プログラマブルロジックコントローラーの選び方

基本構造 プログラマブル ロジック コントローラーの本質は産業制御専用のコンピューターです。ハードウェア構成は基本的にマイコンと同じです。基本的な構造は次のとおりです。 1. 電源 プログラマブルロジックコントローラの電源はシステム全体において非常に重要な役割を果たします。優れた信頼性の高い電源システムがなければ、正常に動作しません。そのため、プログラマブルロジックコントローラのメーカーも電源の設計・製造を非常に重視しています。一般に、AC 電圧の変動は +10% (+15%) の範囲内にあり、PLC は他の措置を講じることなく AC 電力網に直接接続できます。 2. 中央処理装置 (CPU) 中央処理装置 (CPU) は、プログラマブル ロジック コントローラーの制御中心です。プログラマブル ロジック コントローラ システム プログラムによって割り当てられた機能に従って、プログラマから入力されたユーザー プログラムとデータを受信して保存します。電源、メモリ、I/O、警告タイマーのステータスをチェックし、ユーザー プログラムの構文エラーを診断できます。プログラマブルロジックコントローラを動作させると、まず現場の各入力機器の状態やデータをスキャン方式で受信し、それぞれI/Oイメージエリアに格納し、ユーザプログラムからユーザプログラムを読み込みます。コマンドが解釈された後、命令に従って論理演算または算術演算の結果が I/O イメージ領域またはデータ レジスタに送信されます。すべてのユーザープログラムが実行された後、最終的に I/O イメージ領域の出力ステータスまたは出力レジスタ内のデータが対応する出力デバイスに送信され、サイクルは停止するまで実行されます。 PLCの信頼性をさらに高めるため、大型PLCではCPUを2重化して冗長化したシステムや、CPUが故障してもシステム全体が正常に動作する3CPU投票システムも採用されています。 3. 記憶 システムソフトウェアを格納するメモリをシステムプログラムメモリと呼びます。 アプリケーションソフトウェアを格納するメモリをユーザープログラムメモリと呼びます。 4. 入出力インターフェース回路 4.1.フィールド入力インターフェース回路は、光結合回路とマイコン入力インターフェース回路から構成され、プログラマブルロジックコントローラとフィールド制御装置間のインターフェースの入力チャンネルとなります。 4.2.フィールド出力インターフェース回路は、出力データレジスタ、選択回路、および割り込み要求回路と統合され、プログラマブルロジックコントローラは、フィールド出力インターフェース回路を介してフィールド実行コンポーネントに対応する制御信号を出力する。 5. 機能モジュール 計数、位置決め、その他の機能モジュールなど。 6.通信モジュール  PLCの選定と事例分析 PLCを選定する際は、プロセスの特性と制御要件を詳細に分析し、制御タスクと範囲を明確にし、必要な操作とアクションを決定し、入出力点数、必要なメモリ容量、および必要なメモリ容量を見積もる必要があります。制御要件に基づいて、PLC の機能と外部デバイスの特性を決定します。最後に、より高い性能と価格の比率を持つ PLC を選択し、対応する制御システムを設計します。 ここでは、PLCを選択する際に注意すべきポイントについて詳しく説明します。 1. 入出力（I/O）点の見積りI/O点数を見積もる際には、適切なマージンを考慮してください。通常、統計的な入出力点数に基づき、10%～20%の拡張可能マージンを加算した入出力点数の見積りデータとなります。 2. メモリ容量の推定;メモリ容量はプログラマブルコントローラ自体が提供できるハードウェア記憶装置のサイズであり、プログラム容量はユーザアプリケーションプロジェクトがメモリ上で使用する記憶装置のサイズであるため、プログラム容量はメモリ容量よりも小さくなります。設計および選択時にプログラム容量をある程度見積もるために、通常はメモリ容量の見積が代わりに使用されます。一般的にデジタル入出力点数の10～15倍、アナログ入出力点数の100倍を加えた数がメモリの総ワード数（16ビットで1ワード）となります。この数値のさらに 25% はマージンとみなされます。3. 制御機能の選択。この選択には、演算機能、制御機能、通信機能、プログラミング機能、診断機能、処理速度などの特性の選択が含まれます。 (1) 操作機能。単純な PLC の演算機能には、論理演算、タイミング、カウント機能が含まれます。通常の PLC の演算機能には、データ シフト、比較、その他の演算機能も含まれます。より複雑な演算機能には、代数演算、データ送信などが含まれます。大型PLCにはアナログPID演算などの高度な演算機能も搭載しています。オープンシステムの登場により、PLCにも通信機能が搭載されるようになりました。製品によっては、下位のコンピュータと通信するもの、同一のコンピュータや上位のコンピュータと通信するもの、工場や企業のネットワークとのデータ通信機能を併せ持つ製品があります。設計と選択の際には、実際のアプリケーションの要件から始めて、必要な動作機能を合理的に選択する必要があります。ほとんどのアプリケーションでは、論理演算とタイミングおよびカウント機能のみが必要です。一部のアプリケーションでは、データの送信と比較が必要です。アナログ検出や制御に使用する場合は、代数演算、数値変換、PID演算が使用されます。データを表示するには、デコードおよびエンコード操作が必要です。 (2) 制御機能：制御機能には、PID 制御演算、フィードフォワード補償制御演算、比率制御演算などが含まれ、制御要件に応じて決定する必要があります。 PLCは主にシーケンシャルロジック制御に使用されます。したがって、アナログ制御を解決するには、ほとんどの場合、シングルループまたはマルチループコントローラーがよく使用されます。場合によっては、必要な制御機能を完了し、PLC の処理速度を向上させ、メモリ容量を節約するために、専用のインテリジェント入出力ユニットも使用されます。例えば、PID制御ユニット、高速カウンタ、速度補償付きアナログユニット、ASCコード変換ユニットなどが使用されます。 (3) 通信機能: 大規模および中規模の PLC システムは、さまざまなフィールドバスと標準通信プロトコル (TCP/IP など) をサポートし、必要に応じて工場管理ネットワーク (TCP/IP) に接続できる必要があります。通信プロトコルは ISO/IEEE 通信標準に準拠し、オープンな通信ネットワークである必要があります。 PLC システムの通信インターフェイスには、シリアルおよびパラレル通信インターフェイス (RS 232C/422A/485)、RIO 通信ポート、産業用イーサネット、共通 DCS インターフェイスなどが含まれている必要があります。 PLC システムの通信ネットワークの主な形式は次のとおりです。 1) PC がマスター ステーションであり、同じモデルの複数の PLC がスレーブ ステーションであり、単純な PLC ネットワークを形成します。 2) 1 台の PLC がマスター ステーション、同じモデルの他の PLC がスレーブ ステーションとなり、マスター/スレーブ PLC ネットワークを形成します。 3) PLC ネットワークは、特定のネットワーク インターフェイスを介して DCS のサブネットとして大規模な DCS に接続されます。 4) 専用PLCネットワーク（各メーカーの専用PLC通信ネットワーク）。 CPU の通信タスクを軽減するには、ネットワーク構成の実際のニーズに応じて、さまざまな通信機能 (ポイントツーポイント、フィールドバス、産業用イーサネットなど) を備えた通信プロセッサを選択する必要があります。 (4) プログラミング機能。オフライン プログラミング モード: PLC とプログラマーが CPU を共有します。プログラマがプログラミング モードにある場合、CPU はプログラマにサービスを提供するだけであり、フィールド機器は制御しません。プログラミングが完了すると、プログラマは実行モードに切り替わり、CPU はフィールド機器を制御し、プログラミングできなくなります。オフライン プログラミングはシステム コストを削減できますが、使用とデバッグには不便です。オンライン プログラミング モード: CPU とプログラマは独自の CPU を持ちます。ホスト CPU はフィールド制御を担当し、スキャン サイクル内でプログラマとデータを交換します。プログラマは、オンラインでコンパイルされたプログラムまたはデータをホストに送信します。次のスキャン サイクルでは、ホストは新しく受信したプログラムに従って実行されます。この方法は高価ですが、システムのデバッグと操作が便利であり、大規模および中規模の PLC でよく使用されます。 (5) 診断機能PLCの診断機能にはハードウェア診断とソフトウェア診断があります。ハードウェア診断はハードウェアの論理判断によりハードウェアの故障箇所を特定し、ソフトウェア診断は内部診断と外部診断に分かれます。ソフトウェアによるシーケンサの内部性能や機能の診断が内部診断、ソフトウェアによるシーケンサCPUと外部入出力部品との情報交換機能の診断が外部診断です。PLC の診断機能の強さは、オペレーターや保守要員に必要な技術力に直接影響し、平均修理時間に影響します。 (6) 処理速度PLC はスキャンモードで動作します。リアルタイム要件の観点から、処理速度は可能な限り高速である必要があります。信号の継続時間がスキャン時間より短い場合、PLC は信号をスキャンできず、信号データが失われます。処理速度は、ユーザープログラムの長さ、CPUの処理速度、ソフトウェアの品質などに関係します。現時点では、PLC接点は応答が速く、高速です。各バイナリ命令の実行時間は約 0.2 ～ 0.4Ls であるため、高度な制御要件と高速応答要件を伴うアプリケーションのニーズに適応できます。スキャン周期 (プロセッサのスキャン周期) は次の要件を満たす必要があります。小型 PLC のスキャン時間は 0.5ms/K 以下です。大型および中型 PLC のスキャン時間は 0.2ms/K 以下です。 4. 機種の選定 （1） PLCの種類PLCは構造により一体型とモジュール型に分類されます。アプリケーション環境に応じて、フィールド設置と制御室設置の 2 つのカテゴリに分類されます。 CPUのワード長に応じて1ビット、4ビット、8ビット、16ビット、32ビット、64ビットなどに分けられます。アプリケーションの観点からは、通常、制御機能または入出力ポイントに応じて選択できます。一体型 PLC の I/O ポイントは固定されているため、ユーザーの選択の余地が少なく、小規模な制御システムで使用されます。モジュラー PLC はさまざまな I/O カードまたはプラグイン カードを提供するため、ユーザーは制御システムの I/O ポイントを合理的に選択して構成できます。機能拡張が便利かつ柔軟であり、大規模および中規模の制御システムで一般的に使用されています。 (2) 入力モジュールと出力モジュールの選択。入力モジュールと出力モジュールの選択は、アプリケーションの要件と一致している必要があります。例えば、入力モジュールの場合、信号レベル、信号伝送距離、信号絶縁、信号電源供給方式などのアプリケーション要件を考慮する必要があります。出力モジュールの場合、選択する出力モジュールのタイプを考慮する必要があります。一般に、リレー出力モジュールは、低価格、広い電圧範囲、短い寿命、長い応答時間という特徴を持っています。サイリスタ出力モジュールは、頻繁なスイッチングや誘導性の低力率負荷の場合に適していますが、高価であり、過負荷容量も劣ります。出力モジュールには DC 出力、AC 出力、およびアナログ出力もあり、アプリケーション要件と一致する必要があります。アプリケーションの要件に応じて、インテリジェントな入出力モジュールを合理的に選択して、制御レベルを向上させ、アプリケーションのコストを削減できます。拡張ラックまたはリモート I/O ラックが必要かどうかを検討してください。 (3) 電源の選択PLC の電源は、機器導入時に製品マニュアルの要件に従って PLC を設計および選択することに加えて、PLC の電源も製品マニュアルの要件に従って設計および選択する必要があります。一般に、PLC の電源は、国内の電力網の電圧と一致する 220VAC 電源を使用して設計および選択する必要があります。重要なアプリケーションには、無停電電源装置または電圧安定化電源を使用する必要があります。 PLC 自体に使用可能な電源がある場合は、供給される電流がアプリケーション要件を満たしているかどうかを確認する必要があります。そうでない場合は、外部電源を設計する必要があります。誤操作により外部からの高圧電源がPLCに混入することを防ぐために、入出力信号を絶縁する必要があり、簡単なダイオードやヒューズチューブを使用して絶縁する場合もあります。 (4) メモリの選択: コンピュータの統合チップ技術の発展により、メモリの価格は低下しました。したがって、アプリケーション プロジェクトの正常な動作を保証するには、一般に PLC のメモリ容量は 256 の I/O ポイントに応じて少なくとも 8K メモリが必要です。複雑な制御機能が必要な場合には、より大容量でよりグレードの高いメモリを選択する必要があります。 (5) 経済的配慮PLC を選択するときは、性能と価格の比率を考慮する必要があります。経済性を考慮する場合は、アプリケーションの拡張性、操作性、入出力比なども考慮し、比較検討し、より満足のいく製品を選択する必要があります。入出力点数は価格に直接影響します。入出力カードを追加するたびにコストが増加します。ポイント数が一定値まで増加すると、対応するメモリ容量、ラック、マザーボードなどもそれに応じて増加します。したがって、点数の増加は、CPU、メモリ容量、制御機能範囲などの選定に影響を及ぼします。制御システム全体の性能と価格をよりリーズナブルなものにするために、十分に考慮して見積り・選定を行う必要があります。比率。