オートメーションにおけるPLCの役割とは?

PLC（プログラマブルロジックコントローラ）は、産業用オートメーションで使用されるコンピュータです。PLCプログラミングによって与えられる指示は、エンジニアが自動化された生産設備を稼働・操作するのに役立ちます。PLCはプログラム可能であるため、特定のタスクに限定されることなく、さまざまな用途に再利用可能です。PLCオートメーションは、製造環境向けに設計されており、製造業界全体に広く普及しています。PLCの仕組みやプログラミング、具体的な使用例について詳しく知りたい方は、本記事をご覧ください。

PLC制御システムおよびPLC自動化システムには、市場にさまざまな種類があります。

• モジュール式PLC モジュール式PLCは、追加モジュールにより機能を拡張でき、入出力ユニット（I/O）も増設可能です。柔軟性が高く、エンジニアのニーズに合わせて異なるI/Oモジュールを組み合わせることができます。
• 安全PLC 安全PLCは、モジュール式PLCに構成可能な安全モジュールを追加することで、さまざまな産業環境で使用できます。ハードウェアの故障を検出し、障害が発生しても危険な状況に陥ることを防ぐ機能を持っています。多くの場合、安全PLCは赤色で、問題発生時にはアラームを発します。また、ロックやパスワード保護が可能で、不正なアクセスや変更を防止します。
• 固定式PLC 固定式PLCは、特定のタスク向けに設計されており、反復的な作業に適しています。製造プロセスのパラメータが一定で、変動が少ない場合に適した選択肢です。

では、プログラマブルロジックデバイスはどのように機能するのでしょうか？すべてのPLCアプリケーションには、CPU、入力、プログラム、そして出力の要素が備わっています。

入力は、PLCがさまざまな信号を検出する部分です。例えば、スイッチが「オン」か「オフ」か、バルブやポンプの開閉状態など、離散的な入力があります。また、温度や圧力などのアナログ入力も存在します。これらの入力は、センサーから得られる情報を反映しています。

さらに、ヒューマン入力も重要です。機械のオペレーターがボタンを押したり、タッチスクリーンやキーボードを操作するなどが該当します。また、HMI（ヒューマン・マシン・インターフェース）やSCADAシステムを介して、オペレーターからの指示が入力されることもあります。

PLCプログラミングによって、入力データに基づいた処理が行われ、その結果、アクチュエータやバルブ、またはHMIディスプレイなどの出力装置が制御されます。出力には、アラームや警告灯などの可聴または視覚的インジケータが含まれる場合もあります。また、モーター速度の変更やバルブの開閉なども一般的な出力です。

さらに、PLCは入力処理の際に、システムが正常なパラメータ内で動作していることを確認するための健全性チェックも行います。これが完了すると、次の製造サイクルが開始されます。

PLCシステムは、職場におけるオートメーションに使用され、産業用制御システムにおいて非常に重要な役割を果たしています。

PLCはもともと自動車産業での利用が始まりましたが、現在では、工作機械やコンベアベルト、エレベーターなどの個別製造から、石油精製や食品・飲料、医薬品などのプロセス産業まで幅広く使用されています。例えば、自動車産業では、塗装ブースの起動をPLCで制御することができます。製造業では、アラームや照明のオン・オフもPLCによって自動化されています。

製薬業界では、PLCは医薬品製造における品質管理に重要な役割を果たしています。例えば、PLCは生産ライン上の温度や流量、圧力センサーを制御し、各製造段階で正確な測定と管理を行います。これにより、企業は厳格な品質基準および安全基準を確実に満たすことができます。

さらに、PLCは水産業におけるポンプやバルブの制御、変電所や電力網上のシステム制御にも利用されています。例えば、下水処理場では、タンク内の水位が一定レベルに達した際にバルブを自動的に閉じるようにPLCにプログラムすることが可能です。また、PLCは土木工学におけるクレーンや吊り上げ装置の制御、さらにはセメント製造での原材料の混合制御など、幅広い分野で使用されています。

PLCは多くの産業プロセスの自動化に広く適用されています。

PLCはSCADAシステムに接続されており、機械に関する有益なデータを収集し、オペレーターに生産レポートやアラームなどの情報を表示することが可能です。また、**OEE（総合設備効率）**や製造サイクル、バッチの進捗状況などの指標を追跡し、視覚化することで、エンジニアがプロセスを改善するための介入を行いやすくなっています。

製造の自動化はインダストリー4.0の到来により大きな変化を遂げていますが、製造用電子機器の基幹部分は依然としてPLCが担っています。さらに、AIや機械学習アルゴリズムによって、生産プロセスやメンテナンス活動を改善するために必要なデータの収集においても、すでにPLCが重要な役割を果たしています。

例えば、AIを使用してPLCから大量のデータを収集し、機械が故障に向かっているタイミングを予測する予測メンテナンスが可能になりました。これにより、エンジニアは事前に介入することで、機械の故障を未然に防ぐことができます。さらに、PLCが収集したデータをAIで分析することで、製造プロセスの最適化や効率向上、無駄の削減も実現可能です。

そのため、長い歴史を持つこれらの堅牢な産業用コンピュータは、第4次産業革命における生産管理の発展に伴い、今後も重要な役割を担い続けるでしょう。過去において重要な役割を果たしてきたPLCは、未来においても引き続き大きな役割を果たすと期待されています。

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