PLC

【PLC】とは何かの基礎から11項目で解説する辞典

このページでは「PLCとは何か?」の
説明からはじまり、その役割、メーカー、
特殊ユニットと呼ばれる周辺機器、参考書まで
解説します。

PLCというと
通信機器のPLCアダプターとかも
ありますが、ここでは
プログラマブルロジックコントローラー
(Programmable Logic Controller)

と呼ばれる製造ラインをはじめ
様々な場面で使われる装置、設備の
省力化、自動化、最適化
するために使う電子機器についてのことです。

辞書や辞典でPLCを調べると
簡潔にどういったものか数行
書かれているだけですが、
それよりも深入りした内容としています。

深入りしすぎず初心者でも無理なく
概要を大まかに理解できること、
どういったものか分かる程度で
技術的に深入りはしません。

もっと、深入りして知りたい方の
ために、このページの途中、後半に
その項目に関連するサイトの紹介も
しています。

まずは、このページでPLCの
基本の基本、何をするものなのかを
勉強してください。

1.PLCとは

PLCの意味は「Programmable Logic Controller」
(プログラマブルロジックコントローラー)
の頭文字をとったキーワードです。

PLCは何をするものか?

それは、機械、装置、設備など
を自動で動作させるものです。

正確にいうと、装置・設備を構成する
様々な電気部品を自動でコントロールし、

その結果として
装置、設備を自動で動作させるための
電子機器です。

自動でコントロールと聞くと
コンピューターを想像しそうに
なりますが、そのとおりで
PLCはコンピューターのようなものです。

PLCの中にはマイクロプロセッサが
入っています。

このマイクロプロセッサはスマートフォンや
洗濯機など、様々な電気製品に入っています。

洗濯機など他の家電製品でも、
自動的に動作する製品は多くあります。

それらにはもマイクロプロセッサが入っていて
自動動作を実現させています。

装置や機械を家電製品だと
考えてみてください。

家電製品は中に内蔵されたマイクロプロセッサで
自動制御されているように
装置もマイクロプロセッサが内蔵されたPLCで
自動制御されているのです。

家電製品は中には様々な部品が
入っています。

部品を並べただけで部品が
それぞれ好き勝手に動作したら
使い物になりませんよね?

その部品をマイクロプロセッサで計画(プログラム)
どおりに、動作させることで
製品として使えるようにしているわけです。

装置はモーター、押ボタン、センサー
シリンダー、電磁弁など様々な機器で
構成されています。

PLCはこれら機器を計画(プログラム)
どおりに自動動作させる
コントローラーなのです。

現代の物つくりの生産ラインは
手動ではなく、ほとんど自動化
されています。

人的コストも含め、自動化しないと
ビジネスとして成り立ちません。

PLCは、その自動化・省力化に
必須の電子機器なのです。

2.PLCの動作動画

1項の「PLCとは」では
PLCが何をする機器なのか、
使う目的・意味を説明しましたが

ここでは、簡単なものですが
実際にPLCで動作する部品の動画を
元にもう少しPLCについて
説明します。

まずは
以下の動画をみてください。

動画の中では、PLCの他に
緑・赤・黄・白の4つの
ボタン/ランプのようなものが
ありました。

照光押ボタン照光押ボタン

あの機器は、照光押ボタンといって
押ボタンとランプが一体となっている
ものです。

動画では、緑ボタン(スタートボタン)を
押すとランプが緑→赤→黄→白→緑→・・・
で繰り返し点灯しています。

そして、赤ボタン(ストップボタン)を
押すとすぐには停止せず、白まで
点灯して停止しました。

あれは、すぐに停止せず、一連の作業を
した後で停止させるサイクル停止という
動作です。

押ボタンを押しただけで
ランプが勝手に動作したわけではなく

押ボタンを押すと、この動作をするように
PLCがランプを操作(コントロール)
しているからです。

そういった動作になるように
事前にプログラムをつくったことで
実現したのです。

動画の部品は、簡易的な練習用の
学習キットを使いましたから
押ボタンとランプだけの
単純なものでしたが想像してみてください。

あなたの身近にある装置や設備には
多種多様の電気で動作する部品・機器が
組み合わさってつくられていませんか?

PLCで、それら部品を自動コントロール
していると考えたら、
PLCがいかに、生産現場で盛んに
要求される省力化・自動化のキーになる
電子機器か理解できます。

PLCは、事前に作成した
プログラムどおりに、電気機器を
自動コントロールする
省力化、コストカット、無人・自動化するための
電子機器なのです。

3.PLCの構成と分類と全体の流れ

1項の「PLCとは」で書きましたが
PLCの中にはマイクロプロセッサ(半導体)が
内蔵されています。

マイクロプロセッサは下写真のような小さい
パッケージです。
PLCはそれと比較してかなり大きいです。

マイクロプロセッサ例マイクロプロセッサ-IT用語辞典より引用

マイクロプロセッサは重要なパーツでありますが
PLCの一部分にすぎません。

ここでは、PLCを構成する要素に
ついて解説します。

PLCを構成する主な要素は
下の図のようになります。

PLCの構成図PLCの構成要素

各要素について
説明します。

電源部

PLCは電子機器ですので
電源が必要です。

PLCの使用電圧は
AC(交流)電源もDC(直流)電源
の機種もあります。

電源部では電源電圧を
PLCの内部で使う電圧値へ
変換する役目があります。

(よく使う家電製品も内部で入力電圧とは
違う何種類もの電圧へ変換されています)

入力部

2項の動画を思い出してください。

押ボタンを押していました。

あの押ボタンは入力信号です。

その入力信号を受ける部分が
入力部です。

押ボタンの他に
様々なセンサーも接続されます。

メモリー部

PLCは事前に作成した
プログラム(計画)どおりに
外部機器をコントロールします。

このメモリー部は
そのプログラムを記憶する部分です。

プログラムは現在は
専用ソフトを使って作成して
パソコンからPLCへ転送する
パターンがほとんどです。

CPU部

マイクロプロセッサが
内蔵されていると書きましたが
それがこのCPU部だと考えてください。

プログラムがあっても実行(計算)
しないと意味がありません。

CPU部は実行する部分です。

出力部

PLCから各電気部品(機器)へ
出力信号を出す部分です。

2項の動画では4つのランプを
出力部に接続していました。

ランプ以外にも
電磁リレーやインバーターが
接続されることがあります。

パッケージタイプとビルディングタイプ

PLCの基本構成は電源部、メモリー部、CPU部
入力部、出力部だと書きました。

PLCは
これらが一体となったパッケージタイプと
各部を個別であり、それを組み合わせる
ビルディングタイプに分類されます。

下写真がパッケージタイプです。
各メーカー小規模、大規模な
プログラムに対応するよう
何種類か扱っています。

写真には4機種写っていますが
どれも1個購入するだけで
使用できます。

パッケージタイプのPLCパッケージタイプのPLC

下写真はビルディングタイプのPLCの
1つのユニットです。
(ちなみにCPU部です。)

ビルディングタイプのユニットビルディングタイプのユニット

電源ユニット、CPUユニット、
入力ユニット、出力ユニットも
あり、各ユニットを別々に購入して
下写真のように組みあわせて使います。

PLCのビルディングタイプPLCのビルディングタイプ

全体の流れ

PLCの全体動作は
入力部から入力信号を受けて

CPU部でその入力信号
が入った時、何をどうするのか
プログラム通りに処理し

その結果を
出力信号として出力部に
出す。

こういった流れになります。

4.PLC制御の習得に不可欠な

  シーケンス制御とは

2項の動画内の
PLCを使った自動制御は
シーケンス制御で動作しています。

あの動画は簡易的な練習用の
学習キットでしたが、
本格的な機械や設備の多くも
シーケンス制御で動作しています。

シーケンス制御はJISではこう定義されます。

「あらかじめ定められた順序または手続きに
従って制御の各段階を逐次進めていく制御」

2項の動画では、このように制御(コントロール)
されています。

あらかじめ作成したプログラムがあり

緑ボタンを押す(手続き)と
緑→赤→黄→白→緑→・・(順序)

それだけではなく(各段階)

赤ボタンを押す(手続き)と
白まで点灯して停止

厳密にJISの定義あてはめようと
すると、苦しい部分もあったかも
しれませんが、JISの定義の
ようになってますよね。

PLCの制御に関するプログラムは
シーケンス制御になっています。

このシーケンス制御について
説明すると他ページが1つ
必要になります。

ですので、姉妹サイトで
書いてますので、クリックして
ご確認ください。

3ステップで理解するシーケンス制御とは

プログラムは
シーケンス制御の方式で作られているので

PLCを理解する・扱う上
でシーケンス制御はどういったものか
知っておく必要はありますが
決して難解なものではありません。

難しい電気数学や理論などは
勉強には必要ありませんので
初心者でも入門の敷居は低いと
考えています。

シーケンス制御についてもう少し
知りたいということでしたら

このサイトの他ページに
数回に分けた基礎講座の一覧ページが
ありますので、以下をクリックして参考ください。

⇒0から始めるためのシーケンス制御講座

5.PLCのプログラム

PLCは事前に作成したプログラムどおりに
外部の機器をコントロールします。

この項では、プログラムについて
説明します。

4つの方式

PLCのプログラムはの書き方は
次のものがあります。

・ラダー方式
・フローチャート方式
・ステップラダー方式
・SFC方式

この中でラダー方式が圧倒的に
使われています。

私は故障修理で、他社機械のプログラムも
目にしますが、全てラダー方式でした。

私自身もラダー方式で作成しています。

こういったことからも
ラダー方式はPLCに関わる上で
外せませんし、

このページを読んでいる
今からPLCについて0から勉強したいと
考えている方なら、まずはラダー方式を
理解することをすすめます。

ラダー図とシーケンス図

下画像がラダー方式の
プログラムの一例です。

ラダー図の例ラダー図の例

あなたが想像していた
プログラムの書き方とは違うのでは
ないでしょうか?

4項で、PLC制御はシーケンス制御だと
書きましたが、
シーケンス制御にはいくつか方式があり
PLCはその1つの方式です。

PLC方式以外の方式として
有接点方式があります。

有接点方式は、リレーシーケンスと
いわれます。

(リレーシーケンスについては以下のサイト
を参考ください。
リレーシーケンスとは何かを速習したい初心者のためのサイト)

リレーシーケンスはPLCのような
電子機器ではなく、下写真にある
電磁リレーを組み合わせて
電気回路をつくります。

色々な電磁リレー色々な電磁リレー

(電磁リレーについては以下のサイト
を参考ください。
電磁リレーとは何かを3項目で学習する

電気回路がPLCでいうプログラムに
なります。

この下画像が
リレーシーケンスの電気回路図の一例です。

リレーシーケンスの回路図例リレーシーケンスの回路図例

リレーシーケンスの電気回路図は
シーケンス図とか展開接続図といいます。

(シーケンス図については以下のサイト
を参考ください。
シーケンス図とは)

ラダー方式のプログラム図と
似ていますよね?

その通りでラダー方式のプログラム図は
シーケンス図と同じ書き方をします。

ラダー方式のプログラム図は
ラダー図といいます。

(ラダー図については以下のサイト
を参考ください。
ラダー図とは)

シーケンス図とラダー図同じ制御であるシーケンス図とラダー図

上のラダー図とシーケンス図は
同じ制御です。

ラダー図はプログラムといっても
電気回路図を書く感覚でつくることが
できます。

専用のソフトを使って作成するのですが
あとは、このソフトの使い方や以下の
ような記号の意味を覚えるだけでいいのです。

そういった理由から
リレーシーケンスしか経験してない
エンジニアでもやりやすいです。

私もそうですが、それも
ラダー方式が多く使われる理由ですね。

6.PLCが使われる理由

50年以上前は、シーケンス制御は
PLCではなくリレーシーケンスで
行われていました。

PLCは後から開発され改良を繰りかえして
現在にいたります。

この項では、なぜPLCが使われるのか
その理由について書きます。

PLCの中の大量のリレーを使える

PLCは、あの中に大量の内部リレーや
タイマーなどが入っています。

機種によりますが、1万個以上
使えるものもあります。

複雑、大規模な制御を実現するには
多くのリレーが必要になります。

リレーシーケンスで設計するとしたら
電磁リレーを何百個も必要になります。

それがPLCなら1台ですむわけです。

私は故障修理で、40年以上前に
作られた大規模な機械を扱うことが
ありますが、

制御盤も数台あり、その中に
多くの電磁リレーが取り付けられて
います。

(制御盤については以下のサイト
を参考ください。
制御盤とは何か)

昔なので仕方がないですが

今はもちろん、20年~30年ぐらい前に
作られた機械でもこのような電磁リレーが
大量に取り付けた制御盤を
見ることは少なくPLCを使って
小型化されています。

配線接続や改造が簡易にできる

PLCでは、内部にあるリレーや
タイマーの配線接続は、
プログラム上で可能です。

ソフトでのラダー図専用ソフトでラダー図を書く

上の写真はあるメーカーの
専用ソフトでラダー図を作成している
ものです。

パソコン上で線を書くだけで
内部リレー同士を配線接続
できています。

リレーシーケンスだと
電線を接続しないといけません。

どちらが楽でコストがかからないかは
明白ですよね。

また、機械は使っていると
仕様を変更したいこともあります。

その変更(改造)は、リレーを増やす/減らすと
配線接続をしなおす必要がでてきます。

内容によっては
結構な工数になります。

この場合もPLCの方が
優位です。

故障率が下がる

PLCを使うと、電磁リレーを
少なくすることができます。

電磁リレー1個1個は消耗部品なので
使用すると、いつかは故障します。

極論、電磁リレーの数量分、故障する
可能性があるということです。

PLCも故障はします。

長年使うとコンピューターですので
CPUエラーが発生することもあります。

しかし、全体でみると、
その故障率はかなり下がります。

私は電気修理の仕事をしていますが
PLC制御の機械は、リレーシーケンスの
機械と比較して電気制御関係での故障発生は
各段に低いです。

(その分、私の仕事は減りますが、、苦笑)

コンピューターなので多様なことができる

リレーシーケンスは、
接点のONとOFFを組わせて
シーケンス回路をつくります。

このあたりについて、
よくわからない場合は以下のサイトを
参考ください。

シーケンス回路設計の基本とは

PLCもソフト上で接点のONとOFFを
組み合わせることがラダー図の主体では
ありますが、

コンピューターですので、それ以上の
便利なことが簡単にできます。

数字を扱え四則演算や比較は
もちろん、応用命令を使えば
それをラダー図に入れるだけで

リレーシーケンスだと 
実現に電磁リレーが多く必要となる
制御もできるようになります。

以下のサイトで、そのいくつかを
紹介していますので参考ください。

SET命令、RST命令

PLS命令,PLF命令

これはホンの1部で、まだまだ
多種多様にあります。

Microsoftのエクセルでも 
普通に計算するだけではなく
多種多様な関数がありますよね。

その関数を複数あわせれば、単なる
計算ソフト以上のことができます。
関数を組み合わせるとプログラム的な
ことができたりもしまし。

PLCもそういったものだと
イメージしておいてください。

エクセルの関数に関するマニュアルも
太い本ですが、応用命令を紹介、説明した
マニュアルも結構なボリュームですよ。

まとめ

ここであげたように、PLCは
多くのメリットがあります。

ではリレーシーケンスはまったく
必要ないかといえば そうではありません。

PLCはリレーシーケンスが土台と
なっており、今も多く使われており
同じ機械でも、両方が混在しているものも多くあります。

両方のスキルを持って
上手く使い分けることが重要です。

7.PLCのメーカーとネック

PLCを販売するメーカーは
多くあります。

国内メーカーとシェア

他社の制御盤を開いて
その中にあるPLCを見て
はじめて知るメーカーもあります。

ネット検索すれば、調べることは
できますが、私が知るメーカーを
数社紹介しておきます。

・三菱電機
・オムロン
・キーエンス
・和泉電機
・光洋電子
・横河電機
・富士電機

国内のメーカーでも
まだまだあると思います。

国内のPLCメーカーのシェアは
三菱電機が約60%以上を、
オムロン、キーエンスが約10%です。

国内では、ほぼこの3社が独占と
いったところです。

私も実際、仕事で他社の制御盤の
中を見ることは多いですが
圧倒的に三菱電機が多いです。

次にオムロン、キーエンスを
見ることがありますが

本当にこのシェアのような
頻度でみます

10回中6回は三菱電機で
2回はオムロン、キーエンス、
あとは 他のメーカーが
まちまちといった感じです。

海外でいくとシーメンスが
よく使われているようですが
私自身は見たことがないです。

複数メーカーを扱う上でのネック

先に書いたようにPLCは
複数のメーカーがありますが
扱う上でネックとなることは
あります。

PLCを扱う上で必要な専用ソフトや
パソコンとの通信に使うケーブルの
互換性がないのです。

ですので、専用ソフトや通信ケーブルを
メーカー毎に購入する必要があります。

また、ラダー図上のシンボル、
命令語も違うので 都度
調べる手間が発生します。

ただ、メーカーが違っても
ラダー図の基本は同じです。

まったく違うということは
ないので、扱ったことがない
メーカーのラダー図でも
読むことはできると思います。

細かい部分は勉強する必要は
ありますが、そこまでの
心配はすることはありません。

PLCとシーケンサの違い

製造現場にいると、シーケンサと
いうキーワードを聞くことが
あると思います。

シーケンサはPLCのことで
違いはありません。

三菱電機のPLCはそのように命名され
呼ばれています。

初心者が学習するメーカーは

ここまで読んで
「非常に参考となった」と思われているなら
あなたは、PLCを0から勉強している
初心者の方だと思います。

どのメーカーから勉強するか
失敗しないように、会社の同僚に
使っているPLCのメーカーを聞くとか、

扱う機械の制御盤を開くなどして
現物のPLCを見てメーカーを調査して
勉強するメーカーを決めてもいいと思います。

もし、どこのメーカーでもいいなら
三菱電機、オムロン、キーエンス
あたりが一般的に使われていますので
このどれかにすればいいです。

3社で悩むなら一番目にするので
三菱電機を選べばいいです。

一番使われているので、三菱電機仕様の
参考サイトや教材、セミナーは多く
調査や学習がやりやすいです。

8.PLCの拡張ユニット

PLCは単体だけで生産現場の
全てのニーズを満たせるわけでは
ありません。

PLCに内蔵されたCPU部だけで
フォローできないときは
拡張ユニットを増設します。

拡張ユニットは、メーカーに
よって呼び方が違うことがあり
高機能ユニット、特殊ユニットと
呼ばれることもあります。

A/D変換ユニット、D/A変換ユニット
高速カウンターユニット、
ネットワークユニット、
温度調節用ユニットなどがあります。

PLC制御を独学するならば
他社の機械で、このようなユニットが
使われていたときに勉強するのも
いいと思います。

実際どう使っているのか、
中のプログラムはどうしているかなどを
知ることができるので最高の教材になります。

9.プログラムをつくるなら、この本を参考に

あなたが、自分でプログラムを
作成することがある場合、
以下で紹介する本を参考に
してもいいと思います。

色々なプログラム例を
紹介しています。

よく作成する機会があるなら
手元に置いておいてもいいと思います。

他の方が作成したプログラムを
いくつか見れば分かりますが
プログラムは100人いれば100通りの
プログラムができます。

参考にして
あなたのプログラムをつくってください。

以下をクリックすれば
Amazonのサイトへ移動できます

必携 シーケンス制御プログラム定石集―機構図付き

10.PLC制御の独学

独学でPLCを習得する場合は、
まず手頃な参考書でもいいですが
実践で通用するようになったのか
実感が持てないと思います。

PLCを実際に動作もさせてないし、
プログラムも自分で作成していない
わけですから。

参考書で知識をつけることもいいですが
平行して実機を触って動作させる、
実習は必須です。

個人差はあると思いますが
いきなり実践で仕事で使っている
PLCを扱うには恐怖心がありませんか?

私も先日、今まで扱ったことがない
機種のPLCの保全業務をしましたが
中のデータを消さないかとか
ドキドキし、かなり慎重に作業しました。

会社に練習用の学習キットがなければ
実機で実習もできるセミナーを
利用してもいいですね。

11.まとめと技術サイトの紹介

このページでは、
PLCの知識が0の初心者の方に
技術的な深入りはせず

PLCとは何か?、目的は?
など 概要的なことを
説明してきました。

あなたが、もう少し
学習したいということなら
このサイトの他ページに
ありますので、以下をクリックしてください。

⇒初心者のためのPLC講座

10項の「PLC制御の独学」で書きましたが
活字の学習と同時に実機を使った
実習も大事です。

当方では、
実習キット付のPLC入門教材を
扱っています。

自宅で実機を使った実習が可能です。

セミナーも悪くないですが
手元にいつでも確認できる
実習キットを置いて色々と
試した方が身につきます。

おもちゃで遊ぶ感覚で。

初心者でも自宅で独学できるよう
(学習サポートもあります)
つくっています。

興味がありましたら、以下のボタンを
クリックして、内容をご確認ください。

【初心者が手頃に手際よく
シーケンサ技術を習得する方法とは】↓
詳細はこちらをクリック