自動化機器と装置を提供して、その分野の専門知識を活用してもらうために、プロセス機器メーカに頼ることもできます。多くの場合、プロジェクトの要件とスケジュールの需要を満たすために、提供パートナの組合わせが必要になります。最新のDCSでは、製造メーカは、設計、実装、メンテナンス、およびサポートに関する最新のDCSベンダーチーム、システムインテグレータ、パートナ、機械装置メーカ（OEM）、およびプロセスの専門家など、大規模なグローバルネットワークの地域の専門企業から選ぶことができます。次のページの表に、最新のDCSの特長を簡単にまとめて示します。調査対象である小企業のCEOの 100%が、PlantPAxシステムを使用して生産データの可視性が向上したと述べています。

出典: Survey of 10 small business CEOs who use Rockwell Automation - Industrial Solutions

「私はかつて何も理解していませんでしたが、今では PlantPAxによる当社施設への貢献が思い浮かびます。正確性とタイムリーなデータにより、すべての生産に対して優れた意思決定を下すことができるようになりました。」出典: グローバル500企業の電子機器メーカ、エンジニア

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最新の

DCS

と従来の

DCS

の違い

従来の

DCS

まったく異なる技術で構築 異なる技術によって処理されるプラントオートメーション（補助システム、スキッドシステム、モータ制御など）のバランス−統合が困難な個々のオートメーションシステム プラント全体の技術で構築 プラント全体にわたって同じオートメーション技術を利用可能。シームレスな統合、情報への容易なアクセス、および需要や製品変更に応じた修正が簡単にできる。 拡張性が低い システムは、すべてのアプリケーションに対して1つのサイズしか装備していない。スキッドされた機器のオートメーションは統合が困難であるか、統合をDCSシステム上で実行する必要があり、最終顧客とプロジェクトスケジュールへのリスクが高い。 拡張性が高い システム機能は拡張性が高く、その上、共通のテクノロジと開発ツールを共有している。施設内の分散システムに簡単に統合可能で、立上げ時間と市場投入までの時間を大幅に短縮。 クローズドシステム イーサネットネットワーク上に使用できる機器は、ベンダー独自のDCS機器のみ。サーバ、ワークステーション、ネットワークスイッチは、ベンダーが提供する単一のオプションに限定されているため、ITサポートの管理と、ビジネスERPシステムとの統合が困難。 オープンで、情報が利用可能で、セキュア 市販のサーバ、ワークステーション、およびサーバに対してオープン。IT基盤の合理化と、自動化のための最新のIT技術の使用が可能。他のシステムとの統合も必要に応じて追加可能。 配備とサポートはベンダーのみが行なう 実装とサポートはDCSベンダーによってのみ行なわれるが、そのリソースは限定され、常に利用できるとは限らない。BOPのシステムが個別にサポートされている。システム間の統合はカスタムであり、明確なサポートの所有権がない。 配備とサポートが柔軟 DCSベンダーによる世界的な提供とサポート。ベンダーサポートは、システムインテグレータ、代理店、OEMパートナなどグローバルネットワークの地域の専門家により強化されており、アプリケーションに最適なものを自由に選ぶことができる。

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ロックウェル・オートメーションの最新の

DCS

競争の激しい今日の世界では、製造メーカは、DCSに求めていることを再検討する必要があります。以下の要素を備えた最新のDCSを選ぶ必要があります。 • プラント全体の制御と、総所有コストの削減の最適化を可能にする。 • エンジニアリングの柔軟性と市場投入までの時間の高速化を可能にするシステムの拡張性とモジュール性を提供する。 • 運用を改善し、企業との統合を改善する新技術を使うことに対してオープンである。 • システムベンダー、地域の代理店、システムインテグレータ、または機械装置メーカ（OEM）を問わず、製造メーカによって選ばれたサポートのエコシステムによって、提供および保持することができる。 PlantPAxシステムは、すべての機能を提供する、ロックウェル・オートメーションの最新のDCSです。

Power, Control and Information Solutions Headquarters

Americas: Rockwell Automation, 1201 South Second Street, Milwaukee, WI 53204-2496 USA, Tel: (1) 414.382.2000, Fax: (1) 414.382.4444

Europe/Middle East/Africa: Rockwell Automation NV, Pegasus Park, De Kleetlaan 12a, 1831 Diegem, Belgium, Tel: (32) 2 663 0600, Fax: (32) 2 663 0640 Asia Pacific: Rockwell Automation, Level 14, Core F, Cyberport 3, 100 Cyberport Road, Hong Kong, Tel: (852) 2887 4788, Fax: (852) 2508 1846