PLC(Programmable Logic Controller)

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PLC(Programmable Logic Controller)

PLCは、「Programmable Logic Controller」の略ですが、「Power Line Communication」(電力線通信)の略として使われることもあります。

PLC(Programmable Logic Controller)はシーケンサやプログラマブル・コントローラ、プログラマブル・シーケンス・コントローラ、シーケンスコントローラなどとも呼ばれることがあります。シーケンサは正確には三菱電機の製品名を指すようです。

シーケンス(Sequence)は「連続」「順序」といった意味があり、PLCは順番を制御するコントローラ―と言えます。PLCは記憶部、演算部、入出力インタフェースで構成されています。入力インタフェースにはスイッチやリレーなどの入力機器が、出力インタフェースにはコンタクタ、電磁弁などの出力機器が接続されます。PLCはスイッチやセンサからの入力信号に応じて、あらかじめインストールされたプログラムに従って入力信号を処理して結果を出力します。

PLCの歴史は古く、最初に商品化されたのは1969年にModicon社が開発した「Modicon084」という製品のようです。Modicon社はいろいろ変遷を経て現在はフランスのSchneider Electric SAの下にあります。

DCS (Distributed Control System)

DSCは日本語では分散型計装制御システムと呼ばれています。DCSの制御対象はおもに流体で、その圧力・流量・温度などを制御します。いくつかの制御ループごとに制御コンピュータを分散配置したプロセス制御システム(※1)で、大規模なプロセス制御対象に対し、複数のコントローラで協調・統合した制御します。

プロセス制御は、シーケンス制御のような順番ではなく、目標値と測定値を一致させるために、両方の偏差を基に演算を行い、操作量を計算します。目標値への一致を処理する単位を制御ループと言います。プロセス制御は、石油・化学・鉄鋼などのプロセスの制御に欠かせないものでとなっています。

製造業の管理レイヤを計画層、実行層、制御層の3つに分けた場合、制御層を担うのがPLC(Program Logic Controller)やDCS(Distributed Control System)になります。

plc2017_001(オムロン http://www.fa.omron.co.jp/solution/sysmac/sysmac_solution/ipc_future/ より)

(※1)製造業を大きく2つに分けた場合、プロセス製造とディスクリート製造に分けられます。ディスクリート製造とは、自動車工場や電子製品工場などの組立加工型の工場です。プロセス製造は明確な定義はないようですが、一般に、化学的反応により、原料の性質や特性を変化させる化学製品や食品、医薬品、繊維などの製造です。簡単に原料材が固体のものはディスクリート製造で液体のものがプロセス製造とする説明もあります。プロセス制御は、特に化学プラントや電力プラントなどのプロセス系のシステムを対象とした制御技術を指します。

ソフトウェアPLC

PLCはハードウェアPLCとソフトウェアPLCに分類されます。ハードウェアPLCはそれぞれの企業の独自のCPUユニット、入出力ユニット、開発ユニットからなりますが、ソフトウェアPLCはバス、インタフェース、OSなどは標準仕様のものを使い、国際規格のIEC61131-3に準拠しています。

また、ハードウェアPLCはPLC処理に特化しており、比較的安価で処理が速いという特徴があります。ソフトウェアPLCはwindows PCを使用しているのでwindows の機能が活用でき、多彩なインターフェースを備えているといった特徴があります。

国際規格のIEC61131-3は1993年に発行され、5種類のプログラム言語をサポートしています。また、PLCメーカーに依存しない互換性のあるプログラムが可能です。

ソフトウェアPLCの開発言語

国際規格「IEC61131-3」の5種類の言語とは、ビジュアル系のLD(ラダー)、FBD(ファンクション)、SFC(チャート)とテキスト系のST(構造化)、IL(ニーモニック)です。SFCは、状態遷移(※2)に基づく順序制御処理をするだけで、演算機能並びに入出力機能がないために、言語ではなく要素として正確には言語に含めないという説明があります。

LD(ラダー ダイアグラム:Ladder Diagram)は、日本国内で最も用いられている言語で,リレーシーケンス制御回路をラダーの型式に表現した言語です。
FBD(ファンクション ブロック ダイアグラム:Function Block Diagram)は、FB(※3)同士のピンをつなぎ合わせて電子回路図のように記述できる言語で、データの流れが一目で分かり計装分野で使われることが多いようです。
SFC(シーケンシャル ファンクション チャート:Sequential Function Chart)は、条件による分岐が記述しやすく、制御システム全体の動作を表現するの適したグラフィック言語です。ラダーと違って上から下に向かって記述していきます。工程間の遷移条件や工程内の処理を分けて記述できる点が利点とされています。
IL(インストラクション リスト:Instruction List)は、アセンブラに似た言語で学習も比較的簡単とされています。アプリケーションの小型化や高速化に適しています。ただ、使用頻度は少ないようです。
ST(ストラクチャード テキスト:Structured Text)は、PASCALをベースに設計された構造化プログラミングを支援するテキスト言語です。IF、WHILE、REPEATなどの構造化された制御文を特徴とし、LDの不得意としている用途で効果を発揮します。

JEMA(社団法人日本電機工業会)の「PLCアプリケーションの開発効率化指針」には、プログラミング言語の得意・不得意の一覧表が載っています。(PLCアプリケーションの開発効率化指針 2009年(平成21年) 12 月7 日発行 社団法人日本電機工業会 PLC技術専門委員会プログラミングツール分科会 https://www.jema-net.or.jp/jema/data/plc_ver1.pdf 参照)

(※2)遷移(せんい)とは移り変わることです。時間の経過や動作によって変化する状況を図式化したものを状態遷移図、表にしたものを状態遷移表と言います。
(※3)ファンクションブロック(FB)とは、制御プログラムの一部をパッケージ化したもので、プログラム開発の効率化などのメリットがあります。

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