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公開：2024-09-01

PLC(Programmable Logic Controller)とは？意味をわかりやすく簡単に解説

text: XEXEQ編集部

PLC(Programmable Logic Controller)とは

PLCとはProgrammable Logic Controllerの略称であり、プログラマブル・ロジック・コントローラーと呼ばれる制御装置のことを指します。PLCは、工場の製造ラインや機械設備の制御に広く用いられているコンピュータの一種です。

PLCは、リレー回路の代替として1960年代後半に登場しました。それ以前は、機械の制御にリレー回路が使用されていましたが、PLCの登場によって制御システムの設計や保守が容易になりました。

PLCは、ラダー図と呼ばれる言語でプログラミングされます。ラダー図は、リレー回路をベースにした図式言語で、制御engineers向けに開発されました。また、PLCには他にも様々なプログラミング言語が用意されています。

PLCは、入力モジュールと出力モジュールを備えています。入力モジュールは、センサやスイッチからの信号を受け取り、出力モジュールは、モータやバルブなどのアクチュエータを制御します。これらのモジュールは、CPUユニットによって制御されます。

PLCは、高い信頼性と耐久性を備えています。過酷な工場環境下でも安定して動作するように設計されており、24時間365日の連続運転が可能です。また、PLCは、拡張性に優れており、必要に応じてモジュールを追加することができます。

PLCの構成要素

PLCの構成要素に関して、以下3つを簡単に解説していきます。

• CPUユニット
• 入力モジュール
• 出力モジュール

CPUユニット

CPUユニットは、PLCの中枢を担う部分です。プログラムの実行や、入出力モジュールの制御を行います。CPUユニットには、プログラムを格納するためのメモリが内蔵されています。

CPUユニットは、プログラムに基づいて入力モジュールからの信号を読み取り、論理演算を行います。そして、その結果に基づいて出力モジュールを制御し、機械の動作を制御します。

CPUユニットは、高速な処理能力を備えており、複雑な制御を高い応答性で実行できます。また、自己診断機能を備えており、異常が発生した場合には迅速に検知することができます。

入力モジュール

入力モジュールは、外部からの信号をPLCに取り込む役割を担います。センサやスイッチなどの入力機器からの信号を受け取り、CPUユニットに伝達します。

入力モジュールには、様々なタイプがあります。例えば、接点入力モジュールは、スイッチやリミットスイッチからのON/OFF信号を取り込みます。また、アナログ入力モジュールは、温度や圧力などのアナログ量を取り込みます。

入力モジュールは、ノイズ対策が施されており、外部からのノイズの影響を受けにくい設計になっています。また、入力点数や入力形式を選択できるため、システムの要件に合わせて最適な構成を選択できます。

出力モジュール

出力モジュールは、CPUユニットからの制御信号を受け取り、外部の機器を制御する役割を担います。モータやバルブ、ランプなどの出力機器を直接制御します。

出力モジュールにも、様々なタイプがあります。例えば、接点出力モジュールは、リレーやコンタクタを駆動するためのON/OFF信号を出力します。また、アナログ出力モジュールは、電圧や電流などのアナログ量を出力します。

出力モジュールは、過負荷保護機能を備えており、出力機器の故障や短絡などから装置を保護します。また、出力点数や出力形式を選択できるため、システムの要件に合わせて最適な構成を選択できます。

PLCのプログラミング

PLCのプログラミングに関して、以下3つを簡単に解説していきます。

• ラダー図
• ファンクションブロック図
• 構造化テキスト

ラダー図

ラダー図は、PLCのプログラミングに最も広く使用されている言語の一つです。リレー回路をベースにした図式言語で、制御engineersにとって親しみやすい言語です。

ラダー図は、縦線と横線で構成されます。縦線は、電源の流れを表し、横線は、接点やコイルなどの要素を表します。接点には、normally open(NO)とnormally closed(NC)の2種類があり、それぞれ異なる記号で表現されます。

ラダー図は、シーケンス制御を中心とした制御に適しています。また、プログラムの流れが視覚的に分かりやすいため、プログラムの理解や保守が容易です。

ファンクションブロック図

ファンクションブロック図は、制御システムの機能をブロックで表現する言語です。各ブロックは、特定の機能を持ち、入力と出力を持ちます。ブロックを組み合わせることで、複雑な制御システムを構築できます。

ファンクションブロック図は、制御アルゴリズムを視覚的に表現できるため、プログラムの理解や設計が容易です。また、再利用可能なブロックを作成できるため、プログラムの開発効率を高めることができます。

ファンクションブロック図は、連続制御やバッチ制御など、複雑な制御に適しています。また、IEC 61131-3標準に準拠しているため、異なるメーカーのPLC間でプログラムの互換性が保たれます。

構造化テキスト

構造化テキストは、高級プログラミング言語に似た文法を持つテキストベースの言語です。条件分岐やループ、関数の定義などの構文を使用して、複雑な制御アルゴリズムを記述できます。

構造化テキストは、他のプログラミング言語の経験がある開発者にとって親しみやすい言語です。また、柔軟性が高く、複雑なアルゴリズムを簡潔に記述できます。

構造化テキストは、データ処理や数学的な計算を伴う制御に適しています。また、他の言語と組み合わせて使用することで、より柔軟なプログラミングが可能になります。

PLCの用途

PLCの用途に関して、以下3つを簡単に解説していきます。

• 工場の自動化
• ビルの設備管理
• プロセス制御

工場の自動化

PLCは、工場の製造ラインや組立ラインの自動化に広く用いられています。センサやアクチュエータと連携し、ワークピースの位置や状態を検出しながら、機械の動作を制御します。

PLCを使用することで、生産性や品質の向上、コスト削減などの効果が期待できます。また、製品の変更や生産量の変動にも柔軟に対応できるため、多品種少量生産にも適しています。

工場の自動化においては、安全性も重要な要素です。PLCは、安全機能を備えており、非常停止や安全ドアの制御などを行うことができます。

ビルの設備管理

PLCは、ビルの空調設備や照明設備、エレベータなどの制御にも用いられています。温度や湿度、照度などのセンサからの入力に基づいて、空調機や照明の制御を行います。

PLCを使用することで、快適性や省エネルギー性の向上が期待できます。また、設備の稼働状況を監視し、異常が発生した場合には速やかに対応できるため、設備の保全性も向上します。

ビルの設備管理においては、BACnet等の通信プロトコルを使用して、他の設備との連携を図ることもできます。これにより、より高度な設備管理が可能になります。

プロセス制御

PLCは、化学プラントや食品プラントなどのプロセス制御にも用いられています。流量や圧力、温度などのプロセス変数を計測し、バルブや電動機などのアクチュエータを制御します。

PLCを使用することで、プロセスの安定性や品質の向上が期待できます。また、異常が発生した場合には、速やかに検知し、適切な対応を取ることができます。

プロセス制御においては、PID制御などの制御アルゴリズムを使用することが一般的です。PLCには、PID制御機能が内蔵されているものが多く、容易にプロセス制御システムを構築できます。

※上記コンテンツはAIで確認しておりますが、間違い等ある場合はコメントよりご連絡いただけますと幸いです。

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