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【活用事例】PLC・シーケンサとは?ポンプ稼働の遠隔監視事例

【活用事例】
PLC・シーケンサとは?ポンプ稼働の遠隔監視事例

【活用事例】PLC・シーケンサとは?ポンプ稼働の遠隔監視事例

機器の自動運転といった場面で活躍するPLC(シーケンサ)は、現在さまざまな場所で用いられています。こちらでは、そんなPLC(シーケンサ)の概要や特徴と、当社のIoT技術を組み合わせたポンプ稼働の遠隔監視事例をご紹介します。

PLC(シーケンサ)とは

PCL(プログラマブル・ロジック・コントローラ:programmable logic controller)※以下、「PLC(シーケンサ)」は、機会や装置の自動コントロールに必要となるプログラムが書き込まれているコンピュータのことです。別名として、プログラマブル・コントローラやシーケンサと呼ばれることもあります。

なお、シーケンサとは三菱電機の商品名であり、非常に高いシェアを誇ります。そのため、「PLC=シーケンサ」として認識されている方も少なくありません。両者は基本的に同意語として広く用いられていますが、近年ではシーケンサがすべて三菱電機の製品であると捉えていない業界・世代もいるようです。そのため、PLC(シーケンサ)を議題に挙げる場合は、メーカーと商品について共通認識を持つ必要があります。

PLC(シーケンサ)の外観はメーカーごとに異なります。ベースユニットに必要なカスタマイズを施していくタイプや、納品時にすでに完成している長方形のタイプなど、一様ではありません。ただし、基本的にはAC100Vの電源によって動作し、センサを入出力端子台に取り付けて使用することになります。また、拡張ユニットとの組み合わせで、ネットワークやアナログ信号の入出力対応が可能になるケースもあります。

PLC(シーケンサ)の用途

PLC(シーケンサ)の用途は多岐にわたります。たとえば自動車や電気製品の製造ラインで使われるFAシステムや、製紙・印刷・金属加工機械、半導体製造装置などでも活躍しています。

また、私たちの生活のなかにもPLC(シーケンサ)は使われています。

  • 全自動洗濯機やエアコン
  • エレベーターや自動ドア
  • 信号機や自動販売機
  • ボイラーやポンプ
  • 遊園地(テーマパーク)等のアトラクション など

なお、従来まではスタートとストップを制御するといった比較的シンプルな機械動作の実現にPLC(シーケンサ)が用いられてきました。しかし近年では、複雑な信号処理や自動データ収集など、大規模制御機器にも採用されはじめています。

なお、PLC(シーケンサ)はリレー回路・リレー制御の代替品として誕生したという背景もあります。以下から、リレー回路・リレー制御についてご紹介します。

  • リレー回路・リレー制御とは?

リレー回路・リレー制御は、入力された電気信号をリレーで自己保持し、モーターを動かすよう働きかけることです。つまり、信号というバトンを電気機器によって橋渡しをする(リレーする)のがリレー回路・リレー制御と言えます。

なお、リレー回路・リレー制御には動作変更に伴う手間が多いという弱点があります。リレーは制御盤に設置されていますから、配線を変える場合には複雑な作業が必要です。加えて、リレー回線・リレー制御の場合はボタンの数や機器で設定された数値・条件と、仕事の動作の数だけ電磁リレーや電子タイマーが必要になります。

そのため、設定を変更したり、機能を拡充したりするには多大な労力がかかり、かつリレー回路が複雑化・大型化してします。そして当然ですが、リレー回路設置には各電気制御機器の利用方法や接続方法にかかわる高いスキルも要求されます。

  • シーケンス制御の仕組みと動作

それでは、なぜリレー回路・リレー制御の代わりとしてPLC(シーケンサ)が用いられるようになったのでしょうか? その理由を知るためには、PLC(シーケンサ)の仕組みを知る必要があります。

PLC(シーケンサ)は、シーケンス(Sequence)という言葉が示すとおり、「(連続して起こる)順序」を制御する装置です。たとえば1Fにいるエレベーターの【▲(ボタン)】が押されたとしましょう。その後、【8F】が押され、かつ4Fでも【▲】が押されたとします。すると、以下のような動作を行います。

1. 1Fでドアを15秒間空け、閉める
2. 8Fに向かって上がる
3. 4Fで一旦停止し、ドアを15秒間空け、閉める
4. 8Fに向かって上がる

こうした動作は、PLC(シーケンサ)はその信号を“機器で計測された数値や条件”として認識し、あらかじめ書き込まれていたプログラムに従った結果です。このような多岐にわたる複雑な【仕事の動作】を自動で行えるのがPLC(シーケンサ)です。

  • PLC(シーケンサ)のメリット

複雑な動作をリレー回路・リレー制御で実現するためには、前述のとおり非常に大がかりな手間がかかります。一方、PLC(シーケンサ)の場合は非常に簡単にプログラムが書き換えられます。コスト面においても、PLC(シーケンサ)は安くなるケースが多いです。

なお、マイコンなどの場合は一度機器をストップしなくてはなりませんが、PLC(シーケンサ)であれば動作中であっても修正が可能。これがたとえば生産ラインを複数持つ向上であった場合は、生産性を保ちながらプログラム修正ができると言えるでしょう。

  • シーケンス制御におけるラダー図について

前述のとおり、PLC(シーケンサ)でシーケンス制御を行うには、プログラムによって回路設計をします。 この際に、プログラム記述方法として一般的に利用されている方式がラダー図です。

ラダー図とは、PLC設計をするプログラマーに広く利用されている方式で、リレー回路のように記述します。なお、PLC(シーケンサ)のプログラムには以下の種類があります。

  • ラダー方式
  • SFC方式
  • フローチャート方式
  • ステップラダー方式

この中でも圧倒的に多く利用されているラダー方式です。 つまりPLC(シーケンサ)で設備等を制御する場合はラダー図を理解する必要があり、ラダー図がわからなければPLC(シーケンサ)での電気設計のするのは困難とも言えるでしょう。

ラダー図は他のプログラム言語と異なり、少し特殊な言語です。そのため一般的なプログラム言語でプログラミングをされている方にとっては馴染みがないかもしれません。ラダー図はリレー制御の延長上にあり、パソコン上で電磁リレーや電子タイマーを使ったリレー回路を書いてシーケンス制御をしている感覚に近い部分があります。そのため、リレーシーケンスを理解している方であれば、ラダー図のプログラムに関しても習得が容易と言えるでしょう。

また、通常のプログラム以外にもマスターコントロール・マスターコントロールリセット、といった応用命令があります。この点については、レーシーケンスのシーケンス図が理解できていたとしても新たなに学習する必要があります。実際には、各メーカーのPLCのマニュアル等を見て個別で調べていく工程が組まれます。

  • マイコンとの比較とユニットによる拡張

自動制御と聞くと、マイコンを思い浮かべる方もいらっしゃいます。しかし、マイコンを正常に動作させるためには、電源やノイズを除去するための回路を組み込む必要があります。PLC(シーケンサ)は、こうした回路が1セットになったものです。そのため、マイコンと違い動作中であってもプログラムの書き換えが可能であり、部分的な変更もできます。

また、近年登場しているPLC(シーケンサ)には通信ユニットやアナログ出力といった拡張ユニットの追加が可能です。ベースユニットに対してカスタマイズができるという点は、大きな強みと言えるでしょう。

ただし、拡張ユニット追加の有無にかかわらず、近年のPLC(シーケンサ)は高価であるケースが多い傾向にあります。マイコンに比べると、イニシャルコストがネックとなる可能性もあるでしょう。とはいえ、こうした製品はたとえば特定の製品の組み立てや、試験といった専用機として用いられることがほとんどです。その理由は前述のとおり、マイコンに比べてデバッグが容易で、かつ仕様変更などにも柔軟に対応できる汎用性と、拡張ユニットによる拡張性があるからです。

もちろん、現在でもマイコンを利用するケースは少なくありません。量産品の家電などは、コストカットと小型化のためにマイコンがよく利用されています。

想定される課題

法令に基づく浄化処理を行うため、ポンプを利用して各々のタンクに貯水し、浄化処理後に排水する必要がある
ただ、ポンプは工場内に広く点在しているため、保守員の定期巡回といった業務負荷が非常に大きいという課題があった

要素技術・役割分担

  • デバイス:既設のポンプに設置されているPLC(シーケンサ)をそのまま利用
  • ネットワーク:既設の機器をそのまま利用できるように多くのPLC(シーケンサ)に利用されている通信プロトコル(modbus)に対応するゲートウェイを採用敷地が広大で配線工事が困難であるため出力したデータを携帯無線通信網でデータ送信
  • クラウド:modbus対応ゲートウェイと接続実績のあるユーピーアールプラットフォームサービス「UPR OCEAN」クラウド上で各建屋の貯水状況と排水実績が確認できるインターフェースと今まで保守員が巡回していた周期より短い周期でかつ自動記録・蓄積されるデータ予め設定された閾値を逸脱した際にメールによるアラートが発報の機能を備えPLC(シーケンサ)に信号を送りポンプのモーターを制御することができるようにする

ユーピーアールの強み

  • ユーピーアールのIoTプラットフォーム【UPR OCEAN】はPLC(シーケンサ)が標準的に対応している通信プロトコルであるmodobusに対応したゲートウェイとも接続実績があり、データのプラットフォームへの受け渡しであればすぐに実現することができ構築のスピードアップとコストダウンが実現できる
  • PLC(シーケンサ)の制御・監視の実績が豊富にあり、IoT未導入のユーザーに対しても相談から導入までをコンサルティングが可能
  • 実際にシステムを提案・構築を行った経験のある技術者が直接、機器担当者との打ち合わせを行うため導入においても運用に支障が発生しないように円滑なプロジェクト進行が可能

導入の効果

  • 工場ののPLC(シーケンサ)をネットワークで接続し、ポンプの稼働状態を遠隔でモニタリングすることで、保守員の巡回が不要になり巡回にかかる作業負荷と人件費が削減される
  • 巡回のモニタリング以上の頻度で汚水の排水状況を記録できるだけでなくリアルタイムに状況を閲覧することができるようになった
  • 上記のデータが揃うことで、機器の動作の傾向がわかるようになり事前のメンテナンスが実施でき致命的な故障等を避けることができる

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